Основные принципы проектирования линии метрополитенов

Обоснованием необходимости сооружения метрополитена служит интенсивность пассажиропотоков, увеличивающаяся с развитием города и ростом его населения.

Необходимость в постройке линий метрополитенов возникает, когда исчерпывается провозная способность существующего городского транспорта, когда скорость его движения приводит к затрате на передвижение от периферии к центру более 30 мин.

Однако необходимость в постройке линий метрополитенов не всегда совпадает с экономической целесообразностью. Экономически оправданным считается (при существующей оплате проезда) сооружение линий метрополитенов, если перевозка на 1 км пути в одном направлении составляет не менее 6—6,5 млн. пассажиров в год. Это соответствует максимальной интенсивности пассажиропотока в одном направлении в часы «пик» приблизительно 20—30 тыс. чел. в час. С такой интенсивностью пассажиропотока не может справиться ни один из видов городского транспорта, кроме метрополитена.

Провозная способность линии метрополитена определяется максимальным числом пассажиров, которое может быть перевезено в одном направлении в час, и равняется произведению вместимости эксплуатируемого подвижного состава на пропускную способность линии.

Вместимость эксплуатируемого состава зависит от числа вагонов в составе поезда и числа пассажиров в одном вагоне. Число вагонов в поездах на линиях метрополитенов мира колеблется в широких пределах — от двух до десяти; вместимость вагонов — от 93 до 280 чел. Наибольшее распространение за рубежом имеют поезда, состоящие из шести и восьми вагонов.

Пропускная способность линии метрополитена определяется допустимой частотой движения поездов.

Частота движения поездов зависит от применяющейся системы автоблокировки, ходовых качеств и тормозных средств подвижного состава, времени стоянки поездов на станциях, оборотных устройств на концах линий. Применяющаяся на метрополитенах Советского Союза система автоблокировки с автостопами может обеспечить максимальную частоту движения 40—42 пары поездов в час.

Время стоянки поездов на станциях, зависящее от пассажирооборота станции, составляет от 20 до 40 с. Значительное сокращение времени стоянки возможно только при раздельной высадке и посадке пассажиров, т. е. при расположении платформ по обе стороны от пути.

Оборотные устройства часто являются узким местом, ограничивающим пропускную способность линии метрополитена. Увеличение их пропускной способности может быть достигнуто за счет дополнительного развития путей за конечными станциями линии.

Полную пропускную способность линии используют не сразу после сдачи ее в эксплуатацию. В первый период эксплуатации линии пропускают меньшее число пар поездов в час и меньшее число вагонов в составе поезда (в зависимости от величины пассажиропотока).

Для метрополитенов Советского Союза предусматривается минимальная пропускная способность линии на первый период ее эксплуатации 24 пары трехвагонных поездов в час. При этом максимальная провозная способность линии будет составлять приблизительно 15 000 пассажиров в час в одном направлении.

Все устройства и оборудование линии проектируют в соответствии с установленной наибольшей частотой движения поездов в час, а устройства электроснабжения и количество подвижного состава — в соответствии с пропускной способностью линии на первый период эксплуатации.

Для города, в котором возникает необходимость в сооружении одной или двух первоочередных линий метрополитена, составляют схему сети линий, охватывающую все наиболее загруженные направления, с учетом перспективы развития города.

Направление линий метрополитена выбирают, как правило, вдоль городских транспортных магистралей с наиболее интенсивными пассажиропотоками. Исключение составляют линии глубокого заложения, направление которых определяется расположением вестибюлей и не зависит от городской застройки.

Исходными данными для определения главнейших пассажиропотоков и районов их тяготения обычно служат результаты изучения работы городского транспорта, степень загрузки различных маршрутов трамваев, троллейбусов и автобусов. Методы расчета пассажиропотоков приводятся в специальных курсах, поэтому здесь не рассматриваются.

Расчеты пассажиропотоков, застройка города и план его развития служат материалами для составления перспективной схемы линий метрополитена, связывающих районы города между собой. Детальное проектирование первоочередных линий метрополитена ведут с учетом этой перспективной схемы. Связь каждой линии метрополитена со всеми остальными линиями предусматривают при помощи пересадок на станциях.

Линии метрополитена, как правило, проектируют подземными мелкого заложения. Глубокое заложение линий применяют при неблагоприятных геологических и гидрогеологических условиях в зоне мелкого заложения, а также в районах города с плотной многоэтажной застройкой.

Движение поездов метрополитена организуют, как правило, самостоятельным для каждой линии без перехода на другие линии. Порожний подвижной состав перемещается с одной линии на другую по служебным веткам. Пересечения линий метрополитена между собой и с линиями других видов транспорта в одном уровне не допускается.

На некоторых зарубежных метрополитенах (Лондон, Нью-Йорк) отдельные линии соединяются между собой в одном уровне, что позволяет поездам переходить с одной линии на другую. При этом для пассажиров снижается число пересадок, но ухудшаются условия эксплуатации метрополитенов и безопасность движения поездов.

На каждой линии предусматривают устройства для оборота, отстоя и осмотра подвижного состава, а также депо и мастерские. В отдельных обоснованных случаях допускают устройство двух депо на одной линии метрополитена.

