城市轨道交通设备课件

城市軌道交通設備第一節城軌交通概述一、歷史與現狀二、城市軌道交通基本形式2一、歷史與現狀

世界上最早的地鐵是1863年元月10日在倫敦開通的一段6km長的線路。列車由蒸汽機車驅動，通風也很成問題；這條線路被人們稱為“地溝鐵路”。不過它運營幾年後就電氣化了。目前，倫敦已經建成了由12條線路組成、總長400餘km的現代化城市軌道交通系統。3亞洲最早的地鐵是日本東京1927年12月開通的淺草-澀穀線。目前，日本有11個城市擁有城市軌道交通系統，東京50km圈內的軌道交通系統總長達2355km，其中高架鐵路1985km，地鐵及線性地鐵273km。

一、歷史與現狀

4我國最早的地鐵是1969年建設的北京地鐵。天津（1984）、上海（1995）、廣州（1997）陸續建設了地鐵香港的第一條地鐵建成於1975年。到2001年底，已有10多個城市建成和正在建設軌道交通系統。

一、歷史與現狀

5近年來，隨著社會與經濟的發展，人口向城市的集中加快，這種城市化導致了城市內部以及城市與市郊之間的眾多交通問題。現代城市交通的目標包括六個方面：1．使人與貨物到商業區、學校、工作地等地點的可達性最大化

即實現客貨的位移需要，這也是交通運輸最基本的目標。一、歷史與現狀

62．減少交通事故事故除了直接損失外，還產生了許多難以估計的外部費用。因此，降低交通事故成為所有發達國家與發展中國家共同關心的重要問題。3．使交通對環境的不利影響最小化隨著人口密度的增加，交通引起的環境問題也越來越尖銳。4．引導城市規劃目標的實現交通對城市發展具有誘導作用，交通規劃考慮了城市或地區的長期效益，具有較好的可持續性。一、歷史與現狀

75．保存稀缺資源，尤其是土地和石油要考慮人類生存和發展的長期後果，考慮發展的可持續性。6．使公眾的代價最小化它反映了社會優化的觀點。一、歷史與現狀

8研究表明：有軌的、運輸能力大的交通系統已經成為現代城市發展的重要基礎設施。日本的研究表明：按人公里計算，軌道交通能耗為1時，公共汽車能耗為1.8，私人汽車能耗為5.9，飛機為4.1。按人公里排放的CO2計算，當軌道交通排放為1時，公共汽車的排放為2.7，私人汽車的排放則高達8.3。一、歷史與現狀

9軌道交通技術在以下三個領域內取得了較好發展：1、技術上較為複雜的高速鐵路系統在全世界範圍內得到了較好的認可和發展；2、發生在城市中心到民航機場之間。3、城市軌道交通系統的建設，這些發展很大程度上緩解了城市範圍內的交通擁擠，尤其是在私人轎車上下班線路上的擁擠。一、歷史與現狀

10城市軌道交通系統的設備包括:車輛、車站、線路、列車、控制以及通信信號系統等；它們的協同工作是為用戶提供滿意服務的保證。

一、歷史與現狀

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按能力分為：市郊鐵路(SuburbsRail)

地鐵(Subway)

輕軌(LightRailTransit)

有軌電車(TrolleyBus)二、城市軌道交通基本形式

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按構造分為：鐵路地鐵單軌導向軌道交通磁懸浮二、城市軌道交通基本形式

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北美軌道交通系統則分為：快速軌道交通（RRT）輕軌交通（LRT）通勤鐵路（CR）自動導向系統（AGT）

二、城市軌道交通基本形式

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主要服務於城市間客貨運輸早期的鐵路由蒸氣驅動的機車牽引現代鐵路則主要有電力和內燃兩種機車牽引形式，電力牽引採用高壓交流供電方式。（一）鐵路系統

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目前，鐵路主要是溝通城市邊緣與遠郊區的手段。由於服務於人口密度相對稀疏的郊區，站間距比較大，它使得列車的運行速度可以提高許多。目前城市間高速鐵路的商業速度已達到250km/h以上，一般地，市郊鐵路線路的最高速度可以達到100km/h以上。市郊鐵路主要為通勤者提供運輸服務，故有時也稱通勤鐵路或地區鐵路。（一）鐵路系統

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為土地緊張的城市中心區提供的一種交通形式，每小時單向最大運送能力可達5萬人次以上。地鐵建設投資大，週期長。現代地鐵的牽引多採用電力驅動的動車組方式，供電方式多為直流。各國地鐵系統的建設標準不完全相同。（二）地鐵系統17

日本還建設了另一種小斷面地鐵，即線性地鐵。特點：斷面較一般地鐵要小，可降低建設成本，此外，它可以採用較小的曲線半徑和較大的坡道，也可高架，維護較易，目前在日本已有幾條線路建成投產。線性地鐵能力略低於一般地鐵系統。

（二）地鐵系統1819（三）輕軌系統

目前各國採用較多的是形式比較靈活的城市輕軌運輸系統（LightRailTransit或LightRapidTransit）。輕軌系統的雛形是城市有軌電車，後者由於與道路交通間的衝突而被淘汰和改造為與道路交通具有一定程度隔離的輕軌系統。20Metrolink列車在車站輕軌鐵路21（三）輕軌系統

一般地，輕軌要求有至少40%的股道與道路完全隔離，以避免擁擠，這也是它區別於有軌電車之處。輕軌運輸系統可以在地面、地下或高架建設，其最大運送能力根據列車編組確定，每列車2節編組時每小時單向能力可達13500人。

