扭环线型的城市轨道交通线路

摘要

扭环线型的城市轨道交通线路，主要解决正在规划拟建的城轨线路在主城区的线网密度太低，而在总体城轨规划中线路的长度太长，总体投资太大的问题。技术方案是：在一条有上下行的双线的城轨运营线路上至少有一个通过线路自身的扭转形成的环型，在这个环型上至少有一个线路自身的、上下分离立体交叉的、可以供乘客垂直换乘的换乘车站。用主城区的扭环线型地铁与郊区的并联高架快速路相配合组成大城市的骨干公共交通网。

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及城市轨道交通，具体地说是扭环线型的城市轨道交通线路。

(二)背景技术：

城市轨道交通简称城轨。城轨有地下、地面、高架三种方式。当城市轨道交通主要用于解决高建筑密度、高人口密度、高交通客流量的大城市主城区的交通问题，主要采取地下方式时简称地铁。当地铁采用高架方式时习惯上也简称为城铁。

与地面交通、无轨车辆相比较，城市轨道交通采取地下方式的好处是：

1、在轨道的束缚下地铁隧道断面的面积相对较小，即地下施工量相对较小，结构容易牢固；地铁车辆截面的面积相对较大，且为列车方式，载客量大。

2、地铁用电力驱动，加速度大，适合需要频繁启停的地铁列车。且运行过程不受干扰。

3、地铁用电力驱动，相对节能。因电力驱动无排放，地下温度恒定，通风空调能耗也较低。

4、轨道交通车辆的可靠性高，维修量小，寿命长。

5、在人员集聚、安全隐患较多的地下环境条件里，无燃油、橡胶等高危险物质，相对安全。但仍需大量的人、财、物力，制定相应的措施，以便确保地铁的安全。

6、主要采用地下施工，施工过程可行，对建成区地面的干扰小。

7、有利于将振动、噪声等对人身不利的交通污染限制在地下。

8、有利于保持地面宜人的城市风貌，有利于使地面形成以步行为主的交通环境。通过国内外城市规划学者大量的研究表明：地铁与步行结合的模式是大城市主城区效率最高，而且最人性化的交通方式。这需要主城区的地铁具有：高线网密度，小站间距离，低负荷强度作为保证。因为地铁与地面公交的制式、尺度差距大，为减少投资而降低主城区的地铁密度，大量采用地面公交与地铁配合的方式对乘客来说是十分不方便的，在这方面已经有大量的理论描述，并且已经被地铁使用时间长、市场经济发达的大城市的实践经验所证实。

但是，地铁也有一定的局限性，例如：建设初期投资大、施工周期长、需要用专用设备，在运营期间需要大而稳定客流才能够保证运营的财务平衡，可持续发展。

在迅速城市化的过程中，正在规划拟建的城市轨道交通一个比较大的问题是：规模太大，线路太长。为了节约建设资金，提高施工进度，郊区的城轨多采用高架的方式。采用高架方式就会将轨道交通的一些不利因素加以放大：

1、旅行速度低。在轨道的束缚下轨道交通不利于越站行驶，站站都停，列车的旅行速度不可能太高，每次停车对于不需要停车的乘客来说都是一种浪费，线路越长这种浪费也就越明显。

2、站间距离大。为了提高旅行速度，郊区城市轨道交通的站间距离比主城区的更大，完全超出了人的行为尺度，不利于在地面形成城轨站与站之间连续的步行环境，增加了地面公交的负担，使乘客十分不方便。

3、占地面积大。高架城铁自身的占地宽度约为4～8米，高架城铁下面的地面很难得到有效的利用；每公里城轨另需配建6000～12000平方米的列车地面停车场、列车段，这相当于6～12米宽的道路的占地面积。即：每修建1公里的城铁需要占用1～2万平方米的城市郊区土地，这相当于10～20米宽的道路占地。这还没有计算城铁车站、城铁车站汽车停车场等方面的占地面积。

4、高架城铁的振动、噪声较大，对其两侧人口密集地区的影响较大。

5、安全隐患大。高架的城铁一旦发生安全事故，乘客自救较为困难。

6、客流无保证。城市轨道交通需要有大而稳定的客流才能够保证票务收入，取得财务平衡。郊区与主城区不同，郊区的客流有明显的潮汐现象，只有早晚单方向的客流高峰，这使得城铁的总体利用率不足。如果按照单位时间内可能承担的运量、单位时间内实际承担的运量计算，城铁所占用的初期建设资金、占地面积、运营成本是很高的。不能简单的认定城轨的高架方式比地下方式便宜得多。

