城市軌道交通線路的敷設形式摘 要 介紹了城市軌道交通不同線路敷設形式(地下線、地面線、高架線和敞開式線路)的特點、適用情況,以及設計中的注意事項。應結合沿線的土地規(guī)劃和開發(fā)性質,采用合理的線路形式,這對工程投資、城市規(guī)劃以及軌道交通的運營至關重要。關鍵詞 城市軌道交通,線路設計,敷設形式 城市軌道交通的線路敷設形式主要有:地下線、地面線、高架線和敞開式線路。本文分別介紹這幾種線路形式的特點和敷設情況,以及設計中的注意事項。1地下線 地下線是線路在交通繁忙路段和市區(qū)內繁華地段主要采用的線路敷設形式,其線路設計的一般原則是線位盡可能沿城市道路敷設,盡量不侵入兩側的規(guī)劃紅線,在偏離道路或穿越街坊時,主要考慮躲避沿線的構筑物樁基礎和地下各種市政管線,以確保安全和減少拆遷。地下線的施工方法主要有明挖法、暗挖法等。暗挖法包括盾構法和礦山法。盾構法又分為單圓盾構、雙圓(雙線)盾構。線路在平縱斷面的設計上要緊密結合具體的環(huán)境情況根據(jù)所采用的施工方法來決定線間距和線位埋深。采用單圓(單線)盾構施工時,左右線一般平行布置,且為確保施工安全,隧道凈距和隧道覆土厚度要求大于等于一倍盾徑(6.20ｍ,見圖1)。因盾構施工對城市交通和環(huán)境影響較小,故多被采用。
對于長距離的狹窄地帶且不便采用明挖施工的地段,可采用雙圓(雙線)盾構法施工。其特點是左右線同時推進,隧道橫剖面呈“眼鏡狀”(見圖2),線間距根據(jù)采用的車型和限界來確定。如:Ａ型車的線間距為4.60ｍ,隧道橫剖面的結構外緣寬度為10.80ｍ(圖1中單圓盾構隧道橫剖面的結構外緣寬度為18.60ｍ左右)。采用雙圓(雙線)盾構法施工可大大節(jié)省橫向空間,有效躲避地下障礙物,又避免施工開挖帶來的環(huán)境影響。目前,國內采用雙圓(雙線)盾構施工的還很少,僅上海的Ｍ8線首先使用。此工法除了缺乏施工技術經(jīng)驗外,車站一般只能設置為側式站臺,使用起來不方便,且線路的曲線半徑不宜太小;此外,雙圓(雙線)盾構法施工的隧道兩洞體容易發(fā)生不均勻沉降。 最近還出現(xiàn)了異型盾構,即:Ｈ＆Ｖ(ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＶａｒｉｔｉｏｎ＆ＶｅｒｔｉｃａｌＶａｒｉｔｉｏｎ)型盾構,其最大特點是:根據(jù)需要,兩線的洞體可由水平雙圓逐漸轉換為豎向雙圓,或由豎向雙圓轉換為水平雙圓,以更有效地穿越狹窄地下空間。 盾構法施工在國內地鐵建設中已成為首選的施工方法。該工法不但對環(huán)境影響小,還能有效地躲避市政管線,節(jié)省了管線改移的麻煩和投入;此外,由于盾構施工的隧道埋深在一定程度上對造價和難度影響不大,因此線路在縱斷面上可設計成較理想的高站臺低區(qū)間的節(jié)能坡,對運營和節(jié)能都極為有利。 在線間距及覆土等不能滿足盾構施工條件的地段,只能用明挖法施工。因該工法要挖開路面,不但要影響城市交通、破壞市容,還要考慮施工時的交通疏解及市政管線的搬遷改移等,故只能在不得已的情況下采用。在極其困難的情況下,有時也采用左右線隧道上下重疊的的敷設形式。這可以把線路在水平方向上占用的空間減至最小,更有效地避讓兩側的建筑物樁基礎。