22（四）特殊形式的軌道交通1．單軌系統最早的單軌系統一般可以追溯到1821年的英國人Palmer開發單軌所獲得的發明專利。世界上第一條單軌運輸線路是1824年在倫敦船塢修建的那條木軌線路，比蒸汽鐵路還早，不過它是用馬來牽引的。23（四）特殊形式的軌道交通1888年法國人在愛爾蘭鋪設的、長約15km的跨座式獨軌蒸汽鐵路可以被認為是單軌鐵路的先驅，它也是有動力單軌鐵路走向實用的標誌。1893年，德國人Langen發明了懸掛式單軌車輛1901年，一條13.3km的懸掛式單軌鐵路投入運營，它也是利用街道上空建設單軌鐵路的開始。24現代單軌系統有跨座式和懸掛式兩種類型。單軌鐵路一般使用道路上部空間，故土地佔用較少。大多數單軌系統採用橡膠輪胎，可以適應急彎及大坡度，對複雜地形有較好的適應性，從而減少拆遷量。同時，單軌系統建設工期較短，投資也小於地鐵系統。單軌系統每小時單向最大運送能力在8400人至25200人，適用於對速度和運輸需求較低的場合。（四）特殊形式的軌道交通2526272．自動導向系統（AGT）

自動導向系統（AutomaticGuidewayTransit）是一種通過非驅動的專用軌道引導列車運行的軌道交通。在日本，較早的AGT系統是1981年開通的兩條線路：一是神戶新交通公司開通的三宮-中公園線路，全長6.4公里；二是大阪市住之江公園-中埠頭間的6.6公里線路。28自動導向系統292．自動導向系統（AGT）

目前這兩條線路均採用無人駕駛的ATO系統，運營速度22~27km/h，最大速度達到60km/h；高峰期最小間隔達到了3min左右，能力與單軌系統大致相同。下圖是幾類典型的AGT系統。

3031第二節軌道與結構工程一、土質路基的軌道結構二、隧道內的軌道結構三、高加橋上的軌道結構四、結構工程32概述軌道結構是城市軌道交通系統的重要組成部分，一般由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔及其他附屬設備組成。為保證列車運行的安全，軌道結構應具有足夠強度和穩定性、耐久性、絕緣性及適量彈性，且養護維修量小，以確保列車安全運行和乘客舒適。

33軌道交通在土質路基上一般宜採用混凝土枕碎石道床，並盡可能敷設無縫線路。

一、土質路基的軌道結構34目前的鋼軌形式有三種：一是槽形鋼軌，多用於街道軌道，即路面與鋼軌軌面在同一平面的場合，如香港屯門輕鐵。第二種是19世紀應用很廣，但目前已經很少採用的雙頭鋼軌，這種鋼軌在英國還能見到。第三種是目前廣泛採用的平底鋼軌。

（一）鋼軌35我國國家鐵路的鋼軌主要有50kg、60kg與75kg三種類型。年通過總重在15Mt－25Mt時，採用50kg/m鋼軌；在25Mt－50Mt時，採用60kg/m鋼軌；在大於50Mt時，採用60kg/m或750kg/m鋼軌。（一）鋼軌36從技術性能上分析，60kg/m鋼軌重量只增加17.7%，而允許通過的總重量可增加50%。重型鋼軌不僅能增加軌道的穩定性，減少養護維修工作量，而且還能增加回流斷面，減少雜散電流。

（一）鋼軌37城市軌道交通在經濟條件允許下，無論地面線、地下線或高架線，運營正線宜選用重型鋼軌。對車場線來說，由於主要是供空車運行，速度又低，考慮到經濟性，選用50kg/m或43kg/m鋼軌均是可行的。

（一）鋼軌38軌枕是軌道的基礎部件，其功能是支撐鋼軌，保持軌距及方向，並將鋼軌壓力傳遞到道床。軌枕的種類按構造有橫向軌枕、縱向軌枕、短軌枕和寬軌枕四種；按鋪設部位有適用於區間線路的普通軌枕、道岔區的岔枕和無碴橋上的橋枕；按製造材料可分為木枕、混泥土枕及鋼枕三種。

（二）軌枕及扣件39一般情況下，碎石道床的軌枕應盡可能採用常規鐵路所使用的預應力混凝土枕。對採用第三軌受電方式的系統，在安裝三軌托架的地方還需使用特殊加長的混凝土枕。（二）軌枕及扣件40扣件是聯結鋼軌與軌枕間的中間零件，其作用是將鋼軌固定在軌枕上，保持軌距並阻止鋼軌的橫縱向移動。有碴軌道的鋼軌扣件可採用彈條I型扣件

（二）軌枕及扣件41扣件42道床是指路基之下、軌枕之上的部分。一般分為道碴道床（有碴道床）和無碴道床兩大類。常見的道碴道床有碎石道床。（三）道床

43土質路基上一般採用碎石道床。碎石道床結構簡單，容易施工，減振、減噪性能較好，造價低；不足之處是軌道建築高度較高，軌道維護工作量大。（三）道床

44（一）扣件（二）扣件型式二、隧道內的軌道結構45整體道床整體性能好，堅固穩定、耐久；軌道建築高度小，減少隧道淨空，節省投資；軌道維修量小，適宜城市軌道交通運營時間長，維修時間短的特點。（三）道床461．無枕式整體道床亦稱整體灌注式，無枕式軌道建築高度較小，主要採用就地連續灌注混凝土基床或縱向承軌臺。國外一些國家修建鐵路隧道時常採用這種型式，香港地鐵和新建的輕軌交通也採用了這種型式，簡稱PACT型軌道。這種型式結構簡單，減振性能也較好，但施工時需採用剛度較大的模架，施工較為複雜。（三）道床

