地鐵（城市地下軌道交通工具）

地鐵（城市地下軌道交通工具）

地鐵 （城市地下軌道交通工具） 次瀏覽 | 2022.11.17 11:29:22 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 地鐵城市地下軌道交通工具

地鐵是沿著地面鐵路系統的形式逐步發展形成的一種用電力牽引的快速大運量城市軌道交通模式，其線路通常敷設在地下隧道內，有的在城市中心以外，從地下轉到地面或高架橋上敷設方式。

中文名

地鐵

外文名

Underground

用途

客運、運輸

運營類別

城市軌道交通

首條運營

倫敦大都會鐵路

國際最早

1863年倫敦地鐵

國內最早

1969年北京地鐵

概念

世界上首條地下鐵路系統是在1863年英國開通的“倫敦大都會鐵路”（Metropolitan?Railway），是為了解決當時倫敦的交通堵塞問題而建。

當時電力尚未普及，所以即使是地下鐵路也只能用蒸汽機車。由于機車釋放出的廢氣對人體有害，所以當時的隧道每隔一段距離便要有和地面打通的通風槽。

到了1870年，倫敦開辦了第一條客運的鉆挖式地鐵，在倫敦塔附近越過泰晤士河，但這條鐵路并不算成功，在數月后便關閉?，F存最早的鉆挖式地下鐵路則在1890年開通，亦位于倫敦，連接市中心與南部地區。

最初鐵路的建造者計劃使用類似纜車的推動方法，但最后用了電力機車，使其成為第一條電動地鐵。早期在倫敦市內開通的地下鐵亦于1906年全數電氣化。

1896年，當時奧匈帝國的城市布達佩斯開通了歐洲大陸的第一條地鐵，共有5公里，11站，至今仍在使用。

中國第一條地鐵線路始建于1965年07月01日，1969年10月01日建成通車，使北京成為中國第一個擁有地鐵的城市。

特點優點

節省土地

由于一般大都市的市區地皮價值高昂，將鐵路建于地底，可以節省地面空間，令地面地皮可以作其他用途。

減少噪音

鐵路建于地底，可以減少地面的噪音。

減少干擾

由于地鐵的行駛路線不與其他運輸系統（如地面道路）重疊、交叉，因此行車受到的交通干擾較少，可節省大量通勤時間。

節約能源

在全球暖化問題下，地鐵是最佳大眾交通運輸工具。由于地鐵行車速度穩定，大量節省通勤時間，使民眾樂于搭乘，也取代了許多開車所消耗的能源。

減少污染

一般的汽車使用汽油或石油作為能源，而地鐵使用電能，沒有尾氣的排放，不會污染環境。

其他優點

地鐵與城市中其他交通工具相比，除了能避免城市地面擁擠和充分利用空間外，還有很多優點。一是運量大。地鐵的運輸能力要比地面公共汽車大7－10倍，是任何城市交通工具所不能比擬的。

二是速度快。地鐵列車在地下隧道內風馳電掣地行進，行駛的時速可超過100公里。

缺點

建造成本高

地鐵工程線路長，影響范圍廣，通常需要對線路沿線的建構筑物、管線、道路進行拆遷、改造、保護等措施，工程以外的費用比較大。地鐵工程多為地下，由于要鉆挖地底，地下建造成本比建于地面高。

前期時間長

建設地鐵的前期時間較長，由于需要規劃和政府審批，甚至還需要試驗。從開始醞釀到付諸行動破土動工需要非常長的時間，短則幾年，長則十幾年也是有可能的。

雖然地鐵對于雪災和冰雹的抵御能力較強。但是對地震、水災、火災和恐怖主義等抵御能力很弱。由于地鐵的構造，而導致極易因為這些因素發生悲劇。為此自地鐵出現以來，工程師們就不斷持續研究如何提高地鐵的安全性。

