第二章 城市轨道交通系统的构成 城市轨道交通系统的分类 2.1 2.2 车辆与车辆段 2.3 轨道交通限界 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 2.5 供电和通信与信号系统 2.6 环控系统与给排水系统 2

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 城市轨道交通线路可能采取地面、地下、 高架等不同形式，车站按照其结构亦可分 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 城市轨道交通线路可能采取地面、地下、 高架等不同形式，车站按照其结构亦可分 为地面站、高架站、地下站等。  3

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 轨道一般由钢轨、扣件、轨枕、道床、道 岔及其他附属设备组成。  4

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 目前我国尚无城市轨道交通钢轨选型标准 一般地，现行轨道交通系统的设计可参考国家铁 2.4 钢轨 轨道与车站建筑及结构工程   目前我国尚无城市轨道交通钢轨选型标准 一般地，现行轨道交通系统的设计可参考国家铁 路钢轨选型标准，即“ 年通过总重 在 15Mt~30Mt 时 ， 采 用 50kg/m 钢 轨 ； 在 30Mt~60Mt时，采用60 kg/m钢轨”。 5

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 钢轨较50kg/m 钢轨: 增加回流断面，减少杂散电流 2.4 钢轨抗弯强度 钢轨 轨道与车站建筑及结构工程 钢轨较50kg/m 钢轨: +20%(相同长度) 60kg/m 重量 钢轨抗弯强度 弯曲应力 使用年限 疲劳破坏造成的更换率 列车冲击振动 +34％ -28％ +50~200% -83.3% -10％ 增加回流断面，减少杂散电流 6

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 选型原则: 2.4 钢轨 ① 在经济条件允许的情况下，无论何  ① 在经济条件允许的情况下，无论何 种线路，其运营正线宜选用重型钢轨。 ② 车场线主要供空车运行，列车运行 速度较低，可选用50 kg/m或 43 kg/m ③ 不同类型钢轨衔接，宜采用异型钢 轨，也可同时采用异型鱼尾板联接。 7

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 联结钢轨与轨枕间的零件，将钢轨固定在轨 枕上，保持轨距并阻止钢轨的横纵向移动。 2.4 扣件 轨道与车站建筑及结构工程 联结钢轨与轨枕间的零件，将钢轨固定在轨 枕上，保持轨距并阻止钢轨的横纵向移动。  8

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 土质路基上一般采用碎石道床；其结构简单，容 2.4 道床 轨道与车站建筑及结构工程 土质路基上一般采用碎石道床；其结构简单，容 易施工，减振、减噪性能较好，造价低，不足之 处是轨道建筑高度较高，轨道维修量大。  9

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 道床 10

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 整体道床（integrated bed） 优点：维护工作量少、 结构简单、整体性强 2.4 道床 轨道与车站建筑及结构工程 整体道床（integrated bed） 优点：维护工作量少、 结构简单、整体性强 及表面整洁等。   11

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 整体道床（integrated bed） 2.4 道床 轨道与车站建筑及结构工程 整体道床（integrated bed） 不足：由于整体道床是连续浇注的混凝土，一旦 基底发生沉陷，修补极为困难，因此要求设计和 施工质量高，尽可能铺设于隧道内或石质路基等 坚硬的基础之上。   12

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 地铁车站的总体设计，应妥善处理与城市规划、 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 车站建筑设计原则 地铁车站的总体设计，应妥善处理与城市规划、 城市交通、地面建筑、地下管线、地下建筑物 之间的关系。 车站设计要保证乘客使用安全、方便，并具有 良好的内部和外部环境条件。 根据线路的具体条件和主要功能，城市轨道交 通站间距一般为700m ~ 2000m。 13 •

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 2.4 车站建筑设计原则 车站的规模、站台的型式、站厅平面及层间通道均按 • 车站的规模、站台的型式、站厅平面及层间通道均按 “安全、功能、环境”三要素优化设计，并应满足灾 害时6分钟内疏散一列车乘客和候车、工作人员的要求。 车站的规模确定要考虑近期客流量与远期预测需求的 规模；对于枢纽地区，要充分考虑客流换乘的方便性， 并满足各种安全防护要求。 14

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 2.4 车站建筑类型 1）按车站与地面相对位置分： 2）按运营性质分： 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 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 15

地面 轨道交通的线路/车站形式 高架 地下

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第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 轨道交通地下工程的结构类型及施工方法应根 据区间隧道及车站的规模、工程地质及水文地 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法 轨道交通地下工程的结构类型及施工方法应根 据区间隧道及车站的规模、工程地质及水文地 质条件和周围环境条件进行技术经济比较确定。 一般常用的施工方法有明挖法和暗挖法两种   16

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 (Open-Cut Method) 适用条件：线路较浅(几米深) 。 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  明挖法 (Open-Cut Method) 适用条件：线路较浅(几米深) 。 优点：速度快、工期短、易保证工程质量、工程 造价低。 缺点：对地面破坏大，严重影响周围居民及道路 交通；受气候影响大；拆迁大；软土条件下受坑 内土坡的稳定性影响。  17

