城市地铁工程的主要构成王志年摘 要:主要阐述了城市地铁车站和区间土建工程、系统工程的主要构成、功能和作用。随着城市地铁工程在基建工程中所占比重的与日俱增,通过初步探讨和掌握城市地铁工程的主要构成,以尽快适应城市地铁工程的迅猛发展,为更好地编制城市地铁工程施工组织和概算打下坚实的基础。关键词:城市地铁;工程;构成 城市地铁与轻轨同属城市快速轨道交通系统,是城市公共客运交通网络中的骨干。特别是城市地铁,由于载客量大,更为世界各大城市用来作为解决交通的主要工具。城市地铁具有运量大、快捷、安全、准时和舒适等特点,不仅是解决城市公共客运交通的主要工具,也是现代化城市的象征。早在1863年英国伦敦修建了世界上第一条地下铁路后,世界各国相继修建,且呈蓬勃发展之势,运营线路长度排前10位的城市依次为纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、芝加哥、墨西哥、柏林、波士顿、圣彼得堡,其线路总长度已超过2300ｋｍ。欧洲和北美的城市地铁网仍在世界上占领先地位,发展中国家近20年来也陆续修建了城市地铁。我国于1971年在北京建成第一条城市地铁,1984年又建成环线(两条线路共长40ｋｍ)。天津和上海的第一期城市地铁均已在1984年建成通车,广州城市地铁1999年6月28日亦正式投入运营,深圳地铁已于1999年开工修建,青岛城市地铁已批准立项,天津地铁1号线已于2002年底开工建设、二期工程拟于2004年初动工……。其他正在规划研究的城市地铁已不下10余座城市,这充分说明我国的城市地铁事业方兴未艾,并且从轨道交通模式、车辆构造、设备制式、土建施工和运营管理等方面均有了极大的发展,其技术水平早已不可同日而语。 随着我国城市地铁工程在基建工程中所占比重的与日俱增,这就要求我们工程技术人员,特别是工经人员,应尽快掌握城市地铁技术,如同掌握国铁技术一样熟练,迅速向城市地铁市场转移,以求在激烈的市场竞争中占有较多的份额,共同促进城市地铁工程的发展。同时只有深刻理解城市地铁工程的构成、工法和工艺,才能更好地编制工程筹划、施工组织设计,才能更准确地计算工程投资,为项目实施过程做好“三控制、两管理、一协调”奠定坚实的基础。城市地铁工程主要由土建工程和系统工程两大部分构成。其中土建工程又分为车站和区间土建工程以及物业开发等;系统工程又可分为轨道系统、通信系统、信号系统、电力系统、供电牵引系统、屏蔽门系统、防灾报警(ＦＡＳ)系统、设备监控(ＢＡＳ)系统、电力监控(ＳＣＡＤＡ)系统、人防系统、车辆段及车辆系统、自动售检票系统、环控通风系统、控制中心、电梯和自动扶梯等。1土建工程1.1地下车站 世界各国城市地铁地下车站一般布置成上下两层,以适应较大客流量的需要。上层为站厅层,主要用于售检票,可分为非付费区和付费区;下层为站台层,用于乘客候车,并有侧式站台(站台一侧通行列车)、岛式站台(站台两侧均通行列车)和混合式站台之分。50年代末,随着地下连续墙的问世和深基坑施工技术的发展,使地下车站可以建成多层式,这样更有利于组织各条地铁线路在平面之间的车站同站台换乘。同时多层站台也使车站的功能得以加强,可综合利用地下空间,搞一些物业开发,以使投资发挥最大的经济效益。车站的纵断面形式与埋设深度、地质条件和施工方法有着密切的关系。早期采用明挖法施工的浅埋地下车站,尽管埋设浅,但仍较难避免低站位、高区间的线路纵断面布置形式而不利于运营,且难以建造多层车站。盾构和地下连续墙施工方法的应用,改变了单一的明挖施工方法,使车站得以埋设在较深的土中,由此而出现了中埋或深埋的地下车站,使车站的功能兼能满足战备的需要。地下车站的盖挖施工法具有开挖路面时间短、影响地面交通少的优点,已成为在市区主要干道下修建多层地铁车站的有效施工方法之一。 与地下车站有关的土建工程还有通道和出入口(是乘客进行地面和地下换乘的必经之路),另外还有风道、风井和风亭(一般布置在车站的两头端部)以及设备管理用房等。1.2车站装修 国外地下车站装修标准较高,装修材料大多采用大理石,地面以花岗岩铺砌,雕像、铜像比比皆是,巨幅壁画、豪华灯饰相映成辉。