城市地鐵工程的主要構成

城市地鐵工程的主要構成王志年摘　要:主要闡述了城市地鐵車站和區間土建工程、系統工程的主要構成、功能和作用。隨著城市地鐵工程在基建工程中所占比重的與日俱增,通過初步探討和掌握城市地鐵工程的主要構成,以盡快適應城市地鐵工程的迅猛發展,為更好地編制城市地鐵工程施工組織和概算打下堅實的基礎。關鍵詞:城市地鐵;工程;構成 城市地鐵與輕軌同屬城市快速軌道交通系統,是城市公共客運交通網絡中的骨干。特別是城市地鐵,由于載客量大,更為世界各大城市用來作為解決交通的主要工具。城市地鐵具有運量大、快捷、安全、準時和舒適等特點,不僅是解決城市公共客運交通的主要工具,也是現代化城市的象征。早在1863年英國倫敦修建了世界上第一條地下鐵路后,世界各國相繼修建,且呈蓬勃發展之勢,運營線路長度排前10位的城市依次為紐約、倫敦、巴黎、莫斯科、東京、芝加哥、墨西哥、柏林、波士頓、圣彼得堡,其線路總長度已超過2300ｋｍ。歐洲和北美的城市地鐵網仍在世界上占領先地位,發展中國家近20年來也陸續修建了城市地鐵。我國于1971年在北京建成第一條城市地鐵,1984年又建成環線(兩條線路共長40ｋｍ)。天津和上海的第一期城市地鐵均已在1984年建成通車,廣州城市地鐵1999年6月28日亦正式投入運營,深圳地鐵已于1999年開工修建,青島城市地鐵已批準立項,天津地鐵1號線已于2002年底開工建設、二期工程擬于2004年初動工……。其他正在規劃研究的城市地鐵已不下10余座城市,這充分說明我國的城市地鐵事業方興未艾,并且從軌道交通模式、車輛構造、設備制式、土建施工和運營管理等方面均有了極大的發展,其技術水平早已不可同日而語。 隨著我國城市地鐵工程在基建工程中所占比重的與日俱增,這就要求我們工程技術人員,特別是工經人員,應盡快掌握城市地鐵技術,如同掌握國鐵技術一樣熟練,迅速向城市地鐵市場轉移,以求在激烈的市場競爭中占有較多的份額,共同促進城市地鐵工程的發展。同時只有深刻理解城市地鐵工程的構成、工法和工藝,才能更好地編制工程籌劃、施工組織設計,才能更準確地計算工程投資,為項目實施過程做好“三控制、兩管理、一協調”奠定堅實的基礎。城市地鐵工程主要由土建工程和系統工程兩大部分構成。其中土建工程又分為車站和區間土建工程以及物業開發等;系統工程又可分為軌道系統、通信系統、信號系統、電力系統、供電牽引系統、屏蔽門系統、防災報警(ＦＡＳ)系統、設備監控(ＢＡＳ)系統、電力監控(ＳＣＡＤＡ)系統、人防系統、車輛段及車輛系統、自動售檢票系統、環控通風系統、控制中心、電梯和自動扶梯等。1土建工程1.1地下車站 世界各國城市地鐵地下車站一般布置成上下兩層,以適應較大客流量的需要。上層為站廳層,主要用于售檢票,可分為非付費區和付費區;下層為站臺層,用于乘客候車,并有側式站臺(站臺一側通行列車)、島式站臺(站臺兩側均通行列車)和混合式站臺之分。50年代末,隨著地下連續墻的問世和深基坑施工技術的發展,使地下車站可以建成多層式,這樣更有利于組織各條地鐵線路在平面之間的車站同站臺換乘。同時多層站臺也使車站的功能得以加強,可綜合利用地下空間,搞一些物業開發,以使投資發揮最大的經濟效益。車站的縱斷面形式與埋設深度、地質條件和施工方法有著密切的關系。早期采用明挖法施工的淺埋地下車站,盡管埋設淺,但仍較難避免低站位、高區間的線路縱斷面布置形式而不利于運營,且難以建造多層車站。盾構和地下連續墻施工方法的應用,改變了單一的明挖施工方法,使車站得以埋設在較深的土中,由此而出現了中埋或深埋的地下車站,使車站的功能兼能滿足戰備的需要。地下車站的蓋挖施工法具有開挖路面時間短、影響地面交通少的優點,已成為在市區主要干道下修建多層地鐵車站的有效施工方法之一。 與地下車站有關的土建工程還有通道和出入口(是乘客進行地面和地下換乘的必經之路),另外還有風道、風井和風亭(一般布置在車站的兩頭端部)以及設備管理用房等。1.2車站裝修 國外地下車站裝修標準較高,裝修材料大多采用大理石,地面以花崗巖鋪砌,雕像、銅像比比皆是,巨幅壁畫、豪華燈飾相映成輝。