地铁工程设计及其经济效益分析.docx

地铁工程设计及其经济效益分析

作者：候博

来源：《科技创新导报》 2013年第10期

候博

（中铁电气化局集团有限公司北京 100036）

摘?要：随着城市人口的不断增加，现有的交通方式并不能很好的满足人们的要求，在这样的背景下地铁以其在运量、速度和运行方式等方面的优势而得到广泛的重视。该文就地铁工程

的设计和经济效益进行了分析，首先阐释了地铁工程的主要设计流程，包括初步设计、招标设

计以及施工图设计阶段。在此基础上，从4个方面分析了地铁工程的具体设计内容，包括线路

的设计、车站的设计、基坑的设计等，之后就施工的方法进行了简单的分析。文章的最后从节

约车辆使用费、节约修建道路投资费用以及节约修建停车泊位的费用分析了地铁工程的具体经

济效益。

关键词：地铁工程设计经济效益

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-02

随着我国经济的不断发展，城市地铁也得到了迅速发展。地铁工程的设计贯穿于整个地铁

工程项目，其覆盖项目的各个方面，可见地铁工程设计的重要性。就地铁工程设计的特点而言，其建设周期往往很长，并且投资很大，同时由于其沿线的方向上周边环境都在不断的变化，使

得其规模要求也就不尽相同，设计中还必须关注施工技术是否具有很好的成熟性和可靠性等。

正是由于地铁工程设计的这些特点，使得在设计中往往会存在各种缺点或者问题，所以必须在

现有技术的基础上，进一步地改进和完善相关技术设计，以便能够让设计更加的合理，提高地

铁的实际经济效益。

1 地铁工程的主要设计流程

地铁工程的主要设计流程[1]包括初步设计，其周期一般在9～10个月左右；招标设计，其周期一般在2～3个月左右；施工图设计，其设计周期一般在12～15个月左右。以下就其中

的初步设计阶段和施工图设计阶段进行分析。

1.1 初步设计阶段

由于地铁工程属于系统工程，所以在对其进行设计的过程中，往往会涉及到很多相关的专业、部门等。而初步设计阶段的主要目的就在于协调好各专业、部门，以便保证工程能够顺利

的进行。在该阶段需要注意的是：一旦当线路的走向确定后，则需要及时解决好该工程对地面

交通影响的节点位置，以便保证城市交通的正常运行。在初步设计阶段应该注重以下几个方面。

(1）当确定好地铁车站的具体平面位置以及其埋深深度时，则必须解决好对车站站位起控

制作用的管线问题，可以进行临时或者永久的迁改处理。

(2）在设计时，其方案必须十分合理，需要考虑的方面有现有的道路交通情况、线路的周

边环境以及修建该工程必须满足的实际要求等。

(3）应该根据实际情况来选择车站的具体施工方法，因为不同的方法需要的人力、财力、

材料等都不同，同时由于该工程往往位于城市中，所以必须注重对周边环境的影响问题。

(4）在该阶段还需要利用相关经验或者计算结果等确定最终的围护结构形式，同时还需要

让相关技术人员确定主体结构的相关具体尺寸数据等，并利用相关软件进行一定的计算，通过

计算结果验证方案的可行性。

1.2 施工图设计阶段

就该阶段的设计而言，主要是设计地铁的主体围护结构以及主体结构设计，在进行设计时，需要注意以下一些问题。

(1）主体围护结构设计阶段：首先应该根据具体的实际情况选择最合理的围护结构方案；

为了加快施工进度，应该合理的设计车站围护结构的尺寸；同时可以在车站设置一定的临时铺

盖系统等。

(2）主体结构设计阶段：该阶段主要是就围护结构与内衬的连接形式进行一定的计算，实

际工程中一般有三种计算模式，如表1所示。

2 地铁工程的具体设计内容

2.1 地铁线路的设计

在地铁工程设计中线路设计往往具有如下一些特点：涉及面广、复杂程度高且责任性大等，实践证明，线路设计的好坏不仅仅关系着整个工程的设计质量和造价，同时还决定着城市的发展。以下就线路设计中的一些内容进行分析。

