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1、地 下 工 程,叶 洲 元13975249589湖南科技大学能源与安全工程学院,2006 年 9月,地下建筑之一,地 下 铁 路,世界城市地铁,世界十大地铁 1）莫斯科（俄国)2）东京（日本)3）纽约（美国）4）墨西哥城（墨西哥）5）巴黎（法国）6）大阪（日本）7）列宁格勒（前苏联）8）伦敦（英国）9）汉城（韩国）10）香港（中国）,纽约地铁,巴黎地铁,伦敦地铁,莫斯科地铁,地下铁道(metro)是指在城市地下修隧道，铺设轨道，以电动快速列车运送大量乘客的公共交通体系，简称地铁。,1、定义(what)：什么是地铁,北京：1969年10月北京地铁第一期工程投入试运营，现有地铁一线、环线和复八线，
2、总长54公里，已全部贯通运营。规划未来地铁网络总长将达到408公里。天津：1984年12月通车，全长7.4公里。现建成的地铁一号线全长26.2公里，总投资约69亿元。上海：地铁一号线1995年4月全线通车，目前已有3条地铁线投入营运，现有轨道交通总里程为65公里。上海拟建地铁11条，长384公里；轻轨线路10条，长约186公里。完成总体规划需要投入3000多亿元。到2020年，上海将形成540公里左右的轨道交通网络。在为期30年的远期规划中，上海的轨道交通全长将达780公里。,我国地铁发展,广州：1999年6月28日，全长18.48公里的地铁一号线通车；2003年年底，全长23公里的地铁二号线
3、通车；三号线正在建设中；四号线和五号线也在规划中。深圳：2004年底，深圳地铁一号线开通试运行。地铁一期工程正线全长19.468公里，总投资105.85亿元，工期4年。南京：地铁南北线一期工程2000年12月12日正式开工。目前南京也已经规划好了6条地铁，最终整个城市的轨道交通总长度将达300公里。长春：长春轻轨一期工程2001年10月30日开始试运营。全长14.6公里，设立17座车站。,武汉：2004年9月28日，武汉轨道交通一号线一期工程正式开通（轻轨）。武汉地铁一号线一期工程总长超过10公里，二期工程将使武汉地铁一号线延长到近30公里。大连：地铁一号线计划2006年底竣工通车。线路全长2
4、1.74公里，全部为地下行走。重庆：城市轨道项目已通过国务院立项（轻轨），全长32公里。建设期为2006年到2011年，总投资109亿元。成都：地铁1号线和2号线于2005年8月获得国务院批准，全长54.18公里。计划10年的时间完成建设。杭州：地铁一号线于2003年开工建设。全长50.68公里。,西安：地铁一号线工程于2002年动工，一号线全长19.74公里，工程总投资预计56.5亿元人民币。哈尔滨：2005年刚获得国务院立项批准，项目估算总投资人民币163亿元。一期建设的地铁一号线计划在2008年底完成。苏州：轨道交通建设于2005年获得国家立项批准。,相关图片in1,运送能力大运行速度快
5、准点安全很少或几乎不受地面交通的干扰和影响,2、地铁特点（why）,3、地铁建设（how）,建设地铁的标准 一般认为人口在100万以上的大城市，其单方向每小时稳定的等候客流量密度超过3万人时，以地铁作为城市的主体交通工具较合理,地铁建设（包括路网规划、设计、施工等）a.路网规划 1）路网规划原则 地铁路网规划应纳于城市发展的总体规划，需满足城市交通的要求，并考虑城市发展的远景、人口、交通运输量的增长趋势及城市地面、地下建筑状况等因素。,2）主要具体原则,城市地铁的线路布局，目前尚无公认的理论和规定可循，根据已有的经验，路网规划应遵循如下主要原则：线路走向应基本符合主客流方向。地铁路网基本走向往
