2-第2章-城市轨道交通系统的设计与施工

第2章城市轨道交通系统的设计与施工第2章城市轨道交通系统的设计与施工【学习目标】【教学建议】【理论知识】【实践操作】【评价跟进】【学习目标】1.能够掌握城市轨道交通路网规划与设计的一些基本概念。2.能说出轨道交通线路的种类及其在运营中的作用，能够分析各种辅助线路。3.能够说出限界的种类及作用。4.知道城市轨道交通常用的施工方法。【教学建议】1.教学场地：在教室或多媒体教室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：各城市现有轨道交通线网图若干；限界、施工方法挂图或动画演示若干；各种施工机械模型1套。3.课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，参观学习2课时。1.城市轨道交通路网规划与设计的基本概念(1)线网线网是指在一个城市中轨道交通线路所构成的路网状态。(2)线路线路是指城市中某一把甲地和到乙地连接起来的轨道路由。(3)线网与线路的关系两者是整体与局部的关系，若干条线路构成线网。(4)城市轨道交通规划设计的构成城市轨道交通规划设计，可划分为线网规划与线路设计两部分，两者是系统与子系统间的关系。(5)线网规划线网规划是指在一定线路数量规模条件下，确定路网的形态及各条线路走向的决策过程。(6)线路设计线路设计是指在已经确定的城市轨道交通线网规划的基础上，研究某一条或某一段线路的具体位置，包括线路路由、敷设方式及站点选择等的确定过程。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-1天津市快速轨道交通路网规划图2.城市轨道交通线网规划(1)线网规划的意义与作用城市轨道交通线网规划是城市总体规划的一个组成部分，具有非可逆性，线路一经建成便不可更改。它的好坏直接影响城市交通结构的合理性，以及工程投资、工程建设的经济效益和社会效益。其意义具体表现在：支持城市总体规划的实施和发展；有利于城市科学制定经济发展规划；有利于城市各项设施建设；为控制轨道建设用地提供基础；为城市轨道工程建设提供依据。(2)线网规划的内容城市轨道交通线网规划主要包括城市背景研究、线网结构研究、实施规划研究三个方面内容。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计(3)线网基本结构形式根据城市现状与规划情况编制的线网中各条线路组成的几何图形一般称线网结构形式。图2-2线网几何结构图形【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计3.城市轨道交通线路设计(1)城市轨道交通线路设计的过程线路设计一般分为四个阶段，即可行性研究阶段、总体设计阶段、初步设计阶段和施工设计阶段。（2）城市轨道交通线路设计的内容。其内容主要包括：1）选线。选线包括选择设计线路走向、路由、车站分布、辅助线分布、线路交叉形式、线路敷设方式等。选线分为经济选线和技术选线。2)线路平面的设计。3)线路纵断面的设计。4)车站站位的选择。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-3车站位置与路口关系【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计(3)城市轨道交通线路的级别与分类线路是轨道交通系统中重要的组成部分，按线路远期单向客运能力，可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，各等级分别有其相关技术特征(见表)。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计表2-1各级线路相关技术特征城市轨道交通线路按其在运营中的作用，可分为正线、辅助线、车场线。1）正线。正线是指供载客列车运行的线路，贯穿所有车站和区间（如图2-4）。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-4建设中的天津地铁1号线运营正线2)辅助线。辅助线是指为空载列车进行折返、停放、检查、转线及出入段作业所运行的线路，包括折返线、渡线、停车线、车辆段出入线、联络线等。辅助线是轨道交通系统的重要组成部分，直接关系到系统运营组织的效率。①折返线：城市轨道交通线路一般都比较长，全线的客流分布可能会不太均匀，这时可组织区段运行。区段运行是指列车根据运行调度的要求，在尽端站与中间站或中间站与中间站之间进行列车折返调头，故在这些地方需要为列车设置折返线。折返线除了供运营列车往返运行时的调头转线使用外，有些也可以作为夜间存车使用。常见折返线形式有很多种(见图2-5)。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-5折返线形式【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计②渡线：渡线是指在上下行正线之间(或其他平行线路之间)设置的连接线，通过一组联动道岔达到转线的目的。渡线有单渡线和交叉渡线（如图2-6）之分。渡线单独设置时，用来临时折返列车，增加运营列车调度灵活性；在与其它辅助线合用时，能完成或增强其它辅助线的功能。图2-6交叉渡线【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计③停车线：停车线一般设置在端点站，专门用于停车，也可进行少量检修作业(见图2-7)。在城市轨道交通车辆基地，要设有足够的停车线以供夜间停止运营后的列车停放。城市轨道交通线路由于运输量大，列车运行间隔一般比较密。在运营过程中，在线运营列车可能会发生故障。为了不影响后续列车运行，设计上应能使故障列车及时退出运营正线。一般来说，在轨道交通线路沿线每隔3～5个车站的站端应加设渡线和车辆停放线。通过渡线使故障列车能及时调头，临时停车线的作用是临时停放事故列车。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-7立体交叉的城市轨道交通线路整体布置图④车辆段出入线：为保证运行列车的停放和检修，在轨道交通沿线适当的位置应设置车辆段，车辆段与正线连接的线路为车辆段出入线。出入线可以设计成双线或单线，与城市道路或其他交通方式的交叉处可采用平交或立交，具体方案要根据远期线路通过能力需要量来确定。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计⑤联络线：联络线主要是两条正线间的连接线，主要有以下作用：车辆送修的通道；调运运营车辆；为后建线路运送设备；同一期工程跨线修建时，两线间需设置联络线，近期作正线使用。