北京地鐵五號線工程簡介

1 　概　述
北京地鐵五號線是北京市規劃軌道交通線網中一條重要的南北干線,貫穿北京市南北。線路南起豐臺區的宋家莊站,北至昌平區的太平莊北站,沿線分別穿過豐臺區、崇文區、東城區、朝陽區和昌平區, 先后經過蒲黃榆、崇文門、東單、東四、雍和宮及和平里等重要地區。
地鐵五號線全長27. 6 km , 設車站22 座,其中地下線16. 9 km , 占全線長度的61 % , 地下車站16 座,地面及高架線10. 7 km , 占全線長度的39 % , 高架車站5 座,地面車站1 座。地鐵五號線由南至北22 座車站分別為:宋家莊站、劉家窯站、蒲黃榆站、天壇東門站、磁器口站、崇文門站、東單站、燈市口站、東四站、張自忠路站、北新橋站、雍和宮站、和平里北街站、和平西橋站、北土城東路站、干楊樹站、大屯站、大羊坊站、立水橋站、立水橋北站、太平莊站、太平莊北站。全線設車輛段一座,停車場一座,控制中心一座及其他附屬設施。車輛段設在線路北端的太平莊, 停車場設在南端的宋家莊,指揮中心及地鐵其它功能用地設于線路中部的小營。
地鐵五號線線路經過的地段發展極不平衡。南段的宋家莊至劉家窯南段基本為破舊的平房區,無正規道路。目前該段線路西側有部分正在建設的住宅小區,沿線的開發建設估計也為期不遠;劉家窯至崇文門段線路在現狀道路下方通過,該路段是京城東南地區通向市區的主要干道,沿線部分地區已經開發建成,有些地段正在開發或準備開發。該段主要為居住和商業設施;中段崇文門至雍和宮是北京的“ 銀街”,是東城區招商、吸引外資、開發的重點改造區段,現狀沿街有大量的商店,今后將發展成極其繁華的地帶。本段道路比較狹窄,僅12～16 m 寬, 尚未按規劃要求實現;雍和宮至和平西橋段,現狀道路狹窄,既有建筑比較混亂,生活設施不配套,還有待開發,今后將逐步實現規劃。和平西橋至北苑段, 規劃道路已經實現,路下部分管線已經埋設于道路兩側,沿路已建設了大量的開發建筑;北苑至太平莊段,規劃道路尚為完全實施,除立水橋附近有較多的建設項目外,北部線路兩側既有建筑物較少,有待開發建設。
按照北京市城市總體規劃,北京市城市將按“分散集團式”布局規劃及實施。由于地鐵五號線貫通市區,連接南北,其建設必將極大地帶動邊緣集團的開發建設。
與路網中的其他線路相比,地鐵五號線工程有其獨有的特點:
1、線路長,線路型式多:全長27. 6 公里,有地下、地面和高架線。
2、車站型式及施工方法多:車站型式有島式、側式、分離式;單層、雙層;地下站、高架站和地面站。全線地下工程采用了明挖法、蓋挖法、暗挖法以及多種特殊的施工方法施工。
3、車場、車輛段多:地鐵五號線共有兩個停車場和一個車輛段。
4、交叉換乘多:10 處。本線與規劃線網中的亦莊線、4 號線、7 號線、2 號線(2 處) 、1 號線、6 號線、3 號線、10 號線、13 號線等10 條線有交叉換乘關系。

