地铁线路设计的优化与断面设计

地铁线路设计的优化与断面设计

肖宇翔

哈尔滨地铁集团有限公司黑龙江省哈尔滨市150000

摘要：本文结合地铁线路平纵断面的设计理论，进而探讨地铁车站平纵断面设计优化的方法，以期为我国地铁线路设计提供些许参考。

关键词：地铁线路；设计；优化；断面设计

引言：随着我国城市化进程不断推进，城市正在面临着怎样以快速同时高效的方法来运送大量乘客。地铁的出现，很大程度上缓解了城市交通的压力，在城市化进程中发挥了极大的作用，进而促进了城市的发展。所以，地铁建设在中国拥有巨大的市场和广阔的前景。如何优化地铁线路的平纵断面设计，提高能源的利用效率，方便设计施工，减少运营费用等已经成为轨道交通的一个重要的研究问题。

1线路设计

城市轨道交通线路设计内容主要分为：平面、纵断面、横断面三个部分，各均要满足一定的标准，同时，这三者又是同一个整体不同侧面的反映，设计时必须有机的结合起来。本文结合工程实例进一步研究了纵断面线路设计，其中包括包括如何进行线路敷设、怎样选择合理的线路坡度和坡长。

1.1线路敷设

地铁线路的敷设方式主要有：地下线、高架线和地面线。根据城市规划和客流资料等不同的要求，应使用不同的敷设方式。选用不同方式的线路敷设，会直接影响到工程本身造价、周边的环境及城市的用地量。在进行纵断面设计时应根据工程实际情况选用合理的线路敷设方式。通常在繁华的城市中心采用地下线，地下线敷设方式不受地面交通的影响，同时也对城市的环境影响最小。此外，从线网规划方面来说，线路的敷设方式要考虑到城市的地形和地质条件，特别是对于有交叉的线网，要协调好交叉线网间换乘和相互联络的问题。

1.2线路坡度

线路设计中的线路坡度设计是主要设计的指标之一，会直接影响到线路的埋深、工程造价及运营，一般来说，在满足排水和高程控制要求的条件下，线路坡度应尽可能的设计平缓。另外，因为城市轨道交通载重量小，运距短，坡度已经不是限制列车牵引质量的主要因素，但设计合理的线路坡度可以减少工程造价和运营费用。在设计城市轨道交通线路的线路坡度时，排除了曲线阻力、隧道内空气阻力等附加因素。

1.3线路坡段长度

线路坡段长度不宜小于远期列车计算长度值，变坡点在一列列车范围内只能有一个，避免变坡点附加力影响和频繁变化，以保证行车的平稳。坡段长度还应满足相邻竖曲线间夹直线长度大于50m，使竖曲线既不相互重叠，又相隔一定距离，有利于列车运行和线路维修养护。

1.4竖曲线设置

竖曲线有抛物线形和圆曲线两种，初步设计阶段只进行竖曲线半径设计，施工设计阶段才进行竖曲线高程改正值计算。设置竖曲线是为了避免列车运行至坡度代数差较大的变坡点处造成车轮脱轨等问题。在变坡处设置竖曲线，可以把折线断面平稳的连接，使得列车运行安全平稳。由于城市轨道交通的最高运行速度并不高，同时圆曲线形更便于铺设和养护，所以本工程线路设计时选用的竖曲线为圆曲线形竖曲线。

1.5节能坡设计

城市轨道交通的区间隧道主要有两种施工方法：明挖法施工和暗挖法施工。地铁线路纵断面设计要结合不同的地形和沿线的建筑分布情况，合理选择线路纵断面形式，尽量设计成符合绿色发展理念的节能坡，使车站处于纵断面的高处，区间位于纵断面低处。这样列车出站加速时处于下坡状态，进站制动时处于上坡状态。可以降低能耗。这种纵断面设计的坡型称之为节能坡，与车站相连接的坡道为加速坡道。在设计节能坡道时应合理选择线路纵断面形式，尽可能设计成符合绿色发展理念的节能性坡道，使车站位于纵断面的最高处，轨道区间位于纵断面的最底处，需要特别说明的是，对于明挖的地下线不能苛求以设计节能坡来减少工程投资。依据工程的实际情况线路纵坡可设计为非节能坡，但如果遇到进站下坡，出站上坡的坡型，则设计时力求减小坡度。整个线路纵断面应该趋于平缓。

2线路纵断面设计

线路纵断面设计是在线路平面稳定的基础上，根据车站和区间埋深方案研究确定车站、区间及其最低点轨面标高的过程。主要设计内容包括确定敷设方式和过渡段、分析沿线建（构）筑物、坡度、区间最低点泵房与联络通道的结合和联络通道的设置。此外，线路纵断面设计时还应注意以下问题。

1）要结合地质条件，使隧道尽量避开上软下硬地层，以降低施工和运营的风险。

2）尽量考虑设置节能坡，节能坡设计宜参照行车牵引曲线进行。变坡点尽量靠近车站端，节能坡长度不宜大。若有配线可不进行节能坡设计。

3）竖曲线尽量不与平面缓和曲线重合，若节能坡设计与竖曲线和缓和曲线重合相矛盾时，应以节能坡为主。

4）纵断面最低点设计时，应考虑避开上软下硬地层，同时考虑单个区间联络通道的设置数量。

3横断面设计

城市轨道交通工程有地下、地面和高架3种敷设方式，这3种敷设方式对沿线建（构）筑物的影响是不同的，其中地面和高架对沿线建筑物和道路环境影响较大，需要结合线路区间隧道与沿线道路、建（构）筑物的关系进行横断面设计。

当轨道交通采用地面敷设时，横断面设计时需考虑线路两侧建筑物情况，与既有或规划道路相结合；当轨道交通采用高架敷设时，根据线路与所分布道路的相对位置关系，线路有路中、路侧和机非隔离带几种形式；当轨道交通采用地下敷设时，横断面设计需考虑隧道与沿线建（构）筑物的距离，保证施工和运营的安全。

结束语

优化线路设计主要方法有改变线路敷设方式、调整线路坡度和坡段长度。此外，通过优化节能坡设计，进而可以减少运营费用和牵引能耗。最后，通过工程实例计算平面设计的最小曲线半径和缓和曲线长度，采用合理的曲线半径，减小对工程的影响，优化工程的可实施性。通过本文对实际工程的研究，逐步优化城市轨道交通平纵断面的设计。

参考文献：

[1]赵迪,刘格,杨贝贝,.城市轨道交通列车运行能耗优化研究[J].城市轨道交通研究2016.doi:10.16037/j.1007-869x.2016.05.008.

[2]吕希奎,李永发,孙培培,高速铁路进站节能坡设计方法研究[J].铁道标准设计2016.doi:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.009.

[3]徐振廷．城市轨道交通线路设计发展方向探讨［Ｊ］．交通科技，2014（4）：126－128，165.