城市軌道交通系統(tǒng)高架線綜述

1、1 城市軌道交通系統(tǒng)高架線綜述城市軌道交通系統(tǒng)按線路敷設(shè)方式劃分，可以分為地下線、地面線和高架線。高架線是軌道交通的一種重要形式，發(fā)展至今已得到人們的認(rèn)可。1.1 高架線簡介1）高架線定義高架線即軌道交通車輛運(yùn)行在連續(xù)的、帶狀的高架橋上的軌道交通系統(tǒng)。圖 11 高架線2）高架線組成高架線包括高架區(qū)間和高架車站兩部分，是永久城市建筑。其中，高架車站又分為站廳層、站臺(tái)層、出入口等部分，高架區(qū)間則由上部結(jié)構(gòu)（橋面系、梁）和下部結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)、墩柱）組成。3）高架線要求高架線除必須滿足安全、經(jīng)濟(jì)、使用功能、施工便捷、養(yǎng)護(hù)維修方便等要求外，還需滿足一些特殊要求：高架線要與城市景觀相協(xié)調(diào)，并盡量降低列車運(yùn)行產(chǎn)

2、生的振動(dòng)噪音對(duì)沿線居民的影響。（原來的兩幅高架站圖片都太難看了，臺(tái)灣那張甚至看不出是高架站來）1.2 高架線的優(yōu)勢及存在的問題高架線的優(yōu)勢顯著，可以節(jié)約大量的建設(shè)投資，避免不良地質(zhì)的影響，但也存在振動(dòng)、噪聲、景觀等問題。下面就對(duì)高架線路的優(yōu)勢及存在的問題進(jìn)行詳細(xì)分析。1.2.1 高架線的優(yōu)勢1）建設(shè)成本低城市軌道交通的建設(shè)費(fèi)用耗資巨大，尤其是地下部分，工程復(fù)雜、工程量大，投資較高。相對(duì)地下線的巨額建設(shè)費(fèi)用，高架線的工程建設(shè)成本較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)，地下線路和高架線路的土建工程造價(jià)之比一般約為6:2.5。2）建設(shè)速度快由于高架線是在地面上建設(shè)，建設(shè)條件好，工程量小，加之承重梁等主體構(gòu)件可以工廠模塊化建造

3、，因此同漫長的地下隧道施工相比，其建造速度要快得多，據(jù)初步估算，在拆遷不制約工程實(shí)施的前提下，高架線比地下線節(jié)省約一半的工程建設(shè)時(shí)間，更適應(yīng)大城市發(fā)展的迫切需要。3）運(yùn)營費(fèi)用低由于位于地上，高架線在通風(fēng)、晝間照明、排水提升設(shè)備等方面，可節(jié)省大量的能源和運(yùn)營維修管理費(fèi)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于同一種軌道交通制式，一座高架車站的運(yùn)營費(fèi)用較地下車站節(jié)省約700萬元/年。選擇高架線對(duì)于減輕運(yùn)營財(cái)政補(bǔ)貼、實(shí)現(xiàn)軌道交通的可持續(xù)發(fā)展是非常有利的。4）工程風(fēng)險(xiǎn)小在工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)和難度工程事故率方面，地下線與高架線的比例一般情況下約為25:1，高架線遠(yuǎn)比地下線安全國內(nèi)軌道交通高架線發(fā)展現(xiàn)狀及U型梁系統(tǒng)應(yīng)用前景Z.。5）救援

4、難度低由于高架線路位于地面上，空間開敞、視線通透，列車與乘客發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)在周圍看得見、聽的清，易于向外界求助，可以大大降低救援難度。6）乘客觀感好高架線乘客視野比較開闊，是旅游者瀏覽城郊風(fēng)光的一種理想交通工具，乘客憑窗眺望沿途景色，令人賞心悅目。好的高架線區(qū)間和車站的設(shè)計(jì)與城市景觀融為一體，體現(xiàn)城市的精神文化風(fēng)貌，并能成為城市中流動(dòng)的風(fēng)景線。圖 12 高架線路作為城市風(fēng)景線1.2.2 高架線存在的問題與地下線相比，城市軌道交通高架線的優(yōu)點(diǎn)是被大家普遍認(rèn)可的，但不可否認(rèn)它也存在以下一些問題：1）振動(dòng)噪聲影響對(duì)于線路周邊的居民而言，高架線的噪聲直接傳播到外部空間中，直接干擾了正常生活起居、工作、學(xué)習(xí)