可以采用一种站间距离小、便于越站行驶、旅行速度高、占地面积小、造价低、运输能力大、更灵活的“并联高架快速路”解决大城市郊区的交通问题。将有限的资金主要用于提高大城市主城区的城轨线网密度。

本发明提出的扭环线型的城市轨道交通线路主要用于提高大城市主城区的城轨线网密度。

城轨线型又称为城轨线形，现有的城轨线型有直线型与环线型两种。

直线型城轨穿越主城区或沿主城区的局部绕过主城区，可以对沿线乘客及通过各条线路的交叉、乘客的换乘提供全市范围的城轨交通服务，是城轨的主要线路类型，其特点是：线路自身无垂直立体交叉，直接通达性好，便于线路两端的列车停车场、车辆段的选址建设，便于列车在线路端部的折返作业，因为城市具有向心性和对外辐射性，在直线型城轨线路的中间区段乘客多、两端区段乘客少，这就影响了城轨列车的满载率，影响了票务收入。现在城轨规划线路太长的问题，主要是指直线型城轨线路的规划太长。

现有的环线型城轨是环绕中心城区的线路，环线型城轨不穿过中心城区。环线型城轨又可以分为：1、独立运营环线，其特点是：上、下行双方向列车在内、外环线独立循环行驶，无列车折返作业，是各种城轨运营线路中运营组织最为简单的一种，其各区段通过能力一致，可靠性高。2、勺型运营环线，其特点是：一条直线地铁的一端与环线地铁相连接，在环线上运营的地铁列车可以直接下至直线线路，在直线地铁线路的终点进行折返作业，然后经直线线路返回环线运营，加长了运营线路的长度，减少了乘客的换乘，便于列车停车场、车辆段的选址、用地、建设。3、共线运营环线，其特点是：一条直线地铁使用部分环线的线路区间，这部分环线区间为环线地铁与直线地铁共同使用，其运营组织较为复杂，但是可以节约地铁的建设费用，可以方便乘客的换乘。4、组合运营环线，实质是两条或者多条直线型线路的组合，其特点是：不同线路分别组织运营，在交汇点实现换乘，形成分段的环线运营。现有的城轨环线主要功能有两个：1、周向的联系功能，用来承担城市周向的客流集散。2、截流功能，为市郊与市中心区的客流提供更多的换乘路径，减轻市中心区的换乘压力。

通过对现有的城市轨道交通线路类型方案进行考察并查阅有关的技术刊物、专利文献，没有发现有与本发明同类的技术方案。

为了便于对本发明的理解、检索、审查，有用的背景技术文件如下：

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2、沈景炎.关于城市轨道交通线路长度的研究和讨论[J].都市快轨交通，2008，(4)：5.

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(三)发明内容：

本发明的目的是：为城市轨道交通提供一种新的线路类型，主要解决正在规划拟建的大城市的城市轨道交通在主城区线网密度太低，而在总体城市轨道交通规划中线路的长度太长，总体规模及投资太大的问题。

本发明提出的扭环线型的城市轨道交通线路采用的技术方案是：在一条有上下行的双线的城市轨道交通运营线路2上，至少有一个通过线路2自身的扭转形成的环型1、3、4、5、6、7、8、9、1，在这个环型上至少有一个线路2自身的、上下分离立体交叉的、可以供乘客垂直换乘的换乘车站1。

对照现有的城轨线型本发明的有益效果是：

1、在主城区有限的范围内增长了地铁运营线路的长度，扩大了地铁运营线路串连的区域，减少了折返运行。例如：在图1中，3、1、11与12、1、9可以看作是两条启止于城市主城区边沿、在城市中心区域交叉、较短的直线型地铁线路。在现有的城市轨道交通线网规划中，短直线型线路因串联区域小、不便与其它线路交叉换乘、在主城区的边沿不便于征地建设占地面积大的列车停车场、车辆段，很少被采用，图1中的11需要延伸到10以便建设列车停车场、车辆段。用扭环线型，通过连接3、4、5、6、7、8、9，就形成了一条最简单的扭环线型的地铁线路。原来两条较短的直线型线路有3、11及12、9四个折返点，连接成为一条较长的扭环线型线路之后，仅有两个折返点11、12，这样就减少了折返作业在列车正常运营行驶中所占的比例。线路串连的运营区域也到了很大的增加。具体实施比较方便。

