城市轨道交通概论.doc

一、 绪论
1、 世界和我国第一条地铁线路诞生于何时何地
世界：1863.1.10、英国伦敦、由帕丁顿到法灵顿，全长6KM
中国：1969.1、中国北京
2、 城市轨道交通的类型
按技术类型分类：市郊铁路、地铁、轻轨、有轨电车、单轨系统、自动导向系统、磁浮交通、其他
3、 地铁和轻轨的定义（区别）
地铁：国际隧道协会将地铁定义为轴重较重、单方向输送能力在3万人次以上的城市轨道交通系统，它可以修建在地下或采用高架的方式。 地铁多用于超大城市或特大城市市区内部高密度地区间的交通出行，运营速度一般为35～40km/h，而最大车速一般可达80km/h，最小发车时间间隔为2min。就容量指标而言，地铁系统均可达到单向高峰小时断面流量3万人次以上，属于大容量、高容量的快速轨道交通系统。
轻轨：是指轴重相对较轻，单方向输送能力在1.5～3.0万人次/h的一种中等运量的城市轨道交通系统。在我国，根据我国《城市快速轨道交通工程项目建设标准》，用轻轨来命名中运量的城市轨道交通系统（包括地面和高架线路）。轻轨系统一般采用C型车。而欧洲所说的“轻轨”，一般是特指现代有轨电车交通。
4、 单轨系统的类型
单轨交通（Monorail Transit），又称独轨交通，是指以单一轨梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通。通常区分为跨座式和悬挂式两种，跨座式是车辆跨坐在轨道梁上行驶，悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶。
5、 单轨系统的特点
独轨铁路一般使用道路上部空间，故土地占用较少。大多数独轨系统采用橡胶轮胎，可以适应急转弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。同时，独轨系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。
6、 磁浮交通的技术类型
超导：以日本技术（MLX型）为代表；常导：以技术（TR型）为代表
二、 线网规划
1、 城市轨道交通的功能（基础性功能和先导性功能）
基础性功能是指轨道交通应当为城市经济发展服务缓解城市交通压力、减少出行时间、解决交通拥堵。先导性功能是指轨道交通对城市土地利用、产业布局和空间结构的引导和反馈表现为促进城市经济发展、引导城市空间结构优化、改善城市生态环境等方面。
2、 轨道交通线网规划的主要原则
线网布设要与城市主客流方向一致、规划线路要尽量沿道路主干道布设、规划线路要尽量经过或靠近大型客流集散点、线网规划要考虑资源共享
3、 线网规划的主要内容
背景资料的调查、线网构架的研究、实施规划的研究
（Ⅰ）背景资料的调查：主要是对城市的人文背景和自然背景进行研究，主要研究依据是城市总体规划和综合交通规划等。具体的研究内容包括城市现状与发展规划、城市交通现状和规划、城市工程地质分析、城市文物古迹的分布情况、既有铁路利用分析和建设必要性论证等。
（Ⅱ）线网构架的研究：线网构架研究是线网规划的核心，通过多规模控制-方案构思-评价-优化的研究过程，规划较优的方案。这部分研究的内容主要包括：合理规模研究、线网方案的构思、线网方案客流测试、线网方案的综合评价。
（Ⅲ）实施规划的研究：实施规划是轨道交通规划可操作性的关键，集中体现了轨道交通的专业性，主要研究内容是工程条件、建设顺序、附属设施规划。具体内容包括车辆段及其他基地的选址与规模研究、线路敷设方式及主要换乘节点方案研究、修建顺序规划研究、轨道交通线网的运营规划、联络线分布研究、轨道交通线网与城市的协调发展及环境要求、轨道交通和地面交通的衔接等。
4、 客流预测的四阶段法
交通规划变成了交通发生、交通分布、交通方式划分和交通分配四个步骤，这就是交通规划的四阶段法（也叫四步法）理论。
1）出行生成：包含出行产生及出行吸引。出行产生分为两类，一是由家出行家庭一端为产生点，二是非由家出行的起始点。出行吸引为由家出行非家庭一端端点及非由家出行的终点。
2）出行分布：指交通小区A分配到交通小区B、C、D...等各小区流量。
