張文正

(廣州地鐵設計研究院有限公司, 廣東 廣州　510010)

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城市軌道交通工程線路設計內容及方法

張文正

(廣州地鐵設計研究院有限公司, 廣東 廣州510010)

摘要：設計作為軌道交通工程其中一個環(huán)節(jié)，起著非常重要的作用。線路專業(yè)作為城市軌道交通工程設計前期專業(yè)，是整個地鐵和輕軌設計中最重要的總體性專業(yè)。為提高城市軌道交通線路設計質量及工作效率，促進軌道交通又好又快發(fā)展，闡述線路專業(yè)在各階段的工作內容和線路設計的工作方法。線路設計必須綜合考慮各方面因素，深入仔細地研究線、站位方案，并積極與各市政部門、產權單位對接，逐步穩(wěn)定線、站位方案，最終確定科學、合理、可行、經濟并有利于運營的線路平、縱斷面設計方案。

關鍵詞：城市軌道交通工程； 線路； 線、站位； 配線； 調線調坡

0引言

近年來，城市軌道交通發(fā)展越來越快，在城市交通建設中占有越來越重要的作用和地位。截至2013年，全國已有35座城市在建設城市軌道交通；至2014年，全國22個城市共開通城市軌道交通運營線路長3 173 km。

在軌道交通工程中，設計是施工和運營的基礎，其優(yōu)劣關系到今后運營的狀況和效果，故設計在整個軌道交通工程建設過程中是極其重要的環(huán)節(jié)。線路專業(yè)是整個設計的龍頭專業(yè)，是所有設計的基礎，具有總體性、階段性和全局性特征，其主要設計內容是線、站位方案比選，然后通過相應合理的技術標準和設計規(guī)范，確定線路平、縱和橫斷面設計，準確地定位線路位置，為軌道交通工程其他專業(yè)打下堅實的基礎。

目前，國內學者對線路專業(yè)的設計內容及方法進行了研究和總結。陳劍偉[1]根據上位規(guī)劃、客流吸引、施工、拆遷量等因素研究了線、站位分析和敷設方式的比選；邱云舟等[2]根據城市土地利用、環(huán)境因素和工程造價對地下線、地面線和高架線3種敷設方式進行了綜合分析和比較，為線網線路敷設規(guī)劃提供技術支持；張佩竹[3]歸納了線路設計過程中應重視的幾個方面及部分基本經驗，就地鐵項目設計中涉及的一些問題進行了探討并提出建議。

本文在前人研究的基礎上總結和歸納了線路專業(yè)的主要設計流程和各個階段的工作內容，以及開展線、站位方案、敷設方式研究、加站減站方案的設計方法。

1城市軌道交通工程線路設計的工作流程

城市軌道交通建設基本流程分為線網規(guī)劃、建設規(guī)劃、工程可行性研究、初步設計、招標設計、施工圖設計、施工配合及竣工驗收[4]。

線路設計貫穿于整個城市軌道交通工程中，按照軌道交通建設基本流程分為線網規(guī)劃階段、建設規(guī)劃階段、工程可行性研究階段、初步設計階段、招標設計階段和施工圖設計階段以及調線調坡。

1.1線網規(guī)劃

線路的主要工作就是3個穩(wěn)定，即穩(wěn)定線網中各線的線路走向、起終點，穩(wěn)定換乘節(jié)點，穩(wěn)定交通樞紐的銜接[1]。

1.2建設規(guī)劃

線路的主要工作就是初步確定線路走向、敷設方式、車站分布和車站型式，明確起終點的延伸要求和分期建設情況，對重點及困難地段進行深入地比選，保證方案的可行性。

1.3工程可行性研究

基本穩(wěn)定線路走向、車站分布、輔助線型式及位置，初步確定線路平面位置、車站位置及平面總圖布置方案，基本穩(wěn)定線路敷設方式及過渡段位置，初步確定地下車站埋深、高架車站軌面高程，穩(wěn)定線路縱斷面。