圖1 　北京地鐵五號線線路平面示意圖

　　5 、沿線的開發地塊多:除規劃劃撥的地鐵五號線開發用地26 塊外,沿線還分布有大量城市開發用地,地鐵五號線要充分的考慮與其結合。
6 、過河多: 南護城河、蓋板河、北護城河、北小河、清河等5 條河流。
7 、沿線及附近文物保護單位多:共13 處,其中有:
天壇、亞斯禮堂、原協和醫院、中華圣經會舊址、東四清真寺、崇禮住宅、段府及南鑼鼓巷街區、國子監、孔廟、柏林寺、雍和宮、地壇、土城遺址等。
以下分幾個方面對地鐵五號線進行簡單的介紹。
2 　線　路線路設計的主要技術標準為: 1. 正線數目:雙線
2. 最小曲線半徑:
區間正線為300 m , 困難情況下為250 m 。
輔助線為200 m , 困難情況下為150 m 。
車站線為1000 m , 困難情況下為800 m 。
3. 線路坡度: 序號站名車站類型區間正線最大坡度為24 ‰,困難情況下30 ‰ 。1 宋家莊站地下站輔助線最大坡度為30 ‰,困難情況下40 ‰ 。2 劉家窯站地下站地下區間最小坡度為3 ‰ 。3 蒲黃榆站地下站
4 天壇東門站地下站
地下車站坡度一般為3 ‰,最小坡度為2 ‰ 。
5 磁器口站地下站折返線坡度為2 ‰ 。
6 崇文門站地下站高架線路及車站可為平坡。
7 東單站地下站
1.豎曲線半徑:8 燈市口站地下站正線為5000 m , 困難情況下為3000 m 。9 東四站地下站輔助線3000 m , 困難情況下為2000 m 。10 張自忠路站地下站
2.坡段長度: 11 北新橋站地下站最小坡段長度不小于150 m 。間距為780 m(出現在城區中心) 。北三環以北平均站間距為1420 m , 最大站間距達1780 m(北部) 。地下線路埋深一般在20 m 以內,深者23 m , 淺者9 m 。線路縱斷面起伏不大,坡度一般在10 ‰ 以內, 全線最大線路坡度為24 ‰,出現在地下向地面的過渡段。

地鐵五號線車站站位的選擇盡量配合地面開發及規劃道路紅線的實施,其施工方法盡可能采用較經濟、快捷的明挖法或蓋挖法,以減少土建工程造價,并使地鐵與地面開發、管線拆改和房屋拆遷的綜合費用較低。全線車站型式的選擇,也盡量以滿足地鐵車站的交通功能為主,同時考慮其它各方面的要求。

表2 　全線車站分布及車站型式

根據規劃設計,在三環路以北可采用地面或高架線,并在道路中央為高架線路預留了10 m 寬的專用道,給線路通過創造了條件。我們對高架線路設于道路中央和道路一側分別進行了研究,認為將高架線設于道路一側無論從車站使用功能、用地經濟性,還是道路行駛環境、工程實施難易程度等各方面均優于路中方案。但考慮到高架線路運行對周圍環境的影響,以及現狀道路一側已經埋設了許多市政管線,地鐵工程建設有一定的困難,因此推薦采用路中高架方案。地鐵五號線全線車站分布城區密,郊區稀。在南三環至北三環路間,平均站間距為961 m , 最小站8 1 m
3 　結構型式和施工方法地下結構根據使用要求和施工方法,主要有以下幾種型式:
●單層雙跨矩形車站結構(明挖法施工)
●雙層雙跨矩形車站結構(明挖法施工)
●單層單跨矩形車站結構(明挖法施工)
●雙層三跨矩形車站結構(明挖法施工)
●雙層三跨拱形車站結構(暗挖法施工)
●馬蹄形單洞車站隧道(暗挖法施工)
●矩形雙線單洞區間隧道(明挖法施工)
●矩形雙線雙洞區間隧道(明挖法施工)
●馬蹄形雙線單洞區間隧道(暗挖法施工)
● 馬蹄形單線雙洞區間隧道(暗挖法施工)
● 馬蹄形雙連洞區間隧道(暗挖法施工)
● 圓形區間隧道(盾構法施工)
根據地質及水文地質情況、線路條件、綜合考慮技術、經濟、工期及對周圍環境的影響等因素,地下結構施工分別采用了明挖法、蓋挖法、礦山法及盾構法。當地面條件允許時,為減少土建工程造價,地下車站宜盡量采用明挖或蓋挖法施工。而車站暗挖施工由于其造價高、施工進度慢、安全性較明挖及蓋挖差、工程防水容易出現問題等,僅用于受地面條件限制或受地下構筑物制約,無法采用其它方法施工的情況。一般情況下,地下區間采用礦山法施工,部分地段采用盾構法施工,當埋深較淺或有特殊要求時, 則采用明挖法施工。
本線高架結構主要有以下幾種型式:
● 橋梁式三層高架車站結構
●框架式雙層高架車站結構
●框架式三層高架車站結構
●單柱墩高架區間結構
高架區間及橋梁式車站一般現場澆筑墩臺,預制裝配梁,僅在有特殊要求的地段采用全現澆施工; 框架式車站均采用現澆施工。
4 　客流、車輛和運能1 、客流預測地鐵五號線的客流預測年限與范圍見表3 。初期:2005 年,宋家莊～ 大屯建成運營。2006 年,宋家莊～ 太平莊北全線建成運營。2009 年,宋家莊～ 太平莊北全線運營。近期:2016 年,宋家莊～ 太平莊北全線運營。遠期:2031 年,宋家莊～ 太平莊北全線運營。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　表3 　高峰時間斷面流量表 單位:人次/ h