但這種重疊形式會增加施工難度,且縱斷面的坡度會受限制,影響將來的運營。這種重疊線位一般有兩種形式(見圖3):①采用明挖或蓋挖方法施工,隧道斷面形式為矩形,左右線隧道緊密重疊,兩隧道體之間沒有土體。這種形式可適合較長距離的重疊。如深圳地鐵1號線羅湖至大劇院段線路就已建成1ｋｍ長的這種重疊形式的隧道。②采用單圓盾構法施工,因施工的安全需要,兩洞體之間要有一倍盾徑的間距,以避免盾構施工時左右線相互影響。要滿足此要求,在縱斷面坡度設計上一般較困難,往往造成在下部的線坡度較大,在上部的線出站為上坡,不利運營;且這種重疊形式不宜過長,因運營后的振動會造成上下線重疊段洞體間的土體液化而引起隧道沉降。 地下線具體采用哪種敷設形式和工法,應根據(jù)具體的周圍環(huán)境條件和地質狀況從全局考慮。既要考慮施工難度,又要考慮將來的運營。地下線設計時應注意:(1)穿越河流地段時,要了解河道的現(xiàn)有河底高程和規(guī)劃河底高程,然后根據(jù)隧道的工法來確定隧道結構頂與河底的安全距離。(2)要探明地下市政管線,以合理確定線位和站位,盡量減少管線拆遷改移;尤其對一些粗大的重要管線,如軍纜、雨污水管等,因搬遷困難、影響大、費用高,應盡量躲避。(3)線路經(jīng)過有樁基的建筑物時,要探明樁基類型和深度,以確定采用的施工方法和安全距離,并根據(jù)建筑物性質采取合理的加固保護措施,確保工程安全。(4) 線位盡量布置在城市道路紅線以內,隧道體不要侵入道路兩側的地塊,以避免影響兩側土地的開發(fā)利用。2高架線 高架線一般在市區(qū)外建筑稀少及空間開闊的地段采用。其線位一般沿道路的一側或路中布置,具體設在路側還是路中要根據(jù)規(guī)劃和設站情況來決定,并結合具體情況作深入研究和經(jīng)濟比較。橋梁的凈空一般由沿線所跨越的道路通車高度及河流的通航高度要求來確定。橋梁跨度非特殊地段按最經(jīng)濟跨距布置,一般為20～30ｍ,具體根據(jù)橋梁結構形式計算決定。 高架橋梁的選型,首先要滿足列車安全行駛的要求,其次要考慮結構合理、經(jīng)濟適用,并結合城市規(guī)劃、周圍環(huán)境、施工方法等一系列因素來確定,既要達到美觀協(xié)調的效果,又要容易施工。目前國內外采用的梁的結構形式有:槽型梁、下承式脊梁、Ｔ型梁,板梁和箱梁等。高架線的橋梁設計梁式有現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、現(xiàn)澆簡支梁、預制梁等。 上海軌道交通9號線在出市區(qū)以后至松江新城前全部采用高架線,因沿線交通方便、空間開闊,便于梁的運輸和架設,故多為預制梁。天津的津濱快軌出天津市區(qū)后至塘沽區(qū)前,兩側地區(qū)空曠,線路基本采用高架形式。 高架線的突出缺點是運營噪聲大,對城市景觀影響也較大,市區(qū)一般不采用。高架線設計時應注意:①應了解道路的規(guī)劃位置和凈空要求,以確定高架橋的梁底高度和跨度;要與河道管理部門和水務管理部門協(xié)調,了解河道的規(guī)劃寬度、防洪要求和通航等級,以便確定梁下的凈空高度和梁的跨度。②線位距離樓房較近的地段,要充分考慮噪聲和振動對周圍樓房的影響,可考慮設置隔音屏,采用減振效果好的道床。對噪聲和振動有特殊要求的可考慮改為地下線或采取繞避。