城市轨道交通工程线路设计内容及方法

张文正

(广州地铁设计研究院有限公司, 广东 广州　510010)



城市轨道交通工程线路设计内容及方法

张文正

(广州地铁设计研究院有限公司, 广东 广州510010)

摘要：设计作为轨道交通工程其中一个环节，起着非常重要的作用。线路专业作为城市轨道交通工程设计前期专业，是整个地铁和轻轨设计中最重要的总体性专业。为提高城市轨道交通线路设计质量及工作效率，促进轨道交通又好又快发展，阐述线路专业在各阶段的工作内容和线路设计的工作方法。线路设计必须综合考虑各方面因素，深入仔细地研究线、站位方案，并积极与各市政部门、产权单位对接，逐步稳定线、站位方案，最终确定科学、合理、可行、经济并有利于运营的线路平、纵断面设计方案。

关键词：城市轨道交通工程； 线路； 线、站位； 配线； 调线调坡

0引言

近年来，城市轨道交通发展越来越快，在城市交通建设中占有越来越重要的作用和地位。截至2013年，全国已有35座城市在建设城市轨道交通；至2014年，全国22个城市共开通城市轨道交通运营线路长3 173 km。

在轨道交通工程中，设计是施工和运营的基础，其优劣关系到今后运营的状况和效果，故设计在整个轨道交通工程建设过程中是极其重要的环节。线路专业是整个设计的龙头专业，是所有设计的基础，具有总体性、阶段性和全局性特征，其主要设计内容是线、站位方案比选，然后通过相应合理的技术标准和设计规范，确定线路平、纵和横断面设计，准确地定位线路位置，为轨道交通工程其他专业打下坚实的基础。

目前，国内学者对线路专业的设计内容及方法进行了研究和总结。陈剑伟[1]根据上位规划、客流吸引、施工、拆迁量等因素研究了线、站位分析和敷设方式的比选；邱云舟等[2]根据城市土地利用、环境因素和工程造价对地下线、地面线和高架线3种敷设方式进行了综合分析和比较，为线网线路敷设规划提供技术支持；张佩竹[3]归纳了线路设计过程中应重视的几个方面及部分基本经验，就地铁项目设计中涉及的一些问题进行了探讨并提出建议。

本文在前人研究的基础上总结和归纳了线路专业的主要设计流程和各个阶段的工作内容，以及开展线、站位方案、敷设方式研究、加站减站方案的设计方法。

1城市轨道交通工程线路设计的工作流程

城市轨道交通建设基本流程分为线网规划、建设规划、工程可行性研究、初步设计、招标设计、施工图设计、施工配合及竣工验收[4]。

线路设计贯穿于整个城市轨道交通工程中，按照轨道交通建设基本流程分为线网规划阶段、建设规划阶段、工程可行性研究阶段、初步设计阶段、招标设计阶段和施工图设计阶段以及调线调坡。

1.1线网规划

线路的主要工作就是3个稳定，即稳定线网中各线的线路走向、起终点，稳定换乘节点，稳定交通枢纽的衔接[1]。

1.2建设规划

线路的主要工作就是初步确定线路走向、敷设方式、车站分布和车站型式，明确起终点的延伸要求和分期建设情况，对重点及困难地段进行深入地比选，保证方案的可行性。

1.3工程可行性研究

基本稳定线路走向、车站分布、辅助线型式及位置，初步确定线路平面位置、车站位置及平面总图布置方案，基本稳定线路敷设方式及过渡段位置，初步确定地下车站埋深、高架车站轨面高程，稳定线路纵断面。

1.4总体设计

该阶段不是国家规定的设计流程中的必需阶段，但在实际工作中，依据合同规定，总体设计也是一个工作阶段，故该阶段继续落实外部条件，稳定线、站位；同时配合编制总体性文件，例如技术要求和机电对土建的技术要求，为下一阶段的工作做准备。