2 、車輛選型及編組
地鐵選用變頻變壓(VVV F) 車,車輛寬2. 8 m , 采用耐候鋼車體,鋼板壓型焊接轉向架,模擬空氣制動機,車內設空調。列車采用單元固定編組方式, 6 輛編組,3 動3 拖。列車最高運行速度80 km/ h , 平均旅行速度為35 km/ h 。
3 、客運能力
根據全線初、近、遠期客流預測的早高峰小時單向最大斷面流量,考慮線路的折返條件,選定天壇東門站及大屯站為中間折返站。初、近、遠期高峰小時的運行交路及運能配備如表4 。

表4 　列車運行對數

根據以上交路及運行對數,各年限的設計運輸能力見表5 。表5 　各年限的設計運輸能力

5 　設備系統
1 、供電
供電系統由以下部分組成:
(1) 電源
本線采用分散供電方式,由沿線既有的或規劃建設中的城市變電站分別引出10kV 電源,向地鐵牽引降壓混合變電所及降壓變電所供電。
(2) 地鐵供電系統(牽引、降壓變電)
全線共設牽引降壓混合變電所19 座(含車場3 座),設46 座降壓變電所。牽引供電正常方式為雙邊供電,采用二級管整流器。
(3) 牽引網系統
本線采用三軌授電方式,額定電壓為DC750V , 9 1 利用走行軌進行回流。
(4) 電力監控(SCADA) 系統
2 、通信
地鐵五號線通信系統包含以下子系統:
● 傳輸系統
首選“SDH 加接入網”的方案。但是由于本工程實施尚需一段時間,而通信技術的發展又日新月異,到時如果O TN 方案的國產化問題能夠解決, O TN 方案也是可用的。
● 公務電話系統
即程控自動電話交換網,用以構成地鐵內部各單位、部門之間的ISDN 綜合業務數字功能與一般公務聯系。
● 專用電話系統
五號線專用電話系統需包括:調度電話、站內、站間電話、軌旁電話
● 無線電話系統
主要包括專用無線通信系統和公用移動通信引入系統。
● 閉路電視系統
● 廣播系統
廣播系統包括車站廣播、車輛段廣播和列車廣播。
● 時鐘系統
● 電源及接地上述各系統采用各自獨立的維護網管系統,不設集中的通信網絡管理系統。
3 、信號
本線采用功能完備的列車自動控制系統, 即A TC 系統,包括列車自動監控系統A TS , 列車自動防護系統A TP 和列車自動駕駛系統A TO 。但根據運營情況,初期A TO 設備暫緩設。其控制方式為集中監控、分散控制。采用微機聯鎖方式。另外,本線設旅客向導系統。其信息由A TS 系統提供和傳輸。
4 、通風空調與采暖本系統由以下部分組成:
(1) 車站空調通風系統
地下車站采用集中式空調,車站兩端設空調機組,分別負責半個車站。經空調機組處理過的空氣通過風管送至站廳和站臺?？照{系統僅在夏季運行。車站兩端各設兩個機械送排風井,內設車站送、排風機,并兼作站臺、站廳事故風機。 地下車站溫度標準為: 站臺29 ℃,站廳30 ℃ 。列車車廂內為27 ℃ 。高架車站利用自然通風方式進行通風換氣,特殊設備用房設局部空調設施。
(2) 區間通風系統
車站兩端各設一臺風機,負責區間隧道的通風、排煙,并兼作區間事故風機。當區間發生火災事故時,由車站風機及站端區間風機同時運行,進行排煙。
(3) 采暖高架車站、車輛段及車場冬季采用暖氣供暖,高架車站附近無熱力管線時,采用電器供暖。
空調與通風系統除在車站和列車中為乘客創造一個良好、舒適的環境外,當列車阻塞在區間或出現火災事故時,尚應滿足事故通風要求,使乘客安全撤離。
