廣州地鐵APM線限界設(shè)計(jì)

彭金水

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東　廣州　510650）

廣州地鐵APM線限界設(shè)計(jì)

彭金水

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510650）

廣州地鐵APM線所采用的系統(tǒng)，與以往地鐵的鋼輪鋼軌系統(tǒng)完全不同，其采用的是類似公交的膠輪和鋼筋混凝土路面的自動(dòng)旅客輸送系統(tǒng)，因此，其限界設(shè)計(jì)的思路和方法與其他普通地鐵線路截然不同，尤其是故障狀態(tài)下的限界、道岔處的限界設(shè)計(jì)，車站屏蔽、站臺(tái)板、有效站臺(tái)內(nèi)外等處的限界設(shè)計(jì)，都需要在普通輪軌系統(tǒng)限界設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上作出與其相適應(yīng)的特殊處理與設(shè)計(jì)，本文重點(diǎn)在上述方面作較為詳細(xì)的介紹，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。

廣州地鐵APM線；膠輪系統(tǒng)；限界設(shè)計(jì)；特殊處理

地鐵限界設(shè)計(jì)在整個(gè)工程中起著非常重要和關(guān)鍵的作用，它涉及到地鐵能否安全地運(yùn)營(yíng)，另外，合理的限只是設(shè)計(jì)可以盡可能地節(jié)省空間，減少土建工程量，從而節(jié)約工程投資和降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

限界是限定列車運(yùn)行及軌道區(qū)周圍構(gòu)筑物超越的輪廓線，分車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界。限界設(shè)計(jì)工作較為復(fù)雜，涉及到很多專業(yè)及系統(tǒng)，需要協(xié)調(diào)限界空間內(nèi)的各種設(shè)施、設(shè)備，影響限制限界設(shè)計(jì)最直接的因素，主要包括線路所采用的列車及系統(tǒng)類型，軌道類型，通信、信號(hào)等系統(tǒng)類型等。

廣州市珠江新城旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱廣州地鐵APM線，采用了與鋼輪鋼軌系統(tǒng)完全不同的膠輪—導(dǎo)向制式系統(tǒng)，走行面為鋼筋混凝土路面，為加拿大的龐巴迪公司的CX100系列車輛，采用中間導(dǎo)向，可實(shí)現(xiàn)無人駕駛。由于該系統(tǒng)與以往線路有極大的區(qū)別，而且沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范參考，給限界設(shè)計(jì)帶來極大的困難，為了設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的限界，在限界設(shè)計(jì)思路和方法上需要有所創(chuàng)新。本系統(tǒng)在限界設(shè)計(jì)方面需要考慮的特殊情況，主要包括：由于車輛采用的是膠輪，所以在最不利故障狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)一側(cè)的輪胎爆胎，此時(shí)設(shè)備限界應(yīng)該怎樣考慮？本系統(tǒng)的道岔結(jié)構(gòu)與普通輪軌系統(tǒng)的有很大的不同，道岔的限界怎樣考慮和確定？線路的線形和軌道的超高設(shè)置完全不同，中間導(dǎo)向與輪軌導(dǎo)向區(qū)別極大，車站地段的限界，應(yīng)考慮車輛怎樣的故障狀態(tài)進(jìn)行屏蔽門、站臺(tái)的限界設(shè)計(jì)？……本文就以上主要問題，結(jié)合限界設(shè)計(jì)過程進(jìn)行相應(yīng)解決方案的闡述，如圖1所示。

圖1　CX100車輛與道岔結(jié)構(gòu)

2　本線路工程特點(diǎn)

2.1工程概況

線路起始于海珠區(qū)赤崗塔北側(cè)，向北下穿珠江主航道到達(dá)海心沙，線路再次下穿珠江后到達(dá)天河區(qū)珠江新城核心區(qū)域，后線路沿規(guī)劃珠江新城中軸線行進(jìn)，之后線路繼續(xù)往北，之后線路下穿黃埔大道，從人民日?qǐng)?bào)社華南分社大樓西側(cè)穿過天河南小區(qū)，下穿已運(yùn)營(yíng)一號(hào)線區(qū)間隧道，然后線路穿過宏城廣場(chǎng)部分臨時(shí)建筑，下穿天河路后進(jìn)入體育中心，然后線路上穿已建三號(hào)線支線區(qū)間隧道、繞過體育中心體育館和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，從已運(yùn)營(yíng)三號(hào)線主線區(qū)間隧道上方穿過，到達(dá)已運(yùn)營(yíng)三號(hào)線林和西站西側(cè)，設(shè)林和西終點(diǎn)站。其線路走向示意如圖2所示。