3）方式划分：指交通小区A至B小区出行过程中，各种交通方式（包括公交、小汽车、自行车、步行等）所承担的比例。
4）交通分配：将各种出行方式分配到路网的过程，即各等级道路分配到的交通流量。
5、 常见的线网结构形态及对城市发展的影响
无环放射结构形态、网格结构形态、有环放射结构形态、有环网格结构形态、组合结构形态
6、 线网规模的计算方法
（1）、按交通需求推算线网规模：
L= Q •α • β/γ
其中： L ——线网长度（km）；
Q ——城市出行总量
α——公交出行比例；
β——轨道交通出行占公交出行的比例；
γ——轨道交通线路负荷强度（万人次/公里·日）。
（2）、按线网服务覆盖面推算线网规模
L= S •m1或L=P.m1
其中： L 为线网长度（km）；S为城市建成区面积(km2)； m1为线网密度（km/km2）；P为城市规划区总人口数，万人。
三、 线路工程
1、 线路敷设的形式
地下线：主要在交通繁忙路段和市区内繁华地段采用;
高架线：一般在市区外那建筑稀少及空间开阔的地段采用；
地面线：主要在较空旷的地带、道路和建筑稀少的地段采用
敞开式线路：由地下线过渡为地面线或高架线时的一种过渡形式
2、 站间距的设置及其影响因素
一般在城市中心区宜为1km左右，在城市外围区应根据具体情况适当加大车站间的距离（一般不宜大于2km）。世界上站间距有两种趋向： 小站间距，1km左右，以香港为代表； 大站间距，1.6km左右，以莫斯科为代表。
站间距与工程造价之间的关系：站间距越小，车站数量越多，轨道交通的造价越贵
站间距与运营费用之间的关系：地铁运营速度约与站间距的平方根成正比。站间距离缩短地降低运营速度，增加线路上运营的列车对数，还会因频繁地起停车而增加电能消耗、轮轨磨耗，从而增加运营成本。
站间距与乘客出行时间之间的关系：站间距少，短程乘客多；站间距大，远程乘客多。
3、 线路平面设计的主要技术要素
（1）、圆曲线长度：从改善瞭望条件、较少行车阻力和养护维修来看，短则有利，但最短不能小于车辆的全轴距。正线及辅助线的圆曲线最小长度，A型车不宜小于25m，B型车不小于20m，在困难情况下不得小于一个车辆的全轴距。
（2）、圆曲线半径：线路最小圆曲线半径与线路性质、车辆性能、行车速度、地形地物等条件有关，是城市轨道交通的主要技术标准之一。其选定是否合理，将对城市轨道交通的工程造价、运行速度、养护维修产生很大影响。影响最小圆曲线半径的因素有：列车运行安全及乘客舒适、钢轨磨耗、养护维修。
（3）、缓和曲线：轨道交通线路的直线段曲率半径ρ=∞，圆曲线段曲率半径ρ=R，需要有一种曲线能满足曲率变化的要求。线路平面圆曲线与直线之间应根据曲线半径、超高设置及设计速度等因素设置缓和曲线，其长度按照相关规范确定。
缓和曲线的线形主要有放射螺旋型和三次抛物线型，常用的是三次抛物线型。
其方程为：
（4）、夹直线（是指相邻曲线两端间的直线）：正线及辅助线上两相邻曲线间的夹直线长度，A型车不宜小于25m，B型车不宜小于20m，在困难情况下不得小于一个车辆的全轴距，车场上夹直线长度不得小于3m。
（5）、曲线轨距加宽：加宽轨距是指将曲线轨道的内轨向曲线中心方向移动，并在缓和曲线长度范围内完成，曲线外轨位置保持不变。
（6）、曲线超高：超高即把曲线外轨适当抬高，借助车辆重力的水平分力以平衡离心力，从而达到内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，使旅客不因离心加速度的存在感到不舒适，以及提高线路横向稳定性，保证行车安全。计算公式. h=11.8*V2/R 【h——外轨超高量；V——通过曲线时的列车速度(km／h)； R——曲线半径(m)。】
（7）、线路直线段参数：轨距、标准轨（1435mm）、窄轨、游间、（水平、前后高低、方向、轨底坡）
4、 线路纵断面设计的主要技术要素
轨道交通线路纵断面设计的主要技术要素有坡度、坡段长度及坡段连接。
坡度：最大纵坡（正线的最大坡度不宜大于30‰，困难地段可采用35‰,高架轻轨线正线的限制坡度为60‰。）最小纵坡（隧道内的最小坡度主要为了满足纵向排水需要，隧道内线路坡度一般不小于3‰。）、车站纵坡。
坡段长度：两个坡段的连接点，称为变坡点。一个坡段两端变坡点之间的水平距离称为坡段长度。线路坡段长度不宜小于列车计算长度。