国内地下车站装修设计以实用、经济为前提,按照交通建筑简洁、明快的特点,尽可能做到美观和富有时代气息。大部分车站均以壁画或广告牌进行装饰,按车站所在地区的特点,表现不同的主题,各具特色,尽量为乘客创造一个优美、雅致、欢快和舒服的乘车环境。1.3区间隧道 区间隧道是列车通行的通道,有单洞单线隧道和单洞双线隧道之分,但以单洞单线隧道居多,按施工方法不同,主要分为明挖隧道、矿山法隧道和盾构法隧道3种,另外,还有联络通道。(1)明挖法隧道 主要施工工序为拆除和恢复道路、土石方开挖和运输、降水、钢筋混凝土结构制作、结构防水、地基加固和监测等。(2)矿山法隧道 主要施工工序为土石方开挖和运输、降水、初期支护、二次衬砌、结构自防水和结构外包防水层、地基加固和监测等。(3)盾构法隧道盾构法施工区间隧道迄今已有170余年的历史,但其间有突破性发展的还是60年代以后。其中盾构综合技术水平最高的应属日本和德国,盾构机械由初期的手掘式发展到气压与手工相结合,直至近30年来采用的泥水加压盾构、土压平衡盾构、加泥式盾构等,在激光导向、液压传动、开挖控制、同步注浆、盾尾密封、衬砌拼装以及计算机数据采集等施工技术方面均得到了很大的发展。(4) 联络通道 是两单洞单线区间隧道之间的通道。2系统工程2.1轨道系统 地铁隧道内的道床,国际上大多采用钢筋混凝土整体道床、无缝线路。早期常用的有短轨枕点支撑式,以后又发展有纵向轨枕点支撑式(旧金山地铁采用)、连续支撑式(香港地铁采用)、长轨枕点支撑式和浮置板(新加坡地铁采用)等多种型式。目前,我国近期开通的城市地铁和正在筹建的城市地铁大部分采用弹性短轨枕整体道床,部分采用了减震道床和浮板道床。无缝线路则采用工厂接触焊连接成250ｍ长钢轨送进洞内和现场气压焊相结合的工艺,减少了现场焊的接头数,保证了无缝线路的质量。2.2供电系统 主要是供应全线运营用电、各系统用电、办公和照明用电等,一般设有110/350ｋＶ交流高压线路、变电站及电力电缆线路等。 一般城市地铁供电系统设有专用主变电所,由城市电网的变电站引入110ｋＶ独立电源,主变电站内设主变压器,城市地铁内部由35ｋＶ电压组成一个独立的供电网络,该网络向沿线各牵引降压混合变电所和车站降压变电所以两路电源供电。2.3牵引供电系统及牵引降压混合变电所 牵引供电系统一般由35ｋＶ供电线路组成独立供电网络,该供电网络以双回路馈电电缆向所有混合变电所及降压变电所供电。2.4电力监控(ＳＣＡＤＡ)系统 采用微机远动装置,主机对主变电所、牵引降压变电所、混合变电所、车站降压变电所等,实行集中监视、控制和测量,其应具备遥控功能、遥信功能、遥测功能、遥调功能和汉字功能。其中主要包括控制站系统、被控站系统、总线或通道子系统。2.5接触网(或三轨) 主要应满足城市地铁电气条件、线路条件、气候条件、悬挂类型、限界要求等运行条件,并保证机车的正常取流。2.6供电系统杂散电流防护 城市地铁工程地下水位较高,地下管线较多,有大量的金属管线和金属电缆,供电系统杂散电流防护的作用就是为防止和减少杂散电流对地下埋设管线的腐蚀,并采取“以防为主、以排为辅、防排结合、定点监控”的原则。2.7通信系统 为满足城市地铁安全、高效运营的需要,必须建立安全可靠的、独立的、能传送语言、文字、数据、图像等信息的综合业务数字网。其中包括传输交换、专业电话、无线通信、电视监视、遥控遥测、有线广播、列车广播、时钟、自动电话、直通电话会议、办公管理自动化和集中监测等子系统。2.8信号系统 城市地铁信号系统一般采用列车自动控制系统(ＡＴＣ),主要由列车自动监控子系统(ＡＴＳ)、列车自动防护子系统(ＡＴＰ)和列车自动运行子系统(ＡＴＯ)组成。 ＡＴＣ系统的设备应技术先进、性能可靠、操作简便、维修方便,并具有成熟的运用经验,系统必须保证每日24ｈ连续工作。 ＡＴＳ子系统由控制中心、车站和车辆段ＡＴＳ设备组成;ＡＴＰ子系统是保证列车运行安全的系统;ＡＴＯ子系统是自动控制列车运行的设备,应确保工作状态正确。