徐瑰麟
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 城市軌道與地下工程設(shè)計(jì)研究院,湖北 武漢 430063)
軌道交通線路設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定線路的空間定位。軌道交通項(xiàng)目中任何一個(gè)影響線站位、車輛基地方案的因素異動(dòng),都需要線路專業(yè)從全局最優(yōu)的角度去判斷和把控,對(duì)線路設(shè)計(jì)做好相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整,這樣必然影響依附于線路的車站、區(qū)間、車輛基地等各個(gè)土建及系統(tǒng)專業(yè)。線路設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到項(xiàng)目工程總體規(guī)模及工程投資,在設(shè)計(jì)過程中,線路資料開放之時(shí)亦是軌道交通項(xiàng)目全專業(yè)開展設(shè)計(jì)之際,因而質(zhì)量控制的重要性與實(shí)時(shí)性可見一斑。線路設(shè)計(jì)質(zhì)量控制需要對(duì)設(shè)計(jì)全流程實(shí)施控制,貫徹預(yù)防為主、審查把關(guān)相結(jié)合的原則,關(guān)注項(xiàng)目合規(guī)性、合理性、安全可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性[1]等方面涉及的質(zhì)量控制要點(diǎn),立足全局,兼顧部分,力求線路設(shè)計(jì)更優(yōu)。
軌道交通項(xiàng)目線路基本走向、敷設(shè)方式、線站位布局應(yīng)合規(guī)。線站位布局應(yīng)與城市總體規(guī)劃、綜合交通規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、城市近期建設(shè)規(guī)劃及軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、軌道交通用地控制規(guī)劃等上位規(guī)劃保持一致。線路基本走向、敷設(shè)方式應(yīng)與上位規(guī)劃或上階段設(shè)計(jì)相符,工程可行性研究階段線路長(zhǎng)度、車站數(shù)量變化不得超過建設(shè)規(guī)劃批準(zhǔn)規(guī)模的 15%。如果因城市規(guī)劃、工程條件等因素影響而發(fā)生重大變化,必須有充分的調(diào)整依據(jù),并按流程上報(bào)規(guī)劃調(diào)整方案,取得相關(guān)部門同意。例如,位于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶[2]中心的武漢市,由于城市規(guī)劃等因素調(diào)整,工程可行性研究階段將原 4 號(hào)線西延線與11 號(hào)線西段合并為蔡甸線,與已批復(fù)的軌道交通第3 期建設(shè)規(guī)劃存在一定調(diào)整。在第 3 期軌道交通建設(shè)規(guī)劃中,軌道交通 4 號(hào)線由黃金口站西延兩站至鐵路新漢陽(yáng)站,11 號(hào)線西段由紅馬嘴站經(jīng)蔡甸向西止于柏林站[3],武漢軌道交通 4 號(hào)線西延與 11 號(hào)線西段走向示意圖如圖 1 所示。
圖 1 武漢軌道交通 4 號(hào)線西延與 11 號(hào)線西段走向示意圖Fig.1 The line route of the western extension of line No.4 and the western section of line No.11 in Wuhan
在工程可行性研究階段,武漢西站樞紐規(guī)劃選址調(diào)整至黃金口站以南、蔡甸區(qū)發(fā)展重心東移、國(guó)家級(jí)中法武漢生態(tài)示范城規(guī)劃發(fā)生改變,導(dǎo)致 4 號(hào)線西延與 11 號(hào)線西段設(shè)計(jì)邊界發(fā)生了重大調(diào)整。結(jié)合軌道交通線網(wǎng)中兩線的功能定位,線路起訖點(diǎn)、線路走向及車站分布等因素,原 4 號(hào)線西延線與 11 號(hào)線西段合并為蔡甸線,與 4 號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng),由黃金口站起,向西經(jīng)蔡甸止于柏林站,武漢軌道交通蔡甸線走向示意圖如圖 2 所示。而 11 號(hào)線連接武漢西站,并為支撐中法生態(tài)城規(guī)劃發(fā)展預(yù)留了一條新的軌道交通廊道。線路調(diào)整情況上報(bào)相關(guān)部門獲得同意后,線站位布局才具備合規(guī)性。
