地铁工程中的线路设计

地铁工程中的线路设计
摘 要： 线路专业的选线设计工作在国内新兴的地铁建没中还处于不断摸窜和完善的过程中。为保证线路设计质量和提高作效率，有必要对近十多年来地铁工程中的线路设计工作一定的总结和归纳。
关键词： 总体工作 各阶段工作基础资料接口 设计文件
地铁线路专业的选线工作是地铁设计的“龙头”，是地铁建设的基础，是一项综合性的工作，其具有牵涉面广、复杂性强、劳动强度大、责任重大等特点。随着近年来国内地铁建设的新兴，地铁线路工作的重要性也被大家所认可，其工作质量的好坏直接关系到整个地铁设计质量及工程造价的高低。笔者参与丁广州地铁一、二号线、重庆轻轨较新线、成都地铁一期工程、深圳地铁(轻轨)线网规划、德黑兰地铁三号线投标、南京地铁二号线投标等项目的线路工作。在实际线路设计过程中总结了一些地铁线路没计方面共性的要求和工作方式、方法，以达到保证线路设计质量和提高工作效率的目的。现主要对初步设计及其以后阶段的线路工作归纳如下，供各位同仁参考。
1.线路工作总体策划
在开展工作前，必须全面了解该城市的城市规划及将建地铁在整个轨道交通网中的功能定位。根据地铁沿线发展、规划、地形、地物等，从整个轨道交通布设的全局角度选出—条“适应规划、促进发展、社会效率和运营效益相结合”的好线位。
在设计时，首先要根据地质勘察资料、城市规划要求、站位周边环境以及物业开发、公交一体化的要求等。从运营、施工、交通疏解和投资角度分折落实站位，将车站设计单位、总体设计单位有关人员紧密结合在一起，逐站逐段核实。同时应注意处理初期效益与远期运营条件的矛盾，不能恶化运营条件，从经济、技术及运营条件作全面比较后，确定站位是否移动、如何稳定。其次，还需将“逐站逐段”综合研究的成果组织设备系统、行车组织专业对全线运行能力进行检核，并提出改善运营条件的建议，然后将成果向业主(这里“业主”是指直接主管地铁项目的上级部门)汇报。此后主动与规划、市交管部门、涉及相关工程的主管部门征集意见，以实现线位、站位的最优。
以“功能、安全、环境”等为基本要素综合研究全线的配线设置，使配线设置、型式工难易程度和工程投资额达到合理平衡，满足运营要求。
线路设计时还应结合土建结构形式、施工方法、工程筹划等，以节省工程投资为目的工程地质条件、建筑物分布、地下管线等条件，完善线路平、纵断面设计。
另外，线路设计时还应根据城市轨道交通系统的统—规划布设的车辆段选址位置，做好车辆段出入段线与站位匹配的方案。
2.线路方案设计的组织
线路设计是一项涉及多专业、多部门集体协调、研究的系列工程。如何组织实施则显得格外重要。首先，要全面研究有关的线路资料，彻底了解所设计地铁在城市轨道交通系统中的走向、换乘关系、功能定位、站点分布；分析沿线工程地质和水文地质资料。其次，对现场进行踏勘核对工作，掌握沿线道路、建筑物、交通、地下管线情况。落实规划线位的可实施性，找出控制线位的控制点，综合协调线位与站位的匹配。最终提出优化线位、站位的可能性，拟定车站和园司的施工工法及结构类型。
线路初步方案拟定后，经业主同意后，广泛与市规划、环保、交通管理、文物、园林、重要建筑物业
主征求意见，进行协调。并根据协调意见对线路进行调整，以最终稳定线位及站位。
当然以上工作不是一蹴而就，需要多次踏勘、多次协调后才能最终达到线路方案的稳定。
3.线路设计质量的保证
首先，应仔细认真地研究前阶段的线路方案，按城市规划要求进行“逐站逐段”现场核实。其次，还应根据城市规划中的线路定位、换乘功能和现场条件，优化线位、站位设计，做好“充分比选，依据充足，方案合理”，与业主及规划等职能部门保持密切联系；组织相关专业深入研究配线设置，完善运行交路、优化配线，在满足运能需求的前提下，节省投资；根据工程地质条件和运营特点、结构类型和施工工法，设计出有利于运营的线路方案；尽量优化平、纵断面设计，结合轨道超高设置曲线半径、缓和曲线长度及变坡点位置，以提高全线列车旅行速度等等.总之，保证线路设计质量要做到以下几点：