線路總長(zhǎng)約3.94km，全部采用地下線路，共設(shè)9座車站，平均站間距473.4m。

停車與維修中心是系統(tǒng)和設(shè)備維修的重要場(chǎng)所，考慮到珠江新城區(qū)域?yàn)橹醒肷虅?wù)區(qū)，可采用地下停車場(chǎng)方式解決。利用電視觀光塔南側(cè)規(guī)劃新城市中軸線廣場(chǎng)設(shè)置地下停車場(chǎng)，擔(dān)任全線的停車和維修任務(wù)。全線的控制中心設(shè)在赤崗塔站內(nèi)。

珠江新城集運(yùn)系統(tǒng)的功能定位主要有兩個(gè)：

1）作為珠江新城CBD地區(qū)和天河商貿(mào)區(qū)內(nèi)部的公交骨干線，滿足其內(nèi)部、珠江新城與天河商貿(mào)區(qū)、觀光塔的客流需求，以及旅游觀光購(gòu)物的出行需要；

2）與軌道交通線路形成快捷方便的連接，促進(jìn)城市公共交通系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮，如圖2所示。

圖2　線路走向示意圖

2.2工程特點(diǎn)

廣州地鐵APM線所采用的系統(tǒng)為膠輪系統(tǒng)，結(jié)合其工程情況，總結(jié)主要特點(diǎn)如下：

1）自動(dòng)化運(yùn)行可以為乘客提供快速，舒適的服務(wù)。

2）自動(dòng)化運(yùn)行可以節(jié)省人力，降低運(yùn)營(yíng)成本。

3）自動(dòng)化運(yùn)行可以使行車計(jì)劃的編排和行車調(diào)度具有更大的靈活性。

4）自動(dòng)化運(yùn)行可以提供優(yōu)質(zhì)的安全性。

5）自動(dòng)化導(dǎo)向交通使用較小的車輛和較短的列車，其相應(yīng)得基礎(chǔ)建筑，如車站等，也可降低造價(jià)。

6）采用中間導(dǎo)向方式。

7）全地下線。

3　本線路限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案

3.1限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本工程采用的車輛、軌道結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向系統(tǒng)、列車駕駛方式等與傳統(tǒng)的地鐵有著本質(zhì)的不同，所以，限界設(shè)計(jì)也遇到了前所未有的困難，主要集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）國(guó)內(nèi)沒有相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程可使用或參考。珠江集運(yùn)系統(tǒng)采用膠輪－導(dǎo)軌運(yùn)行系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的軌道交通系統(tǒng)有著很大區(qū)別，由于APM系統(tǒng)技術(shù)較新，且現(xiàn)存的技術(shù)種類較多，與傳統(tǒng)地鐵系統(tǒng)差別極大，而且APM系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)尚無使用運(yùn)行，國(guó)內(nèi)沒有相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程等技術(shù)文件可供使用或參考，給限界設(shè)計(jì)帶來困難。

2）最不利故障狀態(tài)下的限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)。一般鋼輪鋼軌地鐵列車通常有兩系懸掛，即空氣彈簧和鋼彈簧，其最不利故障狀態(tài)通，常可認(rèn)為是鋼軌、鋼輪同時(shí)磨耗到限，以及空氣彈簧泄氣。廣州地鐵APM線采用膠輪系統(tǒng)，橡膠輪胎可視為一系彈簧，鋼彈簧為二系簧，其最不利故障狀態(tài)并不是輪胎磨耗到限，而是車輛某側(cè)的輪胎爆裂，每輛車由4組輪胎組成，而每組輪胎為兩個(gè)車輪，顯然，若一側(cè)的4個(gè)輪胎同時(shí)爆裂，設(shè)備限界為最大，但若以此作為設(shè)計(jì)，則設(shè)備限界非常大，建筑限界也比普通地鐵線路大得多，這樣不僅增加明、暗挖隧道的土建工作量及施工難度與風(fēng)險(xiǎn)，更為嚴(yán)重是其他地鐵線路通用的內(nèi)徑為5.4m的盾構(gòu)隧道將不能滿足要求。因此，到底本系統(tǒng)的最不利故障狀態(tài)按怎樣的條件考慮，即能保證安全，又能使限界所需的空間經(jīng)濟(jì)，這是難點(diǎn)之一。