上海在個別路段設計了一體化高架結構,將城市的地面道路、軌道交通線及高架道路三者組合在一起(如圖4所示)。三者合理的結合,很好地解決了城市空間緊張的問題。3 地面線 地面線是指在較空曠的地帶,道路和建筑稀少,采用類似普通鐵路的路基作為軌道基礎的線路形式(見圖5)。地面線的路基高度一般要高出通過地段的最高地下水位和當?shù)?0年一遇的暴雨積水水位,以免路基出現(xiàn)淹沒、翻漿冒泥而影響運營。地面線的優(yōu)點是土建工程造價最低;其缺點是隔斷線路兩側的交通,使線路兩側難以溝通,不利兩側土地的商業(yè)開發(fā)利用,同時運營時噪聲較大。此外,地面線的沉降變化較大,故多采用碎石道床,因此運營后養(yǎng)護維修工作量較大。城市軌道交通中的市域線在偏遠市郊路段多采用此種形式。地面線設計時應注意: ①要結合沿線土地的使用性質從長遠的規(guī)劃上綜合慎重考慮是否設置地面線,因城市軌道交通的行車密度大,地面線要防護隔離,這將隔斷線路兩側的聯(lián)系,并帶來很大的噪聲。軌道交通是百年大計,不要圖節(jié)省初期的建設投資而對沿線周圍環(huán)境的發(fā)展造成不良的影響。 ②在南方地區(qū)要充分考慮路基的防淹和排水問題,以確保線路的運營安全。要調查搜集當?shù)氐谋┯攴e水強度,來確定最小路肩高程。如上海軌道交通9號線經(jīng)過一處高壓走廊,因受高壓線高度控制,局部線路由高架降為地面線;其路肩高度根據(jù)當?shù)?0年一遇的暴雨積水高度確定,并采取了一定的排水和保護措施。4敞開式線路 敞開式是線位由地下線過渡為地面線或高架線時(或相反時)的一種過渡形式(見圖6),一般包括“Ｕ”型槽段和填土路基段。 還有一種近似于地下和敞開式之間的線路敷設形式,即:線位結構頂部幾乎與地面相平,只在穿越道路時稍微增加埋深,增加覆土厚度。當這種線路敷設距離較長時,為防止雨水的大量匯入,應在上部加蓬頂(最好為透明材質,以利于自然采光);另外可根據(jù)環(huán)控計算在一定位置加設換氣窗,采用自然通風。線路兩側可設計為由里向外、由高到低的綠化樹木,既可降低噪聲,又讓列車運行于綠色長廊下。這種線路埋深淺、施工難度小,造價低,還可節(jié)省環(huán)控設備及照明,很適合南方城市特定地段采用。敞開式線路設計時應注意:①過渡段位置的確定要慎重考慮。敞開溝塹形式對線位兩側環(huán)境影響較嚴重,不但產(chǎn)生噪聲和振動,且隔斷線路兩側的溝通,對城市景觀也不利。②要注意排水。頂部敞開會形成雨水匯聚。排水系統(tǒng)要結合當?shù)氐谋┯陱姸瓤紤]排水能力。5結語 城市軌道交通的建設對一個城市來講屬于重點工程,不但投資巨大,而且影響久遠。其設計的好壞將對這個城市產(chǎn)生極其重要的影響,不僅影響到工程造價,還要影響到建成后的使用效果,更會影響到沿線的環(huán)境和土地開發(fā)以及城市發(fā)展規(guī)劃。另外,線路的走向還將直接影響到線路的敷設形式,而線路的敷設形式又將影響到工程造價。為此,結合城市總體規(guī)劃,采用最合理的線路形式,對工程投資、城市規(guī)劃以及軌道交通的運營都是至關重要的。 要從城市的整體規(guī)劃出發(fā),在線路走向和站位設置上要考慮為其它相交叉的軌道交通線預留建設條件;尤其在車站交匯處,要考慮預留換乘條件,以免給后建設的線增加不必要的困難和麻煩。