1.5初步设计

稳定线路走向和车站分布方案，基本稳定线路平面、车站位置、行车配线设置；稳定线路敷设方式和洞口位置，基本确定线路纵断面。

1.6施工图设计

最终稳定线路平面位置和精确的车站位置，稳定线路纵断面坡度及轨面标高(含换乘线路前后3站2区间)。

1.7调线调坡

本阶段的工作是全线土建施工完成后、轨道铺轨前的一项设计工作，是在对车站与区间隧道竣工横断面进行建筑限界检测的基础上，根据结构侵入限界的

情况，对局部地段的线路平面、纵向坡度进行适当调整，作为修改轨道设计的依据和铺轨前施工整体道床的基准，以满足行车的限界要求，从而保证运营安全。

2线路主要设计原则

1)线路走向应符合城市总体规划、线网规划和建设规划的要求，满足城市综合交通规划及客流需求，预留城市轨道交通线网规划未来发展、衔接的条件[5]。

2)线路平面尽可能沿城市主干道行进并在道路规划红线范围内布置，站位应靠近客流集散点、交通枢纽，并方便与公交及其他交通工具衔接，方便乘客出行，提高城市公共交通体系的服务水平，真正体现“以人为本”。

3)车站分布应以规划线网的换乘节点、城市交通枢纽点为基本站点，结合城市道路布局和客流集散点分布确定。车站间距在城市中心区和居民稠密区地区宜为1 km，在城市外围区宜为2 km。

4)线路敷设方案的选择必须符合城市总体规划的要求，根据地形、道路、工程地质、施工方法、地上地下建筑物及其基础结构埋深的情况，从降低工程造价和运营成本、减少对市民生活环境的干扰，保护城市生态环境、合理利用土地资源等方面进行综合比选。

5)根据运营组织、行车相交线路，结合线路条件和工程条件设置辅助线，达到方便折返、停车、灵活调度，有利于运营和控制土建规模的目的。

3线路设计的主要工作内容

3.1线、站位方案研究

线、站位方案比较研究是城市轨道交通项目可行性研究的基础，是各专业开展工作的前提和条件。线、站位方案比较研究时，要从多方面因素综合考虑，进行各方面的综合比较研究，确定最优、最合理的方案。影响线、站位方案比较的主要因素如表1所示。

表1　线、站位方案比较研究影响因素及研究重点

3.1.1线路路由方案比选

路由方案比选是线、站位方案研究的基础，只有稳定路由方案，才能为下一步车站站位方案比选打下坚实的基础。

路由方案比选是在城市轨道交通线网规划和建设规划的基础上，结合城市道路现状及沿线规划情况、工程可实施性及可实施难度、沿线建(构)筑物和工程造价等因素对对象路由作多方案比选的过程，以便确定推荐路由。

以南昌轨道交通2号线二期南延线工程为例，2号线二期南延线工程与一期工程在站前南大道站相接。在建设规划中，南延线线路走向为国体大道—九龙湖—翔龙路—腾龙大街—站前南大道站。建设规划中南延线线路示意图如图1所示。

图1　建设规划南延线示意图

Fig. 1Sketch map of south extension line of Phase 2 of Nanchang Metro Line No. 2

工程可行性研究阶段对南延线过湖段路由进行了详细的研究和比选，过湖段的路由有3条，如图2所示。

图2　南延线路由方案示意图

路由1： 国体大道—过九龙湖—九龙大道—腾龙大道。该方案中，线路下穿规划的国展中心用地，且九龙大道是通往新建省委省政府办公楼的大道，前期与省相关部门的沟通协调，九龙大道今年将建成北段道路，并且不宜再次开挖，本工程若沿该大道行进，则基本无实施的可行性。

路由2： 与建设规划路由一致。边界控制因素较少，实施条件较好。

路由3： 国体大道—过九龙湖—腾龙大道。该方案中，线路下穿规划幼儿园用地和规划商业用地，且部分侵入国体大道过湖隧道的范围，具有一定的实施风险。

上述3个方案的综合比较如表2所示。

综上所述： 方案1不具备可实施性；方案3过湖段最短，客流直接吸引效果相对较好，但从工程实施的成本、难度及风险方面分析，均比方案2大；方案2仍然能够有效覆盖到九龙大道和国体大道等主要客流走廊，同时结合考虑规划部门的意见和线网规划及建设规划的成果，故推荐方案2，即线路在九龙湖南站—腾龙路站段主要沿翔龙路行进。

3.1.2车站站位方案比选

车站站位方案比选主要是针对2个或2个以上不同位置并且可行性较强的车站方案进行研究和比选，最终根据各个方案的优、缺点综合比较车站服务功能、工程可实施性、工程造价和交通疏解等因素确定推荐方案。

