城市轨道交通线路与站场设计土建工程

第二章土建工程城市轨道交通线路与站场设计2.1限界2.1.1限界形式1、是列车沿固定轨道安全运行时所需要的空间尺寸。2、形式：车辆、设备、建筑三种限界限界制定必须遵循相应的原则及相应的技术参数(1)车辆限界指车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线，是根据车辆的轮廓尺寸和技术参数、并考虑其静态和动态情况下所能达到的横向和竖向偏移量，按可能产生的最不利情况进行组合计算确定的空间尺寸。车辆限界用以限制车辆设计和制造，以及确定站台和屏蔽门（安全门）限界。按隧道内外关系，分为隧道内车辆限界和隧道外车辆限界；按列车运行区域，分为区间车辆限界、站台车辆限界和车辆基地内车辆限界。（2）设备限界指车辆限界外保持一定的安全量的界线。设备限界是用以限制设备安装的一条控制线。设备限界是车辆在故障运行状态下所形成的最大动态包络线，用以限制轨道区的设备安装。列车在故障状态下严禁突破设备限界。(3)建筑限界车隧道和高架桥等结构物的最小横断面有效内轮廓线。建筑限界分为隧道建筑限界、高架建筑限界、地面建筑界。隧道建筑限界按工法分为矩形隧道建筑限界、马蹄形隧道建筑限界和圆形隧道建筑限界。2.1.2限界的制定1.限界制定的原则(1)限界是确定行车轨道周边的构筑物净空的大小，各种设备及管线相互安装位置昀依据，应力求做到经济合理、安全可靠，且能满足各种设备及管线安装的需要。(2)限界应根据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、受电方式、设备及管线安装、施工方法等因素，综合分析计算确定。(3)建筑限界不包括各种误差和变形。在结构设计、施工和设备安装时，对结构施工、测量、变形误差、设备制造和安装误差以及施工、运营中难以预计的其他因素在内的安全留量等，都应予以充分考虑。(4)限界是按平直轨道的条件制定的，曲线地段及道岔区的建筑限界应在直线地段建筑限界的基础上，根据曲线（或导曲线）半径和外轨超高及其它相关要求进行加宽和加高。盾构法施工的单圆隧道和双圆隧道的曲线加宽采用移动隧道中心线的办法实现。(5)道岔区的建筑限界应在直线地段建筑限界基础上，根据不同类型的道岔进行加宽2．主要技术参数限界越大，安全度越高，但工程量和工程投资也随之增加。合理限界的确定既要考虑保证列车运行的安全，又要考虑系统建设成本。因此，限界设计的任务是在满足城市轨道交通车辆安全运行的前提下，合理地选择桥、隧等结构的有效断面尺寸，以节省工程投资。确定限界的主要参数包括：(1)线路：区间正线最小曲线半径、车站正线最小曲线半径、正线最大坡度、辅助线长度等。(2)轨道：轨道结构高度，轨砸，曲线轨道最大超高值，正线、辅助、车场线钢轨选型，正线、存车线道岔号数、形式等。(3)车辆主要尺寸：车辆长度、宽度，车辆顶面距轨顶面最大高度，车辆定距，车辆轴距，车厢地板面距轨顶面高度，站台边缘距线路中心线的水平距离，站台装修完成面距轨顶面的垂直距离，接触网触线底面距轨顶面的高度。(4)车站：车站所处位置、站台形式。轨道作为主要的线路设备，是城市轨道交通系统的重要组成部分。轨道是列车行驶的基础，为行驶的列车提供了导向作用和承载作用。轨道一般由钢轨、联结零件、轨枕、道床、道岔及其他附属设施等组成。随着列车牵引形式和轮轨形式的变化，还出现了磁浮结构、橡胶轮轨结构和独轨结构等形式。记为P75、P60、P50…。其中，60kg/m及其以上的钢轨为重型钢轨，50kg/m及其以下的钢轨为轻轨。在《地铁设计规范(GB50157-2003)》中规定“正线及辅助线钢轨应依据逅、远期客流量并经技术经济综合比较确定，宜采用60kg/m钢轨，也可采用50kg/m钢轨。”2.2轨道结构2.2.1钢轨与联结零件•1、钢轨的作用（引导、承载、回流线）•2、钢轨的类型型号和长度（75kg/m、60、50、45、43kg/m）（12.5，25M）•3、钢轨的断面•4、联结零件：接头联结零件是联结钢轨与钢轨的零件，包括夹板（鱼尾板）、螺栓、螺母及弹簧垫圈。