城市轨道交通工程设计常识周心培 2004.12前言轨道交通和隧道工程是城建院的两大支柱专业。
近年来，宜万、甬温、温福铁路和武广客运专线隧道设计任务繁重，北京、苏州、广州地铁设计也是忙得不可开交。
大批新生力量投入到隧道和地铁的设计工作中来，形势大好。
为使新参加工作的年轻同志们对隧道和地铁有所了解，特把平时所见所闻的资料罗列出来给大家作个参考。
隧道专业方面以“铁路隧道史”为蓝本，回顾我国铁路隧道技术的发展历程；以大瑶山隧道和秦岭隧道为例，介绍我国当代铁路隧道技术的最高水平；最后简要地展望一下隧道及地下工程发展的前景。
文中内容只是个人阅读的笔录，有兴趣者可进一步找原文研究。
轨道交通工程确是一项庞大复杂的系统工程。
个人的学识有限，简单介绍不能解决如何设计的问题，只希望使大家建立个基本概念。
介绍包括基础篇、车站区间篇、设备篇和工程实例篇，目的是为使读者知道什么是轨道交通，其设计包括哪些内容，曾经有过哪些经验教训。
实例篇只列了个提纲，有的已有专文可作参考，如果有兴趣可另作专题交流。
今借院网城建院网页一角，把“我国铁路隧道技术的发展与展望”和“城市轨道交通工程设计概论”发表出来，希望能省却读者一些翻阅资料的时间。
许多专业性的问题远非、四、五万字能解决的，具体问题可以另作专题讨论。
因本人水平有限，文中谬误之处在所难免，真诚欢迎各位同仁批评指正。
城市快速轨道交通工程设计概论基础篇1、轨道交通分类城市轨道交通顾名思义就是车辆在轨道上行驶的公共交通系统。
火车，有轨电车等等都属于轨道交通，前者属于较长距离的城际间的交通，后者是低速行驶于街市的公共交通，但两者都不属于通常所说的城市快速轨道交通系统。
粗略地可以将城市快速轨道交通分为地铁和轻轨两大类，其中轻轨又可分为普通轮轨式、独轨跨座式和独轨悬挂式三种。
武汉市轨道交通1号线即属普通轮轨式的轨道交道。
广州地铁4号线的车辆采用线性电动机和特殊的轨道，但本质上仍属轮轨式的交通方式。
台北捷运的木栅线，采用的是胶轮车，在特别的砼轨槽内行驶，也属于轮轨式交道。
上海龙东路至浦东机场的磁悬浮线，没有通常意义上的车轮和钢轨，不属于城市快速轨道交通之例。
目前重庆正在修建的就是独轨跨座式轨道交通工程。
独轨悬挂式类似于悬挂的索道缆车，只是车辆不是挂在缆索上，而是挂在专门的钢梁上，跨距可以做得比较大，用在一些公园和旅游区比较合适。
在我国独轨悬挂式作为正规的城市轨道交通还没有建设实例。
地铁普通轮轨式轻轨普通轮轨式独轨跨座式独轨悬挂式2、地铁与轻轨有人认为在地下跑的叫地铁，在地面上、在高架桥上跑的叫轻轨，这样区分对不对呢？最早的地铁确实是在地下跑的，要不怎么会叫地铁呢，而轻轨也确实大多数是在地面上跑，特别是在高架桥上跑，但严格讲这样区分是偏面的。
国际上对地铁和轻轨是以车辆的轴重来区分的：载客量大，车辆编组长，车辆轴重大，需要采用较重钢轨和轨道的划为地铁：而载客量相对较小，车辆编组也较短，车辆轴重较轻，可以采用轻型钢轨和轨道的则划为轻轨。
当然这样划分也不是绝对的，例如武汉轻轨铺设的钢轨与地铁一样，都是60kg/m钢轨，这是因为重型轨线路稳定性好、耐磨、有利于运营。
在我国A型车的轴重约16t，属于地铁车辆；C型车的轴重约11t，属于轻轨车辆；而B型车的轴重约14t，介于A型和C型两者之间，地铁和轻轨都可以采用。
北京地铁采用的就是B型车，武汉轻轨采用的也是B型车。
客流量大的轨道交道，往往采用大型车、大编组、重型轨道，并且多穿行于闹市，所以一般采用地下线，即所谓“地铁”；客流量小的轨道交通，相应地采用小型车、小编组、轻型轨道，多行驶于郊区和非繁华地区，有条件建成高架线，甚至地面线，以降低造价，一般简称为“轻轨”。
