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地铁工程基础知识

地铁工程基础知识

限界（LoadGauge）是指列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。

城市轨道交通规定有车辆限界、接触轨（网）限界、设备限界、建筑限界等。

限界是轨道交通的重要组成内容，它为车辆和土建设计提供控制依据，它确定轨道交通与线路有关的构筑物净空和各种设备相互关系。

限界是根据车辆、行车速度等决定的。

它是区间隧道、线路、轨道、桥梁、车站、信号、供电、消防、环控、屏蔽门等专业的设计依据。

车站建筑

一、功能概述

车站是城市轨道交通路网上一种重要的建筑物，供乘客乘降、换乘和候车的场所，是地铁工程中对外开放的重要窗口。

按功能划分，可分为一般车站和换乘车站；按站台类型划分，可分为岛式站台、侧式站台和混合式站台车站；按设置的位置可分为地下、地面和高架车站。

一般情况下车站由站厅层、站台层、设备及管理用房、人行通道，地面出入口、通风道、通风亭等组成。

站厅层公共区是为乘客提供集散、售检票所必须的空间。

站台层是为乘客提供候车、上下车和车辆停靠的空间。

设备及管理用房是为改善站内环境、进行运营管理和为乘客服务设置的配套空间。

人行通道、地面出入口是乘客进出站所需的空间，也是车站的重要组成部分。

车站通风道、通风亭是改善车站内环境条件必不可少的建筑物。

二、设计要求

车站总平面设计包括车站、人行通道及地面出入口、通风道、通风亭等。

由于车站是解决地面进、出站乘客和换乘乘客上、下车的公共交通建筑，由此车站应具有最大限度地吸引乘客，使乘客能方便进站、迅速出站、客流流向顺畅，并具有能方便、合理地结合其他公交系统来疏解客流的功能。

要实现上述功能目标必须与下列专业相适应。

1、 线路专业

线路专业是决定车站走向的重要因素，根据车站功能的需要应得到线路专业最大限度的配合和支持，线路走向可根据车站功能的需要做适应调整，否则车站功能难以得到实现。

2、 城市规划、交通规划专业

城市规划和交通规划是确定车站站址，地面出入口，车站埋深及车站形式的主要依据，能否充分吸引乘客，发挥大容量地下交通工程的综合效益，主要体现在车站站位及地面出入口的设置上。

合理确定车站站位对地铁车站功能的实现、地铁工程投资减少、对城市旧城改造、城市的发展、城市交通的疏解都将起到举足轻重的作用。

而这些作用又取决于地铁车站与城市规划，交通规划是否相适应、相协调。

3、 行车组织与管理专业

车站建筑设计应根据行车组织所提出的车站客流预测资料，换乘客流量、地铁运营管理模式、列车编组以及车站内线路特性来确定合理的车站集散厅（公共区）、站台厅规模，以及站台有效长度和宽度，同时根据各专业的要求确定车站运营及管理用房规模和布置。