472．軌枕式整體道床

這種型式道床可分為短枕式和長枕式兩種。（1）短枕式整體道床

這種道床軌道建築高度一般為550mm左右，軌枕下道床厚度一般不小於160mm，一般設中心排水溝。這種道床穩定、耐久、結構比較簡單，施工方法簡便，進度較快。我國北京地鐵一、二期工程大多鋪設這種道床，經20多年運營，使用狀態良好。天津地鐵亦鋪設了這種道床。（三）道床

48（2）長枕式整體道床這種道床設側向水溝，一般長軌枕預留圓孔，讓道床縱筋穿過，加強了與道床的聯結。它適用於軟土地基隧道，可採用排軌法施工，施工快。上海和新加坡地鐵鋪設了這種軌道，使用狀況良好。（三）道床

49軌枕長枕式整體道床50高架橋上的軌道結構也可分為有碴軌道和無碴軌道兩種。有碴軌道和土質路基軌道結構相同。無碴軌道與有碴軌道相比，可減少橋樑恒載，降低梁的剛度和造價，同時可大大減少軌道維修工作量。但由於整體道床軌道調整量有限，所以對橋樑徐變及橋墩的不均勻沉降提出了更高的要求。三、高架橋上的軌道結構

51高架橋上通常採用承軌臺式軌道結構，分有碴和無碴兩種型式無碴式承軌臺是一種整體灌注式的鋼筋混凝土結構有碴式承軌臺是一種沿縱向鋪設在鋼軌下麵的條形鋼筋混凝土結構，系二次灌注混凝土結構。三、高架橋上的軌道結構52四、結構工程（一）地下結構類型及施工方法軌道交通地下工程的結構類型及施工方法應根據區間隧道及車站的規模、工程地質及水文地質條件和周圍環境條件進行技術經濟比較確定。

53一般常用的結構類型和施工方法有明挖法和暗挖法兩種，特殊情況下還可採用一些其他方法。

（一）地下結構類型及施工方法541．明挖法

地下鐵道線路在地下幾米深時採用。明挖法採用敞開口開挖或以工字鋼樁、鋼板樁、地下連續牆、鑽孔樁等護壁施工的明挖隧道或車站，一般為現澆整體式矩形鋼筋混凝土框架結構。

根據運營需要可做成單跨、雙跨或多跨結構，單層、雙層或多層結構。551．明挖法

為減少明挖施工對城市的干擾，必要時可採用樁、梁、板等構件，將施工基槽部分或全部覆蓋，或者對以地下連續護壁的明挖隧道，採用逆作法儘快完成結構頂板。56明挖法放坡分配明挖放坡分配57(2)暗挖法暗挖法可分為盾構法和礦山法。

58在鬆軟含水地層，或地下線路等設施埋深達到10m或更深時，可以採用盾構法（ShieldMethod）。盾構既是一種施工機具，也是一種強有力的臨時支撐結構。盾構外形上看是一個大的鋼管機，較隧道部分略大，它是設計用來抵擋外向水壓和地層壓力的。

（1）盾構法

59複合式盾構機結構工程60它包括三部分：前部的切口環、中部的支撐環以及後部的盾尾。大多數盾構的形狀為圓形，也有橢圓形、半圓形、馬蹄形及箱形等其他形式。

盾構方法在日本的最早採用是20世紀40年代，廣泛應用則是在60年代。（1）盾構法

61盾構施工方法由以下幾個步驟組成：第一，在置放盾構機的地方打一個垂直井，再用混泥土牆進行加固；第二，將盾構機安裝到井底，並裝配相應的千斤頂；第三，用千斤頂之力驅動井底部的盾構機往水準方向前進，形成隧道；第四，將開挖好的隧道邊牆用事先製作好的混泥土襯砌加固，地壓較高時可以採用澆鑄的鋼制襯砌加固來代替混泥土襯砌。（1）盾構法

62盾構法施工概貌63盾構法具有施工速度快、振動小、噪音低等優點，且對隧道上方地面的副作用很少。在鬆軟含水地層中及城市地下管線密佈，施工條件困難地段採用盾構法施工，其優點尤為明顯。近年來，新開發的泥水加壓盾構和土壓式盾構，對進一步克服盾構施工造成地表隆起和沉降量大，致使周圍建築物、地下管線、道路路面變形和裂縫的缺點，有明顯成效，提高了盾構法的生命力。（1）盾構法

64盾構法的缺點是對斷面尺寸多變的區段適應能力差。此外，新型盾構購置費昂貴，對施工區段短的工程不太經濟。總的費用一般也比蓋挖法要高。（1）盾構法

65礦山法分傳統礦山法和新礦山法傳統礦山法施工工藝落後，安全性較差，近年來有逐步被新礦山法取代的趨勢。新礦山法又可稱為新奧法或淺埋暗挖法。

（2）礦山法66礦山法施工的隧道一般採用拱形結構，其基本斷面型式為單拱、雙拱和多跨連拱。隧道襯砌的作用是加固圍岩並與圍岩一起組成一個有足夠安全度的隧道結構體系，共同承受可能出現的各種荷載，防止地表下沉。襯砌的基本結構類型為複合式襯砌，由初期支護、防水隔水層和二次襯砌所組成。（2）礦山法67外層為初期支護，其作用為加固圍岩，控制圍岩變形，是襯砌結構中主要的承載單元，一般應在開挖後立即施作，並應與圍岩密貼，所以最適宜採用噴錨支護。內層為二次襯砌，通常在初期支護變形穩定後施作，主要為安全儲備，承受初期支護腐蝕後所引起的後續荷載；在初期支護和二次襯砌之間應敷設防水隔離層。（2）礦山法68（二）高架結構