2.9给排水及水消防系统 城市地铁给水系统包括生产、生活给水系统和消防给水系统。排水系统由污、废水系统和雨水系统组成。(1)给水系统 城市地铁各站、段、区间的各项用水水源一般采用城市自来水,为满足城市地铁消防用水的需求,每个车站(段)应由城市自来水干管引入城市地铁两根给水管,站内生产、生活给水系统和消防给水系统宜分开设置,形成独立管网。(2) 消防给水系统 主要包括消火栓、自动喷水灭火系统及地面消防水泵结合器等。(3) 排水系统 城市地铁沿线的粪便污水、结构渗水、各种生产、冲洗及消防废水和出入洞线、车站露天出入口的雨水,应分类集中,就近分别设泵排入地面道路雨污水管网系统(粪便污水要经地面化粪池处理后排放),并与城市排水管理部门签订排水协议。排水泵站的设置应符合下列要求:①主排水泵站 主要排除结构渗漏水、事故水、凝结水和冲洗及消防废水。一般设在车站和线路纵坡最低处。②污水泵站 排除站内生活污水,一般设于厕所附近。③局部排水泵站 设于折返线车辆检修坑端部、自动扶梯基坑等低洼处。④临时排水泵站 设于分期修建的隧道的最低处。⑤雨水泵站 设置在地铁露天出入洞线洞口和车站露天出入口雨水不能直排的地方。⑥辅助排水泵站 根据工程具体情况设置。2.10环控系统 环控系统由车站空调通风系统和区间隧道通风系统两部分组成。城市地铁车站设置空调系统,一般在车站的两端各设一个空调通风机房,冷水机组集中布置在车站一端,为空调系统提供冷源,区间列车正常运行时,充分利用列车活塞风作用进行通风换气,排除区间隧道内余热余湿,最新的城市地铁工程地下车站环控系统采用屏蔽门系统;区间隧道通风系统主要由区间隧道活塞通风和机械通风(兼排烟)组成。2.11自动售检票(ＡＦＣ)系统 现代城市地铁一般采用非接触式智能卡(ＩＣ卡)自动售检票系统,该系统能对车票进行各类处理,包括车票的编码、发行、读写和安全处理,并具有车票加密功能和防伪功能等。2.12 设备监控(ＢＡＳ)系统 其功能是对地下车站、区间通风、空调、给排水、照明、自动扶梯等设备的运行进行自动化管理,使设备达到安全运转、节省能源、方便管理,创造一个良好、舒适的地下环境。2.13防灾报警(ＦＡＳ)系统 其功能是对全线火灾、水灾、地震、行车及人为事故等灾害进行可靠的监视及报警。2.14控制中心(ＯＣＣ) 控制中心又是现代化城市地铁的窗口,是城市地铁运营管理的中枢,对ＡＦＣ、ＳＣＡＤＡ、ＦＡＳ、ＢＡＳ、ＡＦＣ各系统进行监控,指挥和控制城市地铁安全有序地运行,所以,控制中心是地铁的大脑和心脏。2.15 气体灭火系统 气体消防主要以清洁气体自动灭火系统为主,其保护范围主要包括车站控制室、通信设备室、信号设备室、环控电控室和变电所控制中心的中央控制室等重要电气设备房间。该系统由气体管网系统和自动控制系统两部分组成,控制方式一般分为自动控制启动、手动控制启动和机械应急启动3种方式。2.16人防工程 地铁建设应兼顾人防的需要,进行统一规划、设计和建设,平战结合、综合利用。地铁的关键部位、重要设施,应按照人防工程战术、技术要求的规定,搞好重点防护,在拟订核武器、化学武器和常规武器的袭击下,能保障人员和设备的安全,以提高整个城市的防空抗毁综合能力,战时使用功能为: (1)战时作为城市的人防疏散干道,与就近的人防工程或居住区的人防掩蔽工程相互连通,保障城市人员在紧急转移期间或战时的安全疏散或转移。 (2)遭受袭击时,工程在拟定的武器及抗力能力下,应确保人员及设备的安全;空袭后,人员应迅速地转移或疏散。2.17环境保护 环境保护应坚持“以防为主、防治结合、综合治理、化害为利”的原则。执行防治污染及其他公害的设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产的“三同时”制度和其他工程建设、城市建设、环境建设,必须同步规划、同时实施、同时发展,实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。2.18车站内其他设备(1)自动扶梯和楼梯①自动扶梯 站厅层与站台层的自动扶梯,以能通过该站远期预测超高峰客流量为度。