國內地下車站裝修設計以實用、經濟為前提,按照交通建筑簡潔、明快的特點,盡可能做到美觀和富有時代氣息。大部分車站均以壁畫或廣告牌進行裝飾,按車站所在地區的特點,表現不同的主題,各具特色,盡量為乘客創造一個優美、雅致、歡快和舒服的乘車環境。1.3區間隧道 區間隧道是列車通行的通道,有單洞單線隧道和單洞雙線隧道之分,但以單洞單線隧道居多,按施工方法不同,主要分為明挖隧道、礦山法隧道和盾構法隧道3種,另外,還有聯絡通道。(1)明挖法隧道 主要施工工序為拆除和恢復道路、土石方開挖和運輸、降水、鋼筋混凝土結構制作、結構防水、地基加固和監測等。(2)礦山法隧道 主要施工工序為土石方開挖和運輸、降水、初期支護、二次襯砌、結構自防水和結構外包防水層、地基加固和監測等。(3)盾構法隧道盾構法施工區間隧道迄今已有170余年的歷史,但其間有突破性發展的還是60年代以后。其中盾構綜合技術水平最高的應屬日本和德國,盾構機械由初期的手掘式發展到氣壓與手工相結合,直至近30年來采用的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構、加泥式盾構等,在激光導向、液壓傳動、開挖控制、同步注漿、盾尾密封、襯砌拼裝以及計算機數據采集等施工技術方面均得到了很大的發展。(4) 聯絡通道 是兩單洞單線區間隧道之間的通道。2系統工程2.1軌道系統 地鐵隧道內的道床,國際上大多采用鋼筋混凝土整體道床、無縫線路。早期常用的有短軌枕點支撐式,以后又發展有縱向軌枕點支撐式(舊金山地鐵采用)、連續支撐式(香港地鐵采用)、長軌枕點支撐式和浮置板(新加坡地鐵采用)等多種型式。目前,我國近期開通的城市地鐵和正在籌建的城市地鐵大部分采用彈性短軌枕整體道床,部分采用了減震道床和浮板道床。無縫線路則采用工廠接觸焊連接成250ｍ長鋼軌送進洞內和現場氣壓焊相結合的工藝,減少了現場焊的接頭數,保證了無縫線路的質量。2.2供電系統 主要是供應全線運營用電、各系統用電、辦公和照明用電等,一般設有110/350ｋＶ交流高壓線路、變電站及電力電纜線路等。 一般城市地鐵供電系統設有專用主變電所,由城市電網的變電站引入110ｋＶ獨立電源,主變電站內設主變壓器,城市地鐵內部由35ｋＶ電壓組成一個獨立的供電網絡,該網絡向沿線各牽引降壓混合變電所和車站降壓變電所以兩路電源供電。2.3牽引供電系統及牽引降壓混合變電所 牽引供電系統一般由35ｋＶ供電線路組成獨立供電網絡,該供電網絡以雙回路饋電電纜向所有混合變電所及降壓變電所供電。2.4電力監控(ＳＣＡＤＡ)系統 采用微機遠動裝置,主機對主變電所、牽引降壓變電所、混合變電所、車站降壓變電所等,實行集中監視、控制和測量,其應具備遙控功能、遙信功能、遙測功能、遙調功能和漢字功能。其中主要包括控制站系統、被控站系統、總線或通道子系統。2.5接觸網(或三軌) 主要應滿足城市地鐵電氣條件、線路條件、氣候條件、懸掛類型、限界要求等運行條件,并保證機車的正常取流。2.6供電系統雜散電流防護 城市地鐵工程地下水位較高,地下管線較多,有大量的金屬管線和金屬電纜,供電系統雜散電流防護的作用就是為防止和減少雜散電流對地下埋設管線的腐蝕,并采取“以防為主、以排為輔、防排結合、定點監控”的原則。2.7通信系統 為滿足城市地鐵安全、高效運營的需要,必須建立安全可靠的、獨立的、能傳送語言、文字、數據、圖像等信息的綜合業務數字網。其中包括傳輸交換、專業電話、無線通信、電視監視、遙控遙測、有線廣播、列車廣播、時鐘、自動電話、直通電話會議、辦公管理自動化和集中監測等子系統。2.8信號系統 城市地鐵信號系統一般采用列車自動控制系統(ＡＴＣ),主要由列車自動監控子系統(ＡＴＳ)、列車自動防護子系統(ＡＴＰ)和列車自動運行子系統(ＡＴＯ)組成。 ＡＴＣ系統的設備應技術先進、性能可靠、操作簡便、維修方便,并具有成熟的運用經驗,系統必須保證每日24ｈ連續工作。 