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1、地铁与轻轨工程,第二讲：轨道交通线路设计,轨道交通的路网规划,轨道交通是城市建设中最大的公益性基础设施对城市的形成及发展产生深远的影响城市规划、CBD、房地产充分的可行性研究投资大不可恢复性可持续发展立项报批手续BOTBuilding,Operation,Transfer,轨道交通的路网规划,路网规划必须符合城市的总体规划交通引道城市发展是一条普遍规律带动沿线房地产和商业区的开发和升值促使城市发展走向良性循环,2.1选线及车站分布,地下铁道设计规范（GB50157-92）地下铁道线路应为右侧行车的双线线路，并应采用1435mm标准轨距。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，在其它地区，条件许可时可设在高架桥或地面上。地下线路的平面位置和埋设深度，应根据地下构筑物的现状与规划、地质与水文条件、结构类型与施工方法以及运营要求等因素经济综合确定。（5）地下铁道的每条线路应按独立运行进行设计，线路之间应为立交。线间设联络线。（6）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。车站间距在市区宜为1km左右，在郊区不宜大于2km。（7）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、弹性和耐久性，并应满足绝缘、减振和防锈等要求。,线路走向选择功能、经济、技术,地下线路基本走向应结合地形、地质及
3、道路宽窄等条件，尽量选择在施工条件好的城市主干道上。同时进行施工方法的比选，合理选择线路基本位置，埋置方式及深度，减少施工过程中对现有房屋等建筑物的拆迁以及对城市交通的干扰。在郊区及次中心区有条件地段，可选择地面线路或高架线路，以节省投资，降低运营费用。地下线路通过建筑群区域的范围应限制在最低限度。,线路走向选择,对于浅埋隧道线路、地面线路或高架线路，其位置通常是沿着较宽的城市干道布设，或是通过建筑物稀少的地区。为施工创造明挖条件，还为车站位置的选择增加了自由度。对于深埋隧道，其线路位置由车站位置决定，一般在两车站之间取短直方向。当线路预定与远期规划线联络时，先期与远期规划线路的衔接虽然暂时费
4、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，这要比未来改建线路增设换乘设施要节省投资。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。,路网规划的形式,放射形(星形)条带形棋盘形各种组合,实例1：南京地铁,实例2：上海地铁,实例3:北京地铁,车站分布,影响车站分布的因素（a）大型客流集散点（b）城市规模大小（c）城区人口密度（d）线路长度（e）城市地貌及建筑物布局（f）轨道交通路网及城市道路网状况（g）乘客对站间距离的要求,地铁平均站间距,车站间距应参照城市道路布局和客流吸引范围而定。在市中心区宜为1km左右，在市区外围宜为2km左右,地铁和轻轨土建设计
5、,路基、线路上部结构（轨道、道床等）、桥梁、隧道和沿线设施组成的线形构造物。,设计的主要内容：（1）在经济上论证所设计线路在交通运输系统中的地位、作用和经济效益，说明其可行性（2）根据铁路技术等级（I、II、III级）、勘测的地形地物在技术上选择线路定线、线路的平面和纵剖面设计（3）设计路基、线路上部结构、桥梁、隧道等（4）进行其它项目的设计（车站、机务、给水、供电、铁路信号等项目的设计）,定线在地形图上或地面上、下选定路线的走向，并确定线路的空间位置。在复杂的自然条件和人文地理条件下，选出既能以最少的人力、物力、财力，尽量少改变自然状态，又能安全、迅速、舒适，保证输送能力的线路。原则：1、输