坡度连接：为了缓和变坡度的急剧变化，使列车通过变坡点时产生的附加加速度不超过允许值，相邻坡度差等于或大于2‰时，应设竖曲线。竖曲线有圆曲线和抛物线两种。抛物线曲率渐变，更适宜于列车运行，但铺设和养护工作复杂。我国城市轨道交通线路路基基本上采用圆曲线。
5、 轨距加宽、超高的定义
加宽轨距是指将曲线轨道的内轨向曲线中心方向移动，并在缓和曲线长度范围内完成，曲线外轨位置保持不变。
超高即把曲线外轨适当抬高，借助车辆重力的水平分力以平衡离心力，从而达到内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，使旅客不因离心加速度的存在感到不舒适，以及提高线路横向稳定性，保证行车安全。
6、限界的定义和类型
定义：限界是指列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。
类型：车辆限界：是车辆在正常运行状态下的一条最大动态包络线。
设备限界：是一条用以限制设备安装侵入的界线。
建筑限界：是考虑设备和管线安装尺寸后的最小有效断面。
四、 轨道结构
1、 轨道结构的组成
钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔和防爬器、轨距拉杆及其他附属设备等组成
2、 钢轨磨耗的种类
垂直磨耗：在直线和曲线上都存在垂直磨耗；它与作用在钢轨上的垂直压力、轮轨之间的滑动摩擦有关，他随着通过质量的增加而增大；当超过允许的垂直磨耗量，钢轨必须更换；正常情况下垂直磨耗是确定钢轨使用寿命的重要依据。
侧面磨耗：侧面磨耗发生在曲线的外股钢轨上；伴随曲线外轨侧磨的同时，在曲线内轨上出现压溃、轨头压偏和宽度增加等现象。减少侧磨的措施包括：采用径向转向架；采用耐磨轨（如高硅轨，淬火轨等）；合理设置超高、轨距和轨底坡；曲线润滑等。
波形磨耗：波形磨耗是指钢轨顶面或侧面上呈波浪形的不均匀磨损或塑性变形；波形磨耗依据其坡长可分为短波磨耗和长波磨耗
3、 道岔的构成
转辙部分：由两根基本轨、两根尖轨、各种转接零件和道岔转辙机构成。基本作用是引导车轮从一线进入另一线。种类包括手动转辙机和自动转辙机；必具备三种功能：转换、锁闭、显示。
辙叉及护轨：由心轨、翼轨、护轨和连接零件组成。基本作用是使车轮从一股钢轨越过另一股钢轨。
连接部分：连接转辙器和辙叉的轨道，包括直股连接线和曲股连接线
4、 有害空间的定义
从辙叉咽喉至心轨实际尖端之间的轨线中断的距离。道岔号数越大，辙叉角超小，有害空间越大。
5、 无缝线路的定义
无缝线路是指将标准长度的钢轨焊接起来而没有轨缝的线路。书P118-120
五、 车站建筑
1、 轨道交通车站的分类及其特点
按车站的空间位置分类：地面车站、高架车站、地下车站
按运营性质分类：中间站（仅供上下车）、换乘站、中间折返站（区域站）（能使列车在站内折返或停车有尽端折返设备的中间站）、越行站、接轨站（位于轨道交通线路分岔处的车站，可以在两个方向上接车和发车）、终点站（位于线路起、终点处的车站。终点站除了供乘客上下车外，还用于列车折返及停留。因此一般设有多股停车线，还可将线路延长作为中间站或区域站使用）
按站台类型分类：岛式站台、侧式站台、岛侧混合式站台
岛式车站——站台位于上、下行行车线路之间，这种站台布置形式称为岛式站台。具有岛式站台的车站称为岛式站台车站（简称岛式车站）。
侧式车站——站台位于上、下行行车线路的两侧，这种站台布置形式称为侧式站台。具有侧式站台的车站称为侧式站台车站（简称侧式车站）。
2、 岛式站台与侧式站台的比较
岛式站台的面积利用率高，能灵活调剂客流；对岛式站台而言，行车控制都集中在同一站台，运营管理比较方便；岛式站台方便乘客搭错更改方向，不用通过楼梯或地道换到另一侧站台；侧式站台上下行乘客可避免相互干扰；区间线和站线间不设喇叭口，造价低，改建容易。
3、 轨道交通车站的换乘类型
结点换乘： 结点换乘是指两线交叉处，将两线隧道重叠部分的结构做成整体的结点，并采用楼梯将两座车站站台连通，乘客通过该楼梯进行换乘。结点换乘方式根据两线车站的交叉位置，分为：十字形换乘、T形换乘、L形换乘