69第三節城軌交通車站一、線路二、車站三、限界70線路是軌道交通系統中重要的組成部分。軌道交通運營線路包括三部分：(1)區間結構

(2)車站(3)軌道一、線路

71線路按其在運營中的作用，也可分正線、輔助線和車場線。正線指載客列車運行的線路，包括區間正線、支線、車站正線及站線。輔助線指為空載列車進行折返、停放、檢查、轉線及出入段作業所運行的線路。是軌道交通系統的重要組成部分，直接關係到系統運營組織的效率。輔助線包括折返線、臨時停車線、渡線、車輛段出入線、聯絡線等。一、線路

72一、線路輔助線的種類：1.折返線

列車除在兩端車站需要進行列車折返外，根據列車運行交路的要求，中間有折返作業的車站也需設置折返線。區段運行是指列車根據運行交路的要求，在端點站與中間車站或中間站與中間站之間開行折返列車，這些可折返的中間站上需要配置折返線。折返線的形式應能滿足折返能力的要求。73折返線74一、線路輔助線的種類：2.臨時停車線運營過程中，線上運營列車可能會發生故障。為不影響後續列車運行，設計上應能使故障列車及時退出運營正線。一般說來，在軌道交通線路沿線每隔3至5個車站的站端應加設車輛停放線。75一、線路輔助線的種類：3.渡線

停車線僅僅提供了故障列車的臨時停放。為使這些故障列車返回車輛段，一般還需要設置渡線，以保證故障列車能及時調頭返回車輛段。渡線的作用是使離開車輛段的故障列車能及時調頭返回車輛段。76一、線路輔助線的種類：4.車輛段出入線車輛段出入線是從車輛段到商業運營正線之間的連接線。車輛段出入線可以設計為雙線或單線，與城市道路或其他方式的交叉處可採用平交或立交，具體方案要根據遠期線路通過能力需要量來確定。77一、線路輔助線的種類：5.聯絡線

在城市軌道交通網絡中，要使同種制式的線路可以實現列車過軌運行。這種過渡一般通過線與線之間的聯絡線來實現。78二、車站車站——供旅客乘降的場所。一般應設置在客流量大的集散點和與其他線路交會的地方。車站間的距離應根據實際需要確定，在市區宜為1km左右，在郊區不宜大於2km。79二、車站1）按車站與地面相對位置分：地下站、地面站、高架站2）按車站運營性質分：終點站、一般中間站、中間折返站、換乘站等3）按車站結構形式和施工方法分：明挖站、暗挖站等80軌道交通的線路/車站形式81二、車站4）按車站月臺形式分：島式月臺、側式月臺、一島一側、一島兩側等車站形式5）按車站服務的對象及功能可以分為：城市標誌站（作為城市的象徵或著名建築物）、與幹線或機場等交通連接的換乘樞紐站（完成與機場或其他交通方式的接續運輸過程）、市郊地區車站、農村地區車站等82不同型式的月臺8384軌道交通車站大多是在城市地區。這種城市車站具有一些不同於城市間車站的特點，主要體現在：1．需要處理的行李很少或沒有；2．旅客密度高，流量大，進出口的設計需要更快速有效；因此，車輛設計也包含了較多、較寬的自動門，月臺設計一般與車廂地板同高；3．列車間隔較短，一般非高峰期間隔為10min，高峰期間隔90s；從而不需要太多的等待候車空間和設施。（一）車站的分類854．需要設計或預留自動售、檢票設施。5．當設計成高架或地下形式時，需要注意縱向流通徑路；使軌道交通與街道交通保持良好的接續。6．城市車站位於高犯罪區時，要有特殊的保安措施；如閉路電視監控系統燈。7．在郊區車站，需要為巴士、私家車提供乘降設施以及相應的停車存放場所。（一）車站的分類86（二）車站的組成大型軌道交通系統的車站一般由四部分組成：一是車站大廳及廣場，它通常是乘客、遊客和商人聚集的地方；二是售票大廳，為乘客出售列車客票；三是月臺，直接供乘客乘降車使用；四是旅客不經常到達的地方，如車站辦公室、倉庫、維修設施及鐵路股道等。87對城市鐵路來說，車站一般包括主體、出入口及通道、通風道及風亭（地下）和其他附屬建築物組成。車站主體是列車的停車點，它不僅要供乘客上下車、集散、候車，一般也是辦理運營業務和運營設備設置的地方。（二）車站的組成88車站主體根據功能的不同，可分為以下兩大部分。1．乘客使用空間它又可分為非付費區和付費區。2．車站用房包括運營管理用房、設備用房和輔助用房三部分。城市中心區的軌道交通車站一般採用地下形式，車站相應地建設於地下。在市中心區以外的地點，軌道交通車站可以考慮採用地面或高架形式。（二）車站的組成89（三）車站規模軌道交通系統車站規模主要根據車站設計客流量（容量）確定。一般可以參照日均乘降客流量和高峰小時客流乘降量來綜合確定。車站規模一般可以分為小型站、中型站、大型站和特大型站。根據歐洲的經驗，車站設計要考慮“高峰中的高峰”，例如，設計中一般要考慮15min最大流量，它是按高峰小時流率的30%計算（正常為25%）。類似地，5min最大流率按15min的40%計算。90地鐵車站規模主要根據車站遠期預測客流及所處位置確定，一般可分為三級：A級：客流量大、地處大型客流集散點以及地理位置十分重要的車站B級：客流量較大、地處市中心或較大的居住區的車站C級：客流量較小、地處郊區的各站（三）車站規模91輕軌車站規模分級：小型站：5萬人次/日以下，高峰小時乘降量0.5萬人次/h以下中型站：5-20萬人次/日，高峰小時乘降量0.5-2.0萬人次/h大型站：

