地鐵工程中的線路設計
摘 要： 線路專業(yè)的選線設計工作在國內(nèi)新興的地鐵建沒中還處于不斷摸竄和完善的過程中。為保證線路設計質(zhì)量和提高作效率，有必要對近十多年來地鐵工程中的線路設計工作一定的總結(jié)和歸納。
關(guān)鍵詞： 總體工作 各階段工作基礎(chǔ)資料接口 設計文件
地鐵線路專業(yè)的選線工作是地鐵設計的“龍頭”，是地鐵建設的基礎(chǔ)，是一項綜合性的工作，其具有牽涉面廣、復雜性強、勞動強度大、責任重大等特點。隨著近年來國內(nèi)地鐵建設的新興，地鐵線路工作的重要性也被大家所認可，其工作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個地鐵設計質(zhì)量及工程造價的高低。筆者參與丁廣州地鐵一、二號線、重慶輕軌較新線、成都地鐵一期工程、深圳地鐵(輕軌)線網(wǎng)規(guī)劃、德黑蘭地鐵三號線投標、南京地鐵二號線投標等項目的線路工作。在實際線路設計過程中總結(jié)了一些地鐵線路沒計方面共性的要求和工作方式、方法，以達到保證線路設計質(zhì)量和提高工作效率的目的。現(xiàn)主要對初步設計及其以后階段的線路工作歸納如下，供各位同仁參考。
1.線路工作總體策劃
在開展工作前，必須全面了解該城市的城市規(guī)劃及將建地鐵在整個軌道交通網(wǎng)中的功能定位。根據(jù)地鐵沿線發(fā)展、規(guī)劃、地形、地物等，從整個軌道交通布設的全局角度選出—條“適應規(guī)劃、促進發(fā)展、社會效率和運營效益相結(jié)合”的好線位。
在設計時，首先要根據(jù)地質(zhì)勘察資料、城市規(guī)劃要求、站位周邊環(huán)境以及物業(yè)開發(fā)、公交一體化的要求等。從運營、施工、交通疏解和投資角度分折落實站位，將車站設計單位、總體設計單位有關(guān)人員緊密結(jié)合在一起，逐站逐段核實。同時應注意處理初期效益與遠期運營條件的矛盾，不能惡化運營條件，從經(jīng)濟、技術(shù)及運營條件作全面比較后，確定站位是否移動、如何穩(wěn)定。其次，還需將“逐站逐段”綜合研究的成果組織設備系統(tǒng)、行車組織專業(yè)對全線運行能力進行檢核，并提出改善運營條件的建議，然后將成果向業(yè)主(這里“業(yè)主”是指直接主管地鐵項目的上級部門)匯報。此后主動與規(guī)劃、市交管部門、涉及相關(guān)工程的主管部門征集意見，以實現(xiàn)線位、站位的最優(yōu)。
以“功能、安全、環(huán)境”等為基本要素綜合研究全線的配線設置，使配線設置、型式工難易程度和工程投資額達到合理平衡，滿足運營要求。
線路設計時還應結(jié)合土建結(jié)構(gòu)形式、施工方法、工程籌劃等，以節(jié)省工程投資為目的工程地質(zhì)條件、建筑物分布、地下管線等條件，完善線路平、縱斷面設計。
另外，線路設計時還應根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的統(tǒng)—規(guī)劃布設的車輛段選址位置，做好車輛段出入段線與站位匹配的方案。
2.線路方案設計的組織
線路設計是一項涉及多專業(yè)、多部門集體協(xié)調(diào)、研究的系列工程。如何組織實施則顯得格外重要。首先，要全面研究有關(guān)的線路資料，徹底了解所設計地鐵在城市軌道交通系統(tǒng)中的走向、換乘關(guān)系、功能定位、站點分布；分析沿線工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料。其次，對現(xiàn)場進行踏勘核對工作，掌握沿線道路、建筑物、交通、地下管線情況。落實規(guī)劃線位的可實施性，找出控制線位的控制點，綜合協(xié)調(diào)線位與站位的匹配。最終提出優(yōu)化線位、站位的可能性，擬定車站和園司的施工工法及結(jié)構(gòu)類型。