(1)重视基础资料的收集和分析
(2)深入现场、多做方案，稳定线路平、纵断面
(3)高度重视全线配线布置
(4)加强与业主、规划、市政等政府职能部门的联系和协调主动争取其指导、帮助和支持
(5)加强与有关专业的配合和协调
4.线路设计工作的具体实施
4.1线路设计的总体要求
①线路平面应结合地形、地貌、地质、水文、既有和规划地下管网、既有和规划地上地下构筑物、
人防工程、既有和规划道路及交通状况进行设计。尽量减少拆迁、便于施工和交通疏解。
②线路应尽量沿城市主干道敷设，平行于道路红线设站。
③沿线每隔3～5个站的站端设渡线或交叉渡线。并根据列车交路在折返站或根据运营需要设存车
线。
④线路纵断面应根据工程地质、水文地质、地下障碍物情况、车辆性能、运营特点和施工方法进行
设计。
⑤有条件时，线路纵断面宜按“高站位、低区间”的节能坡形进行设计。
⑥跨河流的高架线路，其纵断面宜按相应的设计洪水频率进行设计。
⑦线路的平、纵断面设计，应与沿线的物业开发相协调。
⑧线路的平、纵断面位置，必须征得当地政府各有关职能部门的认可。
⑨高架线路的平、纵断面设计，应注意环境保护和景观效果。
⑩应在线路平面图中标明道路规划红线、河道规划兰线、控制线路位置的构筑物基础平面和地下管网、重要文物保护点等资料。在线路纵断面图中，标明控制线路高程的地下管线和构筑物基础立面，并标注其有关的技术参数。跨河地段还应标明设计水位。
4．2 开展线路设计前所需的基础资料
要设计出合理的线路方案，必须有大量设计所急需的基础资料。共有以下几类：沿线地形图、地下综合管线图(地下管线图及调查表)、地下管线综合图(该图为地下管线图和地形图的组合)、道路规划红线图、沿线建筑物基础资料、沿线建筑物调查资料、规划和拟建建筑物资料、控制性建筑物的坐标资料、地质资料等。以上资料和数据的取得，将为完成线路设计奠定坚实的基础。
4．3 线路设计工作内容
平面设计要点：线间距、按控制性构筑物的实测坐标定线、确定地铁与既有地下构筑物的横向最小净距、曲线半径及缓和曲线的选择、避免采用小牛径曲线、尽量满足轨道减振要求、减小地下管线的迁改、车站宜尽量与道路平行布置等等。
纵断面设计要点：高架线(地面线)轨面高程的确定、最大坡度地段位置的选定、结合地质条件、施工方法确定纵坡坡形、坡度、区间隧道最低点位置应结合区间废水泵站要求设置、废水泵站的位置应方便施工并应与区间联络通道相结合、道碴道床地段的缓和曲线不能与竖曲线重叠、应注意轨道结构高度的变化、小半径曲线地段宜采用较缓的纵坡。
辅助线设计：应保证正线运营，标准较正线低。
车站分布：根据城市规划资料、地面交通状况、纵断面确定车站位置。
交通疏解条件、建筑物的现状、客流资料、线路
与外部环境的协调：主要与道路红线、文物保护、建筑物(含规划)等部门的协调。
与轨道交通线的衔接：确定所建地铁与城市轨道规划线网中轨道交通线的衔接。
线路调整：通过测量竣工隧道的横断面，重新确定新的线路中心线坐标和轨面高程来满足限界要求各阶段中(初步设计，施工图设计)线路设计工作
工程设计文件是工程建设的依据。合理的文件组成与内容是工程能否顺利实施的前提。下面对线路设计时，各阶段的设计工作叙述如下：
(1)初步设计前的准备工作