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第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 1) 盾构法 (Shield) 2.4 结构工程类型及施工方法  暗挖法 18

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第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 1) 盾构法 (Shield) 2.4 结构工程类型及施工方法  暗挖法 1) 盾构法 (Shield) 虽然盾构机成本高昂，但可将地铁暗挖功效提高8到 10倍，而且具有在施工过程中振动小、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的优点尤为明显。  19

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 1) 盾构法 (Shield) 2.4 结构工程类型及施工方法  暗挖法 20

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 1) 盾构法 (Shield) 2.4 结构工程类型及施工方法  暗挖法 矩形断面与圆形 断面相比，其有 效使用面积比圆 形增20%以上。 21

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 2) 矿山法 传统矿山法：以人力、小型机械化开挖、钻爆开 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 传统矿山法：以人力、小型机械化开挖、钻爆开 挖等方式在横断面上分部开挖，纵断面上正台阶 或反台阶开挖。 施工工艺落后，安全性较差，近年有逐步被新矿 山法取代的趋势。  • 22

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 2) 矿山法 新矿山法：又称为新奥法(NATM，奥地利学者20 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法：又称为新奥法(NATM，奥地利学者20 世纪50年代提出)或浅埋暗挖法，强调减少对围 岩石的扰动，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。  23

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  24

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  25

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  26

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  27

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  28

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  29

第二章 城市轨道交通系统的构成 2.4 轨道与车站建筑及结构工程 结构工程类型及施工方法  暗挖法 2) 矿山法 新矿山法  30

第二章 城市轨道交通系统的构成 轨道与车站建筑及结构工程 城市轨道交通高架桥梁主要是由梁、墩台、 基础三部分组成。 2.4 高架结构  扩大(扩展)基础 桩基础  31

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 2.5 城市轨道交通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、（车站）动力照明供电系统和电力监控系统。 城市轨道交通通常引入双路独立电源，保证不间断 供电。   32

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 1)高压供电源系统 2.5 高压供电源系统是城市电网对轨道交通系统内部变 电所的供电系统。 高压供电源方式有集中式供电、分散式供电和混合式 供电三种。   33

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 1)高压供电源系统 2.5 集中式供电  主变电所。 • 上海、广州、香港地铁 主变电所 110kV 分变电所 …… 10kV或35kV • 根据用电容量和线路的长短，设置专用的一般为110kV的 主变电所。  34

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 1)高压供电源系统 2.5 分散式供电  • …… 分变电所 10kV 直接由城市电网引入一般为10kV的多路电源供给各牵引变 电所。  35

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 1)高压供电源系统 2.5 混合式供电  北京地铁1号线和环线 1)高压供电源系统 混合式供电 • 主变电所 110kV 分变电所 10kV或35kV 分变电所 10kV ……  以集中式供电为主，个别地段直接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。 36

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 2)牵引供电系统 2.5  分变电所（牵引变电所） 2)牵引供电系统 牵引变电所  +极 -极 750V或1500V ……   牵引变电所的位置和容量应根据其所负责的线路区段的高 峰小时车流密度、列车编组规模、车辆型式等通过牵引供 电计算确定。 因为地面变电所投资小，运行费用低，运行管理方便，所 以牵引变电所原则上应尽可能的设在地面。 37

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 2)牵引供电系统 2.5  分变电所（牵引变电所） 2)牵引供电系统 牵引变电所  设置原则：  +极 -极 750V或1500V …… (a) 保证其所负责的线路区段高峰时的最大运营负荷的需要 (b) 保证系统中任何相隔的两座牵引变电所发生故障解列时， 靠其相邻变电所的过负荷能力，仍能保证列车正常运行。 解列：电力系统或发电设备由于保护或安全自动装置动作 或按规定的要求，解开相互连接使其单独运行的操作。  38

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 2)牵引供电系统 2.5  分变电所（牵引变电所） 2)牵引供电系统 牵引网  +极 -极 750V或1500V ……   沿线路敷设专为电动车辆供给电源的装置；正极接触网供电，负 极走行轨回流。接触网可分为接触轨和架空接触网两种形式。 接触轨的优点：使用寿命长，维修量小，在地面对城市景观没有 影响，适应于电压较低的制式。北京地铁即采用了750V接触轨供 电的方式。 架空接触网的优点：安全性较好，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。 39

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 2)牵引供电系统 2.5 电压制式   分变电所（牵引变电所） 2)牵引供电系统 750V或1500V …… 电压制式 供电系统向电动车辆或电力机车供电采用的是直流制还是交流制、电 压等级、交流制的频率以及在交流制中是单相还是三相等。 目前世界上大部分城市轨道交通系统的牵引网普遍采用直流牵引，且 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和1500V。 广州、上海采用了 1500V 电压制，北京地铁采用了 750V 的电压制， 香港为600V。    40