站厅换乘： 站厅换乘是指乘客由一个车站的站台通过楼梯或自动扶梯经过另一个车站的站厅或两站的共用站厅到达另一个车站站台的换乘方式。无论是出站还是换乘都必须经过站厅。
通道换乘： 在两线交叉处，车站结构完全分开，当车站站台相距稍远或者受地形限制不能直接通过站厅进行换乘时，在两个车站之间设置单独的连接通道和楼梯，供乘客换乘的行驶。连接通道一般设于两站的站厅之间，也可以从站台上直接设置。
同站台换乘：同站台换乘是指乘客通过同一站台或者相距很近的两个平行站台实现转线换乘，乘客主要走到车站站台的另一边即可换乘另一条线路的列车。
同站台换乘的基本布局包括：同一平面布置、不同平面布置
站外换乘
六、 车辆结构
1、 轨道交通车辆的组成
车体、转向架、牵引缓冲连接装置、制动装置、受流装置、车辆内部设备、车辆电气系统
2、 车辆构造速度、车辆定距的定义
车辆构造速度：指车辆设计时按安全及结构强度等条件所允许车辆可行驶的最高行驶速度，实际行驶速度不超过车辆构造速度。
车辆定距：车辆两相邻转向架中心之间的距离
3、 转向架的定义
转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。相对车体可自由回转，使较长的车辆能自由通过小半径曲线。
4、 转向架的构成
轮对、轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、构架、制动装置牵引电机与齿轮变速传动装置、转向架支承车体装置
5、 转向架支承车体的方式
心盘集中承载、旁承承载、心盘部分承载 （书P175）
6、 轨道交通车辆的制动类型
按电动车组动能转移方式分类
摩擦制动方式，即动能通过摩擦副的摩擦转变为热能，然后消散于大气。常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动、盘形制动、轨道电磁制动等。
动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。常用的动力制动形式主要有电阻制动、再生制动等。
按制动力获取方式分类：黏着制动、非黏着制动
按制动源动力分类：空气制动、电气制动
七、 电力牵引
1、 轨道交通车辆电力牵引系统按照驱动电机不同划分的类型
直流电力牵引系统、交流电力牵引系统
2、 直流电机的组成
定子和转子组成
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作为电机的机械支撑
转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从而实现机电能量转换的主要部件；转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一个空气隙
3、 直流牵引电机调速的基本形式
调压法：变阻控制（调节电阻的方法又可分为两类，即采用有触点组合式凸轮开关调阻和无触点斩波调阻）；斩波调压
调节主极磁通（串励电动机磁场削弱法——短路匝数法、分路电流法）
4、 直流牵引电机的电气制动类型
电阻制动和再生制动
八、 供电系统
1、 城市轨道交通供电系统根据用电性质划分类型
根据用电性质的不同，城市轨道交通供电系统可以分为为牵引电力机车供电的牵引供电系统和为动力、照明及其其他用电设备供电的降压供电系统。
2、 牵引供电系统的组成
牵引供电系统由牵引变电所、牵引网和电分段组成，牵引网由馈电线、接触网、轨道回路（钢轨）及回流线组成的供电网络组成。在城市轨道交通牵引供电系统中，电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨、回流线流回牵引变电所。
3、 接触网的类型
接触网分为架空式接触网和接触轨(也称第三轨)式接触网。接触轨式接触网（分上接触式、下接触式 、侧面接触式 ）仅用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨，架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。架空接触网可分为地面架空式和隧道架空式两种
4、 迷流的定义
