地鐵工程中的線路設計
摘 要： 線路專業的選線設計工作在國內新興的地鐵建沒中還處于不斷摸竄和完善的過程中。為保證線路設計質量和提高作效率，有必要對近十多年來地鐵工程中的線路設計工作一定的總結和歸納。
關鍵詞： 總體工作 各階段工作基礎資料接口 設計文件
地鐵線路專業的選線工作是地鐵設計的“龍頭”，是地鐵建設的基礎，是一項綜合性的工作，其具有牽涉面廣、復雜性強、勞動強度大、責任重大等特點。隨著近年來國內地鐵建設的新興，地鐵線路工作的重要性也被大家所認可，其工作質量的好壞直接關系到整個地鐵設計質量及工程造價的高低。筆者參與丁廣州地鐵一、二號線、重慶輕軌較新線、成都地鐵一期工程、深圳地鐵(輕軌)線網規劃、德黑蘭地鐵三號線投標、南京地鐵二號線投標等項目的線路工作。在實際線路設計過程中總結了一些地鐵線路沒計方面共性的要求和工作方式、方法，以達到保證線路設計質量和提高工作效率的目的。現主要對初步設計及其以后階段的線路工作歸納如下，供各位同仁參考。
1.線路工作總體策劃
在開展工作前，必須全面了解該城市的城市規劃及將建地鐵在整個軌道交通網中的功能定位。根據地鐵沿線發展、規劃、地形、地物等，從整個軌道交通布設的全局角度選出—條“適應規劃、促進發展、社會效率和運營效益相結合”的好線位。
在設計時，首先要根據地質勘察資料、城市規劃要求、站位周邊環境以及物業開發、公交一體化的要求等。從運營、施工、交通疏解和投資角度分折落實站位，將車站設計單位、總體設計單位有關人員緊密結合在一起，逐站逐段核實。同時應注意處理初期效益與遠期運營條件的矛盾，不能惡化運營條件，從經濟、技術及運營條件作全面比較后，確定站位是否移動、如何穩定。其次，還需將“逐站逐段”綜合研究的成果組織設備系統、行車組織專業對全線運行能力進行檢核，并提出改善運營條件的建議，然后將成果向業主(這里“業主”是指直接主管地鐵項目的上級部門)匯報。此后主動與規劃、市交管部門、涉及相關工程的主管部門征集意見，以實現線位、站位的最優。
以“功能、安全、環境”等為基本要素綜合研究全線的配線設置，使配線設置、型式工難易程度和工程投資額達到合理平衡，滿足運營要求。
線路設計時還應結合土建結構形式、施工方法、工程籌劃等，以節省工程投資為目的工程地質條件、建筑物分布、地下管線等條件，完善線路平、縱斷面設計。
另外，線路設計時還應根據城市軌道交通系統的統—規劃布設的車輛段選址位置，做好車輛段出入段線與站位匹配的方案。
2.線路方案設計的組織
線路設計是一項涉及多專業、多部門集體協調、研究的系列工程。如何組織實施則顯得格外重要。首先，要全面研究有關的線路資料，徹底了解所設計地鐵在城市軌道交通系統中的走向、換乘關系、功能定位、站點分布；分析沿線工程地質和水文地質資料。其次，對現場進行踏勘核對工作，掌握沿線道路、建筑物、交通、地下管線情況。落實規劃線位的可實施性，找出控制線位的控制點，綜合協調線位與站位的匹配。最終提出優化線位、站位的可能性，擬定車站和園司的施工工法及結構類型。
線路初步方案擬定后，經業主同意后，廣泛與市規劃、環保、交通管理、文物、園林、重要建筑物業
主征求意見，進行協調。并根據協調意見對線路進行調整，以最終穩定線位及站位。
當然以上工作不是一蹴而就，需要多次踏勘、多次協調后才能最終達到線路方案的穩定。
3.線路設計質量的保證
首先，應仔細認真地研究前階段的線路方案，按城市規劃要求進行“逐站逐段”現場核實。其次，還應根據城市規劃中的線路定位、換乘功能和現場條件，優化線位、站位設計，做好“充分比選，依據充足，方案合理”，與業主及規劃等職能部門保持密切聯系；組織相關專業深入研究配線設置，完善運行交路、優化配線，在滿足運能需求的前提下，節省投資；根據工程地質條件和運營特點、結構類型和施工工法，設計出有利于運營的線路方案；盡量優化平、縱斷面設計，結合軌道超高設置曲線半徑、緩和曲線長度及變坡點位置，以提高全線列車旅行速度等等.總之，保證線路設計質量要做到以下幾點：