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 3)（车站）动力照明供电系统 2.5 分变电所（车站降压变电所）  380V或220V 3)（车站）动力照明供电系统 由降压变电所及车站动力照明设备组成  双路电源供电  车站设备（电力）负荷分类：  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。 41

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.1 供电系统 4)电力监控系统（SCADA） 2.5 保证在控制中心对供电系统的主变电所、牵引变电所 、降压变电所的供电设备的运行状态进行监视、控制 及数据采集。 由三部分组成： 设在控制中心的主机 设在各变电所的远程控制终端 联接终端与中心的通信网络   • 42

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.2 通信系统（自学） 2.5 一般有下列分系统组成： 调度指挥通信系统 无线通信系统 公务通信系统 广播系统 电视监视系统 传输网络系统   • 43

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 作用：确保行车安全，提高运输效率 1)传统信号系统   和改善行车有关人员的劳动条件。 1)传统信号系统 具体由信号装置、联锁设备、轨道电 路、闭塞设备、机车信号、自动停车 装置、调度集中装置等组成。 44

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 1)传统信号系统 联锁设备：对道岔、信号进行集中控制，提高行车作 业能力，确保行车安全的车站信号控制设备。 联锁设备的功能是排列进路、开放信号，保证道岔、 信号和轨道区段间的联锁，监视列车运行和信号设备 状态。 轨道交通系统有道岔车站和车辆段应装设联锁设备。    45

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 1)传统信号系统  联锁设备的设置原则： 敌对进路必须相互照查，不得同时开通。 受列车自动监控系统或行车指挥控制系统或车站控制。 开放引导信号应检查进路中道岔位置及其锁闭状态。 进路解锁宜采用分段解锁方式。 防止轨道电路分路不良造成的错误解锁。 联锁道岔应能单独操作和进路选择。 控制台应监督线路及道岔状况。  • 46

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统 列车自动控制系统 (Automatic Train Control System  ATC System) 使得因人为疏忽（如司机忽视信号显示）、设备的故障等 产生的事故率降至最低。 避免不必要的突然减速和加速，使列车始终处于最佳速度 状态，提高行车的稳定性， 同时可节省电能。   47

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统 ATC系统通常包括以下三个子系统： ATP (Automatic Train Protection) System —— 列车自动防护系统 ATO (Automatic Train Operation) System —— 列车自动操纵系统 ATS (Automatic Train Supervision) System —— 列车自动监视系统   48

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统  ATP System 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控。 缩短列车发车及追踪间隔，提高线路的利用率和行车的安 全性。    49

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统  ATO System 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。 列车可经常处于最佳运行状态，避免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 约列车运行能耗。    50

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统  ATS System …… ATS System 实现对列车运行的监视，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   ATS 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；例如，对列车偏离运行图时及时做出 反应。此外，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。 51

第二章 城市轨道交通系统的构成 供电、通信与信号系统 2.5.3 信号系统 2.5 2)现代信号系统 • 上海地铁1号线引进的是基于模拟技术的ATC系统 广州地铁1号线、上海地铁2号线均引进基于数字技术 的ATC系统 北京地铁1号线则在20世纪70年代的自动闭塞的基础 上进行了ATC信号系统的改造 52

第二章 城市轨道交通系统的构成 环控系统与给排水系统 2.6.1 环控系统 2.6 用人工气候环境保证满足乘客的需求；涉及站内及车 内空气的温度、湿度、空气流动速度、空气质量等。 当列车阻塞在区间隧道时，能维持车厢内乘客短时间 能接受的环境条件； 当发生火灾事故时，能提供有效的排烟手段，给予乘 客和消防人员输送足够的新鲜空气，形成一定的风速 ，引导乘客迅速撤离现场。    53

第二章 城市轨道交通系统的构成 环控系统与给排水系统 2.6.2 给排水系统 2.6 1) 给水 2) 排水  • 按照我国《地下铁道设计规范》的规定，城市轨道交通宜 采用生产、生活和消防共用的给水系统。 2) 排水 • 主要处理系统的结构渗漏水、消防及冲洗废水、粪便及生 活污水、车站露天出入口及隧道洞口的雨水等。一般包括 主排水泵站、辅助排水泵站、污水泵房、局部排水泵房和 临时排水泵房。 排水系统采用分流制，分为污水、废水、雨水系统。 54

本章小结 城市轨道交通是一个庞大复杂的技术系统，其专业涵盖了 土建、机械、电气、电子信息、环境控制、运输组织等各 个门类。 第二章 城市轨道交通系统的构成 本章小结  城市轨道交通是一个庞大复杂的技术系统，其专业涵盖了 土建、机械、电气、电子信息、环境控制、运输组织等各 个门类。 轨道交通系统由一系列相关设施组成，这些设施包括车站、 线路、车辆及车辆段、通信信号、环控系统以及给排水系 统等，它们的协调工作是为用户提供满意服务的保证。 本章主要介绍了几个系统：车辆、车辆段、轨道、车站建 筑、结构工程、供电系统、通信系统、信号系统、环控系 统和给排水系统。 55

作业 思考题：2,5 56