20-100萬人次/日，高峰小時乘降量2.0-10.0萬人次/h特大型站：

100萬人次/日以上，高峰小時乘降量10.0萬人次/h以上注：特大型站的日均乘降客流量為多條線路合計量。（三）車站規模92輕軌車站的站間距一般在1km左右。在郊區站間距可以略大一些，在市中心區則可以更短一些。（三）車站規模93三、限界限界(LoadGauge)是指列車沿固定的軌道運行時所需要的空間尺寸。限界越大，安全度越高，但工程量及工程投資也隨之增加。94（一）限界的種類根據軌道交通系統的構成和設備運營要求，限界可以分為車輛限界、設備限界、建築接近限界和接觸軌或接觸網限界。限界的確定需要根據車輛外輪廓尺寸及技術參數、軌道特性、各種誤差及變形，並考慮列車在運動中的狀態等因素，經過科學的分析計算後確定。95（一）限界的種類1、車輛限界坐標系車輛輪廓限界車輛限界96（一）限界的種類2、設備限界設備限界是為保證軌道交通系統的列車等移動設備在運營過程中的安全所需要的限界。設備限界要在車輛限界的基礎上，考慮軌道出現狀態不良而引起的車輛偏移和傾斜；此外，還要考慮適當的安全預留量。97（一）限界的種類3、建築接近限界建築接近限界是指在行車隧道和高架橋等結構物的最小橫斷面所形成的有效內輪廓線基礎上，再考慮其施工誤差、測量誤差、結構變形等因素，為滿足固定設備和管線安裝的需要而必須的限界。9899（二）區間直線地段的限界1、隧道建築限界：在既定的車輛類型、受電方式、施工方法及結構型式等基礎上確定的隧道的建築限界。它分為矩形隧道建築限界、圓形隧道建築限界、馬蹄型隧道建築限界三種類型。2、高架橋建築限界100（三）曲線地段及道岔區建築限界對曲線或道岔地段而言，運行中的車輛在平面和立面上都產生一定的偏移量，故其建築限界應進行加寬和加高。曲線加寬應分內側加寬和外側加寬，加寬量可根據科學計算來確定。

101（四）車站限界一般月臺邊緣與車廂外側之間的空隙設置100mm為宜，月臺面的高度應低於車廂地板面50mm—100mm較為合適。這個數值與車輛品質及運營水準有關，也與線路和車站工程的施工品質有關。（五）國外限界102第四節城軌交通車輛一、車輛的構成二、車輛的主要技術參數三、我國車輛標準四、車輛段103一、車輛的構成城市軌道車輛應具有先進性、可靠性和實用性，滿足容量大、安全、快速、舒適、美觀和節能的要求。車輛一般可按有無動力分為動車和拖車兩類車輛也可按有無駕駛室分為帶司機室車和不帶司機室車兩類104一、車輛的構成能獨立運行的一組車輛一般稱為動車組。最早的多單元動車系統是1897年Sprague在芝加哥南部高架上發明的。這種系統中，每輛車均有電機，但全部由第一輛車的駕駛員操縱。與鐵路列車不同，城市軌道交通系統的動車組是一個整體，其發動機、控制系統等是在生產過程中定制的，一般不能在運營過程中任意拆裝組合。

多單元列車的重要性體現在可以在不減少列車牽引力的條件下增加列車編成，因為每組車均有動力。牽引力是重量與驅動輪數量的函數，在多單元系統，整個列車（而不是機車）的重量都施加於驅動輪對，故對每輛車來說，它可以有更大的加速度，從而可以增加列車平均速度，減少運營費用。

