国内外城市轨道交通的发展.ppt

国内外城市轨道交通发展对比分析 一 城市轨道交通发展概述 1832年世界上第一条城市街道铁路在纽约建成1860年伦敦开始修建世界上第一条地下铁路 伦敦大都会铁路 用于解决当时伦敦的交通堵塞问题 1863年通车 使用蒸汽机车牵引 明挖法 我国于1965年开始在北京建设第一条地铁线路 作为平战结合的战备防御手段 明挖法 世界城市轨道交通发展阶段 1 初步发展 1863 1924 地铁诞生为大城市解决公共交通发展问题提供了宝贵经验 欧美城市轨道交通发展较快2 停滞萎缩 1924 1949 战争及汽车工业发展造成城市轨道交通发展停滞3 再发展 1949 1969 汽车过度增加 城市道路堵塞 空气污染 严重影响城市生活水平 依靠电力的城市轨道交通受到重视4 高速发展 1970至今 城市化进程加快 要求城市轨道交通高速发展以适应客流 我国城市轨道交通发展阶段 19世纪末 中国最早的有轨电车在北京出现 此后设有租界或成为通商口岸的城市 香港 天津 上海 大连 抚顺等 相继开通有轨电车20世纪六十年代 七十年代 北京天津哈尔滨战备防空20世纪八十年代 九十年代 北京上海广州启动现代城市轨道交通开发建设就是年代中期中央暂停所有城市轨道交通项目 20世纪九十年代末至今 在1998年的暂停结束之后 重新开始修建 2003年 有15座城市的第一批62条总长1733千米的城市轨道交通通过了国务院的审批 可见 我国城市轨道交通起步较晚 发展初衷也非城市交通 但随着近年来国内经济高速发展 我国城市轨道交通建设进入繁荣发展时期 并成为世界上最大的城市轨道交通市场 如今 北京天津上海广州等20余个城市建成城市轨道交通网络 预计到2015年前后 全国将建设87条地铁线路 总里程2500公里 总投资近万亿元 城市轨道交通分类 按构筑物形态或轨道铺设方式 地下铁路 地面铁路按高峰小时单向运输能力 高中低运量轨道交通系统按导向方式 轮轨导向 导向轮导向按轮轨材料 钢轮钢轨轨道交通系统 胶轮钢筋混凝土轨道交通系统 按运能范围 市郊铁路 与干线旅客列车和货物列车混跑 单向每小时6万人次以上地铁 高峰小时单向运输能力在3 6万人左右轻轨 高峰小时单向运输能力1 3万人次独轨铁路 在单一轨道上运行 跨骑式独轨与悬挂式独轨 有轨电车 自动导向交通系统 具有侧向或中央导轨专用混凝土轨道 小型车辆 轻量橡胶轮胎 可无人驾驶小断面地铁 隧道断面 车辆轮径和电动机尺寸均小于普通地铁 路权专用 运能中等 行车自动化程度较高胶轮地铁 胶轮车轮 匹配轨道 专用导向装置索道 国内鲜见自动导向交通系统 小断面地铁 胶轮地铁 仅重庆轨道交通二号线为胶轮轻轨系统 国外市郊铁路发展 早在1900年以前 德国卡尔斯鲁厄市交通运营公司AVG VBK采用轻轨 市域铁路及城际铁路之间的共线运营方式 很大程度上缓解了线路建设速度无法满足客流需求的矛盾 收到了良好的经济和社会效果 欧洲铁路的区域和通勤客流占到其铁路客运总量的90 以上日本东京对郊区的辐射线路由2条高速线 5条普通铁路 客运 14条私铁和1条地铁线构成 市郊铁路充当了重要角色 我国市郊铁路差距 我国市郊铁路曾经在大城市客运中占有相当的比重 1980年前 全国市郊列车客运量占全国客运总量的20 以上 到1995年已下降到10 市郊列车的开行数量从1975年的14 3 降到1997年的7 5 我国市郊铁路衰落的原因 1 我国铁路建设速度相对滞后 2 体制分割限制了市郊铁路的发展 3 市郊铁路的运营达不到公交化的要求 轨道与结构工程 隧道内的轨道结构整体道床的类型较多 常用的道床形式有 无枕式整体道床轨枕式整体道床 无枕式整体道床 亦称整体灌注式 无枕式轨道建筑高度较小 主要采用就地连续灌注混凝土基床或纵向承轨台 国外一些国家修建铁路隧道时常采用这种形式 香港地铁和新建的轻轨也采用了这种形式 简称PACT型轨道 这种形式结构简单 