ＡＴＳ子系統由控制中心、車站和車輛段ＡＴＳ設備組成;ＡＴＰ子系統是保證列車運行安全的系統;ＡＴＯ子系統是自動控制列車運行的設備,應確保工作狀態正確。2.9給排水及水消防系統 城市地鐵給水系統包括生產、生活給水系統和消防給水系統。排水系統由污、廢水系統和雨水系統組成。(1)給水系統 城市地鐵各站、段、區間的各項用水水源一般采用城市自來水,為滿足城市地鐵消防用水的需求,每個車站(段)應由城市自來水干管引入城市地鐵兩根給水管,站內生產、生活給水系統和消防給水系統宜分開設置,形成獨立管網。(2) 消防給水系統 主要包括消火栓、自動噴水滅火系統及地面消防水泵結合器等。(3) 排水系統 城市地鐵沿線的糞便污水、結構滲水、各種生產、沖洗及消防廢水和出入洞線、車站露天出入口的雨水,應分類集中,就近分別設泵排入地面道路雨污水管網系統(糞便污水要經地面化糞池處理后排放),并與城市排水管理部門簽訂排水協議。排水泵站的設置應符合下列要求:①主排水泵站 主要排除結構滲漏水、事故水、凝結水和沖洗及消防廢水。一般設在車站和線路縱坡最低處。②污水泵站 排除站內生活污水,一般設于廁所附近。③局部排水泵站 設于折返線車輛檢修坑端部、自動扶梯基坑等低洼處。④臨時排水泵站 設于分期修建的隧道的最低處。⑤雨水泵站 設置在地鐵露天出入洞線洞口和車站露天出入口雨水不能直排的地方。⑥輔助排水泵站 根據工程具體情況設置。2.10環控系統 環控系統由車站空調通風系統和區間隧道通風系統兩部分組成。城市地鐵車站設置空調系統,一般在車站的兩端各設一個空調通風機房,冷水機組集中布置在車站一端,為空調系統提供冷源,區間列車正常運行時,充分利用列車活塞風作用進行通風換氣,排除區間隧道內余熱余濕,最新的城市地鐵工程地下車站環控系統采用屏蔽門系統;區間隧道通風系統主要由區間隧道活塞通風和機械通風(兼排煙)組成。2.11自動售檢票(ＡＦＣ)系統 現代城市地鐵一般采用非接觸式智能卡(ＩＣ卡)自動售檢票系統,該系統能對車票進行各類處理,包括車票的編碼、發行、讀寫和安全處理,并具有車票加密功能和防偽功能等。2.12 設備監控(ＢＡＳ)系統 其功能是對地下車站、區間通風、空調、給排水、照明、自動扶梯等設備的運行進行自動化管理,使設備達到安全運轉、節省能源、方便管理,創造一個良好、舒適的地下環境。2.13防災報警(ＦＡＳ)系統 其功能是對全線火災、水災、地震、行車及人為事故等災害進行可靠的監視及報警。2.14控制中心(ＯＣＣ) 控制中心又是現代化城市地鐵的窗口,是城市地鐵運營管理的中樞,對ＡＦＣ、ＳＣＡＤＡ、ＦＡＳ、ＢＡＳ、ＡＦＣ各系統進行監控,指揮和控制城市地鐵安全有序地運行,所以,控制中心是地鐵的大腦和心臟。2.15 氣體滅火系統 氣體消防主要以清潔氣體自動滅火系統為主,其保護范圍主要包括車站控制室、通信設備室、信號設備室、環控電控室和變電所控制中心的中央控制室等重要電氣設備房間。該系統由氣體管網系統和自動控制系統兩部分組成,控制方式一般分為自動控制啟動、手動控制啟動和機械應急啟動3種方式。2.16人防工程 地鐵建設應兼顧人防的需要,進行統一規劃、設計和建設,平戰結合、綜合利用。地鐵的關鍵部位、重要設施,應按照人防工程戰術、技術要求的規定,搞好重點防護,在擬訂核武器、化學武器和常規武器的襲擊下,能保障人員和設備的安全,以提高整個城市的防空抗毀綜合能力,戰時使用功能為: (1)戰時作為城市的人防疏散干道,與就近的人防工程或居住區的人防掩蔽工程相互連通,保障城市人員在緊急轉移期間或戰時的安全疏散或轉移。 (2)遭受襲擊時,工程在擬定的武器及抗力能力下,應確保人員及設備的安全;空襲后,人員應迅速地轉移或疏散。2.17環境保護 環境保護應堅持“以防為主、防治結合、綜合治理、化害為利”的原則。執行防治污染及其他公害的設施與主體工程同時設計、同時施工、同時投產的“三同時”制度和其他工程建設、城市建設、環境建設,必須同步規劃、同時實施、同時發展,實現經濟效益、社會效益和環境效益的統一。2.18車站內其他設備(1)自動扶梯和樓梯①自動扶梯 站廳層與站臺層的自動扶梯,以能通過該站遠期預測超高峰客流量為度。