城市轨道交通系统高架线综述

1 城市轨道交通系统高架线综述城市轨道交通系统按线路敷设方式划分，可以分为地下线、地面线和高架线。高架线是轨道交通的一种重要形式，发展至今已得到人们的认可。1.1 高架线简介1）高架线定义高架线即轨道交通车辆运行在连续的、带状的高架桥上的轨道交通系统。图 11 高架线2）高架线组成高架线包括高架区间和高架车站两部分，是永久城市建筑。其中，高架车站又分为站厅层、站台层、出入口等部分，高架区间则由上部结构（桥面系、梁）和下部结构（基础、墩柱）组成。3）高架线要求高架线除必须满足安全、经济、使用功能、施工便捷、养护维修方便等要求外，还需满足一些特殊要求：高架线要与城市景观相协调，并尽量降低列车运行产生的振动噪音对沿线居民的影响。（原来的两幅高架站图片都太难看了，台湾那张甚至看不出是高架站来）1.2 高架线的优势及存在的问题高架线的优势显著，可以节约大量的建设投资，避免不良地质的影响，但也存在振动、噪声、景观等问题。下面就对高架线路的优势及存在的问题进行详细分析。1.2.1 高架线的优势1）建设成本低城市轨道交通的建设费用耗资巨大，尤其是地下部分，工程复杂、工程量大，投资较高。相对地下线的巨额建设费用，高架线的工程建设成本较低，据统计，地下线路和高架线路的土建工程造价之比一般约为6:2.5。2）建设速度快由于高架线是在地面上建设，建设条件好，工程量小，加之承重梁等主体构件可以工厂模块化建造，因此同漫长的地下隧道施工相比，其建造速度要快得多，据初步估算，在拆迁不制约工程实施的前提下，高架线比地下线节省约一半的工程建设时间，更适应大城市发展的迫切需要。3）运营费用低由于位于地上，高架线在通风、昼间照明、排水提升设备等方面，可节省大量的能源和运营维修管理费用。据统计，对于同一种轨道交通制式，一座高架车站的运营费用较地下车站节省约700万元/年。选择高架线对于减轻运营财政补贴、实现轨道交通的可持续发展是非常有利的。4）工程风险小在工程实施风险和难度工程事故率方面，地下线与高架线的比例一般情况下约为25:1，高架线远比地下线安全国内轨道交通高架线发展现状及U型梁系统应用前景Z.。5）救援难度低由于高架线路位于地面上，空间开敞、视线通透，列车与乘客发生危险时在周围看得见、听的清，易于向外界求助，可以大大降低救援难度。6）乘客观感好高架线乘客视野比较开阔，是旅游者浏览城郊风光的一种理想交通工具，乘客凭窗眺望沿途景色，令人赏心悦目。好的高架线区间和车站的设计与城市景观融为一体，体现城市的精神文化风貌，并能成为城市中流动的风景线。图 12 高架线路作为城市风景线1.2.2 高架线存在的问题与地下线相比，城市轨道交通高架线的优点是被大家普遍认可的，但不可否认它也存在以下一些问题：1）振动噪声影响对于线路周边的居民而言，高架线的噪声直接传播到外部空间中，直接干扰了正常生活起居、工作、学习，降低了生活质量，长时间处于噪声环境，会影响人的心情，还可能对听力造成伤害Manning,J.E.,Cann,R.G.,Fredberg,J.J.Prediction and Control of Rail Transit Noise and vibration:State-of the Art assessmentJ.Composite Materials，1973,2:10-11. 。列车行驶时轮轨之间的颤动将引起轨道振动，对沿线的居民及建（构）筑物影响较大。振动还会影响居民的睡眠、听力、心理健康，干扰语言通讯等，影响振动的因素很多，且具有随机性，是一个比较复杂的问题铁道第二勘察设计院.高架段环境保护与减振降噪综合措施研究R.成都:铁道第二勘察设计院,2005.。（振动引起结构变形、安全这个说得太严重了，目前也没听说过高架线运营振动引起周边建筑物结构变形的事例，建议取消）2）电磁辐射影响城市轨道交通的电磁辐射源是电气化铁路的电气设备、电气铁道的点火系统、电机和整流装置的弧光放电所产生的辐射源，以及无线电通讯设备所产生的辐射。据国内广州、上海、北京等地的测试结果，轨道交通系统的电磁辐射不会对人体造成危害，它对电子通讯设备的可能瞬间干扰仅在较低的频段，对超短波以上的频段基本上无影响，也就是对一般的机电设备是不会造成影响的，但是若线路经过机场附近时（例如北京机场线），须另外考虑满足机场导航系统的电磁环境的特殊要求谢理,邓毛颖.城市快速轨道交通高架线对环境景观的影响研究_以广州市地铁二号线为例J.人文地理,2000,(5):14-18。3）废气影响城市轨道交通对环境的废气影响主要有两个方面，一方面是列车运行时产生的灰尘及金属粉尘等的直接影响，另一方面是城市轨道高架线路对地面汽车尾气扩散产生的影响。列车运行时的直接影响比一般城市道路的影响要小得多，因为它不存在尾气排放的问题，其产生的粉尘可通过在轨道沿线周围种植一些植物来吸附。