2、可以进行如独立运营环线式的运营。例如：在图2所示的扭环线型线路22中，列车能够沿着21、23、25、21、28、26、21的顺序循环运营，也可以沿着21、25、23、21、26、28、21的顺序循环运营，这种独立运营扭环线双方向列车在扭环线路上独立循环行驶，无列车折返作业，运营组织简单，其各区段通过能力一致，可靠性高，可以使不同出行方向的乘客聚集在同一条线路上，大大的提高了地铁列车的利用率。

3、整合了直线型线路与环线型线路的不同功能。例如：图1中的3、1、11与12、1、3可以看作是两条启止于城市主城区边沿，在城市中心区域交叉、较短的直线型线路。图1中的3、4、5、6、7、8、9就相当于在主城区边沿，局部的环线型线路。扭环线型线路2整合了直线型线路与环线型线路的不同功能，既有直线型线路到达、穿越主城区中心区域的功能，也有局部的环线型线路的周向联络、截流换乘的功能。

4、减少了乘客的换乘。例如：在图1中，从5，可以经4、3、1，不需要换乘到达11；从5，也可以经6、7、8、9、1，不需要换乘到达12。

5、有利于让乘客选择不同的路线。例如：在图2中，从23，可以经21、26到达28；从23，也可以经25、21到达28。乘客选择不同的路线有利于地铁线路上客流的均衡，有利于提高地铁的服务水平。

6、有利于地铁与城市对外交通的换乘，有利于建设比大型交通枢纽更方便、更实用、造价更便宜的换乘带式的换乘方式。

例如：在图1中，11处于城市主城区的边沿，也是多条对外交通线路11a、11b、11c的启终点站，在11有多条对外交通线路11a、11b、11c、市内地面公交线路汇集、交叉，人、车混行，占地面积很大。为了解决这个问题，一个方法是利用地铁的延长线11，或进一步建设地铁的延长线路，将城市对外交通换乘站分步骤外移；另一个方法是建设大型交通枢纽，例如：图1中的大型交通枢纽12，大型交通枢纽12分成多层，多条城市对外交通线路12a、12b、12c在大型交通枢纽12处汇集，地铁、国铁、城际铁路、长途公交、市内公交、出租汽车、社会车辆等不同交通形式整合在同一个枢纽中。大型交通枢纽解决了交叉问题，但是又造成了更大程度的聚集。乘客通过电动扶梯在大型交通枢纽12中垂直上下，长距离步行，寻找自己需要的换乘站点。面对规模巨大、复杂的换乘，乘客往往无所适从，而多数乘客只需要在两种不同的交通工具之间进行换乘，规模巨大的交通枢纽12使乘客的换乘过程变得复杂。同时，大型交通枢纽12增加了公交等车辆的辅助绕行的距离。

在本发明中，扭环线型地铁的对外交通换乘是沿着主城区的边沿呈带状分布的。例如：在图1中，6、7、8与6a、7a、8a组成了城市对外交通换乘关系的换乘带。6、7、8是串联关系又与主城区密切相连，6a、7a、8a对应着城市的对外放射性道路，6a、7a、8a之间是无交叉的并联关系。乘客在6a、7a、8a之间的往来可以借助地铁，也可以借助短距离循环行驶的地面公交车辆，这样的设计避免了市内地面公交、对外交通车辆的交叉，拉进了乘客与地铁及对城市外交通车辆的距离，也保证了地铁拥有充足、稳定的客流。

7、有利于大城市郊区的公共交通，有利于大城市主城区与郊区公共交通之间的换乘。在城市化的进程中，人们向大城市的郊区集聚。方便、快速、高效率的大城市郊区公共交通可以减少人们对小汽车的依赖，有利于节能减排。考虑到高架的长距离的城市轨道交通的弱点，在本发明中是用并联高架快速路来解决大城市郊区的公共交通问题的。并联高架快速路是一种在高架的上、下行主路之间建有中央岛式公交车站、上下步梯、匝道、应急停车区，高架道路上的车辆逆向行驶，高架道路主要为公共交通服务的道路。并联高架快速路主要的特点是：便于越站行驶、平均车速高、运输能力大、公交服务覆盖面大、灵活性大、节约土地、造价及运营成本低、主要适用于大城市的郊区。用扭环线型的地铁便于与并联高架快速路进行换乘。

例如：在图2中，主城区的扭环线型的地铁22与郊区的环形的并联高架快速路24、27之间有换乘车站23与23a，25与25a，26与26a，28与28a。这四组换乘车站的基本结构是相同的。使用环型的好处是：车辆循环行驶，避免了车辆、乘客的聚集，避免了车辆、乘客的交叉。而聚集和交叉是造成城市交通拥堵的根本原因。各种形式的环型也对可持续发展做出了形象的注释。图2中的23与23a可以用图3表示。