6、往沿城市主要街道布置。必须考虑城市远景发展的要求，考虑城区改造和郊区发展的需要，注意地铁与地面交通的分工、配合及衔接。选线应从国力、地区财政、技术水平及施工能力的实际出发，充分研究和注意施工中可能遇到的困难，考虑到与城市其他地下建筑和管线布置的关系。,3)地铁路网类型 单线式。城市工业区和居住区成带状发展，宜采用单线式。或者仅在客运最繁忙的地段，重点修建一二条线路。单环式。在客流量集中的道路下设置地铁线路并闭合成环，便于车辆运行和减少折返设备。多线式。城市具有几条方向各异或客流量大的街道，可设置多线式路网。这几条线路往往在市中心汇交，这样便于乘客自一条线路换乘至另一条线路，也利于线路的延长扩建
7、。,莫斯科地铁网,纽 约地铁网,蛛网式。由多线辐射状线路与环形线路组成。如莫斯科地铁路网，由8条线路组成，其中3条贯通线、4条放射线、1条环形线，规划线路网总长度为200km。蛛网式路网的运送能力很大，可减少旅客的换乘次数，又能避免客流集中堵塞。棋盘式。地铁线路沿城市棋盘式的道路系统建设而成。路网密度大，客流量分散，但乘客换乘次数增多，增加了车站设备的复杂性。北京地铁规划的路网基本形状也属棋盘式。,b.地铁线路设计 地铁线路是由路基、隧道、车站、轨道组成的一个整体工程结构。在地铁路网规划中，线路的勘测、规划、设计工作，统称为线路设计。地铁线路按其运营作用，可分为正线、辅助线、车场线。正线为载客
8、运营的线路，行车速度高，密度大，必须保证行车安全和舒适。辅助线是为保证正线运营而配置的线路，一般不行驶载客车辆，标准较低。线路设计须经调查研究、勘测和方案比较后进行。线路设计大体要经过方案研究、初测、初步设计、定测、施工设计、施工监测、修改设计等过程来完成;初步设计要完成线路的方案比较、选定。线路中心线在水平面上的投影叫做地铁线路的平面；线路中心线(展直后)在垂直面上的投影，叫做地铁线路的纵断面。平面、纵断面设计是线路设计的重要内容。,(1)线路平面设计线路平面位置 车站位置应尽可能与地面交通相对应，地下线路应尽可能采用直线，减少弯曲线路。平面位置与埋设深度应综合考虑下列因素选定：地面建筑物、
9、地下管线和其他地下建筑物的现状与规划；工程地质与水文地质条件；地铁准备采用的结构类型与施工方法、运营要求等，有条件时，线路应与地面铁路接轨。,最小曲线半径的确定 线路平面的中心线，由直线和曲线组成，曲线设置在两相邻直线间。当列车以一定速度通过曲线时，能够保证列车安全、稳定运行的圆曲线半径的最低限值，称为最小曲线半径。列车在曲线上运行时，通常将外轨抬高，用车体向内倾产生的重力分力来平衡离心力。,缓和曲线的确定 在地铁线路上，直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间需要插入一段缓和曲线。缓和曲线的半径是变化的，它与直线连接一端的半径为无穷大，逐渐变化到等于所要连接的圆曲线半径(R)。我国铁路常采用三次
10、抛物线型的缓和曲线。方程为：,(2)线路纵断面设计-线路坡度 地铁线路因排水的需要和各站台线路的标高不同，线路是有坡度的，坡度的大小用千分率表示。线路坡度应满足要求：正线的最大坡度宜采用3/100，困难地段可采用3。5/100，辅助线的最大坡度宜采用4/100。正线最大坡度是线路的主要技术标准之一，最大坡度是根据地铁机车最大起动力。一般情况下线路的坡度与隧道排水沟的坡度是一致的，为了满足排水需要，隧道内的正线最小坡度不宜小于3/1000，困难地段，在确保排水的条件下，可采用小于3/1000的坡度。隧道内车站坡度应尽量平缓，车站站台段线路坡度宜采用3/1000，在困难条件下可设在2/1000或不