6、送能力和运输发展相适应2、确保地铁线路安全和环境保护3、兼顾地铁和社会经济效益4、协调机车牵引性能和线路技术标准5、充分利用合理先进科学技术,（1）几何设计：几何构造尺寸：定线、线形的几何构成（线路的平面和纵剖面设计）、道路宽度的构成。（2）路线结构设计：路基铁路路面下的基础部分路基上面的结构部分线路上部结构、桥梁、隧道等路面,工程设计主要包括：,路基,承受并传递轨道重力及列车动态作用的地面结构物，是轨道的基础。包括路基体和附属设施两部分。路基分为：路堤、路堑、半路堤半路堑路基体：路基面、路肩和路基边坡（对地上部分）路基附属设施：排水设施（排水沟）、防护设施（种草种树）与加固设施（挡土墙、扶壁
7、支挡结构）等。路基要满足三个基本要求：1、具有足够的承载力和刚度2、具有足够的整体稳定性3、具有足够的水温稳定性,水温稳定性,水温稳定性是指强度和刚度在自然因素的影响下的变化幅度。沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并积聚在该处。这种现象特别是在季节性冰冻地区尤为严重。,我国华北、东北和西北地区为季节性冰冻地区，这些地区的路基在冬季冻结的过程中会在负温度坡降的影响下，出现湿度积聚现象。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。化冻时，路面和路基结构自上而下逐渐解冻，而积聚在路基上层的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层的湿度
8、增加，路面结构的承载能力便大大降低。若是在交通繁忙的地区，经重车反复作用，路基路面结构会产生较大的变形，严重时，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆。不是在季节性冰冻地区所有的道路都会产生冻胀与翻浆,与路基土的种类,冻结形式,水源情况有很大关系。对于渗透件较高的砂性土以及渗透性很低的粘性土，水分都不容易积聚，因此不易发个冻胀与翻浆。而相反，对于粉性上和极细砂则由于毛细水活动力强，极易发生冻胀与翻浆。,路基宽度、高度。边坡设计：考虑线路坡度、路基稳定性、工程经济性,路基,路线几何设计,几何构造尺寸：道路宽度的构成、线形的几何构成几何设计的意义：（1）几何构造尺寸是地铁路线设计和施
9、工的基础（2）几何构造尺寸决定了车辆行驶的安全性、舒适性及地铁建设与运营的经济性（3）几何构造尺寸决定了地铁路线的等级和规模,几何设计考虑的因素：（1）车辆在运动学和力学方面是否安全、舒适（2）在视觉及运动心理学方面是否良好（3）与环境风景是否协调（4）从地形方面看在经济上是否妥当,几何设计内容：平面设计：路线在水平面的投影纵断面设计：沿地铁路线中线的竖向剖面横断面设计：地铁路线中线上任意点的法向切面,在道路线形设计中，为了便于确定道路中线的位置、形状、尺寸，我们是从路线平面、路线纵断面和空间线形三个方面来研究路线的，如图所示。道路中线在水平面上的投影叫路线平面，反映路线在平面上的形状、位置及
10、尺寸的图形叫路线平面图。,用一曲面沿道路中线竖直剖切展成的平面叫路线纵断面，反映道路中线在断面上的形状、位置及尺寸的图形叫路线纵断面图。,沿道路中线上任一点所作的法向剖切面叫横断面，反映道路在横断面上的结构、尺寸形状的图形叫横断面图。,线路纵断面：线路中心线纵向展直后在铅垂面上的投影,表明线路的起伏变化情况。,铁路线路纵断面,平道与坡道就成了线路纵断面的组成要素,线路平面线形:直线、圆曲线、缓和曲线,线路纵断面：直线、曲线,道路横断面（a）高速公路和一级公路（b）二、三级公路,路线交叉：铁路与道路(或铁路)在同一平面上相交的地方称为平面交叉，又称为交叉口。交叉口设计的基本要求：一是保证车辆和行
11、人在交叉口能以最短的时间顺利通过，使交叉口的通行能力能适应各条道路的行车要求。二是正确设计交叉口立面、保证转弯车辆的行车稳定，同时符合排水要求。,同一行驶方向的车辆向不同方向分开行驶的地点称为分叉点(或称分流点)；来自不同行驶方向的车辆以较小角度向同一方向汇合行驶的地点，称为合流点(或称汇合点)；来自不同行驶方向的车辆以较大角度相互交叉的地点称为冲突点(或称交叉点)。此三类交错点都存在相互层撞、挤授或碰撞的可能性，是影响交叉口行车速度、通行能力和发生交通事故的主要原因。其中，以直行与宜行、左转与左转以及直行与左转车辆产生的冲突点、对交通干扰和行车安全影响最大，其次是合流点。再次是分流点。,2.