图3是地铁车站23与并联高架快速路公交车站23a之间换乘的示意图。一般来说，大城市的主城区因为历史的原因是连片的，这需要用成本高的地铁来解决城市交通问题；郊区一般是沿着城市的对外交通线呈带状。如果郊区、新建区继续延续主城区的城市结构模式，就会将现有的城市交通问题延续，所以，要将郊区、新建区建设成为利于公共交通的带状。郊区带状新建区与主城区的连接十分重要，图3显示了这方面的考虑。在图3中：上边的高架部分是并联高架快速路的中央岛式车站23a；中部是便于行人、车辆过路，便于公交车辆停车的地面30；下边是地铁车站23，乘客通过步梯37垂直上下换乘。在图3中：公交车辆可以沿上、下行快速行车道31、35逆向快速行驶，也可沿停车道32、34逆向加减速、停车；地铁车站23与通常的地铁车站区别不大，有站台层36、站厅层38；因为有并联高架车站23a下面的地面30可以供乘客集散，所以，站厅层38也可以省略。

在现有的大城市拓展过程中，郊区一般是沿着城市对外交通线拓展延伸，这相当于图2中的23a、24a、24b及25a、24e、24d段，24b、24c、24d段一般不是拓展段。用并联高架快速路24拓展24b、24c、24d段，将并联高架连接成为环型，一方面利于并联高架上公交车辆的连续快速行驶，另一方面因为24b、24c、24d段距离主城区的直线距离较近，地面非公交车运输成本低，利于24b、24c、24d段的迅速发展。

在实际运营中，因为在并联高架路上的公交车辆可以越站行驶，平均车速高，地铁范围较小，行程短，所以可以缩短乘客乘用公共交通出行的时间。例如：乘客从图2中的24c到27a虽然要经过两次换乘，但是总的乘车时间会缩短，舒适性会提高。

8、有利于节约主城区边沿的土地。在现有的设计中，当地铁从主城区的地下开出转变为高架形式时需要有一个很长的坡道，坡道需要占用大面积的土地，在建筑密集的城市主城区的边沿其设计、建造是十分复杂的，并且在建成后会对地面交通造成较大的影响。如图3所示：扭环线型地铁的换乘车站23与环线型并联高架路的换乘车站23a是垂直叠加关系。这样的设计占地面积小、结构简单、施工方便、减少了换乘车站对地面行人、车辆的阻碍，拉近了乘客与并联高架车站、地铁车站的距离，方便乘客换乘，节约土地。

9、有利于采用不同的扭环线型形式。例如：在图4中，在主城区的扭环线型地铁42有三个线路自身的换乘车站41、47、48；在郊区的并联高架路44也是扭环线型，有一个上下分离立体交叉的、线路自身的换乘车站45。地铁42与并联高架路44之间通过换乘车站43与43a，46与46a换乘。

图4中的扭环线型的地铁42及扭环线型的并联高架路44都是用：连续的、有上下分离立体交叉的、封闭可循环的一维曲线覆盖二维平面。不同的是：根据大城市主城区及郊区的不同特点，在成片连绵的主城区使用地铁的形式从下面进行覆盖，在呈带状的郊区使用并联高架路从上面进行覆盖。

10、有利于将地铁线路主要限定在城市的主城区，提高主城区地铁的密度，限定大城市主城区的范围。

例如：图5是两条扭环线型的地铁线路52、54相叠加的示意图。用图5与图1进行比较，可以看出地铁的密度明显的提高了。通过扭环上的平行换乘车站56与56a及58与58a，由60至53，53至56a，56至58a，58至60四个区间段形成了组合运营环线。组合运营环线有利于明确主城区的范围，避免主城区的无序蔓延。