地震

可以導致行進中的車輛出軌，因此地鐵都設計有遇到地震立即停駛的功能。為防止地鐵地道坍塌，處于地震地帶的地鐵結構必須特別堅固。

水災

由于地鐵內的系統低于地平線，而導致地上的雨水容易灌入地鐵內的設施。因此地鐵在設計時不得不規劃充分的防水排水設施，即使如此也可能發生地鐵站淹水事件。

為此在發生暴雨之時，地鐵車站入口的防潮板和線路上的防水閘門都要關閉。一個知名的例子是臺北捷運在納莉臺風侵襲時曾經發生淹水事件。還有北京地鐵一號線因暴雨積水關閉了數小時。

火災

產生火災的原因之一是因為倫敦地鐵內采用了大量木質建筑。因此，日本地鐵部門規定在地鐵站內禁煙來避免火災。

供電

供電方式一般而言，為減低隧道建造成本，大多地下鐵會選擇使用第三軌供電方式以縮小隧道斷面，不過并非絕對。地鐵的供電方式主要如下：

軌道供電

軌道供電，是鐵路電氣化的方法之一，常用于大眾運輸系統。

第三軌在原有兩軌路線側邊新增軌道帶電，車輛則利用集電靴獲得電力；電流經車輪和運行軌道回到發電廠。

第四軌供電除了原有車輪支撐導引用軌道外，另外增設兩條軌道各供應直流電正負兩極，或者供應三相交流電，但不如第三軌式經濟，故不常見。

軌道供電的概念就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鐵軌。這條帶電鐵軌通常設于兩軌之間或其中一軌的外側。電動列車的集電裝置在帶電路軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。

這種集電裝置在英語稱為“shoe”，中譯為“集電靴”。軌道供電系統的電壓較接觸網系統為小。接觸網一般能提供25000伏特或以上的交流電，但第三軌系統最多只能提供約1500伏特的直流電。

第三軌和第四軌：

一般而言，采用軌道供電系統的鐵路只設一條帶電路軌。這條帶電路軌稱為“第三軌”。從第三軌取得的電力一般都會經列車的車輪及路軌傳回發電廠。

但一些使用橡膠車輪的列車（如巴黎地鐵的部份列車）并不能讓電力經路軌傳回發電廠，因此在這些列車行走的路段一般都會再增加一條額外的帶電軌道（亦即“第四軌”）以作回傳電力之用。

有趣的是，基于第四軌的另外一些優點（例如較高的可靠性以及減低信號系統的復雜性），一些使用普通金屬車輪列車的鐵路系統也會裝設第四軌，使供電用和行走用的路軌完全分開。倫敦地鐵是最大的第四軌鐵路系統。

意大利米蘭市的地鐵A線則采用了更為特別的四軌系統。在該線部份路段上，兩線路軌中間設有一條帶電金屬條。列車的集電靴是設在“車廂”側，以配合帶電金屬條的位置。

地上的第三軌則作電流回流之用。值得注意的是，該線北部的路段是采用接觸網供電系統的。

軌道供電的優劣：

優點

裝置帶電軌的成本往往比接觸網低，因為接觸網需要支架而帶電路軌不用。實際上，成本問題是很多軌道供電系統沒有轉用接觸網的主因。

天災對帶電軌的影響較接觸網少（洪水泛濫除外）。

帶電軌比接觸網更適合安裝于凈空較小的隧道。

有些乘客認為接觸網有礙觀瞻，相比之下帶電軌的視覺效果較佳。

缺點

暴露戶外的帶電軌道構成危險：有些企圖橫過路軌的人便因不幸踏在帶電軌道上而觸電致死。例如臺北捷運淡水線即有平面軌道供電路段，為防止民眾誤踏而加設嚴密的鐵絲網。

電壓問題：帶電軌道的電壓不能太高，否則電流會在路軌間形成電弧。由于電壓不高，故在興建鐵路時每隔一小段便要設立一個電站，以確保電力供應穩定──但這樣也加重了成本，因此只適合用在短距離的地下鐵或都市內的軌道運輸。