11、大于5/1000的坡道上。根据溜车条件，车场线设在不大于1.5/1000的坡道上。道岔应铺设在较缓的坡道上，规定设在不大于5/1000的坡度上，困难条件下可设在不大于10/1000的坡道上。,线路竖曲线半径 坡道与坡道、坡道与平道的交点处发生变坡，当两相邻坡段的坡度代数差等于或大于2/1000时，就应设置竖曲线连接，竖曲线半径(Rr)应符合表4-1的规定。,线路竖曲线半径 竖曲线半径(Rr)与车速V及加速度ar的关系如下：,车站站台和道岔范围不得设置竖曲线，竖曲线离开道岔端部的距离不应小于5m。线路纵向坡段的长度有最小长度限制，一般情况下，不宜小于整个列车计算长度，但又不宜太长，直线段长度应5
12、0m。,地下铁道区间隧道,1、地铁限界,地下铁道限界有车辆限界，设备限界和建筑限界，接触轨和接触网限界。车辆限界是指在平、直线路上运行中的车辆，可以达到的最大范围。即是车辆在运行中的横断面的极限位置，车辆任何部分都不得超出这个限界之外。,地铁区间隧道是连接相邻车站之间的建筑物。区间隧道建筑物包括区间隧道，渡线，区间设备段，以及轨道和道床。,设备限界是地下铁道中任何设备(站台除外)均不得侵入的轮廓线。应根据车辆限界、轨道状态不良引起车辆的偏移和倾斜，及适当的安全量等因素确定。建筑限界是一个垂直于线路中心线的最小有效的隧道净空，是在车辆限界以外的一个形状类似的轮廓。它决定于隧道内设置的各种设备(如
13、信号、供电、照明等设备，工作人员人行道等)的分布和尺寸。允许的测量和施工误差也考虑入此限界内。接触轨限界是设在设备限界范围内，用以控制接触轨的固定结构和防护罩的安装，以及能容纳受流器安全工作状态下所需的净空。它应根据接触轨安装误差、轨道偏差、电间隙等因素确定。,2、地铁区间隧道结构,(1)浅埋区间隧道 多采用明挖施工，常用钢筋混凝土矩形框架结构。图4-4是浅埋明挖施工的区间隧道结构型式。图a为单跨矩形钢筋混凝土框架结构。断面净空可充分利用，结构总宽度小，跨中弯矩大、钢筋与混凝土用量大。,图b为双跨矩形钢筋混凝土结构。跨中用柱或墙相隔，结构受力情况好，跨度增大。图c为单跨双层钢筋混凝土结构。用在
14、占地狭窄的线路上，由于施工深度加大、需强固的支撑。图d为单拱式钢筋混凝土结构。在隧道顶部承受较大荷载时采用。,(2)深埋区间隧道 深埋隧道多采取暗挖施工。土层和软岩都采用盾构法施工。岩层中的区间隧道，一般采用矿山法施工。在土层与软岩中建造两个单线隧道比建造双线大断面隧道的作法合理。在岩层中可以考虑将双线放在同一个隧道中。图4-5为暗挖隧道断面布置。,2、地铁区间设备段,为保证地铁正常运行和非常状况的备用，在两个车站之间的区间开凿若干洞室、安置各种设备，即设置地下铁道区间设备段。设备段的主要作用是通风、战时供水、洗消、灾害隔断(正常情况每4km设一隔断防护门，通过河流时，两岸设隔断门)、排污。,
15、地铁车站建筑物,地下铁道车站是供旅客乘降、换乘和候车的一种静态交通设施，是一种复杂的建筑物。一般包括乘客使用、运营管理、技术设备和生活辅助四大部分，其中供乘客使用的部分为主要部分，包括地面出入口和站厅，地下中间站厅和售票厅，检票处，站台和隧道，楼梯和自动扶梯等。地铁车站设计，应保证乘客使用安全、方便并具有良好的内部和外部环境。其总体设计应处理与城市规划、城市其他交通、地面建筑、地下构筑物之间的关系。,1、车站类型,按使用功能，地铁车站类型可分为终始站、中间站、区域站和换乘站等，如图。终始站。线路的终始点车站往往设在郊外，设有折返设备，机车车辆可以在此折返，并可做为临时检修用。中间站。供乘客中途
16、上、下车之用。区域站。在客流量最集中的线路两端的车站设置折返线，在客流高峰区段内增开区间列车，故称区间站或区域站。换乘站。位于地铁不同线路交叉点的车站。,按照地铁车站所在地下空间的介质，可以分成建造在土层中的车站和在岩层中的车站两大类。比较典型的岩层地铁车站的平、剖面见图。,从与区间隧道的关系上看，车站站台可分为岛式车站和侧式车站两大类。岛式车站适用于规模较大的车站，如终始站、换乘站，岛式车站的典型剖面形式见图。,侧式车站的站台结构比较简单，常见的几种形式见图。,2、车站总体布置,1)出入口的布置 在考虑车站出入口沿线布置时，服务半径的合理值一般取400-600m步行距离，或7-12min步行