对一条轨道交通线而言，可以根据需要时而走在地上，时而走在地下，并无绝对的区分。
例如：上海轨道交通明珠线，其一期工程（西半环）系利用老沪杭铁路路基建的高架线；二期工程过黄浦江走浦东极大部分为地下线。
明珠线的车辆和轨道与地铁完全一样，从上面的定义划分，明珠线当属“地铁”。
3、城市快速轨道交通的优缺点世界上一些繁华的大城市都建有发达的轨道交通（地铁），照外国人的说法，一百万以上人口的大城市应该修地铁。
地铁被认为是现代化大城市解决交通问题的根本性手段。
从上个世纪90年代开始，我国大陆己经建成和在建地铁或轻轨的城市有北京、天津、上海、广州、南京、武汉、重庆和深圳等8个城市：已经向国家申报立项积极筹建或准备审报的有哈尔滨，沈阳、青岛、苏州、杭州等20余个城市。
下面简要介绍一下现代化城市轨道交通的优缺点。
3.1快速轨道交通的优越性（1）安全地铁和轻轨或深埋地下、或高架空中，即便行驶于地面也是全封闭的。
每条轨道交通都采用双线独立运营，与地面交通之间完全是立交关系，因此其运营十分安全。
（2）正点正因为采取独立运营和立交方式，最大限度地避免了交通事故和交通阻塞，因此能确保行车的正点率在百分之九十八以上。
在北京和上海坐地铁已经成为“上班族”出行的首选交通方式。
（3）快速同样由于其安全性和高正点率保证了轨道交通运行的高速度。
地铁车辆的设计构造度为80km/h，旅行速度在35km/h左右。
而地面公交车辆的旅行速度很难确保达到25km/h。
（4）舒适无论是在地铁车站里，还是在车厢里冬暖夏凉四季如春的小气侯、柔和的色彩、明亮的灯火、优雅的环境给人以“宾至如归”的家的感觉。
常常可以看到一些年青的旅客朋友手不释卷地坐在车厢里，完全忙却了旅途的遥远和疲劳。
这自然也是颠跛急转的地面公共交通望尘莫及的。
（5）节能城市轨道交通车辆都采用电动车组，以电为牵引动力。
而通常的城市地面车辆除电车外都是以柴油或汽油为能源。
众所周知，电能转换为车辆的机械能的转换效率是60%~70%，而燃料转换为机械能的效率只有25%左右，两者相差一倍以上。
所以说现代化的城市轨道交通是节能型的交通。
（6）环保因为现代城市轨道交通是以电为能源，所以在行驶中不排放废气、废液，对周围环境不产生有害影响。
唯一可能带来负面影响的是地面线或高架路段列车行驶中产生的噪声污染，但采取必要的措施，如：采用减震道床、隔声屏障或胶轮车等是可以防治的。
3.2快速轨道交通存在的问题（1）高造价任何事物都有两面性，在众多优点的背后是高造价和高投入，以至使一般城市承受不起。
上世纪80年代末，上海地铁的造价是每公里约人民6亿元：到90年代初，广州地铁的造价达到每公里人民币7.8亿元。
建一条地铁要花上百亿元，这笔钱中有百分之三十至四十是用来购买外国的车辆和机电设备，老百姓的血汗钱哗哗地流进了洋人的荷包。
1995年，国家注意到了这个问题的严重性，下达了国务院60号文件，规定新建地铁工程的车辆及设备的国产化率必须达到70%以上。
此后，提高了国产化率，各个城市的地铁造价基本上都能控制在每公里人民币5亿元左右。
但这对于经济实力不够雄厚的城市仍然是可望而不可及的事。
（2）低效益城市轨道交通在高投入的同时并不能带来高的经济效益。
相反，一条地铁线每年都可能造成上亿元的亏损。
以武汉轻轨一期工程来说，不计折旧每天的亏损约在人民币20万左右。
所以城市轨道交通是以社会效益为主的基础设施工程，一般只能由政府投资建设。