(1)重視基礎資料的收集和分析
(2)深入現場、多做方案，穩定線路平、縱斷面
(3)高度重視全線配線布置
(4)加強與業主、規劃、市政等政府職能部門的聯系和協調主動爭取其指導、幫助和支持
(5)加強與有關專業的配合和協調
4.線路設計工作的具體實施
4.1線路設計的總體要求
①線路平面應結合地形、地貌、地質、水文、既有和規劃地下管網、既有和規劃地上地下構筑物、
人防工程、既有和規劃道路及交通狀況進行設計。盡量減少拆遷、便于施工和交通疏解。
②線路應盡量沿城市主干道敷設，平行于道路紅線設站。
③沿線每隔3～5個站的站端設渡線或交叉渡線。并根據列車交路在折返站或根據運營需要設存車
線。
④線路縱斷面應根據工程地質、水文地質、地下障礙物情況、車輛性能、運營特點和施工方法進行
設計。
⑤有條件時，線路縱斷面宜按“高站位、低區間”的節能坡形進行設計。
⑥跨河流的高架線路，其縱斷面宜按相應的設計洪水頻率進行設計。
⑦線路的平、縱斷面設計，應與沿線的物業開發相協調。
⑧線路的平、縱斷面位置，必須征得當地政府各有關職能部門的認可。
⑨高架線路的平、縱斷面設計，應注意環境保護和景觀效果。
⑩應在線路平面圖中標明道路規劃紅線、河道規劃蘭線、控制線路位置的構筑物基礎平面和地下管網、重要文物保護點等資料。在線路縱斷面圖中，標明控制線路高程的地下管線和構筑物基礎立面，并標注其有關的技術參數。跨河地段還應標明設計水位。
4．2 開展線路設計前所需的基礎資料
要設計出合理的線路方案，必須有大量設計所急需的基礎資料。共有以下幾類：沿線地形圖、地下綜合管線圖(地下管線圖及調查表)、地下管線綜合圖(該圖為地下管線圖和地形圖的組合)、道路規劃紅線圖、沿線建筑物基礎資料、沿線建筑物調查資料、規劃和擬建建筑物資料、控制性建筑物的坐標資料、地質資料等。以上資料和數據的取得，將為完成線路設計奠定堅實的基礎。
4．3 線路設計工作內容
平面設計要點：線間距、按控制性構筑物的實測坐標定線、確定地鐵與既有地下構筑物的橫向最小凈距、曲線半徑及緩和曲線的選擇、避免采用小牛徑曲線、盡量滿足軌道減振要求、減小地下管線的遷改、車站宜盡量與道路平行布置等等。
縱斷面設計要點：高架線(地面線)軌面高程的確定、最大坡度地段位置的選定、結合地質條件、施工方法確定縱坡坡形、坡度、區間隧道最低點位置應結合區間廢水泵站要求設置、廢水泵站的位置應方便施工并應與區間聯絡通道相結合、道碴道床地段的緩和曲線不能與豎曲線重疊、應注意軌道結構高度的變化、小半徑曲線地段宜采用較緩的縱坡。
輔助線設計：應保證正線運營，標準較正線低。
車站分布：根據城市規劃資料、地面交通狀況、縱斷面確定車站位置。
交通疏解條件、建筑物的現狀、客流資料、線路
與外部環境的協調：主要與道路紅線、文物保護、建筑物(含規劃)等部門的協調。
與軌道交通線的銜接：確定所建地鐵與城市軌道規劃線網中軌道交通線的銜接。
線路調整：通過測量竣工隧道的橫斷面，重新確定新的線路中心線坐標和軌面高程來滿足限界要求各階段中(初步設計，施工圖設計)線路設計工作
工程設計文件是工程建設的依據。合理的文件組成與內容是工程能否順利實施的前提。下面對線路設計時，各階段的設計工作敘述如下：
(1)初步設計前的準備工作
開展線路初步設計前應盡收集前面所提到的設計時必需的基礎資料。在這些資料基礎上，根據前階段(可研報告)設計資料及其評審意見，對地鐵工程建設項目重大方案進行原則的論證、比選和落實。其主要內容包括：線位、站位重大方案的補充比選和落實；進一步穩定各項工程設計原則、設計方案和技術問題，對專家評審意見進行落實。