圖 2 武漢軌道交通蔡甸線走向示意圖Fig.2 The line route of the Caidian line in Wuhan
線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括最小曲線半徑、最大縱度、最小坡段長(zhǎng)度等。項(xiàng)目在綜合交通體系、軌道交通線網(wǎng)中的功能定位將確定速度目標(biāo)值、運(yùn)營(yíng)組織等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際,因地制宜,合理確定線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),既滿足運(yùn)營(yíng)需要,又能合理控制工程規(guī)模。例如,武漢軌道交通 7 號(hào)線連接城市北部組團(tuán)、中心城區(qū)與南部組團(tuán),新城區(qū)與中心城區(qū)之間具有一定的時(shí)空距離[4],屬于市域快線,速度目標(biāo)值確定為 100 km/h。一期工程線路位于主城區(qū),沿線建構(gòu)筑物密集,工程條件受限,拆遷量大。在確定線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),考慮到部分地段站間距較小,實(shí)際運(yùn)行速度為 70 km/h,為減少拆遷,最小曲線半徑取值沒有教條采用設(shè)計(jì)速度為 100 km/h 的對(duì)應(yīng)數(shù)值,而是補(bǔ)充了“由于工程原因,局部限速地段最小曲線半徑采用 350 m”的規(guī)定,合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在滿足運(yùn)營(yíng)需求的前提下保證了工程實(shí)施的可行性。
線路及車站設(shè)置應(yīng)盡可能與城市現(xiàn)有及規(guī)劃道路相結(jié)合,以減少對(duì)城市規(guī)劃地塊的分割,穿越街坊地帶應(yīng)與城市改造和綜合開發(fā)相結(jié)合。車站分布應(yīng)與軌道交通網(wǎng)、城市道路網(wǎng)及公共交通網(wǎng)相結(jié)合,盡量將車站設(shè)置在大型客流集散點(diǎn)、主要道路交叉口或與居住區(qū)結(jié)合較好的位置,以有利于最大限度地吸引客流,減輕地面交通壓力,方便乘客出行。
線路起訖點(diǎn)選擇應(yīng)為遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留條件,特別是在軌道交通線網(wǎng)中明確遠(yuǎn)期將延伸的項(xiàng)目,需要結(jié)合運(yùn)營(yíng)組織、工程條件等確定合理方案。為減少空車走行距離,車輛基地出入線不宜設(shè)置過長(zhǎng),當(dāng)車輛基地選址用地遠(yuǎn)離正線時(shí),正線接軌站需要做相應(yīng)調(diào)整。車輛基地設(shè)于線路端部的,如果選址用地發(fā)生變化,對(duì)線路起訖點(diǎn)的穩(wěn)定也將帶來影響。例如,武漢軌道交通 2 號(hào)線南延線停車場(chǎng)選址受用地條件限制多次調(diào)整,導(dǎo)致終點(diǎn)站設(shè)計(jì)較難穩(wěn)定。
軌道交通敷設(shè)方式一般分為高架線、地面線及地下線 3 種。線路敷設(shè)方式選擇應(yīng)結(jié)合城市道路、地形地質(zhì)條件、沿線管線及建構(gòu)筑物情況、過渡段設(shè)置、周邊環(huán)境要求、市政綜合開發(fā)等方面統(tǒng)籌考慮,確定合理方案。因此,應(yīng)特別關(guān)注項(xiàng)目勘察及資料收集階段,針對(duì)目前軌道交通項(xiàng)目勘察和設(shè)計(jì)分離的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)單位在接收勘察資料時(shí),應(yīng)做好核查。例如,在武漢第 4 期建設(shè)規(guī)劃研究過程中,由于規(guī)劃 11 號(hào)線、12 號(hào)線局部穿越巖溶塌陷區(qū)域,為避免出現(xiàn)重大工程風(fēng)險(xiǎn),研究初期推薦規(guī)劃 11 號(hào)線、12 號(hào)線局部采用高架方式。隨著對(duì)地質(zhì)鉆探資料的收集、研究,線路平面繞避了不良地質(zhì)區(qū)域,敷設(shè)方式由高架線改為地下線,避免了城區(qū)內(nèi)沿線建筑物的大量拆遷。
