地鐵工程設計及其經濟效益分析

摘 要：隨著城市人口的不斷增加，現有的交通方式并不能很好的滿足人們的要求，在這樣的背景下地鐵以其在運量、速度和運行方式等方面的優勢而得到廣泛的重視。該文就地鐵工程的設計和經濟效益進行了分析，首先闡釋了地鐵工程的主要設計流程，包括初步設計、招標設計以及施工圖設計階段。在此基礎上，從4個方面分析了地鐵工程的具體設計內容，包括線路的設計、車站的設計、基坑的設計等，之后就施工的方法進行了簡單的分析。文章的最后從節約車輛使用費、節約修建道路投資費用以及節約修建停車泊位的費用分析了地鐵工程的具體經濟效益。

關鍵詞：地鐵工程 設計 經濟效益

中圖分類號：TB21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-02

隨著我國經濟的不斷發展，城市地鐵也得到了迅速發展。地鐵工程的設計貫穿于整個地鐵工程項目，其覆蓋項目的各個方面，可見地鐵工程設計的重要性。就地鐵工程設計的特點而言，其建設周期往往很長，并且投資很大，同時由于其沿線的方向上周邊環境都在不斷的變化，使得其規模要求也就不盡相同，設計中還必須關注施工技術是否具有很好的成熟性和可靠性等。正是由于地鐵工程設計的這些特點，使得在設計中往往會存在各種缺點或者問題，所以必須在現有技術的基礎上，進一步地改進和完善相關技術設計，以便能夠讓設計更加的合理，提高地鐵的實際經濟效益。

1 地鐵工程的主要設計流程

地鐵工程的主要設計流程[1]包括初步設計，其周期一般在9～10個月左右；招標設計，其周期一般在2～3個月左右；施工圖設計，其設計周期一般在12～15個月左右。以下就其中的初步設計階段和施工圖設計階段進行分析。

1.1 初步設計階段

由于地鐵工程屬于系統工程，所以在對其進行設計的過程中，往往會涉及到很多相關的專業、部門等。而初步設計階段的主要目的就在于協調好各專業、部門，以便保證工程能夠順利的進行。在該階段需要注意的是：一旦當線路的走向確定后，則需要及時解決好該工程對地面交通影響的節點位置，以便保證城市交通的正常運行。在初步設計階段應該注重以下幾個方面。

（1）當確定好地鐵車站的具體平面位置以及其埋深深度時，則必須解決好對車站站位起控制作用的管線問題，可以進行臨時或者永久的遷改處理。

（2）在設計時，其方案必須十分合理，需要考慮的方面有現有的道路交通情況、線路的周邊環境以及修建該工程必須滿足的實際要求等。

（3）應該根據實際情況來選擇車站的具體施工方法，因為不同的方法需要的人力、財力、材料等都不同，同時由于該工程往往位于城市中，所以必須注重對周邊環境的影響問題。

（4）在該階段還需要利用相關經驗或者計算結果等確定最終的圍護結構形式，同時還需要讓相關技術人員確定主體結構的相關具體尺寸數據等，并利用相關軟件進行一定的計算，通過計算結果驗證方案的可行性。

1.2 施工圖設計階段

就該階段的設計而言，主要是設計地鐵的主體圍護結構以及主體結構設計，在進行設計時，需要注意以下一些問題。

（1）主體圍護結構設計階段：首先應該根據具體的實際情況選擇最合理的圍護結構方案；為了加快施工進度，應該合理的設計車站圍護結構的尺寸；同時可以在車站設置一定的臨時鋪蓋系統等。

（2）主體結構設計階段：該階段主要是就圍護結構與內襯的連接形式進行一定的計算，實際工程中一般有三種計算模式，如表1所示。

2 地鐵工程的具體設計內容

2.1 地鐵線路的設計

在地鐵工程設計中線路設計往往具有如下一些特點：涉及面廣、復雜程度高且責任性大等，實踐證明，線路設計的好壞不僅僅關系著整個工程的設計質量和造價，同時還決定著城市的發展。以下就線路設計中的一些內容進行分析。

2.1.1 前期需要的基礎資料

考慮到線路的走向以及其埋深深度會嚴重影響周邊的環境，所以在設計的前期必須整合各方面的、全面的、詳細的基礎資料，用于設計最為合理的線路方案。實際工程中需要整合資料大體上分為如下幾類：沿線及周邊的地形地貌圖和具體的地質情況；管線方面的圖紙，包括地下管線圖、調查表以及管線圖和地形圖的組合圖等；沿線及周邊的具體建筑物基礎資料等。