5、，降低了生活質(zhì)量，長時(shí)間處于噪聲環(huán)境，會(huì)影響人的心情，還可能對(duì)聽力造成傷害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. 。列車行駛時(shí)輪軌之間的顫動(dòng)將引起軌道振動(dòng)，對(duì)沿線的居民及建（構(gòu)）筑物影響較大。振動(dòng)還會(huì)影響居民的睡眠、聽力、心理健康，干擾語言通訊等，影響振動(dòng)的因素很多，且具有隨機(jī)性，是一個(gè)比較復(fù)雜的問題鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院.高

6、架段環(huán)境保護(hù)與減振降噪綜合措施研究R.成都:鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院,2005.。（振動(dòng)引起結(jié)構(gòu)變形、安全這個(gè)說得太嚴(yán)重了，目前也沒聽說過高架線運(yùn)營振動(dòng)引起周邊建筑物結(jié)構(gòu)變形的事例，建議取消）2）電磁輻射影響城市軌道交通的電磁輻射源是電氣化鐵路的電氣設(shè)備、電氣鐵道的點(diǎn)火系統(tǒng)、電機(jī)和整流裝置的弧光放電所產(chǎn)生的輻射源，以及無線電通訊設(shè)備所產(chǎn)生的輻射。據(jù)國內(nèi)廣州、上海、北京等地的測試結(jié)果，軌道交通系統(tǒng)的電磁輻射不會(huì)對(duì)人體造成危害，它對(duì)電子通訊設(shè)備的可能瞬間干擾僅在較低的頻段，對(duì)超短波以上的頻段基本上無影響，也就是對(duì)一般的機(jī)電設(shè)備是不會(huì)造成影響的，但是若線路經(jīng)過機(jī)場附近時(shí)（例如北京機(jī)場線），須另外考慮滿足機(jī)

7、場導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁環(huán)境的特殊要求謝理,鄧毛穎.城市快速軌道交通高架線對(duì)環(huán)境景觀的影響研究_以廣州市地鐵二號(hào)線為例J.人文地理,2000,(5):14-18。3）廢氣影響城市軌道交通對(duì)環(huán)境的廢氣影響主要有兩個(gè)方面，一方面是列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的灰塵及金屬粉塵等的直接影響，另一方面是城市軌道高架線路對(duì)地面汽車尾氣擴(kuò)散產(chǎn)生的影響。列車運(yùn)行時(shí)的直接影響比一般城市道路的影響要小得多，因?yàn)樗淮嬖谖矚馀欧诺膯栴}，其產(chǎn)生的粉塵可通過在軌道沿線周圍種植一些植物來吸附。至于高架線對(duì)地面汽車尾氣擴(kuò)散的影響，與高架道路是一致的謝理,鄧毛穎.城市快速軌道交通高架線對(duì)環(huán)境景觀的影響研究_以廣州市地鐵二號(hào)線為例J.人文地理,20

8、00,(5):14-18。（軌道交通無尾氣排放，對(duì)地面尾氣擴(kuò)散，與高架道路是一致的，高架道路對(duì)尾氣是什么影響？說不太清楚，本段建議刪除）4）景觀影響高架線位于地面以上，體量較大、帶狀連續(xù)且長期存在，是城市景觀的重要組成部分。若細(xì)節(jié)處理不當(dāng)，則會(huì)造成空間、色彩與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)，空間壓抑，景觀較差。高架線的景觀包括動(dòng)態(tài)景觀和靜態(tài)景觀，見下圖：圖 13 高架線景觀問題技術(shù)分析圖1.3 高架線發(fā)展歷程高架線的發(fā)展經(jīng)歷了從無到有、從點(diǎn)到面，從熱衷修建到冷靜對(duì)待甚至拆除既有線路的過程，現(xiàn)階段由于技術(shù)的發(fā)展又開始重新修建。高架線20世紀(jì)80年代處于起步階段，80年代到2000年是穩(wěn)步發(fā)展期，2000年到現(xiàn)在

9、是高速發(fā)展期。每個(gè)階段高架線的形態(tài)都不盡相同，早期高架橋采用的是簡支梁，車站形式是單層、站橋分離式，現(xiàn)階段部分線路采用U型梁、站橋合一等形式。1.3.1 國外高架線發(fā)展據(jù)07年統(tǒng)計(jì)，全世界491條城市軌道交通線路總長7016km，其中高架及地面線路為4248km，占61%。主要國家中英國高架及地面線路占62.7%，法國占18.5%，德國占66.6%，俄羅斯占48.9%，美國占73.2%，日本占37.9%，這些都是發(fā)展軌道交通較早的國家。而印度、菲律賓、突尼斯、埃及這些第三世界的國家，高架及地面線路更是在90%以上城市軌道交通的工程經(jīng)濟(jì)意義與路網(wǎng)規(guī)劃.EP/OL2007.08.27. 。世界上最

