1、城市地铁规划和工程技术上海申通轨道交通研究咨询公司 傅德明1. 我国城市地铁的发展概况地铁是快捷、舒适、安全的交通工具。自英国(伦敦)1863. 1 建造世界上第一条地铁以来的 140 年中， 世界 52 个国家 120 座城市已建成运营地铁及轻轨线,总里程已达 9000km，其中欧洲拥有量最多,占 50% 。伦敦、巴黎、莫斯科、纽约、东京的城市地铁线路均超过 300km ,成为市民出行的主要交通工具 。 台湾称地铁为“ 捷运” ； 香港地铁是世界上唯一盈利的； 至 2008 年底，北京地铁运营 8 线路达 200km，上海地铁运营 8 线路达236km. 2008 年，北京地铁客流达 380
2、 万人次，占公交总量 23%；上海地铁客流达 350 万人次，占公交总量 20%. 广州已建成地铁 4 线路达 117km,天津 2 线路达 71km. 深圳、南京、武汉、重庆、长春、大连各建成运营 1 条线 正在建设地铁和轻轨的有成都、西安、杭州、苏州、沈阳、哈尔滨、青岛等 10 余座城市; 正在规划建设的还有福州、厦门、东莞、长沙、昆明、 南宁、郑州、合肥、南昌、宁波、无锡等 10 余座城市 中国成为当前世界上地铁建设规模最大的国家; 不久将来我国将成为世界上城市轨道交通拥有里程最多的大国，从第一轮 15 座城市远景规划网络总里程将接近 6000km，再加上第二轮的 6 座城市和正在筹划的
3、其他十多座城市，远景总里程将有可能达 9000km。 1.1.上海地铁的建设和运营 1995 年 5 月，上海地铁 1 号线建成通车； 1999 年 12 月，上海地铁 2 号线建成通车；2 2007 年底，上海轨道交通建成运营达 8 条线 234km，日客流达 300 万人次。 目前，在建的有 7、10、11 号线和 2、8、9 号线延伸段，13 号线世博段，2010 年建成通车，运营里程达 400km，初步形成轨道交通网络。1.2. 北京地铁的建设和运营 北京地铁始建于 1967 年；已经建成运营 8 条线 200km； 正在建设的有 4、6、8、9 号线，10 号线二期、亦庄线、大兴线等
4、； 至 2015 年，北京市要建成“三环、四横、五纵、七放射” 的轨道交通网络，总长度 561km。 届时，北京四环以内的市民出行，平均步行 1km 即可到达地铁站。二环以内地铁线网密度为 1.08km/km2，五环以内地铁线网密度为 0.51 km/km2。 1.3.广州地铁的建设和运营 广州于 2001 年建成地铁 1 号线； 至 2007 年底，已建成 1、2、3、4 号线，运营里程达 116km，运营日均客运量超 100 万人次。3 在建线路包括广州市轨道交通四号线、五号线、六号线、二/八号线延长线、三号线北延段，珠江新城旅客自动输送系统，珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线等。 远景规划
5、路网 19 条线，726km；45各城市地铁在建和规划里程一览表城市 运营里程(km) 在建里程(km) 规划里程(km)北京 200 200 500上海 246 200 500广州 116 80 200天津 26 23 183深圳 21 36 142南京 22 48 290杭州 48 82重庆 19 80武汉 10 20 200成都 80 169西安 26 225苏州 26 135哈尔滨 143沈阳 22 378长春 69宁波 80郑州 202厦门 104东莞 108南昌 250长沙 172济南 120合肥 103福州 556大连 193无锡 157青岛 114合计 641 801 5097