自动扶梯的布置应使各台自动扶梯的汇集面积尽可能相等,人流冲突点越少越好;站厅层与站台层之间,一般宜设上下行自动扶梯。对于预测远期客流量不大的车站(且高差小于5ｍ时),可用步行楼梯代替下行自动扶梯。②楼梯 每座车站的付费区内,至少有一部楼梯在自动扶梯检修时,供乘客通行。(2)售票机 应设在人流不交叉、且干扰小的地方,应留有足够的空间,售票机数量应达到同期超高峰小时客流量的需求;进站检票口附近宜设置售票机,每一站厅至少要有两个设置检票机的场所。(3)检票口 进站检票口应设在从售票处到下行自动扶梯或楼梯的流线上,同样,出站检票口应设在从上行自动扶梯或楼梯到出入口的流线上;检票口位置应设在付费区与非付费区的交界处,并垂直于客流方向,且应避免设在客流交叉地方,并要有足够的空间提供客流的集散,进出站检票口应分别设置。(4)电梯 一般情况下,车站设备与管理用房区设一个电梯,该电梯只在站厅和站台之间运行(若车站上有地面设备与管理用房时,也可通到地面用房内),以供管理人员和工具设备进出使用。(5)公用电话 在站厅的非付费区内一般均安装公用电话,其数量视各站具体情况而定。(6)管理用房 是用于管理的各类用房,主要包括综合控制室、站长室、会议室、售票问讯处、公安值班室、洗手间、盥洗室、设备与管理用房的通道等。(7)管理用房 设备用房是由系统专业用房组成,应能满足各专业各种土建和工艺要求,主要包括混合变电所、低压配电室、降压变电所、蓄电池室、照明配电室、电力电缆井、环控小室、环控电控室、屏蔽门控制室、气体消防设备室、环控机房、通信机械室、信号机械室、车站综合控制室、电梯机房、ＡＦＣ机房、排水泵房、消防泵房、消防水池、污水泵房等。(8)出入口防淹 每个车站出入口地坪高程应较附近地面高程高出150～450ｍｍ,当站址地面高程低于设防洪水位或内涝水位时,地面出入口应设置防淹措施(如设防洪闸板等)。(9)保安 地面出入口处应设栅栏门或卷帘门,以确保非运营时段内车站的安全。(10)与物业开发建筑合建的出入口 位于物业开发建筑内且直接通向街道的出入口,应按耐火等级为一级的要求采取防火措施,且该出入口不受将来再开发的影响。(11)通风井 通风井应布置在开阔、空气流通的地方,外界环境污染不超标,也不堵塞交通。在通风井底部有机电设备时,风口不宜直接向上,设在侧面的风口应有百叶窗,其净面积应符合通风要求,通风井应设有检查门,井内应设置供维修人员上下的爬梯。设在绿地地带的低矮通风井及其检查门,进出设备口等部位低于设防水位时,应有防淹措施。(12)路引 站台层、站厅层、地面出入口,以及与车站相连的物业开发区,地下步行街、商店、火车站等公共区域,必须设置足够的、明显的引人注目的路引,引导乘客以最简明的路线流动。(13)广告牌 车站内所设置的广告灯箱应与车站装修设计和照明设计相协调。(14)残疾人无障碍通道及专用电梯 一般车站设有供残疾人使用的无障碍通道,或设有供残疾人专业的垂直电梯,以下达站厅和站台层。供残疾人使用的通道应尽量短而直,供残疾人由地面至站台厅的专用电梯,应尽量设在车站出入口附近。2.19车辆段与综合基地 车辆段与综合基地包括车辆运用整备设施、车辆检修设施、设备维修与动力设施、综合维修中心、物资总库、培训中心、救援设施等。2.20停车场 停车场包括列车停放、编组和日常检查、一般故障处理、清扫洗刷及定期消毒等日常维护保养,并根据运营管理模式要求,必要时负责段配属列车的乘务工作。 综上所述,城市地铁作为现代化交通工具,是城市现代化的重要标志和窗口,世界各大城市以及我国主要和重要城市也正在积极规划和筹建城市地铁。所以,随着城市地铁工程建设任务的剧增,这就要求我们工程技术人员,特别是工程经济管理设计人员,必须迅速适应城市地铁建设事业的快速发展,尽快掌握城市地铁勘测设计和施工等技术,以便在其激烈的竞争中更好的占领城市地铁设计市场,并在今后的城市地铁工程建设中把好投资控制关,充分发挥投资效益,为降低城市地铁投资及节约建设资金贡献自己的聪明才智。
