پس از تدوین برنامه بلندمدت حمل و نقل ریلی تهران توسط شرکت حمل و نقلی سیسترا، شامل شبکه خطوط مترو با ۸ خط شهری و ۴ خط اکسپرس، مسیر عبوری کریدور هریک از این خطوط و جانمایی ایستگاه ها در سطح شهر تهران انجام گرفت. اما طراحی جزئیات هریک از خطوط برای مرحله احداث صورت نپذیرفت.

بدین ترتیب مطالعات و تهیه پلان و پروفیل نهایی مسیر به مشاورین متخصص در نقشه برداری، زیرسازی و روسازی مسیر واگذار شد. در این راستا مطالعات زیرسازی و روسازی مسیر خط ۴ متروی تهران، شامل موارد زیر توسط مهندسین مشاور متخصص انجام گرفت و در نهایت پلان و پروفیل دقیق خط به علاوه محل قرارگیری ایستگاهها تهیه گردید:

بررسی پلان و پروفیل اولیه خط ۴

بررسی پلان و پروفیل موجود

بررسی موقعیت بخش های ساخته شده براساس نقشههای "چون ساخت"

اخذ نقطه نظرات نهایی کارفرما و مدیریت طرح

تهیه پلان و پروفیل نهایی

همچنین به منظور طراحی جزئیات، عواملی چون معیارها و مبانی طراحی، پارامترهای طراحی هندسی، ساختمان مقطع خط و سوزنها، مشخصات فنی مصالح روسازی و دستورالعمل فنی اجرای عملیات روسازی تهیه شد. برخی از نکات مهم که در طراحی مسیر خط مترو مورد توجه قرار میگیرند به شرح زیر هستند:

۱) پلان:

پلان یا نقشه مسطحه عبارت از تصویر افقی مسیر و عوارض اطراف آن است. در این نقشه عوارض زمین با خطوط تراز نشان داده میشود. خط تراز مکان هندسی نقاط هم ارتفاع میباشد که ارتفاع نقاط بر روی نقشه نوشته میشود.

۲) نیمرخ یا پروفیل طولی:

نقشه دیگری که به کمک آن خصوصیات مسیر در روی آن مشخص میشود، نیمرخ یا پروفیل طولی است. پروفیل طولی مقطع طولی مسیر در امتداد محور آن است که ارتفاعات خط زمین طبیعی در امتداد محور مسیر و خط پروژه نمایشگر ارتفاعات محور مسیر مورد نظر برای احداث، میباشد.

۳) نیمرخ یا پروفیل عرضی:

مقطع عرضی عمود بر محور مسیر است که در آن خط پروژه و خط زمین نشان داده میشوند. در این مبحث مقطع عرضی همان مقطع تیپ تونل است که روی آن خط زمین و خط پروژه نشان داده شده است.

۴) سرعت

سرعت از جمله مهمترین عوامل موثر در طراحی قطارهای شهری بوده و مبنای محاسبات هندسی مسیر از جمله حداقل شعاع قوس، طول قوس پیوندی و... میباشد. استانداردهای مختلف حداکثر سرعت برای قطارهای شهری را Km/h ۸۰ درنظر میگیرند. وجود قوسهای با شعاع کم، عامل محدودکننده سرعت میباشد.

این مورد با توجه به ویژگیهای مناطق شهری در این نواحی تشدید میگردد. براین اساس بیشترین سرعت طراحی برای خطوط متروی تهران برحسب نوع ناوگان برای خطوط اصلی معادل با: Km/h ۱۰۰ تعیین شده است. همچنین بیشترین سرعت سیر و بهره برداری ناوگان معادل با: Km/h ۸۰ درنظر گرفته شده است. سرعت عاملی مهم در تعیین نیروهای دینامیکی در محاسبات روسازی و ابنیه فنی بوده و همچنین در انتخاب سیستم های علائم و ناوگان ترابری نیز موثر میباشد.

۵) قوس در مسیر

شرایط محیطی و بافت خیابانها و ساختمانها در قطارهای شهری وجود قوس را در مسیر قطار اجتناب ناپذیر میکند. از آنجا که وجود قوس در مسیر یک عامل محدودکننده سرعت و راحتی مسافران است، لذا همواره تلاش طراحان مسیر در استفاده از قوسهای کمتر و حتیالامکان با شعاع بیشتر است.

وجود قوسها و همچنین کوچک بودن شعاع آنها سبب مشکلات بهره برداری و کاهش ظرفیت حمل و نقل نیز میشود. از طرفی ازآنجا که در قوسهای با شعاع کمتر سایش ریلها تشدید می گردد، وجود این نوع قوسها در افزایش هزینههای تعمیر و نگهداری نیز موثر است. بنابراین لازم است برای بهره برداری مناسب از خطوط، حداقل شعاع قوسها محدود شود.

۶) شیب و فراز طولی مسیر:

شیب، نیروی مقاوم و اضافهای (معادل mgSin?) به ناوگان وارد می کند، ناوگان قطارهای شهری از جمله ترامواها و متروها هرکدام دارای ابعاد، وزن، توان و قدرت معینی هستند و به منظور حرکت باید بر نیروهای مقاوم غلبه کنند.

ترامواها که در مقایسه با سایر سیستمهای حمل و نقل ریلی، کوچکتر و دارای وزن کمتری هستند، بهصورت ترافیک مختلط در خیابانهای شهر از آنها بهرهبرداری میشود.

از این رو آنها باید توان حرکت در معابر شهری و شیب و فرازهای آن را داشته باشند.قطارهای شهری که معمولاً برای مسیرهای مستقل در همسطح یا بعضاً زیرزمینی طراحی می شوند، توان و قدرت سیر در شیب و فرازهای ۵/۴ تا ۶ درصد را دارند. ولی قطارهای مترو با توجه به وزن بالای آن، معمولاً توان حرکت در شیب و فرازهای ۵/۳ تا ۵/۴ درصد را دارند.

به هنگام طراحی مسیر، توان واقعی حرکت هر ناوگان باید از کارخانه سازنده استعلام گردد. در طراحی تونلهای مترو باید دقت شود که شیب طولی مسیر به سمت ایستگاه ها باشد تا در موارد احتمالی نفوذ آبهای سطحی به تونل، آب به سمت ایستگاه هدایت شده و در آنجا، با استفاده از تاسیسات زهکشی مستقر در ایستگاهها، آبهای نفوذی به خارج تونل انتقال یابد.پس از انجام طراحیها، تهیه پلان و پروفیل نهایی و ابلاغ آن برای اجرا، به دلیل حساسیت موضوع و احتمال بالای بروز خطا، ضروری است نظارت دقیق توسط عوامل نقشه بردار و متخصص در همه مراحل اجرایی وجود داشته باشد و تطابق عملیات اجرایی تونلها و ایستگاههای خط با پلان و پروفیل نهایی همواره کنترل شود تا درصورت بروز هرگونه مشکل، در اسرع وقت اقدامات اصلاحی لازم انجام پذیرد.

در خط ۴ متروی تهران کنترلهای لازم در حین عملیات اجرایی و پس از اتمام سازههای تونل و ایستگاهها، توسط عوامل نظارت مهندسین مشاور بهین ساز مشاوران مستقر در طول خط انجام گرفت.