减震性能也较好 但施工时需采用刚度较大的模架 施工较为复杂 轨枕式整体道床 这种道床可分为短枕式和长枕式两种 1 短枕式整体道床这种道床轨道建筑高度一般为550mm左右 轨枕下道床厚度一般不小于160mm 一般设中心排水沟 这种道床稳定 耐久 结构比较简单 施工方法简便 进度较快 我国北京地铁一 二期工程大多铺设这种道床 经20多年运营 使用状态良好 天津地铁亦铺设了这种道床 2 长枕式整体道床这种道床设侧向水沟 一般长轨枕预留圆孔 让道床纵筋穿过 加强了与道床的联结 它适用于软土地基隧道 可采用排轨法施工 施工快 上海和新加坡地铁铺设了这种轨道 使用状况良好 长枕式整体道床 高架桥上的轨道结构 高架桥上的轨道结构也可分为有碴轨道和无碴轨道两种 有渣轨道VS无渣轨道 有渣轨道 有碴轨道具有造价相对低 施工速度快 维修方便及弹性好等优点 目前一些工业先进的国家仍然采用 如原联邦德国汉堡37km高架线路采用轨枕碎石道床 1985年建成通车的菲律宾马尼拉轻轨铁路 全长14 5km 为高架线路 采用双块式预应力混凝土枕 潘得罗尔扣件 硬质碎石道床 无渣轨道 无碴轨道具有稳定性 平顺性 刚度均匀性好 维修工作量少 简洁易清洗等显著优点 逐渐被世界上许多国家所认识 并在过去的几十年里 对无碴轨道结构开展了长期 系统的研究工作 已把它作为城市轨道交通的主要轨道结构型式加以发展和应用 由城市轨道交通其特殊的运营特点所决定 城市轨道交通应优先采用无碴轨道结构 有碴轨道养护维修量大 传统的碎石道床由松散的碎石组成 因此 在列车荷载作用下 道碴的磨损 坍塌 局部陷入路基以及钢轨和轨枕的变形 都会引起轨道的残余变形 产生轨道不平顺 而道碴的变形是引起轨道不平顺的主要原因 占轨道变形的80 以上 整治道床占养护维修工作量的80 以上 轨道交通线路在其运营时间内进行养护维修几乎已不可能 据统计 自1863年伦敦开行第一列城市轨道交通线以来 世界各国的城市轨道交通累计已达4000km 其行车间隔时分不超过4min的线路占90 以上 其运营时间通常在18个小时左右 夜间的养护维修作业在安全 质量和设备要求上提出更为苛刻的要求 此外 城市轨道交通除市郊铁路外 地铁和轻轨线在城区内以隧道和高架形式穿越的情况居多 其养护维修作业在空间上受到极大限制 且隧道内的工作条件十分恶劣 养护 高架线采用道碴道床 其轨下基础单线自重为1 9t m 而选用结构简洁的轨道结构 其双线自重仅为1 8t m 因此 采用道碴道床增加了桥梁的自重 从而可能需加大梁跨和桩基尺寸 增加投资 投资 四 结构工程 盾构法1917年日本首次在铁路建设中引进盾构法 修建铁羽越线折返段隧道我国应用盾构法建设城市轨道交通起步较晚 始于1980年 上海市进行了地铁1号线试验段施工时 研制了一台直径6 41米的刀盘式盾构掘进机 后改为网格挤压型盾构掘进机 在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230米 浅埋暗挖法1986年我国开创浅埋暗挖法 修建了北京地铁复兴门折返线 而之前所建设的北京地铁一二期工程和天津地铁一号线均采用明挖法施工 线路 1 正线2 辅助线 1 折返线 2 临时停车线 3 渡线 4 车辆段出入线 5 联络线 车站 换乘对比十字换乘 十字换乘不仅上 下两线须呈十字形正交或接近正交 更重要的是两站的站台和换乘楼梯在平面上均应呈十字形 十字换乘虽然在想像中对乘客上 下楼十分方便 但实际上楼梯宽度受站台宽度所限 换乘客流亦将受到限制 特别是上下楼梯相交处之小平台 对于换乘客流将会有很大的干扰 加之此种换乘方式至少上 下两站相交处必须一次建成 初期投资将增加较多 正规的十字换乘 国外地铁似亦鲜有所闻 北京地铁二期工程环线修建时 预留西直门站 东四十条站皆属此类 纽约地铁有此换乘形式 但只能说是车站十字 相交 其换乘通道属环形换乘 