地鐵車輛限界與設備限界間安全裕量的可靠性再分析——地鐵列車與屏蔽門間隙測試

王永坤 程祖國 孫德明 楊鳳春楊永立

(1.同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院,201804,上海;2.中國鐵道科學院,100844,北京;3.上海鶴之韻軌道交通科技開發有限公司,200333,上海∥第一作者,碩士研究生)

地鐵列車與站臺屏蔽門間動態間隙安全裕量的設置十分重要,過大過小都將對地鐵的安全運營產生嚴重影響。由文獻[1]知,車輛限界與設備限界間留有100 mm的安全裕量是非常安全的。實際上,車輛限界計算時根據影響因素的概率性質考慮了各種可能因素的最不利組合,從計算車輛到車輛最大動態包絡線,車輛限界的安全裕量足夠大。另一方面,國內多座城市的地鐵車站曾發生過乘客滯留在列車和站臺屏蔽門間的事件,乘客上下車安全受到嚴重威脅。這說明列車與站臺屏蔽門間存在容納乘客侵入的空間。那么,列車通過車站時究竟占用多大的空間帶?不同可靠度下列車與站臺屏蔽門間的剩余間隙為多少?地鐵線路上實際運營的車輛與站臺屏蔽門間的動態間隙值是多少?可靠度又如何?由這一系列問題,提出了站臺區域實際車輛與設備間的間隙測試試驗。本文介紹相關試驗并基于試驗結果做深入分析。

1 站臺區域實際車輛與設備間的間隙測試設計

1.1 測試方法與設備

參照限界驗證測試方法測試列車與屏蔽門的間隙。測試設備為非接觸式激光距離傳感器。

測試結果與測點位置(縱向位置、垂向高度)有關。不同測試高度測得的列車與站臺屏蔽門間的間隙不同。根據中國人體工程統計資料,普通成年人胸腹部高度約1 300 mm,需要購票的兒童的胸腹部高度約800 mm。因此,測點高度定于站臺面以上1 300 mm、800 mm處(限于篇幅本文僅介紹1 300 mm高度的測試結果)。激光距離傳感器固定在保證其中心線距站臺面高1 300 mm的支架上。測點縱向位置選在各屏蔽門左側門柱處。

1.2 測試對象選擇

屏蔽門選擇:隨機選擇某車站一側的屏蔽門,1～6號屏蔽門位于直線段,7～28號屏蔽門位于曲線段。試驗前屏蔽門未作特別維護。

列車選擇:當日在該線路上運行的全部列車。這些列車沒有為了間隙測試作特別維護。

1.3 測試內容

測試1 300 mm高度處車體表面與屏蔽門門柱間的橫向間距,即列車與屏蔽門的動態間隙(見圖1)。

圖1 列車與屏蔽門間隙值測試示意圖

2 測試結果

2.1 列車與屏蔽門動態間隙測試結果

測試記錄了列車進入、停站、離開車站的全過程列車與屏蔽門的動態間隙。測試結果見表1。表1中,間隙測試值為實測的間隙最小值,間隙標準值為CJJ 96《地鐵限界標準》在1 300 mm高度處規定的車輛限界與設備限界間的間距[2]。

表1 列車與各屏蔽門間隙 mm

2.2 直線站臺列車進站時橫向晃動量測試結果

在2、3、4、5號屏蔽門處累積測試了11列車進出、通過車站時列車的橫向晃動量(見表2)。由表2得,晃動量最小值ΔX min為39 mm,晃動量最大值 ΔX max為70 mm,晃動量均值 μ為49.8 mm,方差σ為9.8 mm。

表2 列車橫向晃動量 mm

3 車輛限界與設備限界間安全裕量的可靠性分析

分析車輛限界與設備限界間安全裕量的可靠性,其目的在于預計進站列車侵犯屏蔽門的概率。

延用文獻[1]的假設,列車晃動量呈正態分布,則

z值在統計學上用來表示標準偏差值,用以描述總體中的個體離均值的偏離程度。本文中z值表征列車侵犯屏蔽門的概率性,z值越大,列車侵犯屏蔽門的概率就越小。通過測試可求出z值;再規定z值,然后求相應的列車晃動量。

在直線站臺1 300 mm高度處,實際測得列車的橫向晃動量最大值=70 mm,車輛晃動量均值 μ=49.8 mm,方差 σ=9.8 mm 。由式(1)得 z值為2.06。在標準正態分布表中查出實測間隙最大值對應的計算概率為0.980 30;當取z=6時,預計=108.6 mm。

1 300 mm高度處屏蔽門與計算列車車體側墻表面間隙實測為290 mm。根據上述計算方法,可得到不同z值時預計的列車橫向晃動量最大值,從而得出列車侵犯屏蔽門的可能性預計(見表3)。

表3 列車侵犯屏蔽門的可能性預計

由表 3可見,假設屏蔽門向軌道方向平移181.4 mm(這時列車的橫向晃動量仍保留108.6 mm余量),列車侵犯屏蔽門的可能性也只有0.000 000 001,即列車運行10億次時,僅有一次橫向晃動量最大值會超出108.6 mm。假設3 min通過1列車,每年按365天計算共有131 400次列車經過一扇屏蔽門,則要761年列車才有一次侵犯屏蔽門的可能。由此可見,原屏蔽門處設置的間隙太安全了,可適當縮小。

[1]程祖國,陳薇萍,朱劍月.地鐵車輛限界與設備限界間安全裕量的可靠性分析[J].城市軌道交通研究,2004,6(1):26.

[2]CJJ 96—2003 地鐵限界標準[S].

[3]楊靜敏.德國Bostrab標準中關于城市軌道限界的暫行規范[M].上海:同濟大學出版社,1996.