同時,選線布站要重視沿線生態(tài)環(huán)境的保護,堅持可持續(xù)發(fā)展的原則,結合沿線的土地規(guī)劃和開發(fā)性質,采用適宜的線路形式;對振動和噪聲敏感的地段要盡可能繞避,或采取合理的減振降噪措施。參考文獻1 施仲衡.地下鐵道設計與施工.西安:陜西科學技術出版社,1997.40～672 沈景炎.城市軌道交通多種制式的特征與評價大綱.城市軌道交通研究,2003(5):1～63 馬振海.地鐵線路敷設方式及其與工程造價的關系.鐵路工程造價管理,2004(1):15
對于長距離的狹窄地帶且不便采用明挖施工的地段,可采用雙圓(雙線)盾構法施工。其特點是左右線同時推進,隧道橫剖面呈“眼鏡狀”(見圖2),線間距根據(jù)采用的車型和限界來確定。如:Ａ型車的線間距為4.60ｍ,隧道橫剖面的結構外緣寬度為10.80ｍ(圖1中單圓盾構隧道橫剖面的結構外緣寬度為18.60ｍ左右)。采用雙圓(雙線)盾構法施工可大大節(jié)省橫向空間,有效躲避地下障礙物,又避免施工開挖帶來的環(huán)境影響。目前,國內采用雙圓(雙線)盾構施工的還很少,僅上海的Ｍ8線首先使用。此工法除了缺乏施工技術經(jīng)驗外,車站一般只能設置為側式站臺,使用起來不方便,且線路的曲線半徑不宜太小;此外,雙圓(雙線)盾構法施工的隧道兩洞體容易發(fā)生不均勻沉降。 最近還出現(xiàn)了異型盾構,即:Ｈ＆Ｖ(ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＶａｒｉｔｉｏｎ＆ＶｅｒｔｉｃａｌＶａｒｉｔｉｏｎ)型盾構,其最大特點是:根據(jù)需要,兩線的洞體可由水平雙圓逐漸轉換為豎向雙圓,或由豎向雙圓轉換為水平雙圓,以更有效地穿越狹窄地下空間。 盾構法施工在國內地鐵建設中已成為首選的施工方法。該工法不但對環(huán)境影響小,還能有效地躲避市政管線,節(jié)省了管線改移的麻煩和投入;此外,由于盾構施工的隧道埋深在一定程度上對造價和難度影響不大,因此線路在縱斷面上可設計成較理想的高站臺低區(qū)間的節(jié)能坡,對運營和節(jié)能都極為有利。 在線間距及覆土等不能滿足盾構施工條件的地段,只能用明挖法施工。因該工法要挖開路面,不但要影響城市交通、破壞市容,還要考慮施工時的交通疏解及市政管線的搬遷改移等,故只能在不得已的情況下采用。在極其困難的情況下,有時也采用左右線隧道上下重疊的的敷設形式。這可以把線路在水平方向上占用的空間減至最小,更有效地避讓兩側的建筑物樁基礎。但這種重疊形式會增加施工難度,且縱斷面的坡度會受限制,影響將來的運營。這種重疊線位一般有兩種形式(見圖3):①采用明挖或蓋挖方法施工,隧道斷面形式為矩形,左右線隧道緊密重疊,兩隧道體之間沒有土體。這種形式可適合較長距離的重疊。如深圳地鐵1號線羅湖至大劇院段線路就已建成1ｋｍ長的這種重疊形式的隧道。②采用單圓盾構法施工,因施工的安全需要,兩洞體之間要有一倍盾徑的間距,以避免盾構施工時左右線相互影響。要滿足此要求,在縱斷面坡度設計上一般較困難,往往造成在下部的線坡度較大,在上部的線出站為上坡,不利運營;且這種重疊形式不宜過長,因運營后的振動會造成上下線重疊段洞體間的土體液化而引起隧道沉降。 