實(shí)施項(xiàng)目將不可避免地與軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃要求的遠(yuǎn)期線路發(fā)生銜接。線路設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足功能要求的前提下,盡量保證換乘便捷性、減小車站工程規(guī)模,預(yù)留遠(yuǎn)期工程銜接條件,同時(shí)還應(yīng)具備一定靈活性。換乘線路或相交線路應(yīng)做相鄰三站兩區(qū)間研究,綜合考慮多種因素后,合理確定與交叉銜接線路關(guān)系。例如,武漢軌道交通規(guī)劃 10 號(hào)線在解放大道路口呈南北向走行,與東西向走行的規(guī)劃 14號(hào)線形成立交。受此處在建市政高架橋工程限制,規(guī)劃 10 號(hào)線左右正線需按上下重疊方式布局并下穿規(guī)劃 14 號(hào)線,軌道交通形成地下 3 層立交的格局,為將來兩線工程實(shí)施預(yù)留了空間。
線路平面設(shè)計(jì)應(yīng)力求順直,盡量采用較大曲線半徑沿城市道路布設(shè),根據(jù)項(xiàng)目所處地理位置、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,地面交通要求等情況,合理選擇線路位置及線路埋深,減少地鐵施工過程中對(duì)沿線建筑及管線的拆遷和城市交通的干擾。地下線應(yīng)結(jié)合區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道、中間風(fēng)井等分布,利用牽引曲線對(duì)區(qū)間縱斷面盡量按照節(jié)能坡進(jìn)行設(shè)計(jì)。
例如,武漢軌道交通 5 號(hào)線在新生路至三角路站區(qū)間線路沿和平大道走行,與既有武漢長(zhǎng)江公路隧道立交[5],5 號(hào)線施工期及運(yùn)營(yíng)期必須保證公路隧道的安全。另外,武大鐵路 (武昌—大冶) 以橋梁方式上跨和平大道,如果線路繞避鐵路橋梁則需要增加 5 處曲線,并且下穿已出讓地塊;如果線路沿路中走行則需要破除鐵路橋梁部分橋樁基礎(chǔ)同時(shí)補(bǔ)充加固措施,但線路順直。經(jīng)綜合比較,目前武漢軌道交通 5 號(hào)線按順直的線路方案予以實(shí)施。
軌道交通線路配線設(shè)置應(yīng)工程規(guī)模適當(dāng)、工程風(fēng)險(xiǎn)可控、運(yùn)營(yíng)組織安全方便靈活。線路需設(shè)置折返線、停車線、安全線、聯(lián)絡(luò)線、車輛基地出入線等配線。結(jié)合線路交路設(shè)置,折返線設(shè)于折返站;停車線設(shè)置一般間隔距離 8~10 km,主要用于故障車停留,宜盡量與站后折返線合并設(shè)置,由于設(shè)有配線的車站工程規(guī)模大,數(shù)量過多會(huì)造價(jià)過高,數(shù)量過少會(huì)引起運(yùn)營(yíng)需求得不到保障。例如,天陽(yáng)路站[6]為武漢軌道交通規(guī)劃前川線遠(yuǎn)期小交路折返站,也是規(guī)劃天河樞紐支線接軌站。為保證線路具備由武漢市區(qū)至前川貫通運(yùn)營(yíng)的條件,又具備武漢市區(qū)與天河樞紐貫通運(yùn)營(yíng),以及前川至天陽(yáng)路站增設(shè)小交路運(yùn)營(yíng)的條件,天陽(yáng)路站研究設(shè)為平行雙島式高架車站,前川方向正線與武漢市區(qū)方向正線通過單渡線相連接,遠(yuǎn)期前川客流可以通過同站臺(tái)換乘天河樞紐方向列車去往武漢市區(qū)。天陽(yáng)路站配線示意圖如圖 3 所示。該種配線形式設(shè)置靈活,滿足今后多種行車交路運(yùn)營(yíng)要求。
圖 3 天陽(yáng)路站配線示意圖Fig.3 The wiring diagram of the Tianyang road station
軌道交通的安全可靠性包括項(xiàng)目在建設(shè)期的施工安全及運(yùn)營(yíng)期的運(yùn)營(yíng)安全,具體到線路設(shè)計(jì)為工程安全尋求更優(yōu)的線位、創(chuàng)造良好的線路平縱斷面技術(shù)條件、選擇運(yùn)營(yíng)安全可靠的配線形式。
線路在平面及縱斷面選線時(shí)應(yīng)貫徹地質(zhì)選線,盡量繞避不良地質(zhì)區(qū)域及不良地質(zhì)層,降低工程施工及運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)。例如,武漢軌道交通規(guī)劃12 號(hào)線[7]武昌段局部線路穿越巖溶塌陷區(qū)域,為避免重大工程風(fēng)險(xiǎn),將該段平面線位南移 800 m,繞避了不良地質(zhì)區(qū)域。再如,武漢軌道交通 11 號(hào)線[8]東段局部線路穿越溶洞,為避免施工風(fēng)險(xiǎn),調(diào)整了線路縱斷面繞避了不良地層,目前工程已順利實(shí)施。