2.1.2 需要設計的內容

可以將線路設計大致的分類兩大部分，即對平面的設計以及縱斷面的設計。就平面設計而言，包含的內容大致是：橫向最小凈距（沿線與周邊地下構造物之間的最小橫向距離）、線間距、線路走向上彎道處的曲線半徑及緩和曲線半徑等。需要注意的是在確定上述數據的具體值時，需要結合各方面的資料進行分析，以便設計出最好的線路。

在設計縱斷面時，需要注意的內容如下所示：（1）結合周邊的地質情況確定線路走向上的坡度值，對于最大坡度地段應該重點分析；（2）確定縱坡坡形時，需要結合具體的施工方法，因為不同的施工方法對坡形的施工有一定的影響；（3）時刻關注線路走向上軌道結構高度的變化情況等。其他方面的設計內容包括：（1）對輔助線的設計；（2）如何更好地與周邊環境進行協調，保證對周邊環境的影響最小；（3）線路確定之后，還應該交由相關專家進行線路調整，保證設計出來的線路是相對而言最佳的。

2.2 車站基坑工程的設計

在地鐵工程設計中，開挖地下空間最大的部分要屬地鐵車站了，在設計該部分時，其主要設計內容包括：（1）確定車站基坑[2]的具體形狀尺寸；（2）根據線路的埋深和車站的容量等確定最終的車站面積；（3）應該根據實際地質情況確定最為合理的基坑圍護等。以下就基坑圍護設計進行詳細的分析。

①當地質條件較差，且地面以下一定深度存在淤泥時。在實際工程中，往往不會使用鉆孔灌注樁，因為使用該類型的樁時其抗滲性較差，且在防水方面不能保證。②當施工環境比較復雜且地質條件多變時，可以采用地下連續墻，因為其能夠很好的保證結構的整體性，同時能夠保證抗滲性。③在設計支撐體系時，如果條件許可可以利用鋼管支撐或者鋼筋混凝土進行支撐。主要是因為利用鋼筋混凝土時可以在一定程度上保證結構的整體性，而是用鋼管進行支撐時，能夠施加一定的預加力，用于控制圍護結構的變形。

2.3 地鐵車站設計

地鐵車站的主要作用在于相互轉換和運送客流，其往往作為列車到發和乘客集散的一個重要場所。現階段，我國在設計車站時，通常會將其設置在客流量交大的地方，且會相隔1 km設計1個車站，用于結合地面客流。車站的特點有以下幾點：（1）功能方面具有很強的合適性；（2）車站必須要具有可識別性，便于人們能夠找到；（3）現在的人們都追求高質量的生活，所以車站必須具備舒適性和安全性；（4）建立地鐵的主要目的在于方便人們的生活和加速城市的經濟發展，所以車站必須具有一定的經濟性。就車站的內部布局而言，可以將其分類三大板塊，即設備管理用房區、公共區以及軌行區。合理的設計車站內部布局，可以在很大程度上減少地鐵工程的投資費用。

2.4 車站的防水設計

地下工程最怕的就是滲水問題[3]，對于車站這樣巨大的空間，特別需要注重防水問題，在進行防水設計時，一般應該遵循如下的原則，即“以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”。由于車站的類型、大小等存在不同，所以需要根據具體的防水要求來選擇合適的防水等級和設防構造，對于不同的部位應該選擇相適應的的防水材料。就車站的主體結構而言，實際工程中常常采用混凝土結構自防水與卷材或涂膜等柔性材料作全外包防水相結合，并設置多道設防，用于保證結構的防水質量。

3 地鐵工程的常見施工方法

3.1 明挖法

該方法的原理是：首先將地面挖開至是設計標高，在從基底進行由下向上的順作施工，當完成好隧道的主體結構時，再進行最后的回填作。就明挖法的具體施工程序而言，實際工程中將其分為4步，即：（1）進行維護結構的施工；（2）開挖內部的土方；（3）進行工程結構的施工；（4）最后恢復好管線等。

3.2 蓋挖法

指的是首先將地面開挖至一定的深度，再將頂部進行封閉，工程余下的部分，則在封閉的頂蓋下完成，實際工程中將該法分為兩類，即蓋挖順作法和蓋挖逆作法。當需要將車站設置在主干道上，且不能中斷主干道的交通時，可以采用該種方法進行作業。