至于高架线对地面汽车尾气扩散的影响，与高架道路是一致的谢理,邓毛颖.城市快速轨道交通高架线对环境景观的影响研究_以广州市地铁二号线为例J.人文地理,2000,(5):14-18。（轨道交通无尾气排放，对地面尾气扩散，与高架道路是一致的，高架道路对尾气是什么影响？说不太清楚，本段建议删除）4）景观影响高架线位于地面以上，体量较大、带状连续且长期存在，是城市景观的重要组成部分。若细节处理不当，则会造成空间、色彩与周边环境不协调，空间压抑，景观较差。高架线的景观包括动态景观和静态景观，见下图：图 13 高架线景观问题技术分析图1.3 高架线发展历程高架线的发展经历了从无到有、从点到面，从热衷修建到冷静对待甚至拆除既有线路的过程，现阶段由于技术的发展又开始重新修建。高架线20世纪80年代处于起步阶段，80年代到2000年是稳步发展期，2000年到现在是高速发展期。每个阶段高架线的形态都不尽相同，早期高架桥采用的是简支梁，车站形式是单层、站桥分离式，现阶段部分线路采用U型梁、站桥合一等形式。1.3.1 国外高架线发展据07年统计，全世界491条城市轨道交通线路总长7016km，其中高架及地面线路为4248km，占61%。主要国家中英国高架及地面线路占62.7%，法国占18.5%，德国占66.6%，俄罗斯占48.9%，美国占73.2%，日本占37.9%，这些都是发展轨道交通较早的国家。而印度、菲律宾、突尼斯、埃及这些第三世界的国家，高架及地面线路更是在90%以上城市轨道交通的工程经济意义与路网规划.EP/OL2007.08.27. /Techarticle/TEconomy/Techarticle_13506_6.shtml。世界上最早的高架铁路是英国在伦敦市区修建的旱桥式高架铁路。1836年，格林威治至伦敦的铁路动工修建，线路穿过市区，涉及许多住宅和庭院的拆迁。英国议会规定，不允许铁路与公路在市内平面交叉。为了提高车速、减少车祸、降低污染，铁路部门想出了铁路向空中发展的方案，建成一条长6公里的旱桥式高架铁路，这是世界高架铁路的雏形全球最早的高架铁路.广东交通J.2007.6.62-62。1868年，美国首次在纽约市的街道上架起钢架结构立柱，再在上面搭桥建铁路，形成路上之桥、桥上之路。这是世界上最早修建的钢结构立柱式高架铁路。此后，美国的波士顿、费城和芝加哥等城市也相继兴建，但由于这种高架铁路噪音和振动都比较大，影响周围环境的安宁，噪音导致民众怨声不断，除保留少量郊区线路作为以后兴建地铁的延伸线外，其它陆续予以拆除，于是钢筋混凝土高架桥便在城市中应运而生。图 14 芝加哥地铁20世纪60年代后国外发达国家的城市道路拥挤，汽车污染和能源危机等情况越来越严重Allport,R.J.,Bamford T.J.B.,1998.Realizing the Potential of MRT Systems in Developing Cities,Proceedings of the 8th World Conference on Transport Research, Antwerp, July 1998.，为了既提高车速，又充分利用城市有限的土地，减少地面建筑物的拆迁，尽可能降低成本，人们想到了建造高架铁路线 A.V.Vera,G.M.Gonzalez,L.B.R.Gonzalez,A.S.Gomez,J.M.M.Vara.Twenty-five years of subway construction in Mexico City J.Tunnelling and Underground Space Technology,1995,1:65-77.。20世纪60年代到90年代，英国大多数有卫星城镇的大都市考虑在交通拥堵的主要交通走廊上投资建设高架线，主要是因为高架线路与地下线和市郊铁路相比具有造价低廉的优势，与巴士相比具有运量大、效率高的优势。这些线路大部分建在被隔离的区域或由铁路线路改造而成的Knowles, R.D. Light rail transport. In: Whitelegg, J. (Ed.), Traffic Congestion: Is There a Way Out. Leading Edge Press, Hawes, 1992. 107133.Knowles, R.D., White, P. Light Rail and London Underground. In: Docherty, I., Shaw, J. (Eds.), A New Deal for Transport Blackwell Publishing, Oxford, 2003. 135157.。随着高架线减振降噪技术的成熟，又开始继续修建高架线。纽约地铁现有地铁线路31条，总长443.2km，设车站504座，居世界首位。其中地上线路约占44，绝大部分为高架线。