以南昌轨道交通3号线何坊西路站为例，在《南昌市城市快速轨道交通建设规划》(2014—2020年)中，何坊西路站站位于何坊西路与迎宾大道路口，如图3所示。

在工程可行性研究阶段，该路口的现状发生了重大变化，何坊西路正在修建九州高架，该路口的现状如图4所示。

正在修建的九州高架沿着何坊西路横跨迎宾大道，道路两侧桥桩之间的距离较小，车站施工风险较大，且位于立交桥下面，客流服务功能较差，故需将车站移出该路口。移站的方案有2个： 1)北移至抚河南路； 2)南移至三店西路。若移至三店西路，何坊西路站与前一座车站江铃东路站的站间距只有约575 m，而何坊西路站与下一座车站建设路站的站间距为 1 900 m，前后站间距不均匀，客流吸引范围不均衡。经综合考虑，将何坊西路站北移至抚河南路口，北移后前后站间距为1 430 m和1 000 m，站间距较均匀。何坊西路站北移后的站位示意图如图5所示。

表2　南昌2号线南延线路由方案综合比较表

图3　建设规划何坊西路站站位示意图

Fig. 3Sketch map of planning of Hefangxilu Station on Nanchang Metro Line No. 3

图4　何坊西路九州高架现状图

图5　何坊西路站北移后站位示意图

Fig. 5Sketch map of Hefangxilu Station after relocation towards North

3.1.3车站加站和减站方案研究

车站加、减站需结合站间距和客流进行研究。

车站加站方案以南昌3号线起点站莲塘站南移后增加汽车大道站为例进行说明。莲塘站是3号线的起点站，站后接莲塘车辆段。建设规划中，莲塘车辆段位于江铃瓦良格西侧、莲西大桥南侧的地块，根据与南昌县的沟通结果，该地块是南昌县的泄洪区，且依据南昌市总体规划，该地块也是规划绿地，故该地不能作为车辆段使用。根据与南昌县协调结果、南昌市政府会议纪要，莲塘车辆段南移至银三角立交桥南侧，位于铁路公安学校北侧、京九铁路西侧、铁路中专学校南侧和向塘北大道东侧地块内。结合莲塘车辆段南移，为减小出入段线长度，且城南路南侧约1.6 km的规划路路口周边存在大量小区，例如银河城、恒大绿洲和江铃瓦良格小区，故将莲塘站南移至该规划路路口。

莲塘站南移后，莲塘站与第2座车站澄湖中路站的站间距约为3.1 km，站间距过大，且城南路南侧汽车大道与迎宾大道路口规划有大量的居住用地和商业用地，未来规划客流较大。因此，在该路口增设1座汽车大道站，增设车站后，前后站间距分别为1 120 m和2 000 m，站间距相对较合理。增设汽车大道站示意图如图6所示。

图6　汽车大道站加站示意图

车站减站方案研究以南昌3号线建设路站为例。在建设规划中，建设路站位于京山北路与建设路路口。建设规划中建设路站示意图如图7所示。

图7　建设规划中建设路站示意图

建设路站前后2.3 km范围内有4座车站，分别为何坊西路站、建设路站、十字街站和绳金塔站，车站分布较密，且建设路站南侧约200 m有一玉带河，河深约9.3 m，为使何坊西路站—十字街站区间隧道与玉带河河底保持6 m以上的净距，建设路站需设成3层车站，工程造价较高。因此，工程可行性研究阶段取消建设路站。

3.1.4线路敷设方式比选

线路敷设方式主要有地下、地面和高架3种。线路采用地下敷设方式时，车站主要采用明挖法施工，区间隧道主要采用盾构法、明挖法和暗挖法施工。线路敷设方式的比选主要针对地下、地面和高架方式的研究和比选。以南昌3号线莲塘站—阳光路站段线路为例，该段线路位于迎宾大道上，该段线路示意图如图8所示。

图8　莲塘站—阳光路站段线路示意图

工程可行性研究阶段对该段线路地下、地面和高架敷设方式进行了分析。迎宾大道宽度较窄，若采用地面敷设，会占用部分道路空间，影响道路交通，故莲塘站—阳光路站不采用地面敷设。下文将对盾构施工方法、浅埋明挖法和高架进行研究，综合比较如表3所示。