10、早的高架鐵路是英國在倫敦市區(qū)修建的旱橋式高架鐵路。1836年，格林威治至倫敦的鐵路動(dòng)工修建，線路穿過市區(qū)，涉及許多住宅和庭院的拆遷。英國議會(huì)規(guī)定，不允許鐵路與公路在市內(nèi)平面交叉。為了提高車速、減少車禍、降低污染，鐵路部門想出了鐵路向空中發(fā)展的方案，建成一條長6公里的旱橋式高架鐵路，這是世界高架鐵路的雛形全球最早的高架鐵路.廣東交通。1868年，美國首次在紐約市的街道上架起鋼架結(jié)構(gòu)立柱，再在上面搭橋建鐵路，形成路上之橋、橋上之路。這是世界上最早修建的鋼結(jié)構(gòu)立柱式高架鐵路。此后，美國的波士頓、費(fèi)城和芝加哥等城市也相繼興建，但由于這種高架鐵路噪音和振動(dòng)都比較大，影響周圍環(huán)境的安寧，噪音導(dǎo)致民眾怨聲不

11、斷，除保留少量郊區(qū)線路作為以后興建地鐵的延伸線外，其它陸續(xù)予以拆除，于是鋼筋混凝土高架橋便在城市中應(yīng)運(yùn)而生。圖 14 芝加哥地鐵20世紀(jì)60年代后國外發(fā)達(dá)國家的城市道路擁擠，汽車污染和能源危機(jī)等情況越來越嚴(yán)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.，為了既提高車速，又充分利用城市有限的土地

12、，減少地面建筑物的拆遷，盡可能降低成本，人們想到了建造高架鐵路線 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世紀(jì)60年代到90年代，英國大多數(shù)有衛(wèi)星城鎮(zhèn)的大都市考慮在交通擁堵的主要交通走廊上投資建設(shè)高架線，主要是因?yàn)楦呒芫€路與地下線和市郊鐵路相比具有造價(jià)低廉的優(yōu)勢，與巴士相比具有運(yùn)量大、效

13、率高的優(yōu)勢。這些線路大部分建在被隔離的區(qū)域或由鐵路線路改造而成的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 Blackwe

14、ll Publishing, Oxford, 2003. 135157.。隨著高架線減振降噪技術(shù)的成熟，又開始繼續(xù)修建高架線。紐約地鐵現(xiàn)有地鐵線路31條，總長443.2km，設(shè)車站504座，居世界首位。其中地上線路約占44，絕大部分為高架線。德國地鐵已有100年的歷史。最初德國地鐵是以城市高架鐵路的形式出現(xiàn)，隨著這種快速有軌交通工具的推廣，居民們對(duì)它造成的城市噪音污染越來越不滿，于是開始轉(zhuǎn)入地下。不過即使是現(xiàn)在，德國的地鐵也并不完全在地下運(yùn)行。地鐵在城區(qū)交通繁忙地段進(jìn)入地下行駛，在有條件的地方則鉆出地面運(yùn)行，這種因地制宜的靈活性，使德國城市鐵路得到了迅速發(fā)展，并為解決城市交通問題發(fā)揮了關(guān)鍵作用

15、德國地鐵,EP/OL2011.6.2. .。新加坡地鐵始建于1987年，是目前世界上最為發(fā)達(dá)、高效的公共交通系統(tǒng)之一。目前新加坡地鐵系統(tǒng)包含5條線路。南北線線路長度為44km，地上區(qū)間的比例為75.91%；東西線長度為49.2km，地上區(qū)間的比例為86.37%；東北線和兩條環(huán)線均為地下線。中區(qū)內(nèi)全部采用地下線，中區(qū)外多為地面線和高架線。圖 15 新加坡地鐵東西線車站1.3.2 我國高架線發(fā)展80年代初，隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市之間的交通問題日益凸顯出來，由于地方財(cái)政能力不足和建設(shè)軌道交通的需求，高架線路的建設(shè)被提出宋敏華,建設(shè)環(huán)境友好型的城市軌道交通Z. 2007.。我國第一條城市軌道交通高

