貴陽軌道交通1號線長大連續(xù)坡道及運營安全研究

何建枝

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 成都 610031)

1 項目概況

根據(jù)貴陽市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)規(guī)劃，1號線為貴陽市城市軌道交通骨干線。線路起于金陽新區(qū)西側(cè)的下麥西，沿林城西路東行，高架過云潭路后轉(zhuǎn)入地下，過行政中心站、會展中心站后線路上跨小灣河，沿210國道、景觀大道敷設(shè)，在貴陽北站與大鐵路實現(xiàn)換乘。線路出貴陽北站后沿小關(guān)水庫西側(cè)拐向北，于小關(guān)水庫北端跨過小關(guān)峽谷，并于雅關(guān)村處中部設(shè)雅關(guān)站后向南至蠻坡設(shè)站，到老城區(qū)后經(jīng)省政府沿中華路、遵義路南行，線路下穿火車站，經(jīng)朝陽洞路、珠江路南下，上跨西南環(huán)線后達(dá)到1號線終點站場壩村站。線路平縱斷面見圖1。

線路全長33.60 km，共設(shè)車站23座(含換乘車站5座)，其中地下站18座，高架站5座。1號線于下麥西設(shè)金陽車輛段及綜合基地，場壩村設(shè)小河停車場，在金陽大道站附近設(shè)控制中心1處，在朱家灣站及貴陽火車站附近各設(shè)主變電所1處。

1號線為大運量城市軌道交通線路，采用地鐵制式B型車，最高運行速度80 km/h，初期、近期、遠(yuǎn)期均采用6輛編組，遠(yuǎn)期設(shè)計行車量為24對/h，系統(tǒng)規(guī)模按30對/h預(yù)留。

圖1 1號線線路平縱斷面

2 地形地貌

貴州省是國內(nèi)“喀斯特”地貌最為集中的地區(qū)之一，貴陽市地處云貴高原，具有地勢起伏大，主城區(qū)道路狹窄、人口居住高度集中等特點。貴陽市城市老城區(qū)位于群山之中的盆地之內(nèi)，全市地形起伏較大，地質(zhì)條件相對復(fù)雜，山地、丘陵占全市土地面積的88%。最高海拔1 762 m，最低海拔506 m，老城區(qū)、小河片區(qū)、新天片區(qū)、龍洞堡片區(qū)和花溪片區(qū)平均海拔在1 070～1 090 m，金陽新區(qū)、三橋馬王廟片區(qū)、白云片區(qū)平均海拔在1 170～1 300 m。低緯度、高海拔、地形多樣是貴陽地理的顯著特征。由于受地形條件限制，城市只能以組團(tuán)式布局?jǐn)U展城市空間。貴陽城市地理環(huán)境特征見圖2，各片區(qū)發(fā)展用地平均高程見圖3。

圖2 貴陽城市地理環(huán)境特征

圖3 貴陽各片區(qū)發(fā)展用地平均高程

結(jié)合城市地形地貌、地質(zhì)條件，軌道交通1號線線路選線、縱剖面設(shè)計難度大于一般平原城市軌道交通設(shè)計。1號線從金陽到主城區(qū)高差220 m，且主要集中在貴陽北站到扁井區(qū)間，該區(qū)間直線距離3.7 km，高差161 m，自然坡度達(dá)54‰，超過了直線電機(jī)車輛的爬坡能力，即使采用直線電機(jī)車輛也需要展線1 km多。1號線采用鋼輪鋼軌的B型車，線路設(shè)計需采用展線方式，展線模型示意見圖4。

圖4 展線模型

3 展線設(shè)計

線路從貴陽北站軌面海拔高度1 230 m到蠻坡站軌面海拔高度1 110 m，落差120 m，按B型地鐵列車的爬坡能力無法直接下來，需要拉長線路克服落差，在黔靈山中兜一圈。在可研階段，本區(qū)段縱坡采取貼著規(guī)范上限34‰的展線方案，從運營安全出發(fā)，專家評審建議做28‰展線方案。

結(jié)合現(xiàn)狀地形條件和周邊用地情況，按28‰展線方案，線路展線經(jīng)過雅關(guān)片區(qū)，雅關(guān)村周圍有大片待開發(fā)地塊，規(guī)劃性質(zhì)大部分為居住用地，有少量的商業(yè)金融用地及文化娛樂用地，土地面積約為100 hm2(1 500畝)，土地開發(fā)價值極高，地塊規(guī)劃見圖5。1號線出貴陽北站后線路經(jīng)小關(guān)大橋后向北展線至雅關(guān)，于雅關(guān)村西側(cè)跨過小關(guān)峽谷后設(shè)雅關(guān)站，通過合理的線路設(shè)計和車站設(shè)計，方便展線范圍內(nèi)居民出行和帶動用地開發(fā)。