•5、无疑缝线路钢轨断面钢轨头部直接与车轮接触，应具有与车轮踏面相适应的外形，因此轨头宜大而厚，同时具备耐磨的性能。钢轨头部顶面形状为隆起的圆弧形，可使由车轮传来的压力集中于钢轨中心轴；还应有足够的宽度，使其上面滚动的车轮踏面和钢轨顶面磨耗均匀。钢轨腰部应具有较大的承载能力和抗弯能力，因此轨腰设计时必须有足够的厚度和高度。轨腰的两侧常为曲线，有利于传递车轮对钢轨的冲击动力作用和减少钢轨因冷却而产生的残余应力。钢轨底部直接支承在轨枕顶面上，应保持钢轨稳定，因此轨底设计时必须有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抗腐蚀能力。无缝钢轨2.2.2轨枕1.类型（1）材质：木、混凝土、钢（2）构造及铺设方法：横向、纵向、短、宽（3）使用目的：普通、特殊的2.轨枕距轨枕间距与每千米配置的轨枕根数有关。而轨枕每千米铺设的轨枕数与运量、列车速度、机车车辆轴重及钢轨、轨枕类型有关。对于运量大、速度高的线路，轨枕应该布置得密一些。但在一些特殊区段，如半径小于等于800m的曲线地段、坡度大于12%0的下坡地段和长度等于或大于300m的隧道内线路应适当增加轨枕的铺设数量。轨枕在钢轨下部支撑钢轨，承受自钢轨传下的竖向垂直力、横向和纵向的永平力，并传递道床，有效地保持轨道的几何形位。因此，轨枕应具有一定的坚固性、弹性、耐久性以及足够的刚度和承压面积。2.2.3道床道床铺设于路基之上，轨枕之下，是轨道的重要组成部分，要求其具有以下功能：(1)扩散荷载，减小路基面上的荷载压强，保护路基顶面；(2)为轨道提供纵横向阻力，保持轨道几何形位稳定；(3)具有良好的弹性，可减缓和吸收轮轨的冲击振动。为适应上述道床功能，并根据具体线路条件的不同，对道床的材质也有严格的要求。应用的比较早的道床以道砟为材料，被称为有砟道床。随着重载、高速铁路运输以及城市轨道交通的发展，传统的有砟道床在维修频繁程度以及维修费用等方面的劣势逐渐暴露出来，以整体式或固化道床取代颗粒道砟的各种整体道床也得到应用。道床有砟道床无砟整体道床2.2.4道岔道岔是引导车辆或机车由一条线路进入另一条线路，或跨越某条线路的设备，可用作线路的连接设备或交叉（跨越）设备。1．道岔分类根据道岔的功能，可将道岔分为以下几种（1）线路的连接设备（3）道岔引导车辆或机车由一条线路进入另一条线路转线设备(2)线路交叉设备供机车或车辆由一条线路越过另一条线路之用。一般常见的交叉道岔包括直角交叉与菱形交叉，这种道岔没有转向用的转辙设备，只有辙叉设备。。(3)线路连接兼交叉设备兼有以上两种功能。使用这种道岔，可以缩短道岔集中布置的咽喉区域长度，尤其在车场内应用较多。较为常用的有单（复）式交分道岔、渡线等。渡线分类根据道岔形状、轨型、辙叉角等标准，也可将道岔进行分类。(1)按钢轨类型分，有60、50、43kg/m钢轨单开道岔。(2)按转辙器结构形式分，有普通钢轨断面和特种钢轨断面的单开道岔，间隔铁式和可弯式单开道岔。(3)按道岔平面形式分，主要有直线尖轨直线辙叉单开道岔、曲线尖轨直线辙叉单开道岔、曲线尖轨曲线辙叉单开道岔等。(4)按辙叉结构形式分，有固定型单开道岔和可动心轨型单开道岔。(5)单开道岔按叉枕类型分，有木岔枕道岔和混凝土岔枕道岔。(6)单开道岔按道岔号码分，有6、7、9、12、18、24、30、38号等，其中6，7号单开道岔仅用于厂矿企业内部铁路或驼峰下，其他各号则适用于铁路正线和站线，并以9号及12号最为常用，在侧线通过高速列车的地段，则需铺设18号、24号等大号码道岔。2．道岔构造(1)转辙器单开道岔的转辙器由两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件和道岔转辙机构组成。其作用是引导车轮从一线进入另一线。①基本轨基本轨用12.5m或25m标准断画的普通钢轨制成，主股为直线。基本轨除承受车轮的垂直压力外，还与尖轨共同承受车轮的横向水平力，并保持尖轨的稳定。为防止基本轨在横向力作用下的横向移动，在其外侧设置轨撑。