6、km2. 地铁的线路规划和设计2.1.地铁的线路规划和设计的依据 200 万人的城市可考虑修建地铁； 线路规划应考虑城市远期发展； 线路的走向、长度、站点应基于客流的科学预测 线路和站点的设置应考虑公交、铁路、航空等其他的衔接和换乘。2.2. 地铁规划设计实例上海地铁 11 号线线路方案 结合沿线现状、城市规划及环境保护要求，在外环线以内中心城区段，采用地下线长 34.8km，采用单圆盾构施工约 28km，浅埋矩形隧道约 6.8km；外环线以外，以高架和地面线为主，高架长 24.6km。客流预测与运营方案7设计年度客流指标 2012 年 2019 年 2034 年全日总客流量(万人次/日) 8
7、9 146 219全日高断面客流(万人次/日) 12.8 22.5 29.5日周转量（万人/日） 1353 2060 3250平均乘距（km） 15 14 14客流强度（万人次/km） 0.8 1.4 2高峰小时单向最大断面客流(万人次/h) 2.71 4.25 4.87高峰断面位置 愚园路站淮海西路站 中山北路站铜川路站祁连山路站同济沪西分校站车辆北段初、近、远采用 VVVF 交流传动大型车，受电弓受电 DC1500V4 动 2 拖 6辆编组 A 型车，长度 140m。列车总长： mm车辆宽度 3000mm车辆高度 3800mm地板面距轨面高度 1130mm车辆轴距 2500mm车辆定距 1
8、5700mm架空接触网 DC1500V 供电车站建筑与换乘81） 车站型式 本线选用 9 种型式车站。 根据路网规划，本线车站与其他轨道交通线车站换乘方式分别为 “十”字换乘、“T”形换乘、通道换乘、平行换乘，与规划线路按不同的建设年限采取同步实施、预留换乘节点或穿越条件等实施方式（共 9 站） 。 中山北路站 11 号线、14 号线上下重叠布置，各走一侧，同台换乘，与 3 号线通道换乘。隆德路站 11 号线与规划 13 号线（M5 线） “十字”换乘。淮海西路站 11 号线与规划 10 号线（M1 线） “ T”型换乘徐家汇站 11 号线与 1 号线（R1 线）通道换乘、与 9 号线（R4
9、线）L 型换乘。重要节点方案上海西站综合交通枢纽：11 号线站位在现铁路候车厅西侧； 15 线垂直下穿西站站场；16 线沿铁路站场北侧交通路走行，与 11 号线车站相对。三线形成大厅换乘。规划将现西站站房西移，形成以轨道交通为核心，与铁路、公交、长途客运形成便捷换乘，并与9商贸紧密的大型综合交通枢纽建筑群，有力推动真如副中心的建设。区间隧道结构 区间隧道采用单圆盾构法施工。单层衬砌，厚度采用 350mm，环宽 1200mm。衬砌环由一块小封顶 F（ 16） 、两块标准块 B（65 ） 、两块邻接块 L（65）及一块大封底 D（84）共 6 块管片构成，通缝拼装。55006200高架结构 高架桥
10、梁结构采用预应力混凝土箱梁，有蝶形小箱梁、支线小箱梁、槽型梁三种断面型式。标准跨径 30m。下部结构采用钻孔灌注桩和 PHC 桩。机电工程供电 供电系统采用集中 110/35kV 两级供电方式； 全线设三座 110/35kV 主变电所，分别为嘉定新城主变电所、同济沪西分校主变电所和上南路主变电所。车辆基地 赛车场车辆段承担全线厂架修和北段工程的车辆定修及部分日常维修任务，并设有综合维修基地和物资总库。该段还预留了 14 号线（M6 线）的厂架修场地，10实现车辆检修设备资源共享。三林定修段设于南北段交界处，承担北段工程部分列车的停车列检和月检任务3 地铁车站工程技术3.1 一般地铁车站的规模和