因此，地铁行车组织与管理专业对车站规模起着主要控制作用。

4、 限界专业

限界是控制车站站台层土建规模、站台层站台板与线路之间的关系，车站站台层设备管线设置、保证地铁列车安全运行的重要依据。

因此，在车站建筑布置中要充分协调和解决好限界专业所提出的一系列技术参数和标准。

5、 车站风、水、电及其他各系统专业

车站风、水、电及其他各系统专业是控制车站设备用房规模、车站规模及埋深的重要因素，合理布置以上专业的设备用房及管线，将对降低车站工程功能目标成本起着重要作用。

6、 自动售检票（AFC）系统

站厅层集散厅中付费区和非付费区的划分，集散厅内的客流组织，很大程度上取决于AFC系统的设计原则、设备数量和尺寸。

合理布置AFC系统设备对乘客能否方便进站、迅速出站、方便车站运营管理将起重要作用。

结构工程

一、地下车站结构分类

1、明挖车站

在条件允许时，应尽量采用矩形框架结构的车站型式，根据使用及轨面高程的要求车站可布置成双层，三层和四层等各种型式。

矩形结构的最大优点是地下空间利用较充分且适用性强，能用于各种功能要求的地下车站。

明挖车站的围护结构，可采取地下连结墙、钻孔灌注桩、人工挖也桩等支护型式。

围护结构既作为开挖时的支护结构，也可作为车站主体结构的侧壁（或侧壁的一部分）。

2、暗挖车站

当多个车站位于城市主干部的交通要道上，当城市交通不容许封路改道，可考虑采用暗挖法施工。

地下管线较多，迁移困难，或道路狭窄，地面房屋拆迁困难时，亦可考虑采用暗挖车站。

暗挖是铁路隧道施工中常见的一种施工方法。

暗挖车站有对地面影响小、房屋管理线拆迁最小等特点。

暗挖车站断面可根据车站规模大小，采用单层、双层、单跨、双跨、三跨等多种型式。

3、明暗结合式车站

明暗结合式车站是指沿车站纵向明挖和暗挖相结合的车站。

当站址位置一部分有条件进行拆迁明挖，同时不影响地面交通；另一部分由于地面交通或其它因素的限制不允许进行明挖施工时，可考虑采用明暗结合式车站。

4、半明半暗式车站 

是指沿车站横向的明挖与暗挖相结合车站。

可用于道路狭窄、地面房屋拆迁困难之处，或由于地面交通限制地段，一侧明挖，另一侧行车隧道采用矿山法施工。

二、区间隧道结构

1、 矩形断面

当采用明挖法施工时，区间隧道一般采用矩形框架的结构型式。

其断面内轮廓与地铁设备限界最为接近，断面净空可得到充分利用。

根据线路设置条件，单线隧道一般为单孔矩形断面，双线隧道一般采用双孔矩形断面，中间设隔墙分开，以利于区间隧道通风。

2、 马蹄形断面

采用矿山法暗挖施工的隧道，一般均采用马蹄形断面的结构型式。

根据线路设置条件可采用单线隧道或双线隧道的断面型式。

但由于双线隧道断面较大，拱部埋深相对较浅，地面沉降不易控制，工程风险较大。

因此，区间隧道一般宜采用单线隧道的型式。

3、 圆形断面

采用盾构法施工时，隧道断面为圆形。

单线区间隧道的内径为5.60m（5.40m），一般采用装配式钢筋砼管片衬砌。

三、高架结构工程

城市轨道交通根据工程地质条件、城市环境、线网规划等因素，为节省城市轨道交通系统建设总投资，缩短建设周期，有时采用高架结构线路。

高架工程包括高架区间和高架车站两部分。

高架区间常采用连续梁、连续和悬臂三种基本形式。

根据城市轨道交通的特点以及整体道床和无缝线路的要求，一般地段多采用简支或连续体系，在特殊地段（跨河、涌、谷地）也可采用悬臂体系。

根据结构受力、经济、施工方法及城市景观等要求，目前，比较适合城市轨道交通高架桥梁断的形式有下承式槽型梁结构、预应力混凝土箱梁结构，预应力混凝土板梁结构、后张法预应力混凝土T型梁结构等型式。

高架车站属地上高架结构，轨道列车运行于结构最上层。

作为一种新的结构形式，高架结构既非单一的房屋结构，也非单一的桥梁结构，而是桥梁和房建融合在一起的结构体系。

高架车站站台层们于结构最上层，与区间高架桥连接。

目前，高架车站多为2-4层。

高架车站常见的结构型式有钢盘混凝土空间框架式结构、桥梁式结构、框架桥梁式结构三种。

空间框架结构属桥梁，房建结合方案（简称：

“桥建合一”）。

该结构是先形成高架车站的空间框架，再于其上形成连续板梁，同时将桥墩作为房屋框架结构的一部分。

桥梁式结构属桥建结合方案。

高架站先形成桥梁结构（梁、墩柱、基础），再在桥上布置站台。

桥梁结构可选择的断面形式有箱梁、T型梁、板梁和槽形梁等。

墩柱常用的结构形式有T形墩、双柱墩、V形墩和Y形墩。

高架车站中的墩柱应具有足够的强度和稳定性，应避免在轨道列车作用下产生过大位移。

框架桥梁式结构属桥建分离方案。

主体结构分为两部分，即车站建筑和高架桥。

车站建筑包在高架桥之外，高架桥从房屋建筑中穿过，二者在结构上完全分开，受力明确，传力简洁。

四、地下车站及隧道施工方法

施工方法对结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。

施工方法的选定，一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况等）、地铁的功能要求、线路平面位置、隧道埋置深度及开挖宽度等多种因素的制约，同时也会对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的难易程度、城市规划的实施、地下空间的开发利用和运营效果等产生直接影响。

地铁施工方法的确定，必须因地制宜、统筹兼顾、选择技术可靠、水平先进、经济合理的断面型式和施工方法，一般来讲，地下车站有明挖、盖挖和暗挖三种方法，隧道有明挖和暗挖两种施工办法。