105一、車輛的構成地鐵車輛有動車和拖車、帶司機室車和不帶司機室車A型－帶司機室拖車B型－無司機室帶受電弓的動車C型－無司機室不帶受電弓的動車我國推薦的輕軌電動車輛有3種型式：4軸動車、6軸單鉸接式和8軸雙鉸接式車。106一、車輛的構成城市軌道交通車輛由車體、轉向架、牽引緩衝裝置、制動裝置、受流裝置、車輛內部設備、車輛電氣系統7大部分組成。107車體是容納乘客和司機（如有司機室時）的地方，多採用整體承載的鋼結構、輕金屬結構或複合材料結構。車體本身又包括底架、端牆、側牆及車頂等部分。特點：1）一般為電動車組，有單節、雙節和3節式等，有頭車（即帶司機室車輛）和中間車，以及動車與拖車之分；2）座位少，車門多且開度大，內部服務於乘客的設備較簡單；3）重量的限制較嚴格，特別是高架輕軌車和獨軌車，要求軸重小，以降低線路的工程投資；（一）車體1084）為使車體輕量化，車體承載結構和其他輔助設施儘量採用輕型化材料；5）對車體的防火要求嚴格，在車體的結構及選材上採用防火設計和阻燃處理；6）對車輛的隔音和減噪有嚴格要求；7）由於用於市內交通，對車輛的外觀造型和色彩都有美化和與城市景觀相協調的要求。（一）車體109車門結構城市軌道交通車輛的車門一般採用壓縮空氣為動力的風動門，也有採用電氣驅動的車門。由於車輛運載客流量大，乘客上下車頻繁，一般車體每側車門開度較大，數量也較多，例如，上海地鐵車每側設有5扇內藏嵌入式對開拉門1900mm×1300mm（高×寬）。在帶司機室車（A型）的前端中央還設有應急安全疏散門，在緊急情況下，做成可伸縮的套節式踏級板可向前放下到路基上，列車內的乘客可通過此踏級板疏散到路基上。110（二）轉向架轉向架裝設於車輛與軌道之間，是車輛的走行部分。分動力轉向架和非動力轉向架動力轉向架裝設有牽引電機、減速箱以及集電器（受電靴）裝置等。111（三）牽引緩衝裝置車輛的連接是通過車鉤實現的，車鉤後部一般需要裝設緩衝裝置，以緩和列車運動中的衝擊力。112（四）制動裝置制動裝置是保證列車運行安全的裝置。無論動車或拖車均需設摩擦制動裝置。城市軌道車輛的制動裝置除常規的空氣制動裝置外，還有再生制動、電阻制動以及磁軌制動（輕軌車輛上常用的方式）。

113制動方法（1）摩擦制動：包括閘瓦制動和盤式制動（2）電氣制動：包括電阻制動和再生制動（3）電磁制動：包括磁軌制動和渦流制動

磁軌制動是將電磁鐵落在鋼軌上，並接通激磁電流將電磁鐵吸附在鋼軌上，通過磨耗板與軌面摩擦產生制動力。

渦流制動是將電磁鐵落至距軌面7－10mm處，電磁鐵與鋼軌間的相對運動引起電渦流作用形成制動力。

電磁制動的最大優點是所產生的制動力不受輪軌間的粘著條件限制。114115城市軌道交通車輛一般均採用再生制動與電阻制動相結合的電制動優先、空電聯合制動方式，保證在制動系統允許的條件下得到盡可能大的制動減速度。（四）制動裝置116（五）受流裝置從接觸導線（接觸網）或導電軌（第三軌）將電流引入動車的裝置。也稱為受流器。一般有：

杆形受流器（多用於城市無軌電車）

弓形受流器（多用於城市有軌電車）側面受流器（多用於礦山貨車）軌道式受流器（第三軌受流）

受電弓受流器（適用於高速幹線）117（六）車輛內部設備服務於乘客的車體內部固定附屬裝置（如車燈、廣播、空調、座椅等）服務於車輛運行的設備裝置（如蓄電池箱、繼電器箱、主控制箱、風缸、電源變壓器等）118（七）車輛電氣設備各種電氣設備及其控制電路包括：主電路系統、輔助電路系統、電子控制電路系統城市軌道交通車輛的電氣部分主要是按功能和系統以屏、櫃及箱體的形式安裝在車廂內及懸掛固定在車體底部車架上。為了使車廂用於載客部分的空間儘量多，電氣箱櫃絕大部分安裝在車體底下的空間。119二、車輛的技術參數

1．車輛自重、載重與容積

2．車輛構造速度按安全及結構強度所允許的車輛最高行駛速度。3．軸重指車輛在某運行速度範圍內一根軸允許負擔的包括輪對自身重量在內的最大總品質。

4．通過最小曲線半徑與轉向架類型及設計有關。5．最大起動加速度包括平均起動加速度和最大制動減速度。1206．制動形式有摩擦制動、再生制動、電阻制動和磁軌制動等形式。7．軸配置或軸列數如四軸動車一般設兩臺動力轉向架，六軸單鉸輕軌車一般兩端為動力轉向架，中間為非動力轉向架。8．供電電壓、最大網電流、牽引電機功率。9．座席數及每平方米地板面積站立人數它與車輛大小尺寸有關，也與設計的服務水準有關。二、車輛的技術參數

121設計車輛時，要考慮的主要尺寸有：1．車輛最大寬度與最大高度涉及車輛限界。2．車體長度、高度、寬度有內外部之分。3．車鉤中心線距軌面高度簡稱車鉤高度。目前，城市軌道車輛的車鉤高度還沒有統一標準。例如，北京地鐵車鉤高度為670mm，上海地鐵為720mm。我國城市間鐵路車輛的車鉤高度則規定為880mm。4．地板面高度指新造或空車高度。北京地鐵為1053mm，上海為1130mm。5．車輛定距指車輛兩相鄰轉向架之間的距離。

二、車輛的技術參數

122123城市軌道交通車輛有軌電車的車輛：

有軌電車其行駛線路曲線半徑小，舊式有軌電車車輛長度一般在12m，寬度一般在2-2.4m。一般編組1-2節。

70年代以後的有軌電車採用新技術，故現代有軌電車與輕軌車輛已無多大差別。三、我國車輛標準124輕軌系統車輛四軸車車輛長度不超過20米，每側不少於3個車門；六軸車不超過25米，每側至少4個車門；八軸車不超過30米，每側至少5個車門。輕軌車輛的優點是因地制宜，如供電方式有600、750、1500V，車輛寬度在2.4-2.65米。長度也有較大差異。三、我國車輛標準125基本要求