12、2线路平面,轨道交通线路一般由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线构成。道岔是线路平面上的重要设备。线路平面主要技术要素的确定线路平面设计的主要要素有：曲线半径：最小夹直线长度：最小圆曲线长度：最小缓和曲线线型和长度,曲线还可以分为单曲线和复曲线。只有一个半径的曲线称作单曲线。由两个和几个不同半径（或是不同转向角）组成的曲线，称为复曲线。若相邻的曲线转向角方向相同，则该复曲线为同向曲线，否则为反向曲线。,表示圆曲线大小和转向的参数有（1）转向角（2）曲线半径（3）切线长（4）曲线外失距。其中最主要的参数是转向角和曲线半径。转向角越小，曲线半径越大，列车运行条件就越好。在实际线路中，线路曲
13、线半径一般为350米到4000米不等。根据不同线路的线路等级，对线路所能采用的最小曲线半径，设计规范中有明确的规定。此外，为了不使车辆同时处在曲线的始、终点之外，圆曲线一般不得短于20米。,平曲线参数计算公式,曲线起讫点里程，可按下列方法推求：ZH（直缓点）里程，在平面上量得；HZ（缓直点）里程ZH里程K；HY（缓圆点）里程ZH里程l0；YH（圆缓点）里程HZ里程l0；,最小圆曲线半径,小半径的线路有许多缺点：外轨超高大，乘客舒适度差；加速轮缘和轨道的磨耗；增加噪声和振动公害，还必须限制行车速度；如需要较大的建筑接近限界去容纳与车辆端部和中部的偏移距离；小半径上视距短，司机了望条件差。最小曲线
14、半径选定是否合理，对地下铁道线路的工程造价、运行速度和养护维修都将产生很大的影响。,影响最小曲率半径的其它因素有：,列车在小曲线半径地段下坡道上运行时，摇晃加剧，降低乘客的舒适度。另外，小半径上视距短，司机了望条件差，对行车安全不利。钢轨磨耗主要是轮轨间发生摩擦造成的，轮轨间的摩擦包括滚动摩擦和滑动摩擦。单纯的滚动摩擦使钢轨磨耗甚微，而车轮只要有0.2的滑动，磨耗就会显著增加。列车在曲线上运行时，附加动压力及轮轨间的相对滑动与曲线半径成反比，半径越小滑动磨耗越大。从北京地下铁道运营情况看，一期地下铁道在困难情况下最小曲线半径为200m，有的地段磨耗较严重；二期地下铁道最小曲线半径为250m，磨
15、耗情况尚可，曲线半径R300m的曲线上未发现不正常磨耗现象。小半径地段，因横向力大，碎石道床线路的轨距与水平均难以保持，曲线的几何形状不易固定，养护维修工作量大。,最小圆曲线半径？,缓和曲线,行驶于曲线轨道的机车车辆，出现一些与直线运行显著不同的受力特征。如曲线运行的离心力，外轨超高不连续形成的冲击力等。为使上述诸力不致突然产生和消失，以保持列车曲线运行的平稳性，需要在直线与圆曲线轨道之间设置一段曲率半径和外轨超高度均逐渐变化的曲线，称为缓和曲线。,缓和曲线,在铁路线路上，直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间需要插入一段特殊线段，称为缓和曲线。,缓和曲线作用：,(1)使离心力逐渐增大或消失，保
16、证列车平稳通过曲线。(2)在缓和曲线范围内完成轨距加宽量和外轨超高量。,缓和曲线特点：半径是变化的，由R或R,缓和曲线具有以下几何特征：,1缓和曲线连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率由0至1R逐渐变化。2缓和曲线的外轨超高，由直线上的零值逐渐增至圆曲线的超高度，与圆曲线超高相连接。3缓和曲线连接半径小于350m的圆曲线时，在整个缓和曲线长度内，轨距加宽呈线性递增，由零至圆曲线加宽值。所以，缓和曲线是一条曲率和超高均逐渐变化的空间曲线。,缓和曲线设置,在正线上当曲线半径小于或等于2000m时，圆曲线与直线间应根据曲线半径及行车速度按表2-3规定设置缓和曲线。缓和曲线可以是放射螺旋型、三次抛物线型。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。当两圆曲线的曲率差大于12000时，应设置中间缓和曲线，其长度应根据计算确定，但不应小于20m。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。全轴距系指一节车辆第一位轴至最后位轴之间距离，目前我国地铁车辆的全轴距最大不超过20m。,缓和曲线长度计算,夹直线,夹