線路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量創(chuàng)造良好的平縱斷面技術(shù)條件,避免小半徑大坡率地段相重疊。例如,武漢軌道交通 3 號(hào)線在施工過程中出現(xiàn)的險(xiǎn)情就發(fā)生在平縱斷面均最為不利的盾構(gòu)區(qū)間。一般來說受控因素較多的地鐵線路車站兩端難以避免小半徑曲線,而縱斷面設(shè)計(jì)按照“高車站、低區(qū)間”的原則設(shè)置節(jié)能坡,加速坡與平面曲線疊加的幾率較大。在這樣的情況下,應(yīng)優(yōu)先選擇改善線路技術(shù)條件,犧牲節(jié)能效果。良好的線路技術(shù)條件不僅有利于施工期安全,也有益于運(yùn)營(yíng)期維護(hù)。根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)部門反饋,半徑為 450 m 及以上的曲線線路,輪軌磨耗情況明顯優(yōu)于更小半徑曲線線路,旅客舒適度也更高。長(zhǎng)大坡段對(duì)運(yùn)行不利,應(yīng)在保證正常情況、車輛出現(xiàn)故障時(shí)的各種工況安全運(yùn)行的前提下才能夠采用。
線路設(shè)計(jì)中,在線路與其他正線或支線共線運(yùn)行的接軌站,在進(jìn)站共軌運(yùn)行方向需設(shè)置為平行進(jìn)路,以保證兩線列車無行車干擾,避免站外停車的情況。例如,武漢軌道交通規(guī)劃前川線天陽(yáng)路站就為主線及支線設(shè)置了平行進(jìn)路,確保運(yùn)營(yíng)安全,天陽(yáng)路站具體配線如圖 3 所示。另外,由支線或車輛基地出入線進(jìn)入正線前應(yīng)具備一度停車條件,當(dāng)出現(xiàn)不能滿足信號(hào)安全距離、縱斷面條件對(duì)停車安全不利等情況,均應(yīng)設(shè)置安全線,以確保正線行車安全。
除了以上要點(diǎn),影響工程安全的還有很多因素,如沿線建構(gòu)筑物情況、地下管線、高壓走廊等。線路設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合各車站、區(qū)間工程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)要求,創(chuàng)造更好的工程條件,尋求更優(yōu)設(shè)計(jì)方案,降低項(xiàng)目整體工程風(fēng)險(xiǎn)。
軌道交通的建設(shè)應(yīng)當(dāng)與城市的自然條件、社會(huì)條件相適應(yīng),以達(dá)到城市軌道交通的建設(shè)適用于城市發(fā)展的目的。
軌道交通與航空、鐵路、長(zhǎng)途汽車等大型綜合交通樞紐之間的銜接,軌道交通之間的換乘及軌道交通與其他交通方式的銜接換乘關(guān)系,是軌道交通設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)研究的問題。大型客流集散點(diǎn)各種交通方式之間的換乘距離及便捷性是衡量軌道交通適應(yīng)性的重要方面。在線路設(shè)計(jì)中,銜接對(duì)外交通樞紐的車站、換乘站的站位確定應(yīng)經(jīng)過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,慎重選擇。例如,在鐵路武昌站,規(guī)劃有軌道交通 4 號(hào)線、7 號(hào)線、11 號(hào)線、12 號(hào)線等多條線路,線站位受控因素多,設(shè)置較為困難。受武昌站站房及西廣場(chǎng)中山路下穿隧道分割,最終確定了4 條軌道交通線換乘站分設(shè)東西廣場(chǎng)的換乘方案,其中規(guī)劃 11 號(hào)線、12 號(hào)線換乘車站設(shè)于東廣場(chǎng),4 號(hào)線、7 號(hào)線換乘車站設(shè)于西廣場(chǎng),并分別與鐵路武昌站東西站房形成便捷換乘。武昌站所在交通樞紐示意圖如圖 4 所示。
圖 4 武昌站所在交通樞紐示意圖Fig.4 The diagram of the transport hub with the Wuchang station
城市主城區(qū)一般具有建筑密度高、交通需求大而道路資源有限的特點(diǎn)。軌道交通站點(diǎn)施工往往會(huì)占用城市道路,影響原有的交通秩序,給市民出行帶來較大的沖擊。軌道交通建設(shè)期需要進(jìn)行交通疏解,把施工期交通影響降至最低程度,適應(yīng)城市交通需求。線路設(shè)計(jì)時(shí),在滿足車站功能、符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下,應(yīng)優(yōu)先選擇有利于交通疏解的設(shè)計(jì)方案。車站站位盡量避開市政高架橋匝道、市政隧道出入口,能設(shè)于半幅道路的不侵占整幅道路,為施工期交通疏解預(yù)留條件及實(shí)施空間。