1.4總體設計

該階段不是國家規(guī)定的設計流程中的必需階段，但在實際工作中，依據合同規(guī)定，總體設計也是一個工作階段，故該階段繼續(xù)落實外部條件，穩(wěn)定線、站位；同時配合編制總體性文件，例如技術要求和機電對土建的技術要求，為下一階段的工作做準備。

1.5初步設計

穩(wěn)定線路走向和車站分布方案，基本穩(wěn)定線路平面、車站位置、行車配線設置；穩(wěn)定線路敷設方式和洞口位置，基本確定線路縱斷面。

1.6施工圖設計

最終穩(wěn)定線路平面位置和精確的車站位置，穩(wěn)定線路縱斷面坡度及軌面標高(含換乘線路前后3站2區(qū)間)。

1.7調線調坡

本階段的工作是全線土建施工完成后、軌道鋪軌前的一項設計工作，是在對車站與區(qū)間隧道竣工橫斷面進行建筑限界檢測的基礎上，根據結構侵入限界的

情況，對局部地段的線路平面、縱向坡度進行適當調整，作為修改軌道設計的依據和鋪軌前施工整體道床的基準，以滿足行車的限界要求，從而保證運營安全。

2線路主要設計原則

1)線路走向應符合城市總體規(guī)劃、線網規(guī)劃和建設規(guī)劃的要求，滿足城市綜合交通規(guī)劃及客流需求，預留城市軌道交通線網規(guī)劃未來發(fā)展、銜接的條件[5]。

2)線路平面盡可能沿城市主干道行進并在道路規(guī)劃紅線范圍內布置，站位應靠近客流集散點、交通樞紐，并方便與公交及其他交通工具銜接，方便乘客出行，提高城市公共交通體系的服務水平，真正體現“以人為本”。

3)車站分布應以規(guī)劃線網的換乘節(jié)點、城市交通樞紐點為基本站點，結合城市道路布局和客流集散點分布確定。車站間距在城市中心區(qū)和居民稠密區(qū)地區(qū)宜為1 km，在城市外圍區(qū)宜為2 km。

4)線路敷設方案的選擇必須符合城市總體規(guī)劃的要求，根據地形、道路、工程地質、施工方法、地上地下建筑物及其基礎結構埋深的情況，從降低工程造價和運營成本、減少對市民生活環(huán)境的干擾，保護城市生態(tài)環(huán)境、合理利用土地資源等方面進行綜合比選。

5)根據運營組織、行車相交線路，結合線路條件和工程條件設置輔助線，達到方便折返、停車、靈活調度，有利于運營和控制土建規(guī)模的目的。

3線路設計的主要工作內容

3.1線、站位方案研究

線、站位方案比較研究是城市軌道交通項目可行性研究的基礎，是各專業(yè)開展工作的前提和條件。線、站位方案比較研究時，要從多方面因素綜合考慮，進行各方面的綜合比較研究，確定最優(yōu)、最合理的方案。影響線、站位方案比較的主要因素如表1所示。

表1　線、站位方案比較研究影響因素及研究重點

3.1.1線路路由方案比選

路由方案比選是線、站位方案研究的基礎，只有穩(wěn)定路由方案，才能為下一步車站站位方案比選打下堅實的基礎。

路由方案比選是在城市軌道交通線網規(guī)劃和建設規(guī)劃的基礎上，結合城市道路現狀及沿線規(guī)劃情況、工程可實施性及可實施難度、沿線建(構)筑物和工程造價等因素對對象路由作多方案比選的過程，以便確定推薦路由。

以南昌軌道交通2號線二期南延線工程為例，2號線二期南延線工程與一期工程在站前南大道站相接。在建設規(guī)劃中，南延線線路走向為國體大道—九龍湖—翔龍路—騰龍大街—站前南大道站。建設規(guī)劃中南延線線路示意圖如圖1所示。

