(论文)铁道工程毕业设计

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1、 - 1 - 1 前 言 一.地下铁道的基本功能及特点 地下铁道（metro subway）是指，在大城市下的地下修筑隧道、铺设轨道， 以电动快速列车运送大量乘客的公共交通体系，简称地铁。在城市郊区，地铁 线路可延伸至地面或高架桥上。地铁运输几乎不占街道面积，不干扰地面交通， 有些国家称它为“街外运输” ，或称为“有轨公共交通线” （mass transit railway） 。它是解决城市交通拥挤问题，并能大量快速、安全运送旅客的一种 现代化交通工具。 随着国民经济的发展，城市人口的大量增加，机动车和非机动车数量迅速 增长，市区的客运交通流量猛增，城市规模随之不断扩大，这样就使城市中空 气污

2、染、噪音、交通拥挤等影响城市居民生活的因素逐渐突出，于是居民区就 需要向城市郊区扩展。在上下班时和节假日，城市交通更显得拥挤混乱。原有 的城市道路面积和城市面积的比例（道路率）是受城市发展历史制约等，一般 不容易改变，想通过拆迁改造城市交通状况是极其困难的，甚至是不可实现的。 如上海市人均道路面积仅为2.2m，要增加道路面积非常困难。因此，许多干 道的交通堵塞状况日益严重。目前很多城市道路交通的平均车速已下降至 10km/h以下，很多路口交通负荷度已经很饱和。根据国内、外的经验，建设大 容量快速轨道交通包括地铁和轻轨运输是缓解交通紧张状况的有效途径。尤其 是在市内，建设地铁，向地下发展是今后城

3、市发展的一种趋势。 地下铁道在城市客运交通中的主要作用有以下几个方面： 1.能满足大客运量的需要。一条低铁道单方向每小时的运送能力可达46 万人次，为公共汽车的6倍至8倍，为轻轨交通的2倍多。完善的地下铁道系 统会成为城市公共交通系统的骨干，可担负起城市客客运量的一般左右（实例 见下表） - 2 - 2 表01 地下铁道与公共电、汽车客运量比较表实例客运量 城市 地下铁道 （亿人次/年） 公共电、汽车 （亿人次/年） 东京 17.45 14.34 纽约 12.00 13.48 巴黎 11.35 6.88 莫斯科 19.79 17.59 2.地铁列车以平均每小时3540km的速度运行，且一般不存

4、在堵车问题， 所以省时、快速、方便，减少了乘客出行时间和体力消耗。乘坐地铁通常要比 利用地面交通工具节省1/22/3的时间。 3. 能缓和街道交通的拥挤和降低交通事故。地铁以车组方式运行，载客量 大，正点率高，安全舒适。此外在多条地下铁道立体交叉情况下，通过在交叉 点设立楼梯式电梯或垂直电梯，换乘极为方便，在城市中心区等热闹地带，可 将地铁的出入口建在最繁华的街区，或建在大型百货商店以及其他公共场所的 建筑物内，极大的方便了乘客，从而可将大量的客流引入地下，减少地面交通 车辆，使私人小汽车或自行车出行者改为地铁乘客。 4.能改善地面环境，降低噪声、减少了城市公共交通产生的废气污染，为 把地面变

5、成优美的步行街区创造条件。 5.地铁还可以节省地面空间，保存城市中心“寸土寸金”的地皮。 6.地铁有一定的抵抗战争和抵抗地震破坏的能力。 7.地铁网将城市中心区和市郊区（或被河流等分割的市区城市）联成一个 整体，既能畅通交通，又能促进经济繁荣。例如：广州、香港、旧金山等。 总之，一个现代化的大都市，尤其是国际化特大城市，如果没有良好的城市运 输是不可想象的，地下铁道作为直达运输对运送旅客作用最大，也应成为最大 的城市交通方式。 长沙地铁1号线主要是增强中心区辐射力,解决城市东西向主轴的交通压力,满 足东西向交通走廊高度集中的客运要求,并强化城市西部发展轴,推动长沙城市 化进程。 采用与城市街面