線路初步方案擬定后，經(jīng)業(yè)主同意后，廣泛與市規(guī)劃、環(huán)保、交通管理、文物、園林、重要建筑物業(yè)
主征求意見，進行協(xié)調(diào)。并根據(jù)協(xié)調(diào)意見對線路進行調(diào)整，以最終穩(wěn)定線位及站位。
當然以上工作不是一蹴而就，需要多次踏勘、多次協(xié)調(diào)后才能最終達到線路方案的穩(wěn)定。
3.線路設計質(zhì)量的保證
首先，應仔細認真地研究前階段的線路方案，按城市規(guī)劃要求進行“逐站逐段”現(xiàn)場核實。其次，還應根據(jù)城市規(guī)劃中的線路定位、換乘功能和現(xiàn)場條件，優(yōu)化線位、站位設計，做好“充分比選，依據(jù)充足，方案合理”，與業(yè)主及規(guī)劃等職能部門保持密切聯(lián)系；組織相關(guān)專業(yè)深入研究配線設置，完善運行交路、優(yōu)化配線，在滿足運能需求的前提下，節(jié)省投資；根據(jù)工程地質(zhì)條件和運營特點、結(jié)構(gòu)類型和施工工法，設計出有利于運營的線路方案；盡量優(yōu)化平、縱斷面設計，結(jié)合軌道超高設置曲線半徑、緩和曲線長度及變坡點位置，以提高全線列車旅行速度等等.總之，保證線路設計質(zhì)量要做到以下幾點：
(1)重視基礎(chǔ)資料的收集和分析
(2)深入現(xiàn)場、多做方案，穩(wěn)定線路平、縱斷面
(3)高度重視全線配線布置
(4)加強與業(yè)主、規(guī)劃、市政等政府職能部門的聯(lián)系和協(xié)調(diào)主動爭取其指導、幫助和支持
(5)加強與有關(guān)專業(yè)的配合和協(xié)調(diào)
4.線路設計工作的具體實施
4.1線路設計的總體要求
①線路平面應結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、水文、既有和規(guī)劃地下管網(wǎng)、既有和規(guī)劃地上地下構(gòu)筑物、
人防工程、既有和規(guī)劃道路及交通狀況進行設計。盡量減少拆遷、便于施工和交通疏解。
②線路應盡量沿城市主干道敷設，平行于道路紅線設站。
③沿線每隔3～5個站的站端設渡線或交叉渡線。并根據(jù)列車交路在折返站或根據(jù)運營需要設存車
線。
④線路縱斷面應根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地下障礙物情況、車輛性能、運營特點和施工方法進行
設計。
⑤有條件時，線路縱斷面宜按“高站位、低區(qū)間”的節(jié)能坡形進行設計。
⑥跨河流的高架線路，其縱斷面宜按相應的設計洪水頻率進行設計。
⑦線路的平、縱斷面設計，應與沿線的物業(yè)開發(fā)相協(xié)調(diào)。
⑧線路的平、縱斷面位置，必須征得當?shù)卣饔嘘P(guān)職能部門的認可。
⑨高架線路的平、縱斷面設計，應注意環(huán)境保護和景觀效果。
⑩應在線路平面圖中標明道路規(guī)劃紅線、河道規(guī)劃蘭線、控制線路位置的構(gòu)筑物基礎(chǔ)平面和地下管網(wǎng)、重要文物保護點等資料。在線路縱斷面圖中，標明控制線路高程的地下管線和構(gòu)筑物基礎(chǔ)立面，并標注其有關(guān)的技術(shù)參數(shù)。跨河地段還應標明設計水位。