圖1　建設規(guī)劃南延線示意圖

Fig. 1Sketch map of south extension line of Phase 2 of Nanchang Metro Line No. 2

工程可行性研究階段對南延線過湖段路由進行了詳細的研究和比選，過湖段的路由有3條，如圖2所示。

圖2　南延線路由方案示意圖

路由1： 國體大道—過九龍湖—九龍大道—騰龍大道。該方案中，線路下穿規(guī)劃的國展中心用地，且九龍大道是通往新建省委省政府辦公樓的大道，前期與省相關部門的溝通協(xié)調，九龍大道今年將建成北段道路，并且不宜再次開挖，本工程若沿該大道行進，則基本無實施的可行性。

路由2： 與建設規(guī)劃路由一致。邊界控制因素較少，實施條件較好。

路由3： 國體大道—過九龍湖—騰龍大道。該方案中，線路下穿規(guī)劃幼兒園用地和規(guī)劃商業(yè)用地，且部分侵入國體大道過湖隧道的范圍，具有一定的實施風險。

上述3個方案的綜合比較如表2所示。

綜上所述： 方案1不具備可實施性；方案3過湖段最短，客流直接吸引效果相對較好，但從工程實施的成本、難度及風險方面分析，均比方案2大；方案2仍然能夠有效覆蓋到九龍大道和國體大道等主要客流走廊，同時結合考慮規(guī)劃部門的意見和線網規(guī)劃及建設規(guī)劃的成果，故推薦方案2，即線路在九龍湖南站—騰龍路站段主要沿翔龍路行進。

3.1.2車站站位方案比選

車站站位方案比選主要是針對2個或2個以上不同位置并且可行性較強的車站方案進行研究和比選，最終根據各個方案的優(yōu)、缺點綜合比較車站服務功能、工程可實施性、工程造價和交通疏解等因素確定推薦方案。

以南昌軌道交通3號線何坊西路站為例，在《南昌市城市快速軌道交通建設規(guī)劃》(2014—2020年)中，何坊西路站站位于何坊西路與迎賓大道路口，如圖3所示。

在工程可行性研究階段，該路口的現狀發(fā)生了重大變化，何坊西路正在修建九州高架，該路口的現狀如圖4所示。

正在修建的九州高架沿著何坊西路橫跨迎賓大道，道路兩側橋樁之間的距離較小，車站施工風險較大，且位于立交橋下面，客流服務功能較差，故需將車站移出該路口。移站的方案有2個： 1)北移至撫河南路； 2)南移至三店西路。若移至三店西路，何坊西路站與前一座車站江鈴東路站的站間距只有約575 m，而何坊西路站與下一座車站建設路站的站間距為 1 900 m，前后站間距不均勻，客流吸引范圍不均衡。經綜合考慮，將何坊西路站北移至撫河南路口，北移后前后站間距為1 430 m和1 000 m，站間距較均勻。何坊西路站北移后的站位示意圖如圖5所示。

表2　南昌2號線南延線路由方案綜合比較表

圖3　建設規(guī)劃何坊西路站站位示意圖

Fig. 3Sketch map of planning of Hefangxilu Station on Nanchang Metro Line No. 3

圖4　何坊西路九州高架現狀圖

圖5　何坊西路站北移后站位示意圖

Fig. 5Sketch map of Hefangxilu Station after relocation towards North

3.1.3車站加站和減站方案研究

車站加、減站需結合站間距和客流進行研究。

車站加站方案以南昌3號線起點站蓮塘站南移后增加汽車大道站為例進行說明。蓮塘站是3號線的起點站，站后接蓮塘車輛段。建設規(guī)劃中，蓮塘車輛段位于江鈴瓦良格西側、蓮西大橋南側的地塊，根據與南昌縣的溝通結果，該地塊是南昌縣的泄洪區(qū)，且依據南昌市總體規(guī)劃，該地塊也是規(guī)劃綠地，故該地不能作為車輛段使用。根據與南昌縣協(xié)調結果、南昌市政府會議紀要，蓮塘車輛段南移至銀三角立交橋南側，位于鐵路公安學校北側、京九鐵路西側、鐵路中專學校南側和向塘北大道東側地塊內。結合蓮塘車輛段南移，為減小出入段線長度，且城南路南側約1.6 km的規(guī)劃路路口周邊存在大量小區(qū)，例如銀河城、恒大綠洲和江鈴瓦良格小區(qū)，故將蓮塘站南移至該規(guī)劃路路口。