另外，電壓問題亦使高速列車和貨運列車不適合于軌道供電系統，故一般速度較低、載重較小的列車較適合使用軌道供電系統。

限速：由于集電靴在高速之下難以準確地抓緊帶電軌，故采用軌道供電系統的鐵路限速不能太高。一般而言，采用軌道供電系統的列車的時速上限是約130公里。

電流流失：由于帶電軌道接近地面，故有時電流流失到地面。一些帶電軌道會加上鋁條以減少電流流失。然而，由于鋁對熱力的膨脹反應與鋼有所不同，為避免損毀帶電軌，帶電軌的兩旁都必須有鋁條栓緊。

縫隙問題：在轉轍器、平交道等處，帶電軌都必須留下空隙以容許其他路軌穿越其間。一般來說，使用軌道供電的列車都是動車組，列車幾乎一定擁有多于一個集電靴，所以空隙不會構成什么問題。

但在某些情況下，列車仍有可能因為全部的集電靴都在空隙之中，無法取得電力而不能行動。這時列車需要由其他機車推動、或接駁緊急用電纜到最近的帶電路軌上，以取得動力。

由于這些事故多于繁忙的交匯處發生，故通常都會導致嚴重的擠塞及延誤。

架空接觸網

架空接觸網（又稱架空電纜）供應電力，是電氣化鐵路常用的兩種供電網絡方式之一，也是無軌電車唯一的供電方式。

在鐵路和城市軌道交通系統中，架空接觸網只有導線的一個電極，電力機車通過受電弓取電，再通過金屬輪軌回流到電網中。

在無軌電車等使用膠輪的系統中，架空接觸網有一正一負兩根互相平行的接觸導線（簡稱觸線），通過兩個集電桿取電并形成通路。

架空接觸網的懸掛類型大致為三種：簡單懸掛，鏈式懸掛，剛性懸掛。其中簡單懸掛和鏈式懸掛都是彈性懸掛。相應的架空接觸網也根據懸掛類型分別稱為彈性接觸網和剛性接觸網。

簡單懸掛

簡單懸掛只有導線，沒有承力線，優點是結構簡單，支柱高度低，支撐點承受的負荷較輕，一般運用于隧道等低凈空的場合。

在城市輕軌和無軌電車中，也廣泛使用簡單懸掛。其缺點是跨度小，懸掛點有硬點，且在運行中導線會上下振蕩，不適用于高速鐵路。

鏈式懸掛

鏈式懸掛將導線和承力線之間用懸索連接起來，解決了簡單懸掛中跨度小和硬點的問題，因此大量使用在長距離、高速度、大跨度的電氣化鐵路中。在城市地鐵中，如果使用鏈式懸掛，運行速度有望達到120km/h以上。

剛性懸掛

剛性懸掛是以硬質的金屬條（通常是銅條）代替軟質的導線的新型懸掛方式。隨著材料科學和結構力學的發展，剛性懸掛利用了第三軌供電的接觸面積大的優點，而克服了鋼軌過重無法懸掛的缺點。

城市軌道交通從地下線路開到地上線路時，直接與彈性懸掛的線路無縫對接，不用更換機車。

同時，由于剛性懸掛使用集電弓，沒有使用集電靴的第三軌容易脫落的缺點，可以達到更高的運行速度。但缺點是由于接觸軌與集電弓炭條的接觸面積接大，對集電弓炭條的損耗也較大。

與第三軌供電的比較

架空接觸網受到隧道凈空的限制比較大，在城市地鐵的運用當中會受到土建成本的壓力。因此已有的城市軌道交通當中，第三軌供電仍然占有較大的份額。

然而部分城市軌道交通為了銜接現有的傳統鐵路，仍會采用架空接觸網（例如港鐵）。另外，架空接觸網可能會使部分人產生視覺—心理障礙，對景觀造成一定的負面影響。

但是由于第三軌有觸電的風險，只能用于封閉線路，因此不適合用于與其他交通路線相交的鐵路運輸系統中。

另一方面，地面重型鐵路系統為了高速客運和貨運重載的需要，會使用更高的電壓，如25千伏的供電系統，如果使用軌道供電會形成電弧，集電弓在列車高速運行的時候也能很好地與接觸網接觸，集電靴則有機會脫離供電軌。