②尖轨尖轨是转辙器的主要部分，机车车辆进出道岔由它引导。尖轨在平面上可分为直线型和曲线型。我国铁路大部分的12号及以下的道岔，均采用直线型尖轨。我国新设计的12号道岔及以上的大号码道岔均采用曲线型尖轨，(2)辙叉辙又是使车轮从一股钢轨越过另一股钢轨的设备，它设置在道岔侧线钢轨与道岔主线钢轨相交处，主要由心轨、翼轨、护轨及联结零件组成。按平面型式分，辙又有直线辙叉和曲线辙叉两类；按构造分，又可分为固定式辙叉和活动式辙叉两类。在单开道岔上以直线式固定辙叉最为常用，在提速线路上多为可动式辙叉，在高速线上都为可动式辙叉。直线式固定辙叉分两种，即整铸辙叉和钢轨组合式辙叉。①翼轨翼轨由普通钢轨弯折刨切而成，用间隔铁及螺栓和叉心联结在一起，以保持相互间的正确位置，并形成必要的轮缘槽，使车轮轮缘能顺利通过。两翼轨工作边相距最近处称辙叉咽喉。从辙叉咽喉至心轨实际尖端之间的轨线中断的距离称为“有害空间”。道岔号数越大，辙叉角越小，这个有害空间就越长。车轮通过有害空间时，叉心容易受到撞击。为保证车轮安全通过有害空间，必须在辙叉两侧相对位置的基本轨内侧设置护轨，借以引导车轮的行驶方向。②辙叉角叉心两侧作用边之间的夹角叫辙叉角口。辙叉心轨两个工作边的延长线的交点称为辙叉理论中心（理论尖端）。由于制造工艺的原因，实陈上的叉心尖端有6～10mm的宽度，此处称为心轨的实际尖端。道岔号数以辙叉号数N来表示，辙叉号数越大，辙叉角越小。2.2.5其他附属设施(1)防爬器为增加木枕线路的纵向阻力，防止线路纵向爬行，在轨底安装防爬器，防爬器与木枕之间加设隔离板，再用防爬销钉紧。(2)防爬撑防爬撑是与防爬器配套使用的设备，有木撑和石撑两种形式，安装的位置可以在线路道心，也可以在轨底部位，安装时不能留有空隙。(3)轨距拉杆通常在碎石道床线路的小半径曲线地段，岔前基本轨接头附近，导曲线以及其它薄弱地段或线路状态不良处安装轨距拉杆，用以保持轨距，并加强轨道框架结构的刚度，如图2.24所示。轨距拉杆按使用要求分为普通轨距拉杆和绝缘轨距拉杆，绝缘轨距拉杆用于装有轨道电路的线路上。2．车挡车挡是主要为保证行车安全在线路尽头设置的设施。车挡主要有以下3种类型：(1)简易式钢结构车挡（月牙型），如图2.25所示，用于停车库内行车速度极低的股道，在轨腰钻孔后直接安装。附件(2)片石}昆凝土结构的车挡，(3)缓冲式钢结构车挡，如图2.27所示。一般在正线、折返线及试车线的终端设置，位置设在线路有效长度范围外，并且根据信号的需要，在挡车器的前端加设24.5m长度的信号安全区。滑移式缓冲车挡设有缓冲装置，能起缓冲作用，且能有一定的滑动距离，安全可靠，通常用于比较重要的处所。缺点是造价较高。其他附属设施2.3区间结构根据线路与地面的相对位置，可分为地面线路、高架线路和地下线路。相应的会形成不同的车站结构和区间结构，在轨道交通线路设计过程中需根据具体情况采用不同的区间结构。2.3.1地下区间隧道结构区间隧道是连接两个地下车站的隧道。根据沿线工程地质及水文地质条件、线路埋深、线路经过地区的环境条件及工程的经验，全线区间隧道的施工方法可分为明挖法和盾构法两大类。1．主要设计原则和技术标准①结构的净空尺寸应满足建筑、限界、机电设备、人防等专业的要求，并适当考虑施工误差、测量误差、结构变形和后期沉降的影响。②结构设计应满足施工、运营、城市规划、防火、抗震、人防、防水、防杂散电流的要求。结构设计应具有足够的耐久性，工程设计使用年限为100年，安全等级为一级。③分别按施工阶段和使用阶段，根据承载能力极限状恋及正常使用的要求，进行承载力、稳定、变形、抗浮、裂缝宽度等方面的计算和验算。④车站及区间隧道结构应按最不利情况进行抗浮稳定验算。⑤结构按平战结合进行设计，要具有战时防护功能，设防部位按6级人防荷载进行验算，并能设置相应的防护设施。⑥对处于交通繁忙干道附近、施工期间地面交通组织有特殊要求的车站，在结构实施方案中应充分考虑交通疏解的便捷性、可行性。⑦结构抗震设防烈度为七度，场地类别为Ⅳ类，设防分类为丙类，抗震等级为三级。2．荷载3．明挖法区间隧道结构明挖法适用于不同的地质条件，施