T形换乘是一座车站中间的侧面与另一车站的端部通过换乘设施相衔接L形换乘是两站的端部通过换乘设施相衔接 而且主体与换乘设施间不一定要直接或垂直相联由于这两种换乘方式布置起来比较灵活 明挖 暗挖施工均可 在修建一条线路时 对换乘设施需要预建的工程量较小 换乘通过能力较大 因而国外地铁采用者较多 国外的早期的深埋L形换乘站 两线相交成很小的锐角 实际上论其外形已非L形而是锐角形 北京地铁复兴门和建国门两站 都采用T形换乘 雍和宫和积水潭都预建了L形换乘的接点 L T 同台换乘 平行换乘 三 城轨车辆 轨道交通发展呈多样化趋势 目前 国际上轨道交通技术已日趋成熟 已经上线运营的城市轨道交通就有地铁 市郊铁路 轻轨 单轨 线性电机牵引的轨道交通 磁悬浮铁路及有轨电车等多种类型 其中以市郊铁路 地铁 轻轨和有轨电车应用最为广泛 以线性电机牵引系统最有发展前途 一 车辆构成 车辆的构成 轻轨车辆的构成一般包括三种形式 四轴动车 六轴单铰接车和八轴双铰接车 一般城市轨道交通车辆的构成包括七部分 车体 转向架 牵引缓冲装置 制动装置 受流装置 车辆内部设备和车辆电气系统等 目前 我国地铁车辆的进口价格为120万 180万美元 辆 而长春客车厂提供给北京复八线的钢车体交流传动VVVF变调压车为68万元美元 辆 国产化率54 中国出口到伊朗的地铁车辆为54万美元 辆 北京目前用的国产地铁车辆也只相当于40万美元 辆 即使国外最先进的铝合金车体的交流传动地铁车辆在国内生产也仅需1O0万美元 辆 可见大力发展国产城轨车辆生产可以大大降低城轨工程的造价 改变当前我国发展城市轨道交通造价过高的现状 这也是国家发展和改革委员会 轨道车辆产业发展政策和国务院办公厅 关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知 所提出的内容 即要求轨道交通工程中车辆和机电设备的平均国产化率不低于70 三 车辆段 车辆段的线路布置要根据车辆段作业要求 结合用地特点来布置 一般地 车辆段设计原则包括以下三方面 1 收发车顺畅 车辆段是列车运营的起始于终止场所 其设计要根据线路特点保证列车出入的流畅 满足能力要求 2 停车检修分区合理 在部分线路较长的场合 车辆段与停车场的确定需要考虑的位置分布 一保证运营组织与管理的方面性 三 车辆段 3 用地紧凑 城市轨道交通系统一般在市区 土地资源稀缺 且价格昂贵 车辆段与停车场的设计要紧凑 一降低建设费用 车辆段一般可布置成贯通式或尽端式 贯通式车辆段均可以收发列车 能力较大 停车列检库一股道可以停3列车 四 信号与通信 国外城市轨道交通信号系统的发展趋势基于数字轨道电路的列车自动控制系统成为城市轨道交通信号系统的主流 采用基于数字通信的列车控制系统 CBTC 是未来城市轨道交通信号系统的发展方向 一 信号 空间间隔法 该间隔称为闭塞区间 城市轨道交通系统的信号分为 传统信号系统和现代信号系统 世界各国的城市轨道交通的信号系统大都采用列车自动控制ATC系统 一般可认为 ATC包括列车自动防护ATP 列车自动驾驶ATO和列车自动监视ATS三个子系统 二 通信 一 调度指挥通信系统1 有线调度电话2 站间行车电话3 区间电话 二 无线通信系统1 运行线上的调度无线通信系统2 车辆段无线通信系统 二 通信 三 公务通信系统 四 广播系统 五 电视监视系统 六 传输通道系统 五 供电 环控 给排水 一 供电系统 负责提供车辆及设备运行的动力能源 供电系统 高压供电源系统牵引供电系统动力照明供电系统 高压供电源系统 集中式供电分散式供电混合式供电 北京地铁1号线和环线 1 高压供电源系统 城市电网对城市轨道交通系统内部的变电所的供电方式 牵引供电系统 牵引变电所牵引网 目前世界上城轨的牵引网均采用直流牵引国际IEC电压标准 600V 750V和1500V我国国标电压标准 750V和1500V广州 上海 