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1、第三章 地铁线路设计,第一节 选线与车站分布第二节 线路平面第三节 线路纵断面第四节 线路网络规划第五节 轨道的几何形位第六节 限界,本章内容,线路设计一般分为四个阶段：可行性研究阶段总体设计阶段初步设计阶段施工设计阶段 通过不同设计阶段，逐步由浅入深，不断地比较修正线路平面、纵剖面和坡度、线路与车站的关系，最后得到地铁和轻轨线路在城市三维空间中准确的位置。,第一节 选线及车站分布,1.地铁设计规范（GB 50157-2003)对选线和设计的基本规定：(1)地下铁道线路按其在运营中的作用，应分为正线、辅助线和车场线。(2)地下铁道的线路在城市中心地区宜设在地下，在其他条件许可的地区可设在高架桥
2、或地面上。(3)地下铁道地下线路的平面位置和埋设深度，应根据地面建筑物、地下管线和其他地下构筑物的现状与规划，工程地质与水文地质条件，采用的结构类型与施工方法以及运营要求等因素，经技术经济综合比较确定。,(4)地下铁道的每条线路应按独立运行进行设计。线路之间以及与其他交通线路之间的相交处，应为立体交叉。地下铁道线路之间应根据需要设置联络线。联络线宜采用单线。(5)地下铁道车站应设置在客流量大的集散点和地下铁道线路交会的地方。车站间的距离应根据实际需要确定，在市区宜为Ikm左右。在郊区不宜大于2km。(6)轨道设计应保证列车安全、平稳、快速运行，其构造应具有足够的强度、稳定性、弹性和耐久件，并满
3、足绝缘、减振和防锈等要求。,我国已经建成地铁平均站间距离,2路网规划与线路走向,从技术和经济角度考虑，选线遵从以下原则：(1)按照路网规划和城市发展总体规划的要求，线路基本走向应选择沿主要客流方向，并且要通过大型客流集散点。(2)选择线路走向要考虑地质条件、历史文物的保护、地面建筑和地下建筑物等情况，在老城区线路应选择地下线路。(3)地下线路基本走向应结合地形、地质及道路宽窄等条件，尽量选择在施工条件好的城市主干道上。,(4)地下线路通过建筑群区域的范围应限制在最低限度。(5)对于浅埋隧道线路、地面线路或高架线路，其布设位置通常是沿着较宽的城市干道，或是通过建筑物稀少的地区；对深埋隧道，在两车
4、站间取短直距离。(6)当线路预定与远期规划线联络时，先期建设的线路应考虑与远期规划线路交叉点处的衔接，虽然暂时费用支出有所增加，但为未来路网中乘客的换乘方便创造了条件。(7)选择线路走向时还要考虑车辆段、停车场的位置以及连接两相邻地铁线路间的联络线。,第一节 选线及车站分布,3.车站分布（1）影响车站分布的因素大型客流集散点 大型客流集散点往往是城市的政治、经济活动中心。是城市的窗口地段。该地段不但客流量大,而且集中，对地面交通压力很大。城市轨道交通应在大型客流集散点设立车站，吸引这些客流，充分发挥自身的效能，对解决城市交通起到积极作用。,3.车站分布,城市规模大小 城市规模大小由城市建设区域
5、和规划区域的面积及人口所决定。一般来说，城市区域面积越大，城市居民出行的乘距就越长。城区人口密度 我国地域辽阔，分布在南北东西各地的城市人口密度差异很大，如北京市四个中心城区(东城、西城、崇文、宣武)人口密度为每平方公里28万人)，上海市中心五个区(静安、卢湾、黄浦、虹口、南市)人口密度超过每平方公里5万人。人口密度大，则同样的吸引范围内，发生的交通客流量大，因此车站分布宜密一些。,3.车站分布,线路长度 一条线路的长度，短则几千米，长则几十千米。不同的线路长度，车站的疏密宜有所不同。短线路宜多设站，长线路宜少设站。城市地貌及建筑物布局 城市中的江、河、湖、山和铁路站场、仓库区等，人口密度低，
6、甚至无人，轨道交通在穿越这些地区时可以不设站。但若有条件开发公园，则应考虑在其主出入口处设站。,3.车站分布,轨道交通路网及城市道路网状况 两条地铁线路交叉时，在其交叉点应设乘客换乘站；在与城市主干道交叉时，为了让乘坐城市其他交通工具的乘客方便乘轨道交通，也宜设车站。乘客对站间距离的要求 在车站分布数量上，除大型客流集散点及火车站外，其他车站的设置，主要受乘客对站间距离的要求所支配。,3.车站分布,(2)车站分布对居民出行的影响车站数目的多少，直接影响居民乘轨道交通的出行时间：车站多，居民步行到车站距离短，节省步行时间，可以增加短程乘客的吸引量；车站少，则提高了交通速度，减少乘客在车内的时间可