軌道交通高架線及地面線的建筑結(jié)構(gòu)形式和體量應(yīng)與城市景觀和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),減少對(duì)生態(tài)環(huán)境、文物保護(hù)區(qū)的影響。在線路設(shè)計(jì)中,線位應(yīng)盡量避讓環(huán)境敏感點(diǎn)、文物保護(hù)區(qū),慎重選擇敷設(shè)方式,地下區(qū)間線路必須穿越地面建構(gòu)筑物與住宅區(qū)時(shí),在條件允許的情況下,宜適當(dāng)增加埋深,以利減振、降噪,減小對(duì)地面建筑物的干擾。
例如,昆明軌道交通 5 號(hào)線[9]世博園站至龍慶路站原規(guī)劃為高架線,由于鄰近國(guó)家 4A 級(jí)景區(qū)——昆明世博園,建設(shè)規(guī)劃環(huán)評(píng)批復(fù)意見要求敷設(shè)方式設(shè)置為地下。在線路設(shè)計(jì)過程中,優(yōu)化了該項(xiàng)目的線站位及配線方案,此段線路調(diào)整為地下線,以減少對(duì)周圍環(huán)境景觀影響。受鄰近車站站位已錨固的限制,5 號(hào)線區(qū)間需要下穿國(guó)家級(jí)文物抗戰(zhàn)勝利紀(jì)念堂的核心保護(hù)區(qū)范圍,為盡量減少對(duì)文物的影響,線路縱斷面進(jìn)行了調(diào)整,線路埋深增加至 27 m 以上,鄰近車站加深至地下 4 層,此方案獲得了相關(guān)部門認(rèn)可。
軌道交通項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性,針對(duì)線路設(shè)計(jì)而言,主要是在工程方案合理的前提下,盡可能控制工程造價(jià),體現(xiàn)在依附于線路的車站、區(qū)間、車輛基地等各個(gè)土建及系統(tǒng)專業(yè)的工程規(guī)??煽?。在線站位選擇時(shí),考慮到因土地價(jià)值及房?jī)r(jià)提升導(dǎo)致的拆遷難度大,成本高問題,應(yīng)盡量減少拆遷量、減小對(duì)地塊的切割,以便使軌道交通沿線地塊高效利用、協(xié)調(diào)發(fā)展。由于高架線及地面線工程造價(jià)較地下線低,有條件時(shí)應(yīng)盡量采用高架線及地面線,可以大幅降低工程造價(jià)。另外,通過優(yōu)化線路設(shè)計(jì),研究縮短線路長(zhǎng)度、減小配線車站規(guī)模、減小地下站車站埋深、縮短聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)度等都是線路設(shè)計(jì)中控制工程造價(jià)的重要措施。
在軌道交通設(shè)計(jì)中,線站位的空間定位控制車站、區(qū)間、車輛基地等各個(gè)土建及系統(tǒng)專業(yè),直接影響工程項(xiàng)目總體規(guī)模、運(yùn)營(yíng)效率及工程投資。線路設(shè)計(jì)走在設(shè)計(jì)周期最前沿,應(yīng)從合規(guī)性、合理性、安全可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)線路進(jìn)行全方位的質(zhì)量控制和優(yōu)化,因地制宜地得出最優(yōu)線路平、縱斷面方案,為后續(xù)專業(yè)優(yōu)化實(shí)施提供保障。在闡述軌道交通線路設(shè)計(jì)質(zhì)量控制要點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以典型工程為例,提出線路設(shè)計(jì)的基本思路。但是,如何將質(zhì)量控制要點(diǎn)指標(biāo)化、系統(tǒng)化,為線路設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)仍然有待深入研究。
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[7] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 武漢市軌道交通 12 號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R]. 武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2017.
[8] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 武漢市軌道交通 11 號(hào)線三期工程可行性研究報(bào)告[R]. 武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2017.
[9] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 昆明市軌道交通5號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R]. 武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2015.