蓮塘站南移后，蓮塘站與第2座車站澄湖中路站的站間距約為3.1 km，站間距過大，且城南路南側汽車大道與迎賓大道路口規(guī)劃有大量的居住用地和商業(yè)用地，未來規(guī)劃客流較大。因此，在該路口增設1座汽車大道站，增設車站后，前后站間距分別為1 120 m和2 000 m，站間距相對較合理。增設汽車大道站示意圖如圖6所示。

圖6　汽車大道站加站示意圖

車站減站方案研究以南昌3號線建設路站為例。在建設規(guī)劃中，建設路站位于京山北路與建設路路口。建設規(guī)劃中建設路站示意圖如圖7所示。

圖7　建設規(guī)劃中建設路站示意圖

建設路站前后2.3 km范圍內有4座車站，分別為何坊西路站、建設路站、十字街站和繩金塔站，車站分布較密，且建設路站南側約200 m有一玉帶河，河深約9.3 m，為使何坊西路站—十字街站區(qū)間隧道與玉帶河河底保持6 m以上的凈距，建設路站需設成3層車站，工程造價較高。因此，工程可行性研究階段取消建設路站。

3.1.4線路敷設方式比選

線路敷設方式主要有地下、地面和高架3種。線路采用地下敷設方式時，車站主要采用明挖法施工，區(qū)間隧道主要采用盾構法、明挖法和暗挖法施工。線路敷設方式的比選主要針對地下、地面和高架方式的研究和比選。以南昌3號線蓮塘站—陽光路站段線路為例，該段線路位于迎賓大道上，該段線路示意圖如圖8所示。

圖8　蓮塘站—陽光路站段線路示意圖

工程可行性研究階段對該段線路地下、地面和高架敷設方式進行了分析。迎賓大道寬度較窄，若采用地面敷設，會占用部分道路空間，影響道路交通，故蓮塘站—陽光路站不采用地面敷設。下文將對盾構施工方法、淺埋明挖法和高架進行研究，綜合比較如表3所示。

地下淺埋明挖方案主要適用于在空曠地帶。本段線路周邊建(構)筑物、管線較多，道路寬度不足，交通流量較大，采用淺埋明挖時，需設圍護樁，且路中無綠化帶，區(qū)間自然通風不成立，故造價反而高于盾構。當采用高架敷設方式，需重新調整南外環(huán)互通立交，同時需對區(qū)間東西向橫穿的220 kV高壓線(9組)進行遷改，高架橋全部侵入南北向高壓線的保護距離，協(xié)調量較大；迎賓大道為南昌縣未來最重要的經濟發(fā)展軸，道路兩側規(guī)劃大片高端住宅和商務區(qū)，高架橋對其規(guī)劃開發(fā)影響較大。綜上所述，蓮塘站—陽光路站采用地下盾構敷設方式。

3.1.5車站埋深方案研究

車站埋深方案研究主要是為了確定合理的車站軌面標高。車站埋深的主要受制因素有兩側分布的河流、湖泊、管線、前后區(qū)間隧道入巖和拆遷等。

表3　蓮塘站—陽光路站段線路敷設方式比較表

以南昌3號線疊山路站為例，該站位于疊山路與環(huán)湖路路口，前后區(qū)間基本位于地塊中間，下穿了大量的建筑物，施工風險極大。疊山路站及前后區(qū)間線路示意圖如圖9所示。

圖9　疊山路站示意圖

Fig. 9Diagram of Dieshanlu Station on Nanchang Metro Line No. 3

結合南昌1號線和2號線工程實施情況，區(qū)間下穿建筑物的地段盡量入巖，可減少盾構穿越的風險。

根據勘察單位提供的地勘資料，疊山路站巖層埋深為18.1 m。相鄰2區(qū)間的巖層情況如下： 八一館站—疊山路站區(qū)間的巖層深度為13.7～18.0 m，疊山路站—青山路口站區(qū)間的巖層深度為17.7～21.0 m。若要保證前后2段區(qū)間能進入巖層，則疊山路站軌面埋深要壓至地面以下23.4 m左右，故疊山路站需做地下3層車站。此時，疊山路站前后區(qū)間縱斷面如圖10和圖11所示。