1、 明挖法

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法施工程序一般可以分为4大步：

维护（围护）结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。

明挖施工的特点是可以适用于各种不同的地质情况，减少线路埋深，施工工艺简单，技术成熟。

由于地铁线路一般都在城市的主干道上或居民密集区地带，这给明挖法施工增加了难度，就是如何减少对地面交通的干扰，如何避免对城市居民生活的影响，以及地下管线的密集程度，这已关系到明挖施工法能否成立的关键。

区间隧道大部分都在道路下方行走，不适宜采用明挖法施工，仅在高架线到地下线的过渡段，以及特殊地段采用。

2、 盖挖法

盖挖车站视基坑开挖与结构浇注顺序的不同，有两种基本的施工方法：

即盖挖顺作法和逆作法。

1） 盖挖顺作法

在围护结构与中间支承桩上铺设临时钢梁及路面板以恢复交通，此后即在临时路面板掩护下进行开挖，开挖到底，再由下面上回筑内部结构，最后覆土及铺装路面。

这种施工方法实施步骤为：

围护—铺临时路面—开挖—支撑—修筑主体结构—回填土—铺装路面。

2） 盖挖逆作法

在铺设的临时路面板下暗挖，按需设置支撑挖一层土浇筑一层板，挖至坑底浇筑底板。

施工工序为：

围护—铺设临时路面—开挖—支撑—修筑下一层主体—回填土—铺装路面。

3、暗挖法

1） 矿山法

地铁施工采用的矿山法，是近年来为适应城市浅埋暗挖隧道的需要而发展起来的一施工方法，也称浅埋暗挖法。

目前已在北京地铁和广州地铁一号线广泛使用。

其断面根据地铁限界要求一般设计为马碲形断面，采用复合式衬砌。

浅埋暗挖法施工，工艺简单、灵活，可以根据不同地层条件及时修正、变更。

它充分利用围岩的自稳能力，而在软弱地层中则用超前支护加强围岩的自稳能力，在围岩失稳之前及时进行支护—初期支护。

其施工方案及施工步骤一般根据地层围岩分类及上部建筑物条件来确定。

暗挖车站的具体施工方法及施工步骤，可根据各站所处的地理位置、地面环境条件、车站断面型式和埋深及工程地质情况分别采用不同的施工方案，如“中洞法”、“柱洞法”、“眼睛工法（眼镜法）”及“CRD”工法等。

2） 盾构法

一般是指由盾构机实施开挖、并同时拼装衬砌预制管片而形成隧道的工法。

配合岛式车站，盾构法施工其结构断面形式一般为单线双洞圆形隧道。

盾构法施工中最主要的特点是采用了称为盾构机的独特施工机具，该机器是一个能同时支撑地层压力且又能在地层中向前推进的钢管结构（简称盾体），在其前方设置的刀盘中安装有各种刀具通过转动切割土体并向螺旋输运器或管道输送，同时在尾部周边布置一圈千斤顶作后座支力，盾构机向前掘进一定距离后，在盾尾壳内即及时安装衬砌环，并以此不断循环，所以在盾构机所到之处，就是隧道形成之时。

显然盾构法施工是具前隧道施工中最具机械化，最有安全质量保障和在均质及软土层中适应性强、速度最快的先进施工技术工艺。

轨道

一、功能概述

轨道是保证地铁列车运行最基本的条件，它承载列车重量，通过与车辆之间良好的轮轨配合，引导列车前进并传递动荷载至轨道基础，故轨道应有足够的强度、稳定性和弹性，才能保证列车运行的安全和平稳，并减小轮轨间的冲击与振动。

轨道还兼做牵引供电的回流电路、杂散电流排流通道及信号传输线路，要求钢轨、道岔与道床间应有良好的绝缘，其过渡电阻既应满足防杂散电流要求，还应满足列车自动驾驶要求。

二、设备介绍

1、 钢轨

钢轨是轨道的主要组成部分，用以支承车辆重量及引导车辆运行，要求钢轨有足够的刚度、韧度和硬度。

钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。

2、 轨枕

轨枕是支承钢轨并将荷载传布于道床的轨道结构重要部件，并能有效的保持钢轨的几何形体，特别是轨距和方向，轨枕应具有一定的坚固性、弹性和耐久性。

道床是轨枕的基础，其功能是传布荷载于路基、隧道与桥梁，阻止轨排的位移，增加轨道的稳定性，同时还起到排水和缓冲的作用。

3、 板式浮置板道床

板式浮置板道床是一种无碴轨枕与道床结构，这种结构把道床置于橡胶弹簧上，通过质量—弹性体系统的惯性运动，把列车运行中产生的振动予以较大衰减后，再传递给隧道主体结构，从而保证地铁列车运行振动对环境的影响，符合国家有关环保标准的要求。

