城市轨道交通

城市轨道交通规划与设计第二章城市轨道交通系统的构成2.1车辆及其主要技术参数2.2车辆段及其任务2.3限界2.4轨道2.5车站建筑2.6结构工程2.7供电系统2.8通信系统2.9信号系统2.10环控系统2.11给水与排水系统2.4轨道轨道结构是城市轨道交通系统的重要组成部分，一般由钢轨、扣件、轨枕、道床、道岔及其他附属设备组成。钢轨年通过总重在15Mt－30Mt时，采用50kg/m钢轨；在30Mt－60Mt时，采用60kg/m钢轨。60kg/m钢轨的性能性能指标比50kg/m钢轨钢轨抗弯强度+34％弯曲应力-28％使用年限+50-200%疲劳破坏造成的更换率-83.3%列车冲击振动-10％扣件道床碎石(有碴)道床与整体(无碴)道床轨枕长枕式整体道床道岔(turnout)1）道岔的作用2）道岔组成：转辙器(pointsorswitch)连接部分辙叉及护轨(frogandguardrail)2.5车站建筑1）按车站与地面相对位置分：地面站、高架站、地下站;2）按运营性质分：中间站、换乘站、中间折返站、尽端折返站、枢纽站、联运站、终点站;3）按站台型式分：岛式站台、侧式站台、岛侧混合站台;4）按车站埋深分：浅埋车站、中埋车站、深埋车站;5）按车站结构横断面形式分：矩形断面、拱形断面、圆形断面、马蹄形断面等。2.6结构工程2.6.1地下结构类型及施工方法一、概述1、隧道横断面形式1)车站结构横断面类型主要有：矩形、拱形、圆形、椭圆形。2)区间隧道结构横断面类型主要有：矩形、圆形、马蹄形、钟形。2、施工方法主要有明挖法：明挖顺作法、盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法暗挖法：传统矿山法、新奥法、浅埋暗挖法、盾构法(1)明挖法(Open-CutMethod)适用：地下铁道线路在地下几米深时采用。优点：速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低。明挖法放坡分配地下连续墙技术施工方法(2)暗挖法1）传统矿山法施工工艺落后，安全性较差，近年来有逐步被新矿山法取代的趋势。2）新矿山法又可称为新奥法或浅埋暗挖法。充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，及时对围岩进行加固。浅埋暗挖法是松散地层新奥法施工方法。3）盾构法(Shield)以预制管片拼装的圆形衬砌。具有施工速度快，振动小、噪音低等优点，在松软含水地层中及城市地下管线密布、施工条件困难地段采用盾构法施工，其优点尤为明显。盾构法的缺点是对断面尺寸多变的区段适应能力差。二、地铁车站结构1、明挖法施工的车站结构（盖挖法类似）地下铁道线路在地下几米深时采用。明挖车站一般为现浇整体式矩形钢筋混凝土框架结构。根据运营需要可做成单跨、双跨或多跨结构，单层、双层或多层结构。明挖车站结构由底板、侧墙及顶板等维护结构和楼板、梁、柱及内墙等内部构件组合而成。2、矿山法施工的车站结构可采用单拱式车站、双拱式车站、或三拱式车站，根据需要可作成单层或双层。3、盾构法施工的车站结构盾构车站的结构形式与所采用的盾构类型、施工方法和站台形式等关系密切。主要有：1）由两个并列的圆形隧道组成的侧式站台车站。2）由3个并列的圆形隧道组成的三拱塔柱式车站。3）立柱式车站。LondonBridgeStation(JubileeLine)三、区间隧道结构1、明挖法修建的隧道衬砌结构明挖法修建的隧道衬砌结构通常采用矩形断面，一般为整体浇注或装配式结构。2、新奥法修建的隧道衬砌结构新奥法修建的隧道一般采用拱形结构，基本断面型式为单拱、双拱和多跨连拱。衬砌基本类型是复合式衬砌。3、盾构法修建的隧道衬砌结构盾构法修建的隧道横断面的内部尺寸全线是同一的。衬砌结构有预制装配式衬砌、预制装配式衬砌和模注钢筋混凝土整体式衬砌相结合的双层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌。2.6.2高架结构（自学）2.7供电系统城市轨道交通的供电系统负责提供车辆及设备运行的动力能源，一般包括高压供电源系统、牵引供电系统和动力照明供电系统。高压供电源系统即城市电网对轨道交通系统内部变电所的供电系统。高压供电源方式有三种：集中式供电分散式供电混合式供电1、高压供电源系统集中式供电主变电所一般为110KV，上海、广州、香港地铁即为此种供电方式。