11、结构 地铁车站的长度满足车辆的长度，6 节编组长 140m，车站 2 端为区间隧道盾构工作井，约 15m 长，一般不小于 200m。 地铁车站的宽度应满足 2 列车的停车宽度和站台宽度，一般不小于20m。 地铁车站一般为地下 2 层，站厅层和站台层，并考虑区间隧道的埋深，车站深度不小于 12m。 地铁车站为钢筋混凝土结构，一般为 2 层 3 跨的箱形结构，长约 200m，宽约 20m，深度大于 12m。3.2 地铁车站的施工方法 明挖法施工 盖挖法施工 浅埋暗挖法施工 盾构法+暗挖法 多圆盾构法明挖法施工地铁车站是最常用的也是最经济的施工法。3.3 明挖法地铁车站的围护结构和施工方法 柱列桩式
12、围护结构 钻孔灌注桩（挖孔桩）+防渗桩 咬合桩 地下连续墙 钢筋混凝土地下连续墙 型钢水泥土搅拌桩（SMW 桩）地下墙成槽施工 采用长导板液压抓斗挖槽，深度可达 60m，垂直度可达 0.4%； 每幅地下墙平面长度 6m，宽度 0.6m1.2m； 槽体内灌入膨润土护壁泥浆。11地下墙钢筋笼制作和吊装 地下墙超过 30m，钢筋笼可分 2 幅制作和吊装； 先行幅地下墙成槽后 2 侧放入钢制接头管； 钢筋笼放入后即浇筑混凝土。SMW 围护桩 SMW 围护桩是在水泥搅拌桩中插入型钢的地下连续墙工法；3.4 地铁车站明挖法施工 3.4.1 多层支撑明挖顺筑法施工 地下连续墙施工； 第一层土体开挖、支撑；
13、第 n 层土体开挖、支撑； 浇筑底板钢筋混凝土； 浇筑侧墙和其他结构钢筋混凝土；多层钢筋混凝土支撑顺筑法施工3.4.2 地铁车站盖挖 逆筑法施工1213东京地铁 13 号线工程建设 1地铁 13 号线工程概况 东京地铁 13 号线（池袋涉谷）于 1999 年 1 月 25 日起筹建，经规划和环境影响评审后于 20 东新宿 01 年 6 月 15 日开工建设。13 号线把东京西区的池袋、新宿、涉谷 3 个副都心连成一线，共设池袋、雑司谷、西早稻田、东新宿、新宿三丁目、北参道、明治神宫前、涉谷 8 个地铁车站。13 号线与 JR 山手线（地面和高架环线）并行，见图 2。14图 2 东京地铁 13
14、号线平面图工程建设总费用约 2500 亿日元（相当于人民币 200 亿元，每公里地铁建设费约 22 亿元） ，包括用地费、土木设施工程费、车辆费等。其中土木设施工程费占 62%，电气费占 11%、车辆费占 7%、用地费仅占 4%。建设资金来源于东西高速铁道整备事业费补助金、大陆特定财源和地铁公司自有资金。副都心线由东京地下铁株式会社承担建设和运营。该公司目前经营 9 条地铁线，运营里程 204km，车站 191 座，资本金 581 亿日元，职工 8509 人。2副都心线地铁运营计划列车运营类别设“快车” 、 “通勤快车” 、 “普通”3 类，见表 1。为提高运营速度，在东新宿地铁站的上下行线设
15、置越行设备。表 1 列车类别列车类别 停车站 运营时间段快车 和光市、小竹向原、池袋、新宿三丁目、涉谷 早晚高峰除外通勤快车 和光市小竹向原各站、池袋、新宿三丁目、涉谷 早峰时普通 和光市涉谷各站 全天列车运营时间，快车从和光市涉谷 25 分钟，池袋涉谷间 11 分钟；普通车分别为 35 分钟和 16 分钟。运营列数，早峰 1 小时内发 8 列通勤快车（10 辆编组）和 9 列普通车（8辆编组） ，合计 17 列，平均间隔 3 分 35 秒。白天每小时发 4 列快车（10 辆编组）和 8 列普通车（8 辆编组） ，合计 12 列。3副都心线的整合效果副都心线的开通将池袋西北的至和光市、练马的有