2.1.1 前期需要的基础资料

考虑到线路的走向以及其埋深深度会严重影响周边的环境，所以在设计的前期必须整合各

方面的、全面的、详细的基础资料，用于设计最为合理的线路方案。实际工程中需要整合资料

大体上分为如下几类：沿线及周边的地形地貌图和具体的地质情况；管线方面的图纸，包括地

下管线图、调查表以及管线图和地形图的组合图等；沿线及周边的具体建筑物基础资料等。

2.1.2 需要设计的内容

可以将线路设计大致的分类两大部分，即对平面的设计以及纵断面的设计。就平面设计而言，包含的内容大致是：横向最小净距（沿线与周边地下构造物之间的最小横向距离）、线间

距、线路走向上弯道处的曲线半径及缓和曲线半径等。需要注意的是在确定上述数据的具体值时，需要结合各方面的资料进行分析，以便设计出最好的线路。

在设计纵断面时，需要注意的内容如下所示：(1）结合周边的地质情况确定线路走向上的

坡度值，对于最大坡度地段应该重点分析；(2）确定纵坡坡形时，需要结合具体的施工方法，

因为不同的施工方法对坡形的施工有一定的影响；(3）时刻关注线路走向上轨道结构高度的变

化情况等。其他方面的设计内容包括：(1）对辅助线的设计；(2）如何更好地与周边环境进行

协调，保证对周边环境的影响最小；(3）线路确定之后，还应该交由相关专家进行线路调整，

保证设计出来的线路是相对而言最佳的。

2.2 车站基坑工程的设计

在地铁工程设计中，开挖地下空间最大的部分要属地铁车站了，在设计该部分时，其主要

设计内容包括：(1）确定车站基坑[2]的具体形状尺寸；(2）根据线路的埋深和车站的容量等确定最终的车站面积；(3）应该根据实际地质情况确定最为合理的基坑围护等。以下就基坑围护

设计进行详细的分析。

①当地质条件较差，且地面以下一定深度存在淤泥时。在实际工程中，往往不会使用钻孔

灌注桩，因为使用该类型的桩时其抗渗性较差，且在防水方面不能保证。②当施工环境比较复

杂且地质条件多变时，可以采用地下连续墙，因为其能够很好的保证结构的整体性，同时能够

保证抗渗性。③在设计支撑体系时，如果条件许可可以利用钢管支撑或者钢筋混凝土进行支撑。主要是因为利用钢筋混凝土时可以在一定程度上保证结构的整体性，而是用钢管进行支撑时，

能够施加一定的预加力，用于控制围护结构的变形。

2.3 地铁车站设计

地铁车站的主要作用在于相互转换和运送客流，其往往作为列车到发和乘客集散的一个重

要场所。现阶段，我国在设计车站时，通常会将其设置在客流量交大的地方，且会相隔1?km设计1个车站，用于结合地面客流。车站的特点有以下几点：(1）功能方面具有很强的合适性；(2）车站必须要具有可识别性，便于人们能够找到；(3）现在的人们都追求高质量的生活，所

以车站必须具备舒适性和安全性；(4）建立地铁的主要目的在于方便人们的生活和加速城市的

经济发展，所以车站必须具有一定的经济性。就车站的内部布局而言，可以将其分类三大板块，即设备管理用房区、公共区以及轨行区。合理的设计车站内部布局，可以在很大程度上减少地

铁工程的投资费用。

2.4 车站的防水设计

地下工程最怕的就是渗水问题[3]，对于车站这样巨大的空间，特别需要注重防水问题，在进行防水设计时，一般应该遵循如下的原则，即“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”。由于车站的类型、大小等存在不同，所以需要根据具体的防水要求来选择合适的

防水等级和设防构造，对于不同的部位应该选择相适应的的防水材料。就车站的主体结构而言，实际工程中常常采用混凝土结构自防水与卷材或涂膜等柔性材料作全外包防水相结合，并设置