自動扶梯的布置應使各臺自動扶梯的匯集面積盡可能相等,人流沖突點越少越好;站廳層與站臺層之間,一般宜設上下行自動扶梯。對于預測遠期客流量不大的車站(且高差小于5ｍ時),可用步行樓梯代替下行自動扶梯。②樓梯 每座車站的付費區內,至少有一部樓梯在自動扶梯檢修時,供乘客通行。(2)售票機 應設在人流不交叉、且干擾小的地方,應留有足夠的空間,售票機數量應達到同期超高峰小時客流量的需求;進站檢票口附近宜設置售票機,每一站廳至少要有兩個設置檢票機的場所。(3)檢票口 進站檢票口應設在從售票處到下行自動扶梯或樓梯的流線上,同樣,出站檢票口應設在從上行自動扶梯或樓梯到出入口的流線上;檢票口位置應設在付費區與非付費區的交界處,并垂直于客流方向,且應避免設在客流交叉地方,并要有足夠的空間提供客流的集散,進出站檢票口應分別設置。(4)電梯 一般情況下,車站設備與管理用房區設一個電梯,該電梯只在站廳和站臺之間運行(若車站上有地面設備與管理用房時,也可通到地面用房內),以供管理人員和工具設備進出使用。(5)公用電話 在站廳的非付費區內一般均安裝公用電話,其數量視各站具體情況而定。(6)管理用房 是用于管理的各類用房,主要包括綜合控制室、站長室、會議室、售票問訊處、公安值班室、洗手間、盥洗室、設備與管理用房的通道等。(7)管理用房 設備用房是由系統專業用房組成,應能滿足各專業各種土建和工藝要求,主要包括混合變電所、低壓配電室、降壓變電所、蓄電池室、照明配電室、電力電纜井、環控小室、環控電控室、屏蔽門控制室、氣體消防設備室、環控機房、通信機械室、信號機械室、車站綜合控制室、電梯機房、ＡＦＣ機房、排水泵房、消防泵房、消防水池、污水泵房等。(8)出入口防淹 每個車站出入口地坪高程應較附近地面高程高出150～450ｍｍ,當站址地面高程低于設防洪水位或內澇水位時,地面出入口應設置防淹措施(如設防洪閘板等)。(9)保安 地面出入口處應設柵欄門或卷簾門,以確保非運營時段內車站的安全。(10)與物業開發建筑合建的出入口 位于物業開發建筑內且直接通向街道的出入口,應按耐火等級為一級的要求采取防火措施,且該出入口不受將來再開發的影響。(11)通風井 通風井應布置在開闊、空氣流通的地方,外界環境污染不超標,也不堵塞交通。在通風井底部有機電設備時,風口不宜直接向上,設在側面的風口應有百葉窗,其凈面積應符合通風要求,通風井應設有檢查門,井內應設置供維修人員上下的爬梯。設在綠地地帶的低矮通風井及其檢查門,進出設備口等部位低于設防水位時,應有防淹措施。(12)路引 站臺層、站廳層、地面出入口,以及與車站相連的物業開發區,地下步行街、商店、火車站等公共區域,必須設置足夠的、明顯的引人注目的路引,引導乘客以最簡明的路線流動。(13)廣告牌 車站內所設置的廣告燈箱應與車站裝修設計和照明設計相協調。(14)殘疾人無障礙通道及專用電梯 一般車站設有供殘疾人使用的無障礙通道,或設有供殘疾人專業的垂直電梯,以下達站廳和站臺層。供殘疾人使用的通道應盡量短而直,供殘疾人由地面至站臺廳的專用電梯,應盡量設在車站出入口附近。2.19車輛段與綜合基地 車輛段與綜合基地包括車輛運用整備設施、車輛檢修設施、設備維修與動力設施、綜合維修中心、物資總庫、培訓中心、救援設施等。2.20停車場 停車場包括列車停放、編組和日常檢查、一般故障處理、清掃洗刷及定期消毒等日常維護保養,并根據運營管理模式要求,必要時負責段配屬列車的乘務工作。 綜上所述,城市地鐵作為現代化交通工具,是城市現代化的重要標志和窗口,世界各大城市以及我國主要和重要城市也正在積極規劃和籌建城市地鐵。所以,隨著城市地鐵工程建設任務的劇增,這就要求我們工程技術人員,特別是工程經濟管理設計人員,必須迅速適應城市地鐵建設事業的快速發展,盡快掌握城市地鐵勘測設計和施工等技術,以便在其激烈的競爭中更好的占領城市地鐵設計市場,并在今后的城市地鐵工程建設中把好投資控制關,充分發揮投資效益,為降低城市地鐵投資及節約建設資金貢獻自己的聰明才智。