每列車載客量：1000人(座席+6人/m²站席)列車編組：最多3輛列車長度：最長100米列車寬度：最大2.65米速度：最大80km/h

軌距：1435mm

單向能力：一般3000-31000人車輛：高地板車：0.9-1.0m

低地板車：0.3-0.35m

車體設計壽命：30年以上大修週期：8年/50000km。

車門開度[1300-1350]*1950mm126三、我國車輛標準廣州地鐵車輛車輛：21列126節列車編組6輛A(T)+B(M)+C(M)+C+B+A車輛寬度3米高度3.8米電壓1500VDC初始加速度1.0m/s²最大減速度1.3m/s²最大速度80km/h127車輛自重33T(A),36T(B,C)每節車每側設內插式車門5對淨開寬度1.4米額定載客：6人/米²----310人/節9人/米²----432人/節6節列車總長度：140米電機額定功率：190千瓦常用制動：再生制動緊急制動：電阻制動生產廠家：德國Adtranz公司平均價格：180萬美元128三、我國車輛標準上海地鐵車輛車鉤連接面間長度24140mm(拖車)22800mm(動車)；最大寬度：3000mm

軌頂面到車頂高度：3800mm

車鉤水準中心線到軌頂面高度：720mm

軸距：2500mm

軌距：1435mm

輪徑：840mm；

自重：32t(拖)38t(動)坐席數：62最大載客數：410人129最高速度：80km/h

起動平均加速度：0.9m/s2,(六節編組)1.0m/s2(八節編組)常用制動平均減速度：1.0m/s²

緊急制動平均減速度：1.3m/s²

軸重：14t

電網電壓：1500VDC+20%-30%

產地：德國平均價格：127萬美元全部車輛：96輛。130三、我國車輛標準上海ALSTON公司軌道交通車輛DC1500V，列車總長77.86m，車輛長度19.49m(Tc)，19.44(Mp)，車輛寬度2.6m，高度3.8m。地板高度1140mm，每側車門4；車門開度1.3m，列車座位172，載客能力836人(6人/米²)，1170人(9人/米²)。轉向架軸距2000mm，車輛定距12000mm，車輪直徑840mm。131最大速度：80km/h。平均起動加速度(0-30km/h)：0.8m/s²平均常用減速度(80-0km/h)：1.0m/s²平均緊急減速度(80-0km/h)：1.3m/s²過坡能力：3%曲線：正線140米站場線80米132三、我國車輛標準國產地鐵出口客車參數地鐵客車雙層客車硬座定員：46/190172軟座定員：40/180n.a.車體長度：1900025500寬度：26003105高度：37054750構造速度：80140輪徑：860915首臺年代：19981998133四、車輛段車輛段是城市軌道交通系統中對車輛進行運用管理、停放及維修保養的場所。一般地，一條線路可設一個車輛段；線路長度超過20km時，可以考慮設一個車輛段、一個停車場。車輛段主要承擔的任務有列車的運用及定期檢修作業。車輛修程可根據車輛的品質及管理水準確定，目前國內各城市的地鐵採用的修程基本上分四種，廠修、架修、定修、月修，但各城市所採用的檢修週期不同。如北京地鐵車輛達到90萬公里進行廠修，而上海地鐵車輛需達到100萬公里進行廠修。134四、車輛段車輛段的線路佈置車輛段的設計原則：(1)收發車順暢(2)停車檢修分區合理(3)用地佈置緊湊135車輛段一般可佈置成貫通式或盡頭式貫通式車輛段可以兩端分別收發車，能力較高，停車列檢庫一股道可以停3列車；盡端式車輛段停車列檢庫一股道可以停2列車。四、車輛段136貫通式車輛段佈置圖137138139140車輛段根據其佈局還可分為多層式與平面式兩種。多層式用地節省，但技術複雜，工程費用比較大。歐洲不少城市有採用這種方式的車輛段。我國北京的古城、八王墳和上海的新龍華均採用平面式。車輛段內需要設置的設備有列車運用車間、運轉值班室、信號樓等。為進行車輛作業，需要設置列車牽出線。車輛段的另一重要設備是列檢庫，列檢庫庫線一般應按運用列車數的30%設置。四、車輛段141第五節

信號與通信系統一、信號系統二、通信系統142概述軌道交通的通信系統是指揮列車運行、組織運輸生產及進行公務聯絡的重要手段。軌道交通的通信系統包括光纖數字傳輸系統、電話交換系統、閉路電視監控系統、無線通信系統及車站廣播系統等部分。信號系統的作用是確保行車安全，提高運輸效率、改善行車有關人員的勞動條件。143信號系統與行車密度有著密切關係，不同的行車密度應選擇不同的信號系統，以保證工程設計技術經濟合理，滿足運營要求。目前，軌道交通系統的信號設備可分為兩大類：傳統信號系統和現代信號系統。

一、信號系統

144（一）傳統信號系統

傳統信號系統是由信號、聯鎖、閉塞、機車信號與自動停車、調度集中等設備組成的。

145信號機有進出站信號機，道岔防護信號機、通過信號機、進出段信號機、調車信號機等。在採用了列車自動防護系統ATP的區段，可不設通過信號機，在採用列車自動控制系統ATC的情況下，車站可不設進出站信號機。

1．信號裝置146信號機應設在列車運行方向的右側，特殊情況也可設於左側。城市軌道交通採用色燈信號機，紅色表示停車；黃色表示限速或注意運行；綠色表示按規定速度運行；月白色表示允許調車。