安全氣壓

地鐵因列車在隧道內高速移動，可能產生隧道及車廂內的壓力劇烈改變，而造成旅客不舒適的感覺，或者影響設備的使用壽命，其壓力改變的現象可詳活塞效應。

地鐵因列車高速移動產生的壓力波若傳抵隧道出口，將產生隧道口微壓波噪音，干擾附近住民的安寧。

設備

車輛：一般的城市軌道系統使用鐵軌和金屬車輪。但亦有系統使用混凝土路軌或橡膠車輪（和摩托車相近），或兩者兼用。

站臺：高速運行的地鐵與站臺間有縫隙。在未加裝安全防護門的地鐵站臺，乘客應格外注意安全。

地鐵站臺安全防護門：為保護乘客安全自動控制的地鐵站臺防護門。地鐵站臺安全防護門，沿站臺內鐵軌乘客一側設置，包括隔離護欄、滑動門以及驅動裝置。防護門沿地鐵站臺邊緣設置，將列車與地鐵站臺候車廳隔離。

地鐵站臺安全防護門大致分為：全高封閉式屏蔽門系統、全高式安全門系統以及半高式（高約1.5m）安全門系統。

安裝地鐵站臺安全防護門，一是增強地鐵運行的安全性，為旅客提供一個安全的交通環境，防止乘客跌落或跳下軌道而發生危險；

二是使地鐵運行更順暢，更準時。地鐵運行以來，旅客侵入地鐵軌道（有意或無意）的事件時有發生，車門將關閉卻強行上車的現象屢禁不止，這些是造成交通事故和地鐵延誤的主要因素。

站臺防護門的安裝使用將全面有效地消除這些因素造成的負面影響。

針對新建地鐵站臺的特點，多采用全高式安全門系統及新穎的全高封閉式的大玻璃屏蔽門系統。

而且全高封閉式屏蔽門系統作為一種高科技產品所具有的節能、環保和安全功能，減少了站臺區與軌行區之間冷熱氣流的交換，降低了環控系統的運營能耗，從而節約了營運成本。

在地鐵安全門系統的信息傳輸方面，多采用先進的光纖傳輸方式，網絡的拓撲結構采用環形結構。這樣，在車站控制室工作站上能查詢每個安全門單元的狀態、故障以及控制網絡故障、電源故障等，也可以對車站系統運營狀態進行統計。

列車

由于都市內交通運輸擁塞，大眾普遍要求“不需要太長等候時間就能搭乘”。為此列車的運行間隔被設定10分鐘以下。莫斯科在交通尖峰時段更每隔一分鐘就有一班次。

一般情況下，車站內的兩個月臺內的列車是同時到達的。但在東京的部分線路，實行緩行和急行兩種運行方式同時進行的情況。急行列車不停一些較小型的車站，緩行列車則每站都停。

世界的大部分的軌道交通線路，從早晨四點營運到凌晨零點。通常于早晨4點至7點發首班車，晚上10點至凌晨1點發末班車。少數的例外，美國芝加哥和美國紐約為24小時運營。

營運

城市軌道交通系統的運營方式可大致分為兩種。一是由政府或自治團體來營運，被稱為公營。

另一個則是由民營企業營運，是為民營。同時還存在著第三種營運方式，經營者雖然是民營企業，但出資者則是公營團體，這在歐洲較常見。

在一些地區，軌道交通系統的票價無論時間還是乘車長度的長短都是定額的。但是也有很多國家的軌道交通票價是按照乘坐距離（或依里程劃分不同區間）來決定的。

在德國等歐洲國家，軌道交通的票價采取地域制，以某地方為中心，向外輻射來劃定地域，在一個地域（里程）內票價相同，而下一個地域內則又有新的票價。

很多國家組織了交通營運聯合體，軌道交通系統與其他大眾運輸工具進行票證整合，軌道交通系統的車票在其他交通工具（如公共汽車或地區鐵路）上也能使用。

很多城市軌道交通系統導入了自動收費系統，這樣可節省大量人工，節省運營成本。只要插入專用車票或IC卡，自動收費系統的驗票閘門就可自動放行。

在日本，城市軌道交通系統的自動收費裝置還有諸如自動判定票的余額是否不足與判定使用次數等智慧功能。

參考資料