6、交通一致的右侧行车制,线路以右线贯通。按最高运行速度 为80km/h设计。 表0-2 长沙地铁1号续线车站设置表 主 要 车 站 主 要 车 站 赤黄路站 金色大道站 铁道学院站 友谊路站 省政府站 黑石铺路站 本设计所选题为友谊路至省政府地铁区间和省政府中心车站的设计，见图 - 3 - 3 0-2。该区段线路位于规划。线路里程由CK6+919.5至CK8+263.5，全长 1344m。隧道穿越的地层，其工程地质大致可描述如下：该区段位于海积平原及 台地，上覆第四系全新统人工堆积层，海冲积层及第四系残积层，下伏燕山期 花岗岩，本场地为中等复杂场地。地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，前 者主要

7、赋存于第四系粘性土层、砂层及残积层中，中砂、砾砂为主要含水层， 具中等透水性；砂质粘性土、砾质粘性土具弱透水性；后者主要赋存于花岗岩 风化带内，为弱透水性。地下水水位埋深1.77.4m，水位变幅0.52.0m，且 对对混凝土中的钢筋无腐蚀。具体水文地质状况见附录中的01号图。 本设计的主要内容包括：地铁区间线路埋深方案比选；地铁线路平、纵断 面设计；地铁区间隧道结构设计；浅埋地铁车站结构与辅助建筑物设计；地铁 区间与车站的施工方案选择，施工支护结构设计。其中对地铁区间衬砌结构和 施工支护体系连续墙的内力计算分别采用了直刚法和弹性法（杆系） FORTRAN计算机程序进行了分析。 在车站施工中采用

8、了明挖顺作法、盖挖顺作法及放坡开挖法。这几种方法 的综合使用在本设计中可以达到以下效果：减少了对地面交通的影响；在劳动 力有限的情况下，便于组织施工；减少横撑的用量；充分利用了永久性结构 （如立柱） ，不仅改善了施工支护结构的受力，而且减少临时建筑物，节省造价， 缩短工期。 由于水平有限，不足之处在所难免，恳请各位老师同学批评指正，在此一 并表示感谢！ - 4 - 4 第一章 设计任务与原始资料 1.1 设计任务本设计根据长沙市修建地下铁道的地质资料，要求设计者对某区段地铁线 路完成下列任务：1.地铁区间线路埋深方案比选；2.地铁线路的平、纵断面设计；3.地铁区间隧道结构设计；4.浅埋地铁车站

9、结构与辅助建筑物设计；5.地铁区间与车站的施工方案选择，施工支护结构设计。 1.2 设计进度安排1.设计资料的准备，熟悉设计内容(1周，第12周) 2.直刚法电算程序教学，上机操作、修改调试适用地铁结构的电算程序(2 周，第12周)；3.地铁线路埋深方案比选设计(1周，第23周)；4.区间衬砌结构断面尺寸设计与结构荷载计算(1周，第34周)；5.衬砌结构内力计算与分析(1.5周，第46周)；6.毕业设计实习(4周，第69周)7.区间衬砌结构配筋计算与设计(2周，第1012周)；8.地铁车站结构与附属建筑物设计(1周，第1213周)；9.地铁区间与车站的施工设计(2周，第1315周)；10.文整

10、与答辩(0.5周，第16周)。 - 5 - 5 1.3 设计原始资料 1. 工程地质与水文地质条件 海积平原及台地，上覆第四系全新统人工堆积层（Q ） ，海冲积层（Q ） 及第四系残积层（Q ） ，下伏燕山期花岗岩（ ） ，本场地为中等复杂场地。 地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，前者主要赋存于第四系粘性土层、砂 层及残积层中，中砂、砾砂为主要含水层，具中等透水性；砂质粘性土、砾质 粘性土具弱透水性；后者主要赋存于花岗岩风化带内，为弱透水性。地下水水 位埋深1.77.4m，水位变幅0.52.0m。 详见给定地质图。 2.线路条件与技术标准 (1)正线皆为双线，两线中心距不小于4400mm(2

11、)线路平面最小曲线半径:正线R min =300m；车站一般为直线，困难条件下 R min 不小于800m； 圆曲线长度不得短于20m； (3)最大纵坡：区间30,车站3,最小纵坡3,竖曲线半径正线为 3000m； (4)轨距1435mm； 最大外轨超高120mm； 钢轨60kg/m；道岔：9号； (5)缓和曲线：正线上半径小于或等于2000m的曲线应设缓和曲线，其长度 根据规划或有关计算参数计算决定，但长度不得短于20m；(6)车站位置与中心里程：见给定资料。 其它未列出而在设计中又可能需要的有关技术标准可参见给定资料与设计 规范。 3.行车组织：每列车按6辆编组，每小时30对，车辆采用BJ