4．2 開展線路設計前所需的基礎(chǔ)資料
要設計出合理的線路方案，必須有大量設計所急需的基礎(chǔ)資料。共有以下幾類：沿線地形圖、地下綜合管線圖(地下管線圖及調(diào)查表)、地下管線綜合圖(該圖為地下管線圖和地形圖的組合)、道路規(guī)劃紅線圖、沿線建筑物基礎(chǔ)資料、沿線建筑物調(diào)查資料、規(guī)劃和擬建建筑物資料、控制性建筑物的坐標資料、地質(zhì)資料等。以上資料和數(shù)據(jù)的取得，將為完成線路設計奠定堅實的基礎(chǔ)。
4．3 線路設計工作內(nèi)容
平面設計要點：線間距、按控制性構(gòu)筑物的實測坐標定線、確定地鐵與既有地下構(gòu)筑物的橫向最小凈距、曲線半徑及緩和曲線的選擇、避免采用小牛徑曲線、盡量滿足軌道減振要求、減小地下管線的遷改、車站宜盡量與道路平行布置等等。
縱斷面設計要點：高架線(地面線)軌面高程的確定、最大坡度地段位置的選定、結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法確定縱坡坡形、坡度、區(qū)間隧道最低點位置應結(jié)合區(qū)間廢水泵站要求設置、廢水泵站的位置應方便施工并應與區(qū)間聯(lián)絡通道相結(jié)合、道碴道床地段的緩和曲線不能與豎曲線重疊、應注意軌道結(jié)構(gòu)高度的變化、小半徑曲線地段宜采用較緩的縱坡。
輔助線設計：應保證正線運營，標準較正線低。
車站分布：根據(jù)城市規(guī)劃資料、地面交通狀況、縱斷面確定車站位置。
交通疏解條件、建筑物的現(xiàn)狀、客流資料、線路
與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)：主要與道路紅線、文物保護、建筑物(含規(guī)劃)等部門的協(xié)調(diào)。
與軌道交通線的銜接：確定所建地鐵與城市軌道規(guī)劃線網(wǎng)中軌道交通線的銜接。
線路調(diào)整：通過測量竣工隧道的橫斷面，重新確定新的線路中心線坐標和軌面高程來滿足限界要求各階段中(初步設計，施工圖設計)線路設計工作
工程設計文件是工程建設的依據(jù)。合理的文件組成與內(nèi)容是工程能否順利實施的前提。下面對線路設計時，各階段的設計工作敘述如下：
(1)初步設計前的準備工作
開展線路初步設計前應盡收集前面所提到的設計時必需的基礎(chǔ)資料。在這些資料基礎(chǔ)上，根據(jù)前階段(可研報告)設計資料及其評審意見，對地鐵工程建設項目重大方案進行原則的論證、比選和落實。其主要內(nèi)容包括：線位、站位重大方案的補充比選和落實；進一步穩(wěn)定各項工程設計原則、設計方案和技術(shù)問題，對專家評審意見進行落實。
(2)初步設計階段
地鐵工程初步設計文件是地鐵工程建設項目起動建設的主要依據(jù)，應根據(jù)可研(或前期準備工作)評審意見，在補充初測和重大工點定測資料的基礎(chǔ)上進行編制。其內(nèi)容和深度主要包括：穩(wěn)定線路的各種邊界條件、重大技術(shù)方案和各項工程設計原則；經(jīng)深入論證比選確定設計方案和技術(shù)問題。線路提出較為穩(wěn)定的線位、站位等供專業(yè)：計算工程數(shù)量，主要設備、材料數(shù)量，用地及拆遷數(shù)量，編制施工組織(工程籌劃)、工程概算等；確定環(huán)境保護工程技術(shù)措施方案并納入總概算。
初步設計文件經(jīng)審察、批準后，作為控制建設總規(guī)模和總概算的依據(jù)，應滿足工程招標征用土地和進行施工準備的需要。線路初步設計文件應有相應的組成與詳實的內(nèi)容。