7、以增加线路两端乘客的吸引量。,3.车站分布,(3)站间距对工程、运营及城市发展的影响车站分布应根据上述内容经科学地综合分析，进行详细的方案比选后确定。这里需要强调一点、地铁车站分布对建设费用、运营成本、施工等都有很大影响，必须充分对客流吸引量、乘客出行时间等进行具体分析计算，进行经济效益的比较。（土建方面，车站造价是区间造价的2.4倍/米),3.车站分布,在布设轨道交通车站时，除了考虑合理站间距的条件之外，还应注意以下几点：站间距离要尽量均衡些；站位应设于汇集大量客流的重要场所附近，并保证与其他交通换乘的方便；设站要考虑该地区的发展，与城市规划相协调；具体站位还要考虑施工条件、道路状况、交叉口
8、等道路形态及地面交通情况。,沈阳地铁一号线设计,线路大致呈东西走向，串联了张士经济技术开发区、于洪区、铁西区、和平区、沈河区和大东区等六个区。途经开发大路、沈大路、建设路、铁路沈阳站、青年大街、珠林路、滂江街等交通干道和中华路、太原街、中街等重要商业街及沈阳故宫等著名文物景点。,张士站位于张士开发区已开发的东部核心地带昆明湖街与开发大路交叉路口，此站设计为起点站，一方面可以满足现状客流需要，另一方面，可有效促进张士开发区的建设步伐。,兴工北街至南京街站方案据铁路水塔和候车室桩基础位置，线路作了两个方案一方案：采用一组反向曲线绕避铁路水塔，右线距离深桩4m。二方案：直线穿过铁路水塔，右线距离深桩
9、2.5m。,1.线路平面设计的一般原则2.线路平面设计主要技术要素的确定 最小曲线半径、夹直线最小长度、最小圆曲线长度、缓和曲线线形及长度。,第二节 线路平面,2.线路平面设计主要技术要素的确定,（1）最小曲线半径 从大到小选择，最大不超过3000m，当400m以下时，轮轨磨损大、噪声大，应尽量少用。最小曲率半径300550m，困难条件下250300m。,2.线路平面设计主要技术要素的确定,2.线路平面设计主要技术要素的确定,理论公式：,Rmin-满足欠超高要求的最小曲线半径；mv-设计速度；km/hHmax-最大超高；mmHgy-允许欠高。mm,2.线路平面设计主要技术要素的确定,（2）缓和
10、曲线在正线上当曲线半径小于或等于2000m时，曲线与直线间应根据曲线半径及行车速度按规定设置缓和曲线。缓和曲线的曲率半径随曲线长度成比例变化，缓和曲线可以是放射螺旋形、三次抛物线形。,缓和曲线长度,缓和曲线长度,2.线路平面设计主要技术要素的确定,(3)道岔附带曲线可不设缓和曲线和超高，但其曲线半径不得小于道岔导曲线半径。(4)地下铁道线路不宜采用复曲线。在困难地段，有充分技术依据时可采用复曲线.,2.线路平面设计主要技术要素的确定,(5)正线及辅助线的圆曲线最小长度不宜小于20m，在困难情况下不得小于一个车辆的全轴距。(6)正线及辅助线上两相邻曲线间的夹直线长度，不应小于20m。,2.线路平
11、面设计主要技术要素的确定,(7)车站站台段线路应设在直线上，在困难地段可设在曲线上，其半径不应小于800m。(8)道岔应设在直线地段(9)道岔宜靠近车站设置。,沈阳地铁一号线平面设计,（3）圆曲线最小长度不小于20m，困难情况下不小于一个车辆的全轴距12.6m。（4）夹直线最小长度不小于20m，困难情况下不小于一个车辆的全轴距12.6m。,第三节 线路纵断面,一.线路纵断面设计的一般原则二.线路纵断面设计主要技术要素的确定 坡度、坡面长度及竖曲线,二.纵断面设计主要技术要素的确定,坡度选择 最大纵坡 我国地下铁道正线规范规定最大坡度宜采30，困难地段可采用35，辅助线的最大坡度宜采用40，但均
12、不包括各种坡度的折减值。高架轻轨线按我国轻轨样车技术条件规定正线的限制坡度定为60。,坡度选择,车站纵坡地下铁道车站站台最好为平坡，站台段坡度宜采用2，困难条件下不大于3。地面和高架桥的车站站台段线路设置在平道，在困难地段可设在不大于3的坡道。,坡度选择,最小纵坡隧道内线路坡度一般不小于3。（排水需要）车场线设在不大于1.5的坡道上。（容易溜车）为了便于道岔的养护与维修，道岔应铺设在不大于5的坡度上，在困难的条件下可设在不大于10的坡度上。隧道内折返线一般选取20。,二.纵断面设计主要技术要素的确定,2.竖曲线为了缓和变坡度的急剧变化，使列车通过变坡点时产生的附加加速度不超过允许值，相邻坡度差