多道设防，用于保证结构的防水质量。

3 地铁工程的常见施工方法

3.1 明挖法

该方法的原理是：首先将地面挖开至是设计标高，在从基底进行由下向上的顺作施工，当

完成好隧道的主体结构时，再进行最后的回填作。就明挖法的具体施工程序而言，实际工程中

将其分为4步，即：(1）进行维护结构的施工；(2）开挖内部的土方；(3）进行工程结构的施工；(4）最后恢复好管线等。

3.2 盖挖法

指的是首先将地面开挖至一定的深度，再将顶部进行封闭，工程余下的部分，则在封闭的

顶盖下完成，实际工程中将该法分为两类，即盖挖顺作法和盖挖逆作法。当需要将车站设置在

主干道上，且不能中断主干道的交通时，可以采用该种方法进行作业。

3.3 暗挖法

指的是在不挖开地面的情况下，所有的工作都在地下进行时，实际工程中常用的两种暗挖

法是浅埋暗挖法和盾构法。前一种方法能够很好的利用围岩自身的承能力，支护手段常采用锚

杆和喷射混凝土的方法；后者的主要优点在于不会影响到地面的交通情况，同时能够减少对周

边居民的影响。

3.4 沉管法

由于该方法对地基要求较低，所以在遇到软土地基，或者河床或海岸较浅时，可以采用该

方法进行施工。该方法的主要施工工序是：(1）根据设计要求预制好需要的管节；(2）在现场

进行基槽开挖作业；(3）利用大型机械浆管段运送到施工现场；(4）进行对接作业；(5）对内

部进行一定的装饰。

4 地铁工程的经济效率分析

5.1 在节约车辆使用费方面的经济效益

如果要将地铁客流分配给公交车以及出租车的话，则可以按照 2.5∶1[4]的比例进行分配，该比例值是由相关专家提出的，具有一定的可靠性。进行分配之后，可以得到2013年公交车增加的年客流量为7856万人次，而出租车增加的年客流量达3412万人次。据不完全统计，广州

市2012年全年平均单位车辆日均客运量数据如表2所示。

可知节约的车辆使用费W：

上述数据，并不完全正确，因为市场价格都在不停的变化，但是可以通过这一结果看出，

地铁能够在很大程度上节约车辆使用费。

4.2 节约修建道路的投资费用

由相关统计数据表明，现阶段广州市的车辆平均道路面积为128?m2/辆，道路投资约为540元/m2。如果按增加1000辆车来进行计算，可知广州市需要在投资的道路费用为6912万元。如果将车辆的使用年限设为10年，那每年需要增加的道路折旧费用约为691.2万元。

4.3 节约修建停车泊位的费用

由相关统计数据表明，广州市2012年年底的机动车平均泊位供给数为0.86个/辆。如果汽车数量只单单地增加1000辆，可知需要修建的泊车位860个，如果每个停车泊位按10万元计，则一共需要投资的费用为8600万元，考虑到土地的使用年限一般为50年，那2013年需要增加的泊车位折旧费用约为172万元。需要注意的是，上述数据只是在增加1000辆汽车的基础上得到的，而现实生活中增加的汽车辆远远不止这个数。

4.4 各种交通方式单位运输量的对比

实际生活中，去某个地方可以选择多种不同的方式，比如自行车、步行、汽车等，以下就

多种交通方式单位运输量的占地、能耗等测定值进行比较，用于凸显地铁的实际积极效益，如

表3所示。

地铁不仅具有很好的经济效益，同时其也存在很好的社会效益，包括能够增加不少的就业

机会、减少城市空气污染以及在一定程度上减少能源消耗和交通事故的发生等。值得注意的是，地铁的存在能够带动其沿线周边地区的经济发展，完善城市的现有交通结构，最终促进城市的

整体经济发展。实际工程中，正确估算城市轨道交通的经济效益，是制定我国发展城市及城市

交通运输的重要依据之一。