地下線具體采用哪種敷設形式和工法,應根據(jù)具體的周圍環(huán)境條件和地質狀況從全局考慮。既要考慮施工難度,又要考慮將來的運營。地下線設計時應注意:(1)穿越河流地段時,要了解河道的現(xiàn)有河底高程和規(guī)劃河底高程,然后根據(jù)隧道的工法來確定隧道結構頂與河底的安全距離。(2)要探明地下市政管線,以合理確定線位和站位,盡量減少管線拆遷改移;尤其對一些粗大的重要管線,如軍纜、雨污水管等,因搬遷困難、影響大、費用高,應盡量躲避。(3)線路經(jīng)過有樁基的建筑物時,要探明樁基類型和深度,以確定采用的施工方法和安全距離,并根據(jù)建筑物性質采取合理的加固保護措施,確保工程安全。(4) 線位盡量布置在城市道路紅線以內,隧道體不要侵入道路兩側的地塊,以避免影響兩側土地的開發(fā)利用。2高架線 高架線一般在市區(qū)外建筑稀少及空間開闊的地段采用。其線位一般沿道路的一側或路中布置,具體設在路側還是路中要根據(jù)規(guī)劃和設站情況來決定,并結合具體情況作深入研究和經(jīng)濟比較。橋梁的凈空一般由沿線所跨越的道路通車高度及河流的通航高度要求來確定。橋梁跨度非特殊地段按最經(jīng)濟跨距布置,一般為20～30ｍ,具體根據(jù)橋梁結構形式計算決定。 高架橋梁的選型,首先要滿足列車安全行駛的要求,其次要考慮結構合理、經(jīng)濟適用,并結合城市規(guī)劃、周圍環(huán)境、施工方法等一系列因素來確定,既要達到美觀協(xié)調的效果,又要容易施工。目前國內外采用的梁的結構形式有:槽型梁、下承式脊梁、Ｔ型梁,板梁和箱梁等。高架線的橋梁設計梁式有現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、現(xiàn)澆簡支梁、預制梁等。 上海軌道交通9號線在出市區(qū)以后至松江新城前全部采用高架線,因沿線交通方便、空間開闊,便于梁的運輸和架設,故多為預制梁。天津的津濱快軌出天津市區(qū)后至塘沽區(qū)前,兩側地區(qū)空曠,線路基本采用高架形式。 高架線的突出缺點是運營噪聲大,對城市景觀影響也較大,市區(qū)一般不采用。高架線設計時應注意:①應了解道路的規(guī)劃位置和凈空要求,以確定高架橋的梁底高度和跨度;要與河道管理部門和水務管理部門協(xié)調,了解河道的規(guī)劃寬度、防洪要求和通航等級,以便確定梁下的凈空高度和梁的跨度。②線位距離樓房較近的地段,要充分考慮噪聲和振動對周圍樓房的影響,可考慮設置隔音屏,采用減振效果好的道床。對噪聲和振動有特殊要求的可考慮改為地下線或采取繞避。上海在個別路段設計了一體化高架結構,將城市的地面道路、軌道交通線及高架道路三者組合在一起(如圖4所示)。三者合理的結合,很好地解決了城市空間緊張的問題。3 地面線 地面線是指在較空曠的地帶,道路和建筑稀少,采用類似普通鐵路的路基作為軌道基礎的線路形式(見圖5)。地面線的路基高度一般要高出通過地段的最高地下水位和當?shù)?0年一遇的暴雨積水水位,以免路基出現(xiàn)淹沒、翻漿冒泥而影響運營。地面線的優(yōu)點是土建工程造價最低;其缺點是隔斷線路兩側的交通,使線路兩側難以溝通,不利兩側土地的商業(yè)開發(fā)利用,同時運營時噪聲較大。