地下浅埋明挖方案主要适用于在空旷地带。本段线路周边建(构)筑物、管线较多，道路宽度不足，交通流量较大，采用浅埋明挖时，需设围护桩，且路中无绿化带，区间自然通风不成立，故造价反而高于盾构。当采用高架敷设方式，需重新调整南外环互通立交，同时需对区间东西向横穿的220 kV高压线(9组)进行迁改，高架桥全部侵入南北向高压线的保护距离，协调量较大；迎宾大道为南昌县未来最重要的经济发展轴，道路两侧规划大片高端住宅和商务区，高架桥对其规划开发影响较大。综上所述，莲塘站—阳光路站采用地下盾构敷设方式。

3.1.5车站埋深方案研究

车站埋深方案研究主要是为了确定合理的车站轨面标高。车站埋深的主要受制因素有两侧分布的河流、湖泊、管线、前后区间隧道入岩和拆迁等。

表3　莲塘站—阳光路站段线路敷设方式比较表

以南昌3号线叠山路站为例，该站位于叠山路与环湖路路口，前后区间基本位于地块中间，下穿了大量的建筑物，施工风险极大。叠山路站及前后区间线路示意图如图9所示。

图9　叠山路站示意图

Fig. 9Diagram of Dieshanlu Station on Nanchang Metro Line No. 3

结合南昌1号线和2号线工程实施情况，区间下穿建筑物的地段尽量入岩，可减少盾构穿越的风险。

根据勘察单位提供的地勘资料，叠山路站岩层埋深为18.1 m。相邻2区间的岩层情况如下： 八一馆站—叠山路站区间的岩层深度为13.7～18.0 m，叠山路站—青山路口站区间的岩层深度为17.7～21.0 m。若要保证前后2段区间能进入岩层，则叠山路站轨面埋深要压至地面以下23.4 m左右，故叠山路站需做地下3层车站。此时，叠山路站前后区间纵断面如图10和图11所示。

图10　八一馆站—叠山路站区间纵断面

图11　叠山路站—青山路口站区间纵断面

综上所述，叠山路站设成地下3层站时，前后区间可全部进入岩层，这样可减小区间下穿建筑物地段的施工风险，且可减少大量建筑物加固、人员临迁和安置费用等。经综合比选和研究，叠山路站设成地下3层车站。

3.1.6区间埋深方案研究

区间隧道埋深主要控制因素有地质情况、沿线建(构)筑物情况、河流和湖泊、节能坡和其他相交线路等。

以南昌3号线何坊西路站—十字街站区间纵断面为例，该区间站间距较长，可设节能坡，同时，根据是否将联络通道和泵房置于中风化岩层，纵断面有2种方案。

1)联络通道和泵房位于上软下硬地层，节能坡效果最好。

2)联络通道和泵房完全置于中风化岩层，节能坡效果较好。

方案1纵断面图如图12所示。

方案2纵断面图如图13所示。

图12　方案1纵断面图

图13　方案2纵断面图

方案1中： 节能坡的坡型组合为“-25‰、-5‰、+6.954‰、+25‰”，节能效果好，纵断面最低点位于上软下硬地层，隧道有约3.8 m的深度侵入岩层，施工风险较大。方案2中： 坡型组合为“-26‰、-9.4‰、+18.055‰、+27‰”，节能效果较差，纵断面最低点完全位于岩层以下约1.0 m，施工风险较小。

经综合研究，为减小施工风险，何坊西路站—十字街站区间纵断面采用方案2。

3.2线路平面设计

线路平面设计是在线网规划和建设规划的基础上，在确定线路路由和车站站位的情况下，对线路的平面位置、车站站位和全线的辅助线进行详细的分析和比较，以确定最终线路的平面位置，使线路平面位置最优、最合理。

3.3线路纵断面设计

线路纵断面设计是在线路平面稳定的基础上，根据车站和区间埋深方案研究确定车站、区间及其最低点轨面标高的过程。主要设计内容包括确定敷设方式和过渡段、分析沿线建(构)筑物、坡度、区间最低点泵房与联络通道的结合和联络通道的设置。此外，线路纵断面设计时还应注意以下问题。

1)要结合地质条件，使隧道尽量避开上软下硬地层，以降低施工和运营的风险。

2)尽量考虑设置节能坡，节能坡设计宜参照行车牵引曲线进行。变坡点尽量靠近车站端，节能坡长度不宜大。若有配线可不进行节能坡设计。

3)竖曲线尽量不与平面缓和曲线重合，若节能坡设计与竖曲线和缓和曲线重合相矛盾时，应以节能坡为主。

4)纵断面最低点设计时，应考虑避开上软下硬地层，同时考虑单个区间联络通道的设置数量。

3.4横断面设计

城市轨道交通工程有地下、地面和高架3种敷设方式，这3种敷设方式对沿线建(构)筑物的影响是不同的，其中地面和高架对沿线建筑物和道路环境影响较大，需要结合线路区间隧道与沿线道路、建(构)筑物的关系进行横断面设计。