16、架線是上海明珠線，于2000年12月26日正式通車。該線路位于上海市的中心區(qū)內(nèi)，是利用既有國鐵走廊改建而成。圖 16 上海明珠線隨后，上海、廣州、天津、重慶、武漢、北京等地相繼建成一批軌道交通高架線路，高架線路迎來快速發(fā)展時(shí)期： 上海軌道交通5號(hào)線全長17.206km，除起點(diǎn)段的410m為地面線外，其余均為高架線路，于2000年8月8日開工建設(shè)，并于2002年12月28日基本建成，2003年11月25日正式投入試運(yùn)營中國城市軌道交通年度報(bào)告課題組.中國城市軌道交通年度報(bào)告2010M.北京:北京交通大學(xué)出版社,2011,12-20.。廣州地鐵1號(hào)線中坑口西郎段是廣州第一次采用高架線路，于1997

17、年6月28日開通，1999年6月28日全線正式開通。（前面說我國第一條高架線是上海的明珠線，是2000年12月建成通車的，廣州的這條線比明珠線更早？）天津地鐵9號(hào)線（津?yàn)I輕軌）始建于2001年1月18日，一期工程?hào)|段于2003年9月30日建成通車，2004年3月28日開始運(yùn)營。全長45.409km，其中高架線39.915km，地面線為5.494km。重慶軌道交通2號(hào)線（輕軌2號(hào)線）線路全長18.58km，高架線路長16.08km，2006年7月1日全線貫通并投入運(yùn)營。南京地鐵2號(hào)線東延伸段線路全長13.5km，地面線1.2km，高架線11.4km，其中高架線約占全長的84%，并首次使用國產(chǎn)的U

18、型梁，該線路于2007年10月7日動(dòng)工，2010年5月28日開始正式全線通車。深圳地鐵3號(hào)線一期工程正線全長32.859km，高架線長21.727km，地面線長2.599km，2010年12月28日地鐵3號(hào)線高架線段開通運(yùn)營。北京八通線線路全長為17.22km，其中地面線4.8km，占全線的27.9%，高架線12.42km，占線路全長的72.1%。上述高架線的快速修建支撐了城市化進(jìn)程中對(duì)交通的迫切需求，帶動(dòng)了軌道交通沿線的快速發(fā)展。但由于那時(shí)的規(guī)劃建設(shè)更為注重交通功能，而對(duì)環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)有一定不足，高架線建成后帶來了振動(dòng)、噪音、景觀等新問題，對(duì)高架線的應(yīng)用造成了一定的負(fù)面影響，高架線建設(shè)一度進(jìn)

19、入停滯期。近年來，隨著城市的進(jìn)一步快速發(fā)展，城市的空間布局、發(fā)展模式更為清晰和合理，各城市突破了原來的攤大餅式發(fā)展，更加注重城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、中心城區(qū)與外圍組團(tuán)的均衡發(fā)展，在此種城市發(fā)展模式下，若全部采用地下線，造價(jià)太高，工期也較長。此時(shí)高架線的建設(shè)成本低、建設(shè)速度快等優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯，加之近年來對(duì)振動(dòng)、噪聲、景觀的認(rèn)識(shí)也更為深刻，相關(guān)問題得到解決。高架線又迎來了蓬勃發(fā)展時(shí)期。下面以北京市的軌道交通系統(tǒng)為例分析高架線敷設(shè)方式的發(fā)展變化。1、2號(hào)線均為地下線13號(hào)線、八通線以高架線為主，局部地面線5號(hào)線部分高架，部分地下，10號(hào)線全地下，4號(hào)線全地下機(jī)場線部分地下，高架為主昌平線、房山線、15號(hào)線以高架線

20、為主9號(hào)線全地下線、8號(hào)線全地下線。正在建設(shè)的14號(hào)線以地下為主，7號(hào)線全地下線。表 11 北京已開通地鐵敷設(shè)方式統(tǒng)計(jì)表線路線路長度合計(jì)（km）開通時(shí)間過渡段地面線高架（地面）長度（km）比例（%）長度（km）比例（%）長度（km）比例（%）八通線18.9642003-7.91141.7011.05358.3013號(hào)線40.52003-37.592.605號(hào)線27.62007-10.738.70機(jī)場線27.120082.59.201451.60房山線24.7920100.552.22-21.4586.53昌平線一期21.3520102.8213.2015.5472.8015號(hào)線一期20.22010-10.350.99亦莊線22.920100.73.06-14.5563.54大興線21.820100.73.23-3.616.59表12 北京在建地鐵