16、栾町线、东武东上线、西武池袋线 3 条线经池袋枢纽站连通。涉谷西南将与至横浜的东急东横线连接。这样，东京西北和西南地区与池袋、新宿、涉谷 3 个副都心的交通更便捷，将为沿线的商业发展提供良好的条件 。副都心线的开通与既有线路的换乘更便捷，在池袋站与丸之内线有栾町15线、新宿三丁目站与丸之内线都营新宿线、涉谷站与银座半藏门线形成 3线换乘枢纽站；在东新宿站与大江户线、明治神宫前与千代田线形成 2 线同站换乘。副都心线的开通也将缓解地面交通的车流量，对减少 CO2 的排放有环境效益。4地铁车站工程及新技术应用副都心线建在繁华的商业街区和交通要道下施工，工程难度和风险很大，为此，采用了许多新技术、新
17、工艺、新设备。2001 年开工以来，在“无事故、无灾害”的前提下，提出“降低成本” 、 “保护环境” 、 “确保沿线安全”3 个目标。地铁 13 号线设 8 座地下车站，其中有 6 座车站与其它地铁线路平行或立体交叉换乘。车站最大埋深 37m，池袋、新宿七段、涩谷站为地下 4 层，其中涩谷站规模最大，宽度 36m，为地下四层五跨箱形结构。地质纵剖面见图 6。图 6 副都心线工程地质纵剖图16图 7 地铁车站横剖面图地铁 13 号线设 8 座地下车站，其中有 6 座车站与其它地铁线路平行或立体交叉换乘。车站最大埋深 37m，池袋、新宿七段、涩谷站为地下 4 层，其中涩谷站规模最大，宽度 36m，
18、为地下四层五跨箱形结构，8 座地铁车站横剖面见图 7，地铁车站设在道路上。车站施工采用成熟的地下连续墙围护结构和盖挖施工工法，见图 8。围护结构采用柱列式 SMW 桩，形成地下连续墙。基坑施工先开挖 1m 后把钢梁安放在地下墙顶部，然后再钢梁上放置预制的路面板，开挖、钢梁、盖板在夜间施工，不影响道路交通。地铁车站的基坑暗挖、支撑、结构混凝土浇筑在盖板下作业。图 8 地铁车站深基坑围护和盖挖法施工新宿七段站由于要考虑越站急行方案，采用上下 2 层站台，为地下 4 层结构，开挖深度达 37m，车站长度达 372m。车站围护采用施工精度高的地下连续墙，并作为主体结构的一部分。在大久保交叉口处，为避开
19、 4.4m 的排水隧道和 2.85m 的 NTT 电缆隧道，采用了管棚工法施工。新宿三段站需设折返至东急线的设施，车站长达 787m。为地下 2 层结构，17开挖深度 18m。车站下有东电、NTT 的盾构隧道。车站上有地铁丸内线，并与该线车站连接成 L 型换乘；与都营新宿线的换乘采用地下通道的形式。明治神宫前车站位于地铁千代田线之下并与千代田线车站站台呈 T 字形连接，换乘方便；还可经由千代田线车站与地面的 JR 山手线换乘。明治神宫前车站为地下 3 层，开挖深度达 29m，由于地面商业街交通繁忙，分 2 阶段施工。第 1 阶段采用 SMW 围护，盖挖法施工；第 2 阶段采用 BH 工法的地下
20、连续墙围护。涩谷站位于地铁半藏汀线之下并与车站站台呈 T 字形连接，换乘方便，经由地面与京王井头线和 JR 山手线换乘。规划 2022 年与东急东横线同站同相换乘，并考虑折返，涉谷站设计为 2 站台 4 线。车站宽度约 36m，开挖深度30m，成为 13 号线规模最大的地铁车站。基坑围护采用 ECM 工法。5区间隧道工程及新技术应用地铁车站之间的区间隧道采用盾构法施工，隧道断面有 6600 和 8170mm单线隧道、9800 双线隧道、W9700H8600 复合圆形隧道 4 种见图 9。15 条区间隧道共采用 10 台盾构掘进 10.628km，见图 10。图 9 盾构隧道断面图图 10 9