13、大于或等于2时，应设竖曲线。竖曲线半径的计算,Rv=v2/（3.62av）,2.竖曲线,我国地铁规范上正线取值一般av=0.1m/s2，困难条件下av=0.17m/s2。考虑区间正线的运行速度一般为80km/h，站端为60km/h.。,2.竖曲线,对轻轨线路，设计行车速度V=3060km/h，竖向离心加速度aV=0.30.6m/s2，计算结果如表2-11。,二.纵断面设计主要技术要素的确定,坡段长度综合考虑行车平稳及工程量的影响来确定最短坡段长度。一般情况下线路纵向最小坡段小于列车长度时，可以使一列车范围内只有一个变坡点。坡段长度还应满足竖曲线既不相互重叠，又能相隔一定距离，两竖曲线夹直线长度
14、不宜小于50m，有利于列车运行和线路的维修。,地铁一号线沈阳站,沈阳地铁一号线纵断面主要技术标准,纵断面标高控制原则,纵断面控制要素,百米桩位置,坡长,坡高按高程计算,第四节 线路网络规划,1.规划设计原则（周84）(1)路网中的规划线路走向应与城市交通中的主客流方向相一致；(2)路网规划要与城市发展规划紧密结合，并适当留有发展的可能性；（卫星城）(3)路网规划要尽量沿城市干道布设；(4)路网中的线路布置要均匀，线网密度要适当，乘客换乘方便、换乘次数要少；(5)路网要与城市公共交通网衔接配合好，以充分发挥各自的优势，为乘客提供优质交通服务；(6)路网中各条规划线上的客运负荷量要均匀，避免个别线
15、路负荷过大或过小的现象；,1.规划设计原则,(7)在选择线路走向时，应考虑沿线地面建筑的情况，要注意保护国家重点历史文物古迹和保护环境；(8)在规划线路时，一定要同时规划好车辆段(场)其位置和用地范围；(9)环线的设置要因地制宜，不可生搬硬套。(10)确定路网规划中的线路修建程序时，要与城市建设计划和旧城计划相结合，以保证快速轨道交通工程建设计划实施的可能性和连续性以及工程技术和经济上的合理性。,第四节 线路网络规划,2.规划设计依据(1)城市街道布置的格局(2)客流量要求(3)施工技术的可能性(4)战备要求,第四节 线路网络规划,3.路网规模的确定(1)线路数量：根据各城市的干道网情况和主客
16、流方向选定。(2)线路总长度 a:以城市交通客流总量计算路网总长度；b:以路网密度指标计算路网线路总长度。,4.路网几何结构图形,放射形(星形)定义：指路网所有线路只有一个交点的结构。其唯一换乘站通常位于市中心的客流集散中心。如目前的布拉格地铁网络系统图2-2。俄罗斯圣彼得堡地铁网络图2-3。,图2-2 布拉格地铁网（捷克首都）,放射形(星形),图2-3 圣彼得堡地铁网,放射形(星形),优点：所有线路均可直接换乘；郊区与市中心联系方便；一次换乘即可到达目的地。缺点：换乘站客流量大,客流干扰严重；换乘站设计施工难度大,建设费用高；各副都中心之间联系不便,需到市中心换乘。,条带形(树状)结构定义：
17、指n条线路有n-1个交点（换乘站），且在网络中没有网格结构，形如树枝状，如图2-1(14)。适用：沿江或沿山谷条带状发展的城市地域。缺点：结构连通性差，换乘不方便；客流分布不均，给行车组织带来困难。,条带形/树状结构,棋盘式(栅格网状结构)定义：指由若干条线路（至少四条）大多呈平行四边形交叉，所构成的网络多为四边形路网结构，其形状如图2-1(4)。优点：在内城区分布比较均匀；存在回路，结构连通性好，乘客换乘的选择较多；能提供很大的运输能力，客流分布比较均匀。,缺点：二次换乘多；无到市中心的径向路线，市郊到市中心出行不便。图2-4所示为墨西哥棋盘式地铁轨道交通网。,图2-4 墨西哥地铁网,棋盘式
18、(栅格网状结构),放射网状定义：指线路（至少3条）多为径向线且线路交叉所成的网络多为三角形的路网结构，如图2-1(2)。优点：市中心区路线和换乘站密集而均匀，网络连通性好，乘客换乘方便。郊区到市中心的出行方便，市中心区对市郊经济辐射距离较远。缺点：市郊区之间发生联系时，必须到中心区换乘站换乘，导致乘客走弯路。,放射形环状结构定义：是在放射网状的基础上增加环行线而成的路网结构，其环线一般与所有的径线交叉，如图2-1(3)所示。优点：整个路网连通性好；有效的缩短市郊间乘客利用轨道交通出行的里程和时间；起到疏散市中心客流的作用。图2-5为莫斯科地铁网,图2-5 莫斯科地铁网,放射形环状结构,“只要是