12、-2型电动车 辆，全长19m，高3.515m，外宽2.80m，最高速度80Km/h，设计载客量为185 人/辆。4.限界(1)区间直线圆形隧道建筑限界直径为5200mm；(2)区间直线矩形隧道建筑限界宽4000mm，最大高度4300m；(3)区间直线马碲型隧道建筑限界5000mm，最大高度4800mm； (4)车站直线地段限界：线路中心线至边墙为 2200mm，线路中心线至站台边缘 线为 1600mm，站台面至轨顶面为 1100mm，轨顶至底板面为 540mm，站厅净 - 6 - 6 高：主要站 4000mm，次要站 3800mm。 第二章 地下铁道线路设计 2.1 城市地铁路网规划概述 地铁

13、路网是由若干个地铁线路所组成，是一个技术独立的城市公交客运、 网，也是整个城市公交系统的一部分。为了充分发挥它的作用，除了要有先进 的技术外，首先要有合理的路网规划。否则，会因无计划盲目的修建地铁而造 成各条线路客流不均匀，换乘不便，发挥效能差，并带来许多技术不合理等不 良现象。 地铁路网规划的内容包括：路网型式及路线走向的确定；地铁的类型；车 站的位置、规模及出入口的布局；折返渡线与车辆的规划；线路的平、纵断面 设计。 2.1.1 路网规划的基本原则 城市路网规划必须从城市的发展远景和城市公交系统的总布局出发，合理 地不止地铁线路，充分发挥地铁客运有利因素，使其成为公交客运的骨干。在 进行路

14、网规划的具体工作中应考虑下列问题： 1.线路走向应基本符合主客流方向。 2.路网布局应均匀，密度适当，换乘方便，能缩短乘客出行时间。 3.选定线路走向时，要考虑城市地形、工程地质、水文地质条件。 4.路网规划必须考虑到城市远景发展及市郊工业发展情况和城市的近期改 造。 5.确定路网中线路段修改顺序时，要与城市规划相结合，同时要注意保证 地铁建设的计划性和连续性。 6.地铁车辆段要位置适当，中粉利用空间，节约用地。 7.要考虑战备要求，便于疏散与隐蔽。 2.1.2 路网形式 - 7 - 7 城市现有街道的基本形状及地理条件对地下铁道的路网形式有着重大的影 响，对浅埋低忒则尤为显著，几乎具有决定性

15、的作用，路网的基本形式有以下 几种： 1.单线式 由于地理条件限制，城市工业区与居民区沿江河呈带状发展，客流的主要 方向也是平行于江河。 2.环形式 因线路闭合，可避免和减少折返设备，能与已有城市交通网配合，但不能 解决横穿市区交通，其运量受到限制。 3.放射交岔线 此种方案便于市区客流各个方向分散，但容易形成客流过分集中在交叉点 的现象。 4.蛛网式 这种方案既减少了市中心过分集中的客流，使线路客运量均匀，又可减少 换乘次数。 5.棋盘式 由数条横竖线路组成的线路网，这种型式充分反映了原有街道布置特点。 2.1.3 路网的组成 地铁路网中的每一条线路必须按照运营要求布置各项组成部分，以发挥其

16、 运营功能。路网通常由区间隧道、车站、折返设备、车辆段（车库和修理厂） 以及各种联络支线（渡线）所组成。 2.1.4 长沙地铁路网规划 长沙地铁工程重视基本网络的规模效应，支撑城市总体规划中“一主两次” （长沙主城区、河西新城、星马新城）的发展。 长沙地铁初步规划了三条线路，分别是南北走向的1号线和东西走向的2 号线和3号线。其中 1号线一期工程线路与芙蓉路大致吻合，这条贯彻城市南 北的线路起于汽车北站，沿芙蓉路由北向南，经由伍家岭、芙蓉广场、侯家塘、 铁道学院、省政府新址，至终点站万家丽路站，线路全长约 22.77km。2号线一 期工程线路起于高新路站，向东沿长宁路至汽车西站，沿枫林路至湾镇，过湘