21、台盾构掘进机5.1 单线并列隧道施工池袋杂司谷、西早稻田新宿七段新宿三段 3 段区间隧道采用 4 台6750mm-6770mm 盾构掘进，3 台为辐条式泥土压盾构，1 台为泥水加压盾构，掘进总长度 4532m。18从杂司谷车站始发、至西早稻田车站、长度为 1245m 的单线并列隧道( 外径6600mm 见图-4) 采用土压式盾构施工。A 线B 线隧道的距离为2.913.7m。掘进地层为上总层的粘性土和砂质土。 6600 单线隧道衬砌主要采用 6 不等分的 RC 平板型管片，管片衬砌宽度1600mm；但是 B 线在小半径曲线部位是用宽度 1400mm 尺寸，厚度是320mm；管片连结采用新研制的
22、 FAKT 插销式接头，见图 9 所示。部分段采用环宽 1250mm、厚 250mm 的蜂窝形 RC 管片。5.2 母子式盾构掘进施工杂司谷站的断面为眼镜形，采用 1 台 8170mm/6780mm 母子式泥水盾构和1 台 8170mm/6770mm 母子式土压盾构掘进施工，139m 车站掘进完成后，从母盾构中推出 6770mm 子盾构掘进单线区间隧道 1441m 。 图 11 6770mm 母子式土压盾构掘进施工示意图 采用 8170mm 盾构掘进隧道后，2 条并列隧道最小间距 1.34m 采用矿山法暗挖施工构成岛式站台。 5.3 大直径双线隧道盾构施工新宿三段新千驮谷明治神宫前的 2 段双
23、线隧道分别采用 1 台 9980mm 辐条式泥土压盾构和 1 台 10030mm 面板式泥水加压盾构，掘进长度 1801m。新宿三段至新千驮站采用泥水盾构掘进施工，穿越的地层为粘性土、砂性土、砂砾。9800mm 双线隧道采用 7 等分的 RC 平板型管片，环宽 1600mm，厚 400 mm ，管片连结采用新研制的 BEST 插销式接头， 5.4 W9960H8660mm 复合圆形盾构隧道施工明治神宫-涉谷站为双线隧道，断面为复合圆形，采用最新研制的世界第一台 W9960H8660mm 复合圆形土压盾构掘进施工，见图 13 所示。该盾构刀盘采用 6 根辐条结构，辐条端部可伸缩，刀盘旋转仿形切削
24、形成复合圆形断面。盾19构最大推力 80000km，最大扭矩 18742kn-m，刀盘转速 0.5rap。复合圆形隧道衬砌采用 8 块钢筋混凝土管片拼装而成，管片环宽 1600mm，厚度 400mm，见图14 所示。管片接头在块间采用插入式高刚度接头，环间则采用的是 DUET 接头。图 13 复合圆形盾构掘进机 图 14 复合圆形隧道管片和双线轨道 盾构穿越的地质为粘性土和砂性土，隧道线路上方有 1 条矩形下水管渠和2800mm 电缆隧道平行，须重点保护，见图-11 所示。复合圆形隧道与圆形隧道相比，由于断面有效利用率高，隧道断面减少 10%左右，并可降低对环境影响。6环境保护和工程协调在环境
25、保护方面，对地铁施工大量产生的弃土和污泥进行处理和利用。7台土压盾构产生的弃土和 3 台泥水盾构一次分离的土共 40 万用于东京的填埋工程。而泥水盾构施工产生的废弃泥水，设置专用设备进行处理后，用于本工程的回填。为顺利推进地铁工程，与沿线各方的协调很重要。设立地元町会、施工方、建设方的“三方联席会议” ，定期开会，介绍工程的进展、报告及建议、要求等。地铁通风塔和变电站的设置经协调得到解决。东京地铁副都心线工程历尽 7 年建设，克服重重困难、采用众多地下和隧道工程新技术，迎来了开业运营。新建的线路不长，却集日本当今地下和隧道工程最新技术之大成。副都心线的开通，使东京的地下交通网更加方便，为郊外居民进入市中心提供了新的交通工具，也将促进东京西区池袋、新宿、涩谷 3 个副都心商圈的发展和20
