近年来，我国城市轨道交通建设迎来了高峰期。城市轨道交通线路纵断面设计方案不仅影响到线路的工程投资，还影响未来的运营成本。为了实现城市轨道交通系统的可持续发展，合理设置线路纵断面变坡点里程和高程，降低城市轨道交通的建设成本和运营成本，逐渐成为城市轨道交通纵断面优化设计的研究重点。本文以城市轨道交通地下线为研究对象，分别构建了V型坡、单向坡和W型坡设计的优化模型，设计了基于自适应遗传算法的模型求解算法，并应用于实际工程案例。本文主要研究内容如下:
　　(1)总结分析了城市轨道交通线路纵断面设计的基本要素、基本坡型以及影响因素，选择土石方工程费用和列车运行能耗费用作为衡量纵断面设计方案的评价指标。提出了明挖法施工时城市轨道交通线路土石方工程费用随线路埋置深度阶段变化及盾构法施工时土石方工程费用的计算方法，探讨了考虑不同阶段开行方案的列车运行能耗费用的计算方法。
　　(2)构建了以土石方工程费用和列车运行能耗费用之和最小为优化目标、以变坡点里程和高程为优化变量的V型坡设计优化模型。约束条件考虑了正线、车站线的坡长和坡度，平纵组合以及标高控制等。基于Matlab平台，设计了自适应遗传算法对该模型进行求解。结合实际工程案例线路数据，计算得到了V型坡设计优化方案。与既有方案相比，优化方案总费用降低了5.46％。
　　(3)在V型坡设计优化模型的基础上，考虑单向坡的技术特征，构建了单向坡设计优化模型，约束条件不仅考虑了坡长、坡度、平纵组合等，还从列车运行的安全性出发，考虑了长大坡段不与小半径曲线重合、列车制动适应性等约束。设计了基于自适应遗传算法的单向坡设计优化模型求解算法。结合实际工程案例线路数据，应用本文提出的模型算法，分别得到了“缓坡+陡坡形式、多缓坡+陡坡组合形式”的优化方案，与既有方案相比，总费用分别降低了5.40％、5.36％。
　　(4)构建了W型坡设计优化模型，与V型坡设计优化模型相比，约束条件不仅包括坡长、坡度、平纵组合、标高控制等，还包括通风井设置约束和排水泵房设置约束，采用自适应遗传算法对W型坡设计优化模型进行求解。结合实际案例线路数据，计算得到了W型坡设计优化方案，与既有方案相比，优化方案总费用降低了3.62％。