5 、給排水水源:采用城市自來水管網供水。給水:采用生產、生活及消火栓用水共用方式
車站給水干管與區間干管連通。另外,地下車站有商業開發的場所,設閉式自動噴水滅火系統。排水:采用分流制排水方式,地鐵排出的水,原則上分別進入沿線的市政雨、污水系統。6 、自動化管理本線采用了以下幾種自動化系統:
(1) A TC 系統即列車自動控制系統,包含以下三個子系統:
●A TS ── 列車自動監控系統
●A TP ── 列車自動防護系統
●A TO ── 列車自動駕駛系統(初期緩設)
(2) FAS 系統
即防災報警自動控制系統。由主控(控制中心) 和分控(車站、車場、車輛段) 兩級管理。在控制中心設防災監控中心,負責監視全線防災設備的運行狀態、接收報警信號、發布救災指令等。車站防災監控負責接收車站的災害報警,及時向指揮中心聯絡,并接收中心防災指令,控制設備。
(3) BAS 系統
即環境監控系統。對車站、隧道中的通風、空調、給排水、照明、廣播及自動扶梯等設備的日常運營進行自動化管理,以保證運營期間的安全和舒適。本系統由控制中心集中管理(主控級),平時中心不進行操作,由車站(分控級) 負責操作。
(4) AFC 系統
即自動售檢票系統。采用非接觸式IC 卡作為儲值票,單程票可采用磁卡式。自動售檢票系統可以迅速而準確地完成售票、檢票及客流統計等業務。
(5) SCADA 系統
即電力監控系統。由控制中心對全線供電系統(包括牽引降壓混合變電所和降壓變電所) 主要設備的運行狀態進行監控和測量?？刂浦行脑O主機,每一個變電所均設置終端,負責執行端的數據采集、發送及執行控制中心的命令。
(6) 信息管理系統
即綜合傳輸網系統。這是綜合自動化管理的核心部分。承擔各車站、各系統的信息報告及傳遞,并對各種信息綜合處理、存儲、存檔、供經理部門查詢和決策。同樣也傳遞由經理部門下達的指令,下達到有關單位。
6 　車輛段及綜合基地
地鐵五號線在線路起點設宋家莊停車場,其占地約12 公頃;終點設太平莊車輛段,其占地約30 公頃。在小營設指揮中心和其他基地,其占地約22. 47 公頃。在宋家莊停車場設一條聯絡線與地鐵車輛設備工廠的試車線相接,以解決規劃路網中其它線路的車輛廠修進入大修廠的通路以及與地面鐵路的連接問題。另外,車輛基地還配備了供電、采暖、給排水、通信、信號、防災報警等系統。
7 　地鐵五號線定員
地鐵五號線本著“ 精減組織機鉤,減少管理層次,盡量壓縮職工定員”的原則安排定員。每雙線公里定員不超過90 人考慮。本線定員指標見表6 。

表6 　地鐵五號線職工定員匯總表

8 　工程進度與投資估算
地鐵五號線總的目標是至少應在2008 年奧運會前開通運營。為確保工程按期完成,本著加快進度,提早通車的原則安排地鐵五號線的建設。本線的總建設周期為六年(2001 年～2006 年) 。工程本著建成一段,運營一段的原則進行實施。全線分南北兩段建設:首先建設南段地下線路部分,然后建設北部的地面及高架線路部分。預計于2006 年建成通車。地鐵五號線工程的建設周期短,工期相對比較緊張。
投資估算根據工程的分期建設計劃進行。全線初期總投資約123 億人民幣。本投資中不含車場及車輛段上蓋開發及相關工程的投資。全線初期平均公里投資約4. 35 億。