17、时间。当两个车站相距8001200m时，每个车站可比较均匀地覆盖沿线客流量。在考虑一个车站的出入口布置时，应视地面街道分布、地面公交车站分布、地面建筑密集程度等情况而定。出入口布置考虑如下原则：位于一条街道下的地铁车站，客流量又不太大时，两个地面出入口就可能满足要求，但应分设在街道两侧。,当车站位于街道十字路口，出入口数量不宜少于4个，并应分别布置在交叉点的四角，这样便于乘客从不同方向进入地铁，也有利于与过街地道相结合，见图4-11。,位于城市几条道路交叉处的大型地铁车站，出入口宜分散设在几个主要路口处。上海一号线地铁徐家汇车站位于5条街道的不规则交叉口，在五个路口共设7个出入口，在地下用一个
18、环形通道将几个出入口连通。,如果地铁车站处于建筑密度很高，街道狭窄，交通量又很大的地段，在地面上难于找到适当地点布置车站出入口时，常常将一部分出入口设置在一些大型建筑物的底层。加拿大蒙特利尔市中心区的一个地铁车站，没有直通地面的出入口，所有9个出入口都是从建筑物地下室经地下通道进出的。,2)地铁车站与城市其他交通系统的衔接 地铁车站与地面铁路的换乘有多种方式，如地面换乘、地下换乘等。地铁中间站与地面上的公共电、汽车线路换乘，故电、汽车站应尽可能靠近地铁站出入口。在地铁线路的终始站或大型换乘站，宜与若干条公共电、汽车线路的终始站相衔接。地铁车站与个人交通方式的衔接，也应在车站总体布置中加以考虑。
19、,3)站厅与站台空间的组织 建造地铁车站，要花费很高的代价，在内部空间组织上应尽量紧凑，使每一部分空间都能得到充分的利用。地铁车站应在尽量缩小和充分利用空间的前提下，使内部空间的组织富于变化和韵律，可使乘客在不同的车站空间中得到富有特色的建筑艺术感受。例如上海地铁一号线新闸路车站，在车站结构上部还建有8层的楼房，下面2层为商店，上面6层为办公室。,4)车站功能的综合化 地铁车站功能综合化的含义为：地铁车站与城市其他交通方式的综合、与地下市政公用设施的综合、与商业服务设施的综合及与民防设施的综合等。对待地铁车站造价高昂的问题，一般有两种做法：一种是尽可能使车站功能单一化，即单纯的乘降，最多加上换
20、乘，以缩小车站空间。上世纪60年代以后，出现了功能综合化的趋向，结合所在地区的城市再开发和大型地下综合体的建设，使地铁车站的运营能发挥多方面的效益，这是第二种做法。,3、车站各主要组成部分的布置,1)站台布置 站台长度：站台计算长度为站台乘降部分的有效长度，其值为一列车编组长度和停车不准确距离之和。停车不准确距离取值为1-2m。站台宽度：站台宽度设计可按经验公式计算，也可以按客流量计算，但不得小于表4-2所规定的站台最小宽度值。,2)站厅布置 站厅是地铁车站用于售票、检票、布置部分设备房间的场所，其布置方式与售票、检票方式有关，应使付费区与非付费区有明显的交界处，形成不同的功能分区。站厅布置形式一般可分为分离式、贯通式、分区式站厅，如图4-4。,3)出入口 地铁出入口的平面布置形式多样，常用的有T型、L型、U型、J型、S型、Y型，见图4-15。,4)无障碍设计 目前地铁的无障碍设计还不普及，少数发达国家在设计时，对处于市中心区的车站，每个车站要有一个以上的出人口做无障碍设计，供残疾人使用。无障碍出入口的形式可设计成斜坡道或电梯，斜坡道的最大坡度不得超过8，最小宽度不得小于1.6m。,出入口、楼梯、通道的最小尺寸应符合表4-3中的规定。,地铁施工,明挖法敞口放坡法板桩法地下连续墙法,暗挖法矿山法盾构法注浆法沉管法沉井法顶管法,