迷流，又称地下杂散电流。在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所，而是有一部分由钢轨流入大地，再由大地流回钢轨并回到牵引变电所。这就是迷流。
其防护主要按照“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。
九、 通信系统
1、 轨道交通通信系统的组成
通信传输子系统、无线通信子系统、公务电话子系统、图像监控子系统、广播子系统、时钟子系统、电源子系统、乘客导乘及信息服务子系统。
2、 通信传输子系统中常用的网络传输技术
网络传输技术主要有SDH、ATM、OTN和宽带IP技术。
十、 信号系统
1、 轨道交通信号系统的作用
1）确保列车运行的安全，防止追尾和冲突；
2）提高运行效率（在保证安全的前提下，缩短行车间隔）；
3）实现列车运行的自动化
2、 轨道电路的定义及工作状态
3、 轨道电路是利用线路上两条钢轨作为导线，在这段线路分界处，用钢轨绝缘隔断，一端接上电源，称为供电源；另一端接上轨道继电器，称为受电端，这样构成的电路称为轨道电路。
4、 进路、闭塞、联锁的定义
进路：列车在车站内（或车辆基地等部门）运行的路径。
按作业性质分：列车进路和调车进路。列车进路有接车进路、发车进路、通过进路；调车进路有调车接车方向进路、调车发车方向进路
联锁：是指为保证行车安全，而将轨道交通车站中的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、联合控制的连带环扣关系。
闭塞是指轨道交通系统为保证列车按空间间隔安全运行的一种技术方法。城市轨道交通系统大多采用自动闭塞。
5、 自动闭塞的类型及其特点
固定闭塞方式：是指基于轨道电路的自动闭塞方式，在这种方式中闭塞分区一旦划定将固定不变。移动闭塞方式：指不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而采用移动通信、地面交叉感应电缆、应答器等媒体向列控车载设备传递信息，实现自动闭塞。
准移动闭塞方式：是介于上述两类方式之间的自动闭塞方式，是基于报文式轨道电路的自动闭塞方式。
6、 车站联锁系统的种类
电锁器联锁、继电联锁、计算机联锁（微机联锁）
6、城市轨道交通信号系统（ATC）的组成及其功能
组成：列车自动防护子系统（ATP）、列车自动运行子系统 (ATO)、列车自动监控子系统（ATS）
功能：列车间隔自动保护、列车速度自动保护、提供无人驾驶的列车自动折返、自动排列进路、能对列车运行图进行优化并对新的运营要求及时反应。
十一、 运营管理
1. 城市轨道交通运营管理工作的内容
行车管理、站务管理、票务管理、设备运营管理
2. 运输计划的内容
包括行车计划、列车运行交路、列车停站设计和车辆运用计划等。
3. 全日行车计划的定义及编制方法
全日行车计划是营业时间内每小时开行的列车对数计划，它规定了城市轨道交通线路的晶常运输任务，它是编制列车运行图，计算运输工作量和确定车辆运用的基础数据。全日行车计划编制的基础是客流计划。
编制方法：书P277
4. 车辆运用计划的定义及编制方法
在一定类型的设备和行车组织方法条件下，未完成一定的运输任务而必须保有的车辆。车辆保有数包括运用车辆数、检修车和备用车辆数。
编制方法：书P277
5. 列车折返的类型
列车折返分为站前折返和站后折返
6. 列车交路计划的定义
列车交路计划是根据运营组织的要求及运营条件的变化按运行图或由调度指挥列车按规定区间运行、折返的列车运行计划。
7. 列车交路的类型及其特点
①长交路：列车在线路的两个终点站间运行。
②短交路：列车在线路的某一个区段内运行，在指定的车站上折返。
③长短交路：列车在线路上运行，既能够在两个终点站间折返，也能在某一中间站折返
8. 列车运行图的含义
又称时距图，表示列车运行的计划，用图解表示列车时刻；列车运行图是运用坐标原理来表示列车运行的一种图解形式。
横坐标：表示时间变量
纵坐标：车站——其具体位置将通过中心线来确定。
垂直线：一族平行的等分线，表示时间等分段。
水平线：一族平行的不等分线，表示车站的中心线。
斜线：列车运行的轨迹线。
车次：用不同的列车运行线条和车次表示不同种类的列车。