(2)初步設計階段
地鐵工程初步設計文件是地鐵工程建設項目起動建設的主要依據，應根據可研(或前期準備工作)評審意見，在補充初測和重大工點定測資料的基礎上進行編制。其內容和深度主要包括：穩定線路的各種邊界條件、重大技術方案和各項工程設計原則；經深入論證比選確定設計方案和技術問題。線路提出較為穩定的線位、站位等供專業：計算工程數量，主要設備、材料數量，用地及拆遷數量，編制施工組織(工程籌劃)、工程概算等；確定環境保護工程技術措施方案并納入總概算。
初步設計文件經審察、批準后，作為控制建設總規模和總概算的依據，應滿足工程招標征用土地和進行施工準備的需要。線路初步設計文件應有相應的組成與詳實的內容。
(3)施工圖設計階段
地鐵工程施工圖設計是地鐵工程建設項目具體付諸實施的依據，應根據初步設計審察意見，采用定測資料編制。施工圖編制：線路設計宜集中力量按時完成，亦可根據工程實際進展需要分期分批完成，但必須注意其完整性和統一性，確保與工程現場實際相符合，為施工提供需要的圖表和必要的設計說明。如有局部方案調整，應及時提供相關專業編制投資檢算或修正概算。
同樣，線路施工圖設計文件應有其相應的組成與內容。
各階段線路設計的說明內容、附件、附圖可根據具體工程實際情況編制具體內容。
4．5 線路設計技術接口
地鐵工程是一項涉及專業多、關系復雜、技術難度大的系統工程。地鐵工程的設計有賴于各專業、各系統的相互配合。為了使地鐵工程各子系統能緊密結合、有效聯系，達到整個地鐵安全、可靠、經濟、合理，有效地發揮各個部分的功能。在設計過程中，良好的技術接口是設計順利進行必要保證。
完整正確的接口，能指導、檢察和驗證各子系統設計的完整性、安全性、可靠性、合理性和經濟性。線路作為一系統專業保持與各相關系統、相關專業的密切聯系是保持整個地鐵系統總體的完整性和協調運作的一致性，充分發揮地鐵工程功能、降低造價、提高效益等重要保證措施的必要條件之一。
線路設計的技術接口主要內容有：系統正線和輔助線、線路系統功能、主要技術際準和參數等。
線路設計系統的主要接口有：
(1)與外部條件的接口：地鐵沿線地形、地貌、地質、水文條件；城市快速軌道交通線網規劃；
與城市主干道關系；城市主要客流集散或交通樞紐點；地上、地下構筑物和管線及人防工程等。
(2)與土建工程的接口：線路形式與軌道和上部建筑相協調；線路的布置、坡度等條件與區間隧道，高架橋梁一致；線路布置、線間距等條件與車站建筑關系；線路布置、線路設計要素和線間距滿足限界要求等。
(3)與車輛、車輛段與綜合基地的接口：線路平面曲線半徑、豎曲線半徑和線路的限制坡度，應符合車輛的技術條件；車輛段出入段線的接軌和技術要求；折返線、存車線和聯絡線線路平面布置、平面曲線半徑，豎曲線牛徑和坡度等。
由于地鐵工程設計，涉及專業多，關系復雜，又情況多變，以上接口只能由淺入探、由粗到細并應在各個設計階段中根據實際逐步實施完善。
5 結束語
以上只是筆者對國內部分地鐵工程線路設計中共性的問題作了一定的歸納。在實際的設計過程中還應根據不同城市、不同地鐵線的不同特點進行相應的線路設計，最終達到系統功能、工程造價、運營能力等綜合性能最優的目的。
參考文獻
(1)鐵道部第一勘測設計院．鐵路工程設計技術手冊——線路北京：小國鐵道出版社，1994
(2)鐵道第二勘察設刊-院，廣州市地下鐵道總公司．回顧與思考——廣州幣地下鐵道一號線工程設計總結，北京：中國鐵道出版社，2002
(3)鐵道第二勘察設計院地鐵工程設計指南．北京：中國鐵道出版社，2002