1500V电压制架空网北京 750V电压制第三轨 2 牵引供电系统 供给电动车辆运行的电能 受流方式对比 三轨方式适合于具有下列特点的城市 1 投资紧缺 因为我国对于三轨方式的设计 施工及运营管理已积累了一套成熟而完备的经验技术 所有三轨方式下的设备已完全具备国产化能力 采用三轨方式节省资金 2 地铁线路以地下或高架为主 地面线亦均为专用道 这样完全可以避免三轨与其它道路平交而带来的不便 以及对人畜的触电威胁 3 当时已有三轨方式的地铁线路在运营时 新建线路采用三轨可以使新旧线路的受流方式一致 方便行车交路的变换及运营管理 而架空网方式则适合于具有下列特点的城市 1 架空网技术成熟 国外某些国家的架空网技术已基本成熟 如德国西门子的柔性架空网 日本的刚性架空接触悬挂 2 已有架空网方式的地铁线路在运营 或地铁系由郊区地面电气化铁路改建 并向市内延伸 便于新旧线路的衔接 3 动力照明供电系统 提供车站和区间各类照明 扶梯 风机 水泵等动力机械设备电源和通信 信号 自动化等设备电源 动力照明供电系统 降压变电所动力照明配电线路 二 环控系统 环控系统 通风与空调系统防排烟系统环境监控系统 1 通风与空调系统 开式系统闭式系统屏蔽门系统 开式系统 多用于当地最热月的平均温度低于25摄氏度且运量较少的城市轨道交通系统闭式系统 多用于当地最热月的月平均气温高于25摄氏度且运量较大 高峰时间内每小时的列车运行对数和每列车车辆数的乘积大于180的城市轨道交通系统 2 防排烟系统设置机械排烟系统的原因 城市轨道交通系统地下车站及区间对外连通的口部相对来说比较少 一旦发生火灾 浓烟很难自然排除 3 环境监控系统 中央控制室车站控制室就地控制装置 三 给排水系统 1 给水系统给水系统 生产 生活和消防公用的给水系统生产及生活给水系统消火栓给水系统自动喷水灭火给水系统空调冷却循环给水系统 2 排水系统 排水系统 主排水泵站辅助排水泵站污水泵房局部排水泵房临时排水泵房 城市轨道交通运营组织 法国 法国威立雅交通集团亚洲区总裁丹尼尔 居骐迈在2011年北京轨道交通产业发展峰会上介绍 法国城市轨道交通项目的有效管理得益于明确的交通管理机构和有效的交通政策 灵活的票务机制以及从长期发展的角度管理轨道项目 法国巴黎的公共交通系统由地铁 郊区快轨 有轨电车 巴士组成 其中 地铁有14条 市区内每400 500米就有一个地铁站 共有换乘站129座 郊区快轨有5条 主要连接城区和郊区 具有更加快捷 载客量大 换乘方便等特点 此外 还有4条有轨电车线 主要服务于巴黎市外围 8000辆巴士则恰如其分地发挥了短途交通的作用 并和轨道交通形成很好的互补关系 这样的公共交通体系 对于一个拥有1200万人口 500万辆汽车的世界大都市来说 已经成为支撑其有条不紊运转的核心部分 最关键的是 除了特殊情况外 即使在巴黎的繁华路段也很少出现堵车的现象 法国还率先实行了灵活的票务机制 并为其他国家所仿效 在巴黎 车票的种类可谓多种多样 乘客的选择也很多元 如其车票有日票 周票 月票 年票之分 按区域不同还有市区票和郊区票之分 巴黎也是最先实行 一票通 的城市之一 其 一票通 可以在巴士 地铁 有轨电车上通用 日本 日本城市铁路与城市 同时是交通 节点密切融合 铁路枢纽往往成为城市的重点区域 这一点与世界大都市的铁路发展及功能演化一脉相承 其交通枢纽的规划 发展也经历了从关注特殊交通功能到注重交通功能与城市功能一体化的过程 日本城市铁路分为两类 一类是国营铁路 如日本国铁 主要任务是运输 另一类是民营铁路 主要任务是经营 包括运输能力的提升和参与枢纽地区的开发建设等 日本社团法人海外铁道技术协力协会顾问加尾章在2011年北京轨道交通产业发展峰会上介绍 日本交通枢纽规划更注重构建交通功能与城市功能有机融合的综合交通体系 城轨交通运输计划 一 客流计划 客流计划是对运输计划期间城市轨道交通线路客流的规划 它是全日