德国地铁已有100年的历史。最初德国地铁是以城市高架铁路的形式出现，随着这种快速有轨交通工具的推广，居民们对它造成的城市噪音污染越来越不满，于是开始转入地下。不过即使是现在，德国的地铁也并不完全在地下运行。地铁在城区交通繁忙地段进入地下行驶，在有条件的地方则钻出地面运行，这种因地制宜的灵活性，使德国城市铁路得到了迅速发展，并为解决城市交通问题发挥了关键作用德国地铁,EP/OL2011.6.2. /view/.htm.。新加坡地铁始建于1987年，是目前世界上最为发达、高效的公共交通系统之一。目前新加坡地铁系统包含5条线路。南北线线路长度为44km，地上区间的比例为75.91%；东西线长度为49.2km，地上区间的比例为86.37%；东北线和两条环线均为地下线。中区内全部采用地下线，中区外多为地面线和高架线。图 15 新加坡地铁东西线车站1.3.2 我国高架线发展80年代初，随着城市化进程的发展，城市之间的交通问题日益凸显出来，由于地方财政能力不足和建设轨道交通的需求，高架线路的建设被提出宋敏华,建设环境友好型的城市轨道交通Z. 2007.。我国第一条城市轨道交通高架线是上海明珠线，于2000年12月26日正式通车。该线路位于上海市的中心区内，是利用既有国铁走廊改建而成。图 16 上海明珠线随后，上海、广州、天津、重庆、武汉、北京等地相继建成一批轨道交通高架线路，高架线路迎来快速发展时期： 上海轨道交通5号线全长17.206km，除起点段的410m为地面线外，其余均为高架线路，于2000年8月8日开工建设，并于2002年12月28日基本建成，2003年11月25日正式投入试运营中国城市轨道交通年度报告课题组.中国城市轨道交通年度报告2010M.北京:北京交通大学出版社,2011,12-20.。广州地铁1号线中坑口西郎段是广州第一次采用高架线路，于1997年6月28日开通，1999年6月28日全线正式开通。（前面说我国第一条高架线是上海的明珠线，是2000年12月建成通车的，广州的这条线比明珠线更早？）天津地铁9号线（津滨轻轨）始建于2001年1月18日，一期工程东段于2003年9月30日建成通车，2004年3月28日开始运营。全长45.409km，其中高架线39.915km，地面线为5.494km。重庆轨道交通2号线（轻轨2号线）线路全长18.58km，高架线路长16.08km，2006年7月1日全线贯通并投入运营。南京地铁2号线东延伸段线路全长13.5km，地面线1.2km，高架线11.4km，其中高架线约占全长的84%，并首次使用国产的U型梁，该线路于2007年10月7日动工，2010年5月28日开始正式全线通车。深圳地铁3号线一期工程正线全长32.859km，高架线长21.727km，地面线长2.599km，2010年12月28日地铁3号线高架线段开通运营。北京八通线线路全长为17.22km，其中地面线4.8km，占全线的27.9%，高架线12.42km，占线路全长的72.1%。上述高架线的快速修建支撑了城市化进程中对交通的迫切需求，带动了轨道交通沿线的快速发展。但由于那时的规划建设更为注重交通功能，而对环境影响的认识有一定不足，高架线建成后带来了振动、噪音、景观等新问题，对高架线的应用造成了一定的负面影响，高架线建设一度进入停滞期。近年来，随着城市的进一步快速发展，城市的空间布局、发展模式更为清晰和合理，各城市突破了原来的摊大饼式发展，更加注重城乡统筹、中心城区与外围组团的均衡发展，在此种城市发展模式下，若全部采用地下线，造价太高，工期也较长。此时高架线的建设成本低、建设速度快等优势进一步凸显，加之近年来对振动、噪声、景观的认识也更为深刻，相关问题得到解决。高架线又迎来了蓬勃发展时期。下面以北京市的轨道交通系统为例分析高架线敷设方式的发展变化。1、2号线均为地下线13号线、八通线以高架线为主，局部地面线5号线部分高架，部分地下，10号线全地下，4号线全地下机场线部分地下，高架为主昌平线、房山线、15号线以高架线为主9号线全地下线、8号线全地下线。正在建设的14号线以地下为主，7号线全地下线。表 11 北京已开通地铁敷设方式统计表线路线路长度合计（km）开通时间过渡段地面线高架（地面）长度（km）比例（%）长度（km）比例（%）长度（km）比例（%）八通线18.9642003-7.91141.7011.05358.3013号线40.52003-37.592.605号线27.62007-10.738.70机场线27.120082.59.201451.60房山线24.7920100.552.22-21.4586.53昌平线一期21.3520102.8213.2015.5472.8015号线一期20.22010-10.350.99亦庄线22.920100.73.06-14.5563.54大兴线21.820100.73.23-3.616.5