分散式供电电源电压等级一般为10KV，供给各牵引变电所。混合式供电即前两种供电方式的结合，以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。北京地铁1号线和环线即为此种供电方式。2、牵引供电系统电力牵引的制式指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式，如直流制或交流制、电压等级、交流制中的频率以及交流制中是单相或三相等。根据牵引列车的电动车辆或电力机车的基本要求，目前世界上城市轨道交通系统的牵引网均采用直流牵引，牵引电压等级较多，国际电工委员会（IEC）拟定的电压标准为600V、750V、1500V。我国国标电压标准为750V和1500V两种。所以，目前国内各城市的地铁和轻轨采用的电压制均在750V和1500V之间进行选择。广州、上海采用了1500V电压制，北京地铁采用了750V的电压制。电力牵引供电系统组成电力牵引供电系统包括：发电厂、升压变压器、高压输电网、区域变电站、主降压变电站、直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨道、回流线。牵引变电所尽量设置在地面。接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网架空接触网安全性较好，但运行维护工作量大，运行费用高。适应于电压较高的制式。上海、广州地铁均采用了1500V接触网供电的方式。接触轨是沿牵引线路敷设的与走行轨道平行的附加轨，故又称第三轨。是敷设在铁路旁的具有高导电率的特殊软钢制成的钢轨。电动车组伸出的受流器与之接触而取得电能。接触轨使用寿命长，维修量小、简单，运行费低，能充分利用隧道空间，在地面或高架运行时对城市景观没有影响，但在隧道内保养、检修或在车库内检修作业时应注意安全。适应于净空受限的线路和电压较低的制式。北京地铁即采用了750V接触轨供电的方式。3、动力照明供电系统动力照明供电系统由降压变电所及动力照明组成。每个车站应设降压变电所。车站动力照明采用380/220V三相五线制系统配电。车站设备负荷分三类：一类负荷：事故风机、消防泵、主排水站、售检票机、防灾报警、通信信号、事故照明；二类负荷：自动扶梯、普通风机、排污泵、工作照明；三类负荷：空调、冷冻机、广告照明、维修电源。2.8通信系统城市轨道交通的通信系统必须适应与满足轨道交通的运营管理。整个通信系统包括以下5个组成部分：（1）通信网（2）电话网（3）有线广播系统（4）闭路电视系统（5）无线通信（1）通信网用通信电缆或光缆作为传输介质，所提供的服务为话音通信（自动电话交换机之间的中继线通道、各种有线调度电话、有线广播话音、直达话音通道等）及数据通信（电力、防灾、环控的监控通道，有线广播及闭路电视的监控通道以及自动售检票系统的数据通道）。（2）电话网利用同一套程控交换机网组成有轨交通专用电话网和自动电话交换网。（3）有线广播系统每一个车站设置1套有线广播系统，每个站分为若干个播音区，例如：站厅，上、下行站台，机房，办公室等，可以同时广播，也可分区广播。中央控制室通过遥控、遥测，对各车站的广播系统进行控制和监测。（4）闭路电视系统主要是供有轨交通中央控制室的调度人员监视沿线各车站（主要是站台及站厅）的状况，车站值班员也可通过该系统了解站内各区域的现状。（5）无线通信通常可包括若干个子系统，如上海地铁一号线的无线通信包括列车调度电话，公共治安电话，车辆段电话及紧急无线电话等4个子系统。2.9信号系统用于指挥和控制列车运行的通信信号设施，尽管其投资额在整个工程中所占的比例甚低（通常在30％以下），但对于提高通过能力、保证行车安全却有着至关重要的作用。例如：香港的地下铁道，设计要求载客能力为6万人/（小时·方向），每列车的定员定为2000人/列车，则必须每2min发出一列车，即列车间隔为2min。如果信号设备相对落后，如采用移频自动闭塞，那么最小列车间隔为4min，这就意味着在同一条线路上，使用同样的车辆，但载客能力只能达到3万人（小时·方向）。显然，在城市轨道交通中采用先进信号设备（如列车速度自动控制系统－ATC系统）是一项事半功倍的措施。城市轨道交通信号特点城市轨道交通的信号技术制式是沿袭城市间铁路的制式，但有其固有的特点：1、由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要求远高于城市间铁路。