圖5 雅關(guān)片區(qū)地塊規(guī)劃

展線至雅關(guān)的方案由于線路長度增加了2.2 km，坡度相對比較平緩，且無高橋長隧控制工程，后期的運營風(fēng)險較小。

根據(jù)線路的優(yōu)化，并結(jié)合貴陽市總體規(guī)劃，增設(shè)雅關(guān)站。車站站位處于金陽新城與舊城之間大片林地區(qū)域，周邊群山環(huán)抱，臨近小關(guān)水庫，自然環(huán)境條件十分優(yōu)越。據(jù)貴陽市總體規(guī)劃圖，雅關(guān)區(qū)域為貴陽市未來城市的公共“綠心”之一，綠心附近地塊亦配套規(guī)劃有居住及其商業(yè)、文化配套用地(見圖6)。當(dāng)然，如何在此“綠心”規(guī)劃建設(shè)一條“經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、美觀、高效”的高架軌道交通是非常重要的課題，也是貴陽軌道交通建設(shè)的特色。軌道在山中穿行，站外風(fēng)景的引入，這是有別于其他城市的獨有特色，同時也使設(shè)計面臨新的挑戰(zhàn)。

圖6 雅關(guān)站構(gòu)想

1號線設(shè)站于此，將徹底改變雅關(guān)區(qū)域交通不便的狀況。軌道交通的快速、便捷、大運載能力，極易為雅關(guān)吸引來至新舊城的雙向客流。交通的便捷也大幅提升雅關(guān)區(qū)域土地開發(fā)的可能性，站址附近為雅關(guān)村自然村落，遷建相對容易，土地整理后極具開發(fā)價值。按總體規(guī)劃預(yù)計容積率1.6開發(fā)強(qiáng)度，總計320萬m2建筑面積，能夠解決至少3萬戶家庭的居住問題，發(fā)揮展線的經(jīng)濟(jì)效益，同時帶動周邊商業(yè)發(fā)展，解決就業(yè)問題，可謂一舉多得。

4 運營安全

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》，正線的最大坡度宜采用30‰，困難地段可采用35‰。在山地城市的特殊地形地區(qū)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，有充分依據(jù)時，最大坡度可采用40‰。貴陽軌道交通1號線采用34‰或28‰的線路最大縱坡都滿足地鐵規(guī)范的要求，但貴陽1號線從金陽新區(qū)的貴陽北站到老城區(qū)的北京路站10 km線路連續(xù)下坡，長大連續(xù)坡道段一旦遛車，如果不采取適當(dāng)?shù)陌踩婪洞胧瑒菽苻D(zhuǎn)換成動能，模擬計算速度超過110 km/h，存在巨大的安全隱患。

4.1 車輛適應(yīng)性

列車在長大坡道上下坡時，需要施加制動力來限制列車運行速度。列車制動時所產(chǎn)生的能量通常由回饋電網(wǎng)、制動電阻吸收和車輪閘瓦摩擦吸收3種方式。當(dāng)列車正常運行時，由3種方式分擔(dān)制動產(chǎn)生的能量。緊急制動時，所有的制動能量需由車輪閘瓦摩擦來吸收，將引起車輪和閘瓦的溫升。考慮到本線長大坡道的線路特點，根據(jù)安全運營需要，車輛上設(shè)置制動電阻，車站預(yù)留設(shè)置能量吸收裝置的條件，下階段進(jìn)一步研究在車站或區(qū)間設(shè)置能量吸收裝置的必要性。空氣制動有閘瓦制動系統(tǒng)和輪盤制動系統(tǒng)兩種形式，輪盤制動系統(tǒng)的熱容量要優(yōu)于閘瓦制動系統(tǒng)。

車輛應(yīng)綜合考慮制動系統(tǒng)的可靠性，充分發(fā)揮再生制動、電阻制動的效能，車輛基礎(chǔ)制動系統(tǒng)應(yīng)采用輪盤制動。這樣多管齊下，從源頭上、主動防護(hù)上把安全措施做夠，基本沒有發(fā)生遛車的可能性。另外，為防止工程車遛車，也增設(shè)ATP裝置。