Станции метрополитена располагают в местах образования больших потоков пассажиров — на центральных площадях, пересечениях городских магистралей, в районных центрах, у железнодорожных и речных вокзалов, стадионов, парков, а также на пересечениях линий метрополитена между собой и с линиями пригородных железных дорог.

Для линий метрополитенов Советского Союза расстояния между станциями в центре города назначают от 1 до 1,5 км, на окраинах — от 1,5 до 2 км.

Положение станций в плане определяется возможным расположением входных вестибюлей. Расположение вестибюлей выбирают в зависимости от городской планировки.

План и профиль линии метрополитенов

План линий метрополитенов определяется городской застройкой, от которой зависит и расположение станций, и направление перегонных тоннелей; при мелком заложении линии располагают обычно вдоль основных транспортных магистралей города. При глубоком заложении, когда направление линии не зависит от городской застройки, план линии определяется только расположением станций. Тоннели между станциями прокладывают по кратчайшему направлению; для сопряжения прямых вводят кривые участки пути (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 Расположение перегонных тоннелей в плане

Величины радиусов кривых ограничены условиями эксплуатации линий метрополитенов. Наименьший радиус, который разрешается применять на главных путях метрополитенов в Российской Федерации, равен 500 м, что обеспечивает плавное движение поездов на закруглениях. (В трудных случаях радиус уменьшают до 300 м) На служебных и парковых путях, по которым перемещаются порожние составы, допускается значительное уменьшение радиусов кривых.

На главных путях зарубежных метрополитенов встречаются следующие радиусы кривых: в Лондоне — 100 м, Мадриде — 90, Берлине — 65, Париже — 40, в Филадельфии — 32 м. При таких радиусах кривых пассажиры ощущают довольно резкие толчки на поворотах. Для плавного перехода от прямых участков пути к кривым устраивают переходные кривые (рисунок 6.2, а и б).

Рисунок 7.2 Сопряжение главных путей в плане:

а — прямых и кривых участков; б — двух кривых участков с прямой вставкой

Введение переходных кривых считается обязательным для радиусов 1400 м и менее. Длины переходных кривых вычисляют с учетом скоростей на кривых, полученных на основании тяговых расчетов¹.

При сопряжении двух кривых на главных путях без переходных кривых длину прямой вставки принимают не менее 20 м.

Подземные станции метрополитенов обычно располагают на прямых участках пути, и только в отдельных случаях допускается расположение мелко заложенных подземных и наземных станций на кривых радиусом не менее 800 м.

Станции зарубежных метрополитенов очень часто располагают на кривых участках пути при радиусах, значительно меньших 800 м.

Профиль линий метрополитенов назначается в зависимости от гидрогеологических и геологических условий на трассе линии, способа работ по сооружению тоннелей и эксплуатационных требований.

Линии метрополитенов располагают обычно на глубине, позволяющей вести работы закрытым способом при минимальной кровле пород над тоннелем и прочных породах в основании или открытым способом (со вскрытием поверхности) с минимальной толщиной засыпки над перекрытием, соответствующей глубине промерзания грунта.

При большой глубине заложения линии метрополитенов располагают, как правило, в коренных водонепроницаемых породах; толщина этих пород в кровле должна быть не менее 4—6 м; в этих условиях исключается необходимость применения сжатого воздуха при проходке тоннелей.

Эксплуатационные требования к проектированию профиля линии метрополитена заключаются в расположении станций «на горбе» и выборе соответствующих продольных уклонов. Расположение станций «на горбе» (рисунок 7.3 а) выгодно потому, что при подходе к станции поезда легче уменьшать его скорость, а при уходе со станции (при спуске) можно быстрее ее увеличить. В случаях мелкого заложения линий метрополитенов и минимальной засыпки над перекрытиями тоннелей это требование не всегда удается выполнить.

Рисунок 7.3. Расположение станций в профиле:

а — «на горбе»; б — «в яме»

Уклоны продольного профиля линий метрополитена ограничены конструктивными особенностями подвижного состава и водоотводом. Наибольший уклон для главных путей метрополитенов Советского Союза 0,040, наименьший — 0,003.

Подземные станции располагают в профиле, как правило, на уклоне 0,003 и, как исключение, на уклоне 0,005 или на горизонтальной площадке.

В пределах станций не допускаются сопряжения элементов продольного профиля, поэтому прямые участки профиля принимают для станций, расположенных на «горбе» не менее длины посадочной платформы L, а для станций, расположенных, как исключение, «в яме», — не менее L + 20 м.

Длину элемента продольного профиля на участке линии между станциями принимают не менее расчетной длины поезда. Сопряжение смежных элементов продольного профиля осуществляют при помощи вертикальных кривых.

 

Вопросы для текущего контроля и зачёта.

1. Дайте определение термину – метрополитен

2. Назовите виды метрополитена?

3. В чём отличие метрополитена от другого городского транспорта?

4. Чем ограничена пропускная способность линий метрополитенов?

5. На основе чего составляют схему сети линий метрополитенов?

6. Какой минимальный радиус, который разрешается применять на главных путях метрополитенов в Российской Федерации?

7. Какие устройства предусматриваются на каждой линии метрополитена?

8. Влияет ли радиус кривой линии метрополитена на комфорт пассажиров?

9. Какие существуют эксплуатационные требования при проектирование профиля линии метрополитена?

10. Какая минимальная длина принимается на участке между станциями?

Лекции №9-10