此外,地面線的沉降變化較大,故多采用碎石道床,因此運營后養(yǎng)護維修工作量較大。城市軌道交通中的市域線在偏遠市郊路段多采用此種形式。地面線設計時應注意: ①要結合沿線土地的使用性質從長遠的規(guī)劃上綜合慎重考慮是否設置地面線,因城市軌道交通的行車密度大,地面線要防護隔離,這將隔斷線路兩側的聯(lián)系,并帶來很大的噪聲。軌道交通是百年大計,不要圖節(jié)省初期的建設投資而對沿線周圍環(huán)境的發(fā)展造成不良的影響。 ②在南方地區(qū)要充分考慮路基的防淹和排水問題,以確保線路的運營安全。要調查搜集當?shù)氐谋┯攴e水強度,來確定最小路肩高程。如上海軌道交通9號線經(jīng)過一處高壓走廊,因受高壓線高度控制,局部線路由高架降為地面線;其路肩高度根據(jù)當?shù)?0年一遇的暴雨積水高度確定,并采取了一定的排水和保護措施。4敞開式線路 敞開式是線位由地下線過渡為地面線或高架線時(或相反時)的一種過渡形式(見圖6),一般包括“Ｕ”型槽段和填土路基段。 還有一種近似于地下和敞開式之間的線路敷設形式,即:線位結構頂部幾乎與地面相平,只在穿越道路時稍微增加埋深,增加覆土厚度。當這種線路敷設距離較長時,為防止雨水的大量匯入,應在上部加蓬頂(最好為透明材質,以利于自然采光);另外可根據(jù)環(huán)控計算在一定位置加設換氣窗,采用自然通風。線路兩側可設計為由里向外、由高到低的綠化樹木,既可降低噪聲,又讓列車運行于綠色長廊下。這種線路埋深淺、施工難度小,造價低,還可節(jié)省環(huán)控設備及照明,很適合南方城市特定地段采用。敞開式線路設計時應注意:①過渡段位置的確定要慎重考慮。敞開溝塹形式對線位兩側環(huán)境影響較嚴重,不但產(chǎn)生噪聲和振動,且隔斷線路兩側的溝通,對城市景觀也不利。②要注意排水。頂部敞開會形成雨水匯聚。排水系統(tǒng)要結合當?shù)氐谋┯陱姸瓤紤]排水能力。5結語 城市軌道交通的建設對一個城市來講屬于重點工程,不但投資巨大,而且影響久遠。其設計的好壞將對這個城市產(chǎn)生極其重要的影響,不僅影響到工程造價,還要影響到建成后的使用效果,更會影響到沿線的環(huán)境和土地開發(fā)以及城市發(fā)展規(guī)劃。另外,線路的走向還將直接影響到線路的敷設形式,而線路的敷設形式又將影響到工程造價。為此,結合城市總體規(guī)劃,采用最合理的線路形式,對工程投資、城市規(guī)劃以及軌道交通的運營都是至關重要的。 要從城市的整體規(guī)劃出發(fā),在線路走向和站位設置上要考慮為其它相交叉的軌道交通線預留建設條件;尤其在車站交匯處,要考慮預留換乘條件,以免給后建設的線增加不必要的困難和麻煩。同時,選線布站要重視沿線生態(tài)環(huán)境的保護,堅持可持續(xù)發(fā)展的原則,結合沿線的土地規(guī)劃和開發(fā)性質,采用適宜的線路形式;對振動和噪聲敏感的地段要盡可能繞避,或采取合理的減振降噪措施。參考文獻1 施仲衡.地下鐵道設計與施工.西安:陜西科學技術出版社,1997.40～672 沈景炎.城市軌道交通多種制式的特征與評價大綱.城市軌道交通研究,2003(5):1～63 馬振海.地鐵線路敷設方式及其與工程造價的關系.鐵路工程造價管理,2004(1):15