当轨道交通采用地面敷设时，横断面设计时需考虑线路两侧建筑物情况，与既有或规划道路相结合；当轨道交通采用高架敷设时，根据线路与所分布道路的相对位置关系，线路有路中、路侧和机非隔离带几种形式；当轨道交通采用地下敷设时，横断面设计需考虑隧道与沿线建(构)筑物的距离，保证施工和运营的安全。

3.5配线设计

配线是为了保证地铁列车正常运营，实现列车合理调度，并满足非正常情况下(事故、故障和灾害)组织临时运行和维修作业所设置的线路，主要包括车辆基地出入线、联络线、折返线、停车线、渡线和安全线[6]。

3.5.1出入段(场)线设计

出入段(场)线主要是连接车辆段或停车场至接轨车站的线路。出入段(场)线设计的重点是正线(或正线延伸线)与出入段(场)线的交点位置两者有足够的竖向净距，保证安全施工和运营的要求。另外，当出入段(场)线兼顾列车折返功能时，应具备一度停车的需要，结合行车要求，合理设置出入段(场)线的坡度、坡向和坡段长度[6]。

3.5.2折返线、停车线和单渡线设计

折返线、停车线和单渡线在线、站位稳定的基础上，结合行车方案和工程实际合理确定全线配线设置情况。

3．5．3联络线设计

联络线是根据城市轨道交通线网规划、车辆基地分布位置和承担任务范围确定的[7]。

3.6调线调坡设计

调线调坡设计又称线路平面及纵断面调整，是在车站与区间隧道施工完成后，轨道结构铺设前进行的一项重要的设计工作，它的重要性关系到地铁运营的安全。在车站和区间隧道施工过程中由于围岩和结构的变形、测量误差和施工误差等原因，导致建成后的车站和区间隧道结构与设计位置不能完全匹配，若不进行处理仍按原设计位置铺轨，则局部结构将侵入建筑限界，危及列车运行安全而发生事故[8]。

调线调坡设计是在线路施工图设计的基础上，以竣工后的断面测量数据为依据，调整线路平面或坡度，使结构净空尽量满足建筑限界的要求[9]。

3.7换乘线路设计

换乘线路设计主要对相交线路的前后3站2区间进行平、纵断面设计，判定换乘线路平面和纵断面的可行性，以稳定换乘车站的换乘方案。

4结论与建议

在城市轨道交通工程设计中，线路专业作为所有设计的龙头专业，具有总体性、阶段性和全局性等特征，其前期工作强度大、技术复杂、与其他专业衔接紧密，在地铁工程设计中起着“工程未动、线路先行”的重要作用。线路线、站位的确定，平、纵断面的设计，都直接关系到工程实施的风险、工程投资、运营质量和乘客的舒适度等。

线路设计必须综合考虑各方面因素，深入仔细地研究线、站位方案，并积极与各市政部门、产权单位对接，逐步稳定线、站位方案，最终确定科学、合理、可行、经济并有利于运营的线路平、纵断面设计方案。本文为线路工作者提供了一整套设计思路和工作方法，篇幅有限，有些问题未进行深入研究，有待后续工作者进行更深入、细致的研究工作。

参考文献(References)：

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Design Contents and Methods of Line In Urban Rail Transit

ZHANG Wenzheng

(GuangzhouMetroDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510010,Guangdong,China)

Abstract:Design is a very important part of rail transit projects. As a professional design of urban rail transit project, the alignment profession is the most important overall profession in the design of Metro and light rail. In this paper, the working contents of alignment designing methods of alignment profession are discussed. The author suggests that many factors, i.e. further study on line location and station location, negotiation with related authorities and scheme decision, have to be considered.

Keywords:urban rail transit; alignment; line and station location; siding; line revision and slope revision

中图分类号：U 45

文献标志码：A

文章编号：1672-741X(2016)04-0425-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.009

作者简介：张文正(1988—)，男，湖北汉川人，2012年毕业于北京交通大学，道路与铁道工程专业，硕士，工程师，主要从事线路设计工作。E-mail: 460210270@qq.com。

收稿日期：2015-10-11; 修回日期: 2015-12-16