4.2 行車組織與運營安全保障

為保證長大坡道上的列車運營安全，同時考慮到上、下行兩個方向均能使用，結(jié)合工程實施條件，在全線坡道最大的末端站——雅關(guān)站東端的兩條正線之間設(shè)置一條安全線，配線方案如圖7所示。

圖7 雅關(guān)站配線示意

停車線的坡度與貴陽北站—雅關(guān)站的坡度是反向的，形成V字型坡道，縱斷面如圖8所示。

圖8 長大坡道區(qū)段縱斷面示意

4.3 信號系統(tǒng)安全保障

如圖9所示，在雅關(guān)站站后設(shè)置安全線，平時1#道岔的開向安全線，將經(jīng)道岔側(cè)向進(jìn)入安全線的區(qū)段作為列車進(jìn)站的保護(hù)區(qū)段。當(dāng)由貴陽北站方向行駛來的列車運行至雅關(guān)站停車，在信號系統(tǒng)判斷相關(guān)條件(列車速度為0等條件)滿足后，在列車停站時間內(nèi)解鎖1#道岔，再將1#道岔轉(zhuǎn)換至反位，辦理至下一個區(qū)間的進(jìn)路。這樣列車失控運行至雅關(guān)站站后的安全線，不會繼續(xù)溜向下一區(qū)間。

圖9 雅關(guān)站站后設(shè)置安全線

4.4 大坡道擋車器設(shè)計

《地鐵設(shè)計規(guī)范》對擋車器提出了正線擋車器設(shè)計撞擊速度15 km/h的要求。若正線末端為高架橋、重要建筑物或人流密集區(qū)域，則應(yīng)考慮提高額定撞擊速度標(biāo)準(zhǔn)，如廣州地鐵3號線、5號線，正線高架橋末端擋車器額定撞擊速度均采用了25 km/h。因此，本線安全線考慮在列車自動控制局部失控、在實施人工控制后列車剩余速度提高到25 km/h撞擊擋車器，推薦采用制動能力優(yōu)良的滑移式液壓緩沖擋車器(見圖10)。另外，為進(jìn)一步確保安全，在線路的終端加裝與滑移式液壓緩沖擋車器配套使用的固定式擋車器，以確保行車安全。預(yù)留擋車器滑移長度30 m。

4.5 防災(zāi)救援措施

軌道交通是個系統(tǒng)工程，為確保運營安全，針對長度坡度隧道區(qū)間特點，從機(jī)電方面要做好防災(zāi)救援系統(tǒng)的方案。

10 滑移式液壓緩沖擋車器及固定式擋車器

1)防排煙系統(tǒng)為避免線路大坡度所形成的“煙囪效應(yīng)”，采用“隧道高點排煙、隧道低點送風(fēng)”的通風(fēng)運行模式。

2)采用設(shè)置縱向疏散平臺的側(cè)門疏散和救援方式，疏散與救援原則按鄰側(cè)區(qū)間疏散、低點車站救援執(zhí)行。

3)結(jié)合長區(qū)間的特點，優(yōu)化相應(yīng)的防災(zāi)廣播、消防報警裝置、應(yīng)急照明、區(qū)間消火栓、通信火災(zāi)定位等措施。

5 結(jié)語

針對貴陽喀斯特地貌地區(qū)線路的大落差特點，從線路方案、車輛、系統(tǒng)配置、客流吸引、土地利用等方面綜合考慮，1號線采用28‰限坡雅關(guān)設(shè)站方案。立足于線路設(shè)計、車輛制動系統(tǒng)配置等主動安全措施，同時采取安全線、信號系統(tǒng)、車檔等被動安全措施，確保在連續(xù)長大坡道段的運營安全。另外，在線路投入運營前，做好長大連續(xù)坡道運營各種預(yù)案，從管理制度、人員培訓(xùn)、維修維護(hù)等方面對該段線路進(jìn)行有針對性的布置，認(rèn)真做到思想上重視、制度上有保障。

［1］GB 50157―2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:21-26.

［2］建標(biāo)104-2008城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國計劃出版社，2008:7-22.

［3］GB/T 50438—2007地鐵運營安全評價標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:5-25.

［4］何建枝，張海波，王剛，等.貴陽軌道交通1號線工程可行性研究報告［R］.成都，2010:63-75.

［5］姜傳治，張學(xué)軍.山地城市軌道交通線路選線有關(guān)問題探討［J］.城市軌道交通研究，2010(12):15-21.