(3)施工圖設計階段
地鐵工程施工圖設計是地鐵工程建設項目具體付諸實施的依據(jù)，應根據(jù)初步設計審察意見，采用定測資料編制。施工圖編制：線路設計宜集中力量按時完成，亦可根據(jù)工程實際進展需要分期分批完成，但必須注意其完整性和統(tǒng)一性，確保與工程現(xiàn)場實際相符合，為施工提供需要的圖表和必要的設計說明。如有局部方案調(diào)整，應及時提供相關(guān)專業(yè)編制投資檢算或修正概算。
同樣，線路施工圖設計文件應有其相應的組成與內(nèi)容。
各階段線路設計的說明內(nèi)容、附件、附圖可根據(jù)具體工程實際情況編制具體內(nèi)容。
4．5 線路設計技術(shù)接口
地鐵工程是一項涉及專業(yè)多、關(guān)系復雜、技術(shù)難度大的系統(tǒng)工程。地鐵工程的設計有賴于各專業(yè)、各系統(tǒng)的相互配合。為了使地鐵工程各子系統(tǒng)能緊密結(jié)合、有效聯(lián)系，達到整個地鐵安全、可靠、經(jīng)濟、合理，有效地發(fā)揮各個部分的功能。在設計過程中，良好的技術(shù)接口是設計順利進行必要保證。
完整正確的接口，能指導、檢察和驗證各子系統(tǒng)設計的完整性、安全性、可靠性、合理性和經(jīng)濟性。線路作為一系統(tǒng)專業(yè)保持與各相關(guān)系統(tǒng)、相關(guān)專業(yè)的密切聯(lián)系是保持整個地鐵系統(tǒng)總體的完整性和協(xié)調(diào)運作的一致性，充分發(fā)揮地鐵工程功能、降低造價、提高效益等重要保證措施的必要條件之一。
線路設計的技術(shù)接口主要內(nèi)容有：系統(tǒng)正線和輔助線、線路系統(tǒng)功能、主要技術(shù)際準和參數(shù)等。
線路設計系統(tǒng)的主要接口有：
(1)與外部條件的接口：地鐵沿線地形、地貌、地質(zhì)、水文條件；城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃；
與城市主干道關(guān)系；城市主要客流集散或交通樞紐點；地上、地下構(gòu)筑物和管線及人防工程等。
(2)與土建工程的接口：線路形式與軌道和上部建筑相協(xié)調(diào)；線路的布置、坡度等條件與區(qū)間隧道，高架橋梁一致；線路布置、線間距等條件與車站建筑關(guān)系；線路布置、線路設計要素和線間距滿足限界要求等。
(3)與車輛、車輛段與綜合基地的接口：線路平面曲線半徑、豎曲線半徑和線路的限制坡度，應符合車輛的技術(shù)條件；車輛段出入段線的接軌和技術(shù)要求；折返線、存車線和聯(lián)絡線線路平面布置、平面曲線半徑，豎曲線牛徑和坡度等。
由于地鐵工程設計，涉及專業(yè)多，關(guān)系復雜，又情況多變，以上接口只能由淺入探、由粗到細并應在各個設計階段中根據(jù)實際逐步實施完善。
5 結(jié)束語
以上只是筆者對國內(nèi)部分地鐵工程線路設計中共性的問題作了一定的歸納。在實際的設計過程中還應根據(jù)不同城市、不同地鐵線的不同特點進行相應的線路設計，最終達到系統(tǒng)功能、工程造價、運營能力等綜合性能最優(yōu)的目的。
參考文獻
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(2)鐵道第二勘察設刊-院，廣州市地下鐵道總公司．回顧與思考——廣州幣地下鐵道一號線工程設計總結(jié)，北京：中國鐵道出版社，2002
(3)鐵道第二勘察設計院地鐵工程設計指南．北京：中國鐵道出版社，2002