(四)附图说明：

图1是有一个通过线路自身的扭转形成的环型，在这个环型上有一个线路自身的、上下分离立体交叉的换乘车站，是最简单的扭环线型地铁线路的示意图。

图2是有一个线路自身的换乘车站，地铁列车能够循环行驶的扭环线型地铁线路及并联高架快速路的示意图。

图3是地铁车站与并联高架快速路公交车站之间换乘的示意图。

图4是有三个线路自身的立体换乘车站的扭环线型地铁线路及扭环线型的并联高架快速路的示意图。

图5是两条扭环线型的地铁线路相叠加的示意图。

(五)具体实施方式：

图1是：在一条有上下行的双线的城市轨道交通运营线路2上，有一个通过线路2自身的扭转形成的环型1、3、4、5、6、7、8、9、1，在这个环型上有一个线路2自身的、上下分离立体交叉的、可以供乘客垂直换乘的换乘车站1，最简单的扭环线型地铁线路2的示意图。用图1可以以最简捷的方式说明本发明的基本思路。图1中包括：垂直立体交叉换乘车站1、扭环线型线路的整体2、中间站3、中间站4、中间站5、中间站6、中间站7、中间站8、中间站9、延建的与列车停车场、车辆段连接的线路及车站10、启终点站11、大型交通枢纽12，以及城市对外交通等非地铁交通线路6a、7a、8a，11a、11b、11c，12a、12b、12c。图1可以看作是通过连接两条在城市中心区域有立体交叉关系的直线型地铁3、1、11及12、1、9的端部形成的。11是启终点站，在11有多条对外交通线路11a、11b、11c、市内地面公交线路交汇，人车混行，占地面积很大。12是大型交通枢纽，在12有多条城市对外交通线路12a、12b、12c在此交汇。6、7、8是地铁的中间站同时也与6a、7a、8a组成了城市的对外交通的换乘带。

图2是：有一个线路自身的换乘车站21，地铁列车能够循环行驶的扭环线型地铁线路22及并联高架快速路24、27的示意图。图2中包括：扭环线型地铁自身的换乘车站21、扭环线型地铁的整体22、中间站23、25、26、28，并联高架快速路构成的两个环型24、27，24上的公交车站23a、25a、24a、24b、24c、24d、24e，27上的公交车站26a、28a、27a，24、27上的箭头标出了并联高架快速路上公交车的行驶方向。23与23a，25与25a，26与26a，28与28a构成了地铁与并联高架快速路的换乘关系。

图3是：图2地铁车站23与并联高架快速路车站23a之间换乘的详解示意图。简捷、方便、结构规律一致的换乘需要有从乘客的需要出发并结合地铁、并联高架路特点的精心设计，图3正是反映了这方面的考虑。图3显示了连片的主城区的地铁车站23与带状的郊区的并联高架路车站23a之间的换乘的设计思路。图3中包括：并联高架快速路下面的地面30、上行快速行车道及公交车31、上行停车道及公交车32、中央岛式车站33、下行停车道及公交车34、下行快速行车道及公交车35、地铁站台层36、乘客上下步梯37、地铁站厅层38，并联高架快速路车站称为23a，地铁车站称为23。30可以为行人、车辆过路提供方便，30柱间的地面可以用于停放公交车，省去了建设专用公交停车场的用地。31、35为公交车越站、连续、快速行驶提供了条件，32、34为公交车的小站间距离、密集设站、更合乎人的行为尺度提供了条件。在并联高架路上的车辆是逆向行驶的，这样可以使用右侧开门的公交车辆，与现有的公交车辆兼容。33设计在高架路的中间，为乘客换乘提供了方便，并可以充分的利用并联高架路下面的地面。36、38与现有的地铁车站的样式基本相同。因为有并联高架路车站23a下面的地面30可以用于乘客的集散，所以38也可以省略，这样可以进一步拉近乘客与上下两个站台33、36之间的垂直距离。乘客可以借助37在30、33、36之间往来。图3显示的设计思路也适用于地铁与城市对外交通的换乘车站。

图4是：扭环线型的地铁线路42及扭环线型的并联高架快速路44的示意图。图4中包括：大城市主城区的扭环线型地铁42，扭环线型地铁自身的换乘车站41、47、48，大城市郊区的扭环线型的并联高架快速路44，并联高架快速路自身的、上下分离立体交叉的、可以供乘客垂直上下换乘的换乘车站45，可以供44与42之间换乘的换乘车站43与43a、46与46a。图4体现了扭环线型的不同表现方法，对扭环线型如何结合大城市主城区及郊区的不同特点作出了图示。

图5是：两条扭环线型的地铁线路相叠加的示意图。图5中包括：扭环线型的地铁线路52、54，扭环线型地铁自身的换乘车站57、51，以及52、54之间的立体交叉的换乘车站53、55、59、60，还有52、54之间的平行换乘车站56与56a及58与58a。在图5中，突出了地铁在大城市主城区对角线方向的直通联系，以便拟补地面交通在这方面的不足。用图5与图1进行比较，可以看出地铁的密度明显的提高了。通过扭环线路上的平行换乘车站56与56a及58与58a，由60至53、53至56a、56至58a、58至60四个区间形成了组合运营环线。