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计图2-8北京地铁复兴门站联络线【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计3)车场线。车场线指车辆基地内各种作业线，具体包括：①检修线：设置在车辆基地检修库内，专门用于检修车辆的作业线，配有地沟和架车设备。②试验线：设置在车辆基地，用于对检修完毕的车辆进行运行状态检测的线路。③洗车线：专门用于清洗车辆的作业线。④出入库线：是车辆基地与正线联系的线路，专供列车进出车辆基地。一般分入库线和出库线。【理论知识】2.1城市轨道交通路网规划与设计洗车线检修线出入库线【理论知识】2.2城市轨道交通限界1.城市轨道交通限界的基本概念限界是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证城市轨道交通列车安全运行所必需的空间。图2-9限界在城市轨道交通设计施工中的位置【理论知识】2.2城市轨道交通限界2.城市轨道交通限界的种类(1)车辆限界车辆限界是指车辆最外轮廓的限界尺寸。(2)设备限界设备限界是指线路上各种设备不得侵入的轮廓线。(3)建筑限界建筑限界是行车隧道和高架桥等结构物的最小横断面的有效内轮廓线。(4)接触轨(或接触网)限界接触轨(或接触网)限界是轨道交通供电系统的第三轨供电方式的接触轨或架空方式接触网设计位置的轮廓图2-10隧道内直线地段车辆轮廓线、车辆限界、设备限界【理论知识】2.2城市轨道交通限界1)隧道建筑限界。2)高架桥建筑限界。3)车站建筑限界。图2-11区间矩形隧道建筑限界图【理论知识】2.2城市轨道交通限界图2-12圆形隧道建筑限界图【理论知识】2.2城市轨道交通限界图2-13马蹄形隧道建筑限界图【理论知识】2.2城市轨道交通限界图2-14直线车站建筑限界【理论知识】2.2城市轨道交通限界【理论知识】2.2城市轨道交通限界3、城市轨道交通限界制定的原则。限界在制定过程中，有一些要遵循的原则。4、限界设计的基本内容。限界在设计过程中，如下一些内容要把握：（1）限界的坐标系。（2）车辆轮廓线。【理论知识】2.2城市轨道交通限界5、城市轨道交通限界的检验。城市轨道交通限界的最后检验是线路开通前的列车冷热滑测试。列车冷热滑测试【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工1.城市轨道交通土木工程的种类与结构类型(1)城市轨道交通土木工程的种类主要包括地下工程、地面工程、高架过程。(2城市轨道交通土木工程的结构类型城市轨道交通土木工程的结构类型主要涉及：地下区间隧道结构类型、地下车站结构类型、地面车站结构类型、高架车站结构类型、高架桥结构类型。地下区间隧道结构类型又包括矩形、圆形、马蹄形、钟形【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工地下车站结构类型又包括：矩形、圆形、拱形、椭圆形。地面车站结构类型又包括开放式结构、封闭式结构。【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工高架车站结构类型又包括钢筋混凝土框架结构、桥梁式结构、框架+桥梁式结构。高架桥结构类型又包括拱形桥、梁形桥和刚性框架桥。【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工2.地下工程施工方法(1)明挖法明挖法是将地面挖开，形成露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道衬砌，最后回填土石，恢复地面。(2)盖挖法采用明挖法修建地下线路，其最大的缺点是对城市交通及居民生活的干扰较大，而在交通繁忙的地段修建地下铁道，尤其是修建有综合功能的车站或需要严格控制基坑开挖引起的地面沉降时，则可采用盖挖法施工。分盖挖顺作法和盖挖逆作法、盖挖半逆作法。图2-15盖挖顺作法施工步骤【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工图2-16盖挖逆作法施工步骤【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工图2-17盖挖半逆作施工步骤【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工(3)新奥法及浅埋暗挖法地下线路穿越基岩地段，围岩具有一定的自稳能力时，一般采用新奥法施工，即以喷射混凝土、钢筋网、钢架和锚杆作为主要支护手段，充分发挥围岩的自承能力，使其与支护结构成为一个完整的支护体系。(4)盾构法盾构法是隧道暗挖施工法的一种。图2-18盾构机【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工图2-19盾构法施工概貌图【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工(5)沉管法沉管法又叫预制管段沉放法，即先在预制场(船厂或干坞)制作沉放管段，管段两端用临时封墙密封，待混凝土达到设计强度后拖运到隧址位置，此时设计位置上已预先进行了沟槽的浚挖，设置了临时支座，然后沉放管段。2.地面与高架结构施工方法(1)地面筑堤法地面筑堤法是一种从地面筑起护堤，在堤上铺设道床和轨道的方法。(2)高架桥法高架桥主要是用混凝土建造。【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工图2-29地面筑堤法示意图图2-30高架桥结构【理论知识】2.3城市轨道交通工程施工图2-31桥梁结构图图2-332桥墩结构图【实践操作】1.操作练习1)结合自己对线网规划知识的学习，了解所在城市线网结构的类型。2)利用课余时间，结合所在城市轨道交通建设，到施工现场参观学习，了解施工建设中的新技术、新设备和新工艺。2.书面练习1)简要回答城市轨道交通线网规划的基本概念。2)简要回答城市轨道交通轨道线路的种类及其作用。3)简要回答城市轨道交通限界的种类及其确定的依据和意义。4)简要回答城市轨道交通的主要施工方法及其特点。【评价跟进】1.教师的评价表格【评价跟进】表格2.学员的评价【评价跟进】3.知识跟进1)线网的结构形式对城市的发展产生何种影响？如何进行线网优化？2)城市轨道交通列车的折返方式有哪些？3)为什么要进行限界的设计？限界的确定和轨道交通车辆、建筑施工有何关系？