圖10　八一館站—疊山路站區(qū)間縱斷面

圖11　疊山路站—青山路口站區(qū)間縱斷面

綜上所述，疊山路站設成地下3層站時，前后區(qū)間可全部進入巖層，這樣可減小區(qū)間下穿建筑物地段的施工風險，且可減少大量建筑物加固、人員臨遷和安置費用等。經綜合比選和研究，疊山路站設成地下3層車站。

3.1.6區(qū)間埋深方案研究

區(qū)間隧道埋深主要控制因素有地質情況、沿線建(構)筑物情況、河流和湖泊、節(jié)能坡和其他相交線路等。

以南昌3號線何坊西路站—十字街站區(qū)間縱斷面為例，該區(qū)間站間距較長，可設節(jié)能坡，同時，根據是否將聯絡通道和泵房置于中風化巖層，縱斷面有2種方案。

1)聯絡通道和泵房位于上軟下硬地層，節(jié)能坡效果最好。

2)聯絡通道和泵房完全置于中風化巖層，節(jié)能坡效果較好。

方案1縱斷面圖如圖12所示。

方案2縱斷面圖如圖13所示。

圖12　方案1縱斷面圖

圖13　方案2縱斷面圖

方案1中： 節(jié)能坡的坡型組合為“-25‰、-5‰、+6.954‰、+25‰”，節(jié)能效果好，縱斷面最低點位于上軟下硬地層，隧道有約3.8 m的深度侵入巖層，施工風險較大。方案2中： 坡型組合為“-26‰、-9.4‰、+18.055‰、+27‰”，節(jié)能效果較差，縱斷面最低點完全位于巖層以下約1.0 m，施工風險較小。

經綜合研究，為減小施工風險，何坊西路站—十字街站區(qū)間縱斷面采用方案2。

3.2線路平面設計

線路平面設計是在線網規(guī)劃和建設規(guī)劃的基礎上，在確定線路路由和車站站位的情況下，對線路的平面位置、車站站位和全線的輔助線進行詳細的分析和比較，以確定最終線路的平面位置，使線路平面位置最優(yōu)、最合理。

3.3線路縱斷面設計

線路縱斷面設計是在線路平面穩(wěn)定的基礎上，根據車站和區(qū)間埋深方案研究確定車站、區(qū)間及其最低點軌面標高的過程。主要設計內容包括確定敷設方式和過渡段、分析沿線建(構)筑物、坡度、區(qū)間最低點泵房與聯絡通道的結合和聯絡通道的設置。此外，線路縱斷面設計時還應注意以下問題。

1)要結合地質條件，使隧道盡量避開上軟下硬地層，以降低施工和運營的風險。

2)盡量考慮設置節(jié)能坡，節(jié)能坡設計宜參照行車牽引曲線進行。變坡點盡量靠近車站端，節(jié)能坡長度不宜大。若有配線可不進行節(jié)能坡設計。

3)豎曲線盡量不與平面緩和曲線重合，若節(jié)能坡設計與豎曲線和緩和曲線重合相矛盾時，應以節(jié)能坡為主。

4)縱斷面最低點設計時，應考慮避開上軟下硬地層，同時考慮單個區(qū)間聯絡通道的設置數量。

3.4橫斷面設計

城市軌道交通工程有地下、地面和高架3種敷設方式，這3種敷設方式對沿線建(構)筑物的影響是不同的，其中地面和高架對沿線建筑物和道路環(huán)境影響較大，需要結合線路區(qū)間隧道與沿線道路、建(構)筑物的關系進行橫斷面設計。

當軌道交通采用地面敷設時，橫斷面設計時需考慮線路兩側建筑物情況，與既有或規(guī)劃道路相結合；當軌道交通采用高架敷設時，根據線路與所分布道路的相對位置關系，線路有路中、路側和機非隔離帶幾種形式；當軌道交通采用地下敷設時，橫斷面設計需考慮隧道與沿線建(構)筑物的距離，保證施工和運營的安全。