19、俄罗斯人，谁都会把莫斯科视为母亲的”托尔斯泰,棋盘加环线形式如图2-1(5)所示。提高环线上乘客的直达性和减少换乘次数；改善环外平行线间乘客的换乘条件，缩短了出行时间；减轻了市中心的线路负荷，起到疏散客流作用。图2-6为北京地铁路网。,图2-6北京地铁规划网络图a)北京地铁路网（1995年）,棋盘加环线形式,图2-6 北京地铁网络图,棋盘加环线形式,对角线形定义：在棋盘加环线的基础上，增加对角线走向线路，如图2-1(6)。优点：这种形式可弥补棋盘形非直线系数大的缺点。适用：只有对角线方向的客流确实较大，并且有布置线路的适宜条件时，才能采用这种形式的路网。,其他形状国内外许多规模不大的城市，或城
20、市地理位置特殊等原因，客流流向较为集中单一，也就形成了如图21（14）的几何图形。混合形结合城市的具体情况，将上述几何图形的两种或多种有机地结合在一起，成为一个完整的路网结构形式。,不同网络结构对城市结构的影响 星形结构引导城市向单中心结构发展；树状结构引导城市呈条带状中心区结构发展；栅格网状结构引导城市较均匀地向外扩展；放射网状结构促使城市形成手掌状向外延伸的平面图，如哥本哈根等；放射环形路网能引导城市如手掌状向外延伸。,我国大城市轨道交通网络我国绝大多数城市都是单中心结构。单一中心结构的缺点：加剧市中心的交通拥挤；增加人们平均出行距离；造成市中心的地价高，反过来抑制市中心的发展：造成市中心
21、人口过分密集，环境污染，生活质量下降。,第五节 轨道的几何形位,轨道的几何形位1轨距,轨距,第五节 轨道的几何形位,2曲线轨道的轨距加宽与超高(1)轨距加宽 为使轨道交通车辆能够平顺地通过曲率半径较小的曲线轨道，对轨距要适当加宽。加宽轨距通过将曲线轨道的内轨向曲线中心方向移动，并在缓和曲线长度范围内完成，曲线外轨位置保持不变。,2.曲线轨道的轨距加宽与超高,轨距加宽标准,2.曲线轨道的轨距加宽与超高,(2)曲线轨道外轨超高,V为行车速度，Km/h;R为曲线半径，m,第六节 地铁限界,1.地铁限界的定义地铁列车是沿固定轨道调整运动的物体，它需要在特定的空间中运行，根据各种参数和特性，经计算确定的
22、空间尺寸，称为限界。2.地铁限界的组成 车辆限界 设备限界 建筑限界,车辆限界：指车辆在运行过程中的横断面的极限位置，车辆的任何部分都不允许超出此限界之外。设备限界：在车辆限界的基础上，考虑轨道的轨距、高低等在某些地段出现最大容许误差时引起车辆的附加偏移量，以及包括在设计、施工、列车运行中不可预计的因素在内的安全预留量。（所有设备和土木工程的任何部分都不得侵入此轮廓线。）建筑限界：是行车隧道内垂直于线路中心线的最小有效隧道净空，所有构筑物的任何突出部分都不得侵入。,隧道内直线地段车辆轮廓线、车辆限界、设备限界图,地铁限界的合理性：=At/Av 在23At-隧道断面面积；Av-车辆断面面积,第六
23、节 地铁限界,3限界确定的原则(1)限界是确定行车轨道周围构筑物净空的大小，是管线和设备安装相互位置的依据，是专业间共同遵守的技术规定，它应经济、合理、安全可靠。(2)限界应依据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、受电方式、施工方法、设备安装等综合因素进行分析计算确定。矩形隧道建筑限界、马蹄形隧道建筑限界、圆形隧道建筑限界(3)限界一般是按平直线路的条件进行制定。而曲线和道岔区的限界应在直线地段限界的基础上根据车辆的有关尺寸以及不同曲线半径、超高、不同的道岔类型分别进行加宽和加高。(4)在制定限界时，对结构施工测量、变形误差，设备制造和安装误差，设计、施工、运营过程中难于预计的其它因素在内的安全留量等，都应分别进行研究确定。,车辆轮廓线,设备限界,建筑限界,思考的问题,1.如何进行地铁线路选线？2.地铁发展至今，地铁网络有哪些形式，你认为什么样的网络形式是最好的（最适合城市发展的）？3.已知地铁通过曲线段最高运营速度为80km/h，外轨最大超高120mm，内轨最大欠高61.2mm，理论计算平面曲线最小曲线半径Rmin？4.什么是地铁限界？,