这就对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证。2、由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统。3、由于城市轨道交通的大多数车站仅有上、下旅客的功能，在大多数车站上并不设置道岔，甚至也不设置地面信号机（依靠机车信号及速度监控设备驾驶列车），仅在少数联锁站及车辆段才设置道岔及地面信号机，如上海地铁一号线仅在4个联锁站及一个车辆段上设置道岔及地面信号机，因而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站，通常一个电气集中控制中心即可实现全线的联锁功能。4、由于城市轨道交通的车辆段具有与城市间铁路车辆段不同的功能，类似于城市间铁路区段站的功能，其行车组织工作主要包括编解、接发及调车，因而，城市轨道交通车辆段的信号设备远多于其它车站，通常独立采用一套电气集中装置，但在采用微机联锁时，往往也仅作为一套微机联锁中的一部分。除了车辆段外，其它车站的行车组织作业既单纯又简单。5、由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行车时刻表的规律性很强，日复一日地按照同一运行计划周而复始地运行，因此，在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更时才有人工介入。传统信号系统由信号、联锁、闭塞、机车信号与自动停车、调度集中等设备组成。现代信号系统－列车自动控制ATC系统目前在一些发达国家的城市轨道交通中，依赖信号技术的进步，最小行车间隔已缩短至100s以下。采用先进的信号技术，还将大大提高行车的安全性，使得因人为的疏忽（如司机忽视信号显示）、设备的故障而产生的事故率降至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免不必要的突然减速和加速，这不仅可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。据文献报道，采用先进的ATC技术，使列车始终处于最佳速度状态，可导致节省电能15％以上。列车自动控制ATC（AutomaticTrainControl）系统，进一步增加了基本的信号控制内涵。实际上，列车自动控制系统是一个不太明确的术语，但它通常包含以下三方面的内容：列车自动控制系统(ATC)（1）ATP—列车自动防护系统(AutomaticTrainProtection）（2）ATS—列车自动监督系统(AutomaticTrainSupervision)（3）ATO—列车自动操纵系统(AutomaticTrainOpration)(1)列车自动防护ATP的工作原理是：将信息(包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点信息和容许速度信息等)不断从地面传至车上，从而得到列车当前容许的安全速度，依此来对列车实现速度监督及管理。ATP的优点是缩短了列车间隔，提高了线路的利用率和行车的安全可靠性。(2)列车自动操纵ATO主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。由于使用ATO，列车可以经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此可显著提高旅客舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损。通过与列车再生制动配合，还可以节约列车能耗。(3)列车自动监督ATS主要是实现对列车运行的监督，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它可以显示全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据；如对列车偏离运行图时及时做出反应。通过ATO接口，ATS还可以向旅客提供运行信息通报，包括列车到达、出发时间，列车运行方向，中途停靠点信息等。2.10环控系统用人工气候环境保证满足乘客的需求。它涉及空气的温度、