与普通混凝土整体道床相比，浮置板道床可减振18dBA左右，几乎可满足所有的环境条件下对地铁列车运行振动衰减的要求，其日常维修工作量也较小。

4、 包套式钢盘混凝土短枕整体道床

包套式钢筋混凝土短轨枕整体道床始于70年代，在国外已广泛用于高速铁路隧道内和地铁轨道。

本结构减振原理与浮置板道床轨道相同，减振性能与轨道减振器相当而可施工性和可维修性均优于浮置板道床轨道。

车辆

一、功能概述

城市轨道交通车辆是用来运输乘客的运输工具，地铁车辆采用动拖结合，形成电动车组。

车辆不仅要有良好的牵引、制动性能，以保证地铁运行的安全、准点、同时还配有其它的辅助设施，给乘客提供良好、舒适的乘车环境。

城市轨道交通车辆尽管形式不同，但均是由车体、转向架、制动装置、风源系统、电气控制、辅助电源、通风采暖及空调、内部设备、车辆连接装置、受流装置、照明、自动监控等系统组成。

一、技术及设备介绍

成都地铁1号线一期工程地铁车辆采用目前世界先进技术，为地下铁道制式、B型车，初期、近期、远期采用4动2拖6辆编组一种编组形式，远期最大设计运输能力可达4.32万人次/小时。

地铁列车长118米，宽2.8米，高3.8米，最高运行速度为80km/h，旅行速度为37km/h，列车乘客数量：

座席为240人，定员为1468人，超员为1880人。

列车供电电压为直流1500V，采用受电弓与接触网接触受电方式。

成都地铁车辆主要特点：

l         采用耐腐蚀、轻量化的不锈钢车体，整体承载结构，车辆结构设计寿命为30年；

l         采用无摇枕转向架，空气弹簧悬挂系统；

l         采用VVVF交流传动系统；

l         辅助电源采用SIV用静止逆变器；

l         列车控制系统采用总线网络控制方式，具有先进的列车检测及监控系统；

l         列车信号系统设有自动列车控制车载设备（ATC）系统，保障列车运行平稳，安全可靠；

l         采用微机控制的模拟式电空制动系统和风源系统；

l         设列车广播和乘客信息显示系统，配置LED电子地图和

l         LCD多媒体播放，可实现实时传输功能；

l         采用美观、协调和可靠的内部装饰；

l         设有完善的通风空调系统。

车辆段及综合基地

一、功能概述

作为一个城市的地铁系统，车辆段及综合基地的功能应该是全面的、完备的。

车辆段及综合基地应具备以下的基本功能。

1、车辆停放及日常保养功能——包括地铁车辆的停放和管理；司乘人员每日出、退勤前的技术交接；对运用车辆的日常维修保养及一般性临时故障的处理；车辆内部的清扫、洗刷及定期消毒等。

2、车辆检修功能——依据地铁车辆的检修周期，定期定成对地铁车辆的计划性修理（包括定修，架修和大修）。

3、列车救援功能——列车发生事故（如脱轨、颠覆）或接触网中断供电时、能迅速出动救援设备起复车辆，或将列车牵引至临近车站或地铁车辆段，并排除线路故障，恢复行车秩序。

4、设备维修功能——对地铁各系统，包括供电、环控、通信、信号、防灾报警、自动售检票、给排水、自动扶梯等机电设备和房屋建筑、轨道、隧道、桥梁、车站等建筑物进行维护、保养和检修等。

5、材料供应功能——负责地铁系统在运营过程中，所需各种材料、设备器材、备品备件、劳保用品以及其它非生产性固定资产的采购、储存、保管和供应工作。

6、技术培训功能——负责对地铁系统的工人和技术人员进行技术培训。

一、规划车辆段及综合维修基地

   皂角树车辆段：

成都地铁一号线车辆段与综合基地位于一期工程终点站红花堰车站东侧双水碾村地区。

段址北面，东面紧邻沙河，沿河景观道路已经建成，西面与小沙河相邻，南面为国铁成都客站重庆端咽喉，客机整备所及成渝，达成正线，东南面为成都铁路局用地范围，西北端为沙河十大景点之一：

新绿水碾。