世界上只有少数几个城市的地铁是盈利的，我国的香港就是其中之一。
其实香港地铁的盈利并不在于地铁本身的票房收入，而在于与地铁密切相关的房地产等的综合物业开发。
所以在地铁的设计阶段就要同时做好相关物业的规划，并争取与地铁建设同步实施。
纵观城市轨道交通的优缺点，其服务大众、以人为本的优点是主要的，而其缺点随着技术和经济的发展是可以克服和改善的。
4、设计年限与设计阶段4.1设计年限城市轨道交通设计经常要涉及到“设计年限”，路网规划要分年限，线路建设要分年限，客流预测要分年限，行车交路要分年限，车辆及设备配置要分年限……。
根据《城市块速轨道交通工程项目建设标淮》的有关规定，设计年限分为初期、近期和远期，具体的时段划分规定如下：初期建成通车后第 3年近期建成通车后第10年远期建成通车后第25年以武汉地铁1号线为例，假设于2010年建成，则初期为2013年，近期为2020年，远期为2035年。
4.2设计阶段轨道交通工程在完成前期预可、工可、立项工作后转入设计阶段。
根据“城市快速轨道交通工程建设标准”，设计可分为三个阶段：总体设计总体性的方案设计，以优化总体方案为目的。
初步设计专业性的方案设计，以落实具体专业方案为目的。
施工设计详细设计，提供施工图。
各个城市的情况不同，设计阶段也不同。
广州、南京等城市均按三阶段设计，北京、上海也有采取两阶段设计的，即无总体设计。
5、轨道交通的建设规模5.1 轨道交通类型的划分根据《城市块速轨道交通工程项目建设标淮》，城市轨道交通工程的建设规模按远期单向客运能力（断面运量）划分为三个运量等级和规模，即高运量、大运量和中运量，相应的技术特征见下表：各级城市快速轨道交通相关技术特征表线路等级ⅠⅡⅢⅣ运能分类高运量大运量中运量中运量类型归属地铁地铁轻轨轻轨线路型式全封闭全封闭全封闭半封闭单向运能（万人小时） 5-7 3-5 1.5-3.5 1~2列车最大长度（m） 185 140 100 80适用车型 A B或A B、L或单轨 B或D列车最大编组 8 辆 6辆 5辆 4辆列车最高速度（km-h） 80~100 80 ~100 60-80 60旅行速度（km-h） 35-45 35-45 35-45 20-30适用城市人口（万人）≥300 ≥300 ≥150 ≤100※按建设标准，Ⅴ级为有轨电车，旅行速度15-20km/h，故不列入。
5.2 新建轨道交通工程的规模我国《城市块速轨道交通工程项目建设标淮》对新建轨道交通工程的建设规模有如下规定：（1）初期高峰断面客流大运量线不应小于1万人，中运量线不应小于6千人。
也就是说客流不足不应该建设，应采用其他交通方式；（2）初期新建线路大运量线不宜小于15km，中运量线不宜短于10km，太短的线路运营上、经济效益上均不可取：（3）线路末端2-3个区间的平均高峰客流不宜小于全线最大高峰客流的0.25-0.30。
如果用上述规定来核查在建或已建的轨道交通线，有很多是不符合规定的。
如武汉轻轨一期工程长度太短影响效益；广州地铁2号线琶洲岛段客流量不足全线最大断面的1/4……。
但地方上往往会以地铁建设带动沿线开发为由，扩大建设规模。
5.3轨道交通的建设实施一条线的建设应按不同年度的运量，分项分类合理地分期实施：（1）地下车站及区间隧道工程应按远期规划一次建成，其他高架及地面工程可以根据客流情况分期延伸和增建。
（2）车辆应按初期客运量配置。
车辆基地应按远期设计规模规划控制用地，整备、检修设施按近期规模建设，地面建筑应根据工艺要求结合远、近期需要建设。