3.3 暗挖法

指的是在不挖開地面的情況下，所有的工作都在地下進行時，實際工程中常用的兩種暗挖法是淺埋暗挖法和盾構法。前一種方法能夠很好的利用圍巖自身的承能力，支護手段常采用錨桿和噴射混凝土的方法；后者的主要優點在于不會影響到地面的交通情況，同時能夠減少對周邊居民的影響。

3.4 沉管法

由于該方法對地基要求較低，所以在遇到軟土地基，或者河床或海岸較淺時，可以采用該方法進行施工。該方法的主要施工工序是：（1）根據設計要求預制好需要的管節；（2）在現場進行基槽開挖作業；（3）利用大型機械漿管段運送到施工現場；（4）進行對接作業；（5）對內部進行一定的裝飾。

4 地鐵工程的經濟效率分析

5.1 在節約車輛使用費方面的經濟效益

如果要將地鐵客流分配給公交車以及出租車的話，則可以按照2.5∶1[4]的比例進行分配，該比例值是由相關專家提出的，具有一定的可靠性。進行分配之后，可以得到2013年公交車增加的年客流量為7856萬人次，而出租車增加的年客流量達3412萬人次。據不完全統計，廣州市2012年全年平均單位車輛日均客運量數據如表2所示。

可知節約的車輛使用費W：

上述數據，并不完全正確，因為市場價格都在不停的變化，但是可以通過這一結果看出，地鐵能夠在很大程度上節約車輛使用費。

4.2 節約修建道路的投資費用

由相關統計數據表明，現階段廣州市的車輛平均道路面積為128 m2/輛，道路投資約為540元/m2。如果按增加1000輛車來進行計算，可知廣州市需要在投資的道路費用為6912萬元。如果將車輛的使用年限設為10年，那每年需要增加的道路折舊費用約為691.2萬元。

4.3 節約修建停車泊位的費用

由相關統計數據表明，廣州市2012年年底的機動車平均泊位供給數為0.86個/輛。如果汽車數量只單單地增加1000輛，可知需要修建的泊車位860個，如果每個停車泊位按10萬元計，則一共需要投資的費用為8600萬元，考慮到土地的使用年限一般為50年，那2013年需要增加的泊車位折舊費用約為172萬元。需要注意的是，上述數據只是在增加1000輛汽車的基礎上得到的，而現實生活中增加的汽車輛遠遠不止這個數。

4.4 各種交通方式單位運輸量的對比

實際生活中，去某個地方可以選擇多種不同的方式，比如自行車、步行、汽車等，以下就多種交通方式單位運輸量的占地、能耗等測定值進行比較，用于凸顯地鐵的實際積極效益，如表3所示。

地鐵不僅具有很好的經濟效益，同時其也存在很好的社會效益，包括能夠增加不少的就業機會、減少城市空氣污染以及在一定程度上減少能源消耗和交通事故的發生等。值得注意的是，地鐵的存在能夠帶動其沿線周邊地區的經濟發展，完善城市的現有交通結構，最終促進城市的整體經濟發展。實際工程中，正確估算城市軌道交通的經濟效益，是制定我國發展城市及城市交通運輸的重要依據之一。

5 結語

隨著城市人口的不斷增長，現有的地面交通已經不能很好的滿足人們的需求，在大城市修建地鐵是我國今后的發展趨勢之一。雖然城市軌道交通的建設費用十分巨大，但是其能夠在很大程度上促進城市的整體經濟增長。需要注意的是，地鐵工程設計貫穿于整個地鐵工程項目，其覆蓋項目的各個方面，現階段的地鐵技術并不能很好地滿足實際需要，所以必須在現有技術的基礎上研發更好的地鐵技術，以便設計出更好的地鐵系統，提升地鐵的經濟效益。

參考文獻

[1]侯建.對地鐵工程設計的探討[J].城市建設理論研究，2012（10）.

[2]柯書梅.地鐵車站基坑工程設計與施工[J].巖土工程界，2008（11）.

[3]張進聯，李國強，楊玉嫻.城市地鐵車站防水設計與施工[J].施工技術，2007（36）：92—98.

[4]李志，李宗平.成都地鐵一期工程社會經濟效益分析[J].鐵道運輸與經濟，2006（2）.