3.5配線設計

配線是為了保證地鐵列車正常運營，實現列車合理調度，并滿足非正常情況下(事故、故障和災害)組織臨時運行和維修作業(yè)所設置的線路，主要包括車輛基地出入線、聯絡線、折返線、停車線、渡線和安全線[6]。

3.5.1出入段(場)線設計

出入段(場)線主要是連接車輛段或停車場至接軌車站的線路。出入段(場)線設計的重點是正線(或正線延伸線)與出入段(場)線的交點位置兩者有足夠的豎向凈距，保證安全施工和運營的要求。另外，當出入段(場)線兼顧列車折返功能時，應具備一度停車的需要，結合行車要求，合理設置出入段(場)線的坡度、坡向和坡段長度[6]。

3.5.2折返線、停車線和單渡線設計

折返線、停車線和單渡線在線、站位穩(wěn)定的基礎上，結合行車方案和工程實際合理確定全線配線設置情況。

3．5．3聯絡線設計

聯絡線是根據城市軌道交通線網規(guī)劃、車輛基地分布位置和承擔任務范圍確定的[7]。

3.6調線調坡設計

調線調坡設計又稱線路平面及縱斷面調整，是在車站與區(qū)間隧道施工完成后，軌道結構鋪設前進行的一項重要的設計工作，它的重要性關系到地鐵運營的安全。在車站和區(qū)間隧道施工過程中由于圍巖和結構的變形、測量誤差和施工誤差等原因，導致建成后的車站和區(qū)間隧道結構與設計位置不能完全匹配，若不進行處理仍按原設計位置鋪軌，則局部結構將侵入建筑限界，危及列車運行安全而發(fā)生事故[8]。

調線調坡設計是在線路施工圖設計的基礎上，以竣工后的斷面測量數據為依據，調整線路平面或坡度，使結構凈空盡量滿足建筑限界的要求[9]。

3.7換乘線路設計

換乘線路設計主要對相交線路的前后3站2區(qū)間進行平、縱斷面設計，判定換乘線路平面和縱斷面的可行性，以穩(wěn)定換乘車站的換乘方案。

4結論與建議

在城市軌道交通工程設計中，線路專業(yè)作為所有設計的龍頭專業(yè)，具有總體性、階段性和全局性等特征，其前期工作強度大、技術復雜、與其他專業(yè)銜接緊密，在地鐵工程設計中起著“工程未動、線路先行”的重要作用。線路線、站位的確定，平、縱斷面的設計，都直接關系到工程實施的風險、工程投資、運營質量和乘客的舒適度等。

線路設計必須綜合考慮各方面因素，深入仔細地研究線、站位方案，并積極與各市政部門、產權單位對接，逐步穩(wěn)定線、站位方案，最終確定科學、合理、可行、經濟并有利于運營的線路平、縱斷面設計方案。本文為線路工作者提供了一整套設計思路和工作方法，篇幅有限，有些問題未進行深入研究，有待后續(xù)工作者進行更深入、細致的研究工作。

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Design Contents and Methods of Line In Urban Rail Transit

ZHANG Wenzheng

(GuangzhouMetroDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510010,Guangdong,China)

Abstract:Design is a very important part of rail transit projects. As a professional design of urban rail transit project, the alignment profession is the most important overall profession in the design of Metro and light rail. In this paper, the working contents of alignment designing methods of alignment profession are discussed. The author suggests that many factors, i.e. further study on line location and station location, negotiation with related authorities and scheme decision, have to be considered.

Keywords:urban rail transit; alignment; line and station location; siding; line revision and slope revision

中圖分類號：U 45

文獻標志碼：A

文章編號：1672-741X(2016)04-0425-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.009

作者簡介：張文正(1988—)，男，湖北漢川人，2012年畢業(yè)于北京交通大學，道路與鐵道工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事線路設計工作。E-mail: 460210270@qq.com。

收稿日期：2015-10-11; 修回日期: 2015-12-16