1．信號裝置147目前聯鎖設備有繼電聯鎖和微機聯鎖。聯鎖設備的功能是排列進路、開放信號，保證道岔、信號和軌道區段間的聯鎖，監視列車運行和信號設備狀態。

2．聯鎖

148關於某特定股道上有無列車佔用的最簡單、有效的方法是採用軌道電路，軌道電路也是目前所有信號技術的基礎。

3．軌道電路

149軌道電路技術的選擇與發展主要有三個目標：（1）信號頻率的選擇要能夠避免牽引電流的干擾。（2）為實現列車的平穩行駛，減少維修工作量和事故發生率，要儘量消除分隔軌道電路的絕緣節；目前可採用音頻選頻方式以實現無絕緣節軌道電路。（3）要儘量增加軌道上的信號電流的資訊含量。

3．軌道電路

150閉塞是指軌道交通系統為保證列車按空間間隔安全運行的一種技術方法。城市鐵路系統大多採用自動閉塞。自動閉塞的基本功能是檢測區間佔用和關閉狀態，實現列車間隔控制，提供機車信號資訊。自動閉塞是將線路用軌道電路或其他的列車佔用檢測裝置劃分為若干閉塞分區，保證列車按照空間間隔制運行的一種技術方法。自動閉塞可分為固定自動閉塞、移動自動閉塞、雙向自動閉塞和單向自動閉塞。

4．自動閉塞

151基於地面信號的固定閉塞條件下，列車的位置資訊可以通過色燈信號顏色的顯示來判定。在快速軌道、地鐵與輕鐵系統中，列車速度較低，制動率大，制動距離較短，兩相位信號很常見。駕駛員一般可以在規定時間內辨別信號，在困難情況下，也可以設置復述信號。當列車速度更高、間隔更小時，可以採用三相位信號。它使得列車間隔更小，從而更有效地將行進信號與其前方的預告信號結合起來。

四顯示系統使列車可以從更高的速度開始減速，從而列車間隔可以更短。

4．自動閉塞

152傳統信號技術中的最新技術是移動閉塞，即兩列車間的空間允許距離根據線路條件、列車運行速度、控制性能等因素動態決定。這種方式可以顯著地縮短列車間的運行間隔，更有利於發揮線路的通過能力。

4．自動閉塞

153現代信號系統有以下6個基本目標：1．以安全的方式控制列車有條件地前進；2．使本列車與前行車或股道盡頭保持安全距離；3．防止出現列車衝突進路；4．使列車能夠按要求的時間間隔運行；5．使列車能夠按時刻表速度運行，以最大程度地避免危及安全的各種干擾；6．保證關鍵點鎖閉在正確位置。

（二）現代信號系統

154列車自動控制ATC系統的基本原理是對列車自動進行控制，使其速度不超過由地面信號設定的限制速度。（1）ATP—列車自動防護系統(AutomaticTrainProtection）（2）ATS—列車自動監督系統(AutomaticTrainSupervision)（3）ATO—列車自動操縱系統(AutomaticTrainOpration)

（二）現代信號系統

155列車自動防護（ATP,AutomaticTrainProtection）主要用於對列車駕駛進行防護，對與安全有關的設備或系統實行監控，實現列車間隔保護、超速防護等功能。

ATP的工作原理是：將資訊（包括來自聯鎖設備和操作層面上的資訊、地形資訊、前方目標點資訊和容許速度資訊等）不斷從地面傳至車上，從而得到列車當前容許的安全速度，依此來對列車實現速度監督及管理。1．列車自動防護156ATP子系統的功能包括：自動檢測列車的位置和實現列車間隔控制，以滿足規定的通過能力；連續監視列車的速度，實現超速防護，當列車實際速度大於允許速度時，施加常用制動，當列車速度大於最大安全速度時，施加緊急制動，保證列車不冒進前方列車佔用的區段。1．列車自動防護157列車自動操縱（ATO,AutomaticTrainOperation）

自動駕駛，主要用於實現“地對車控制”，即用地面資訊實現對列車驅動、制動的控制。由於使用ATO，列車可以經常處於最佳運行狀態，避免了不必要的、過於劇烈的加速和減速，因此可顯著提高旅客舒適度，提高列車准點率及減少輪軌磨損。通過與列車再生制動配合，還可以節約列車能耗。這裏，列車自動操縱（ATO）有時是為了避免與列車自動控制（ATC）混淆。

2．列車自動操縱158ATO的優點是可縮短列車間隔，提高了線路的利用率和行車的安全可靠性。ATO子系統的功能包括：控制列車在允許速度下運行，並自動調整列車的速度，列車在區間或站外停車後，一旦信號開放，即可自動啟動，系統控制列車到達月臺的最佳制動，使列車停於預定目標點，停站結束後，保證車門關閉後，列車能自動啟動；當列車到達折返站時，自動準備折返。

2．列車自動操縱159列車自動監視（ATS,AutomaticTrainSupervision）

主要是實現對列車運行的監督，輔助行車調度人員對全線列車運行進行管理。它可以顯示全線列車運行狀態，監督和記錄運行圖的執行情況，為行車調度人員的調度指揮和運行調整提供依據；如對列車偏離運行圖時及時做出反應，等。通過ATO介面，ATS還可以向旅客提供運行資訊通報，包括列車到達、出發時間，列車運行方向，中途停靠點資訊等。

3．列車自動監視160ATS子系統的功能包括：自動顯示列車車次、運行位置和信號設備工作狀態，自動或人工辦理進路；編