开展线路初步设计前应尽收集前面所提到的设计时必需的基础资料。在这些资料基础上，根据前阶段(可研报告)设计资料及其评审意见，对地铁工程建设项目重大方案进行原则的论证、比选和落实。其主要内容包括：线位、站位重大方案的补充比选和落实；进一步稳定各项工程设计原则、设计方案和技术问题，对专家评审意见进行落实。
(2)初步设计阶段
地铁工程初步设计文件是地铁工程建设项目起动建设的主要依据，应根据可研(或前期准备工作)评审意见，在补充初测和重大工点定测资料的基础上进行编制。其内容和深度主要包括：稳定线路的各种边界条件、重大技术方案和各项工程设计原则；经深入论证比选确定设计方案和技术问题。线路提出较为稳定的线位、站位等供专业：计算工程数量，主要设备、材料数量，用地及拆迁数量，编制施工组织(工程筹划)、工程概算等；确定环境保护工程技术措施方案并纳入总概算。
初步设计文件经审察、批准后，作为控制建设总规模和总概算的依据，应满足工程招标征用土地和进行施工准备的需要。线路初步设计文件应有相应的组成与详实的内容。
(3)施工图设计阶段
地铁工程施工图设计是地铁工程建设项目具体付诸实施的依据，应根据初步设计审察意见，采用定测资料编制。施工图编制：线路设计宜集中力量按时完成，亦可根据工程实际进展需要分期分批完成，但必须注意其完整性和统一性，确保与工程现场实际相符合，为施工提供需要的图表和必要的设计说明。如有局部方案调整，应及时提供相关专业编制投资检算或修正概算。
同样，线路施工图设计文件应有其相应的组成与内容。
各阶段线路设计的说明内容、附件、附图可根据具体工程实际情况编制具体内容。
4．5 线路设计技术接口
地铁工程是一项涉及专业多、关系复杂、技术难度大的系统工程。地铁工程的设计有赖于各专业、各系统的相互配合。为了使地铁工程各子系统能紧密结合、有效联系，达到整个地铁安全、可靠、经济、合理，有效地发挥各个部分的功能。在设计过程中，良好的技术接口是设计顺利进行必要保证。
完整正确的接口，能指导、检察和验证各子系统设计的完整性、安全性、可靠性、合理性和经济性。线路作为一系统专业保持与各相关系统、相关专业的密切联系是保持整个地铁系统总体的完整性和协调运作的一致性，充分发挥地铁工程功能、降低造价、提高效益等重要保证措施的必要条件之一。
线路设计的技术接口主要内容有：系统正线和辅助线、线路系统功能、主要技术际准和参数等。
线路设计系统的主要接口有：
(1)与外部条件的接口：地铁沿线地形、地貌、地质、水文条件；城市快速轨道交通线网规划；
与城市主干道关系；城市主要客流集散或交通枢纽点；地上、地下构筑物和管线及人防工程等。
(2)与土建工程的接口：线路形式与轨道和上部建筑相协调；线路的布置、坡度等条件与区间隧道，高架桥梁一致；线路布置、线间距等条件与车站建筑关系；线路布置、线路设计要素和线间距满足限界要求等。
(3)与车辆、车辆段与综合基地的接口：线路平面曲线半径、竖曲线半径和线路的限制坡度，应符合车辆的技术条件；车辆段出入段线的接轨和技术要求；折返线、存车线和联络线线路平面布置、平面曲线半径，竖曲线牛径和坡度等。
由于地铁工程设计，涉及专业多，关系复杂，又情况多变，以上接口只能由浅入探、由粗到细并应在各个设计阶段中根据实际逐步实施完善。
5 结束语
以上只是笔者对国内部分地铁工程线路设计中共性的问题作了一定的归纳。在实际的设计过程中还应根据不同城市、不同地铁线的不同特点进行相应的线路设计，最终达到系统功能、工程造价、运营能力等综合性能最优的目的。
参考文献
(1)铁道部第一勘测设计院．铁路工程设计技术手册——线路北京：小国铁道出版社，1994
(2)铁道第二勘察设刊-院，广州市地下铁道总公司．回顾与思考——广州币地下铁道一号线工程设计总结，北京：中国铁道出版社，2002
(3)铁道第二勘察设计院地铁工程设计指南．北京：中国铁道出版社，2002