3）曲線段限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)。與普通地鐵線路相比，本工程在平面緩和曲線、最大超高值等均有較大的不同，給限界設(shè)計(jì)帶來較大的困難。

普通地鐵平面曲線的緩和曲線一般采用三次拋物線的線形，APM線則一般采用與道路相同的螺旋線的線形。

軌道最大超高方面，普通地鐵線路一般為120mm（折算成百分比約為8%），允許的最大欠超高為61mm，而本工程的最大超高為10%。

4）道岔處限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)。APM線道岔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，與普通地鐵的道岔相比，主要有兩個(gè)方面的不同，一是其導(dǎo)曲線半徑特別小，只有22.8m，二是道岔的轉(zhuǎn)轍設(shè)備是通過機(jī)械將整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)，這給限界設(shè)計(jì)帶來困難，如加寬量，以及需考慮的因素很多。

5）車站限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)。車站限界設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：首先是有效站臺(tái)與非有效站臺(tái)的銜接問題，以往地鐵車站的站臺(tái)均采用折線方案，即在有效站臺(tái)起、終點(diǎn)處突變，但本工程當(dāng)車輛輪胎爆裂時(shí)，若采取此方案則車輛難以通過車站；其次是站臺(tái)高度、線路中心至站臺(tái)邊緣的距離、線路中心線至屏蔽門的距離怎樣確定，才能適應(yīng)車輛空、滿載時(shí)地板面高差變化較大，以及車輛故障狀態(tài)怎樣順利通過等問題，因?yàn)檐囕v與站臺(tái)間高差與間隙過大，則會(huì)對(duì)乘客上下車造成極大的不便。

3.2解決方案

本工程還有一個(gè)比較特殊的情況，就是土建與花城廣場(chǎng)地下空間統(tǒng)一設(shè)計(jì)，同步施工，而其施工工期受廣州2010年亞運(yùn)會(huì)的制約，十分緊迫，在本工程的系統(tǒng)還沒有確定時(shí)，就要進(jìn)行施工，因此，設(shè)計(jì)上要考慮兼顧可能的系統(tǒng)，又不能造成浪費(fèi)。針對(duì)前述的各種設(shè)計(jì)難題及結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)過各方努力，得到較為妥善的解決方案：

1）有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的問題。對(duì)于此問題，采用現(xiàn)行的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范、城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范等作為參考，同時(shí)參照APM系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣，既不與國(guó)內(nèi)主要相近的規(guī)范、規(guī)程相矛盾，又能適應(yīng)本系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)，確定技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)應(yīng)的最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要為CX-100通用導(dǎo)軌設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。

2）最不利故障狀態(tài)下的限界設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過與車輛供應(yīng)商的多次反復(fù)討論，并結(jié)合世界各國(guó)各APM線多年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為車輛一側(cè)的四個(gè)輪胎同時(shí)爆破或沒氣的概率非常小，目前運(yùn)營(yíng)的線路沒有發(fā)生過類似的情況，因此，最不利狀態(tài)按照一側(cè)同時(shí)只有兩個(gè)輪胎（兩個(gè)軸各一個(gè)）的情況是合理的，符合實(shí)際的，這樣，既在很大程度上可保證安全，也可以做到設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)比較合理。

3）曲線段限界設(shè)計(jì)方案。深入研究發(fā)現(xiàn)，雖然本工程的超高比普通地鐵線路的大，但其最高行車速度較低 （60km/h）、走行面中心的距離較大（2032mm），因此經(jīng)過計(jì)算，其最大欠超高可滿足相關(guān)規(guī)范的要求；對(duì)于平面和豎曲線的線型，經(jīng)過與車輛供應(yīng)商協(xié)調(diào)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)適應(yīng)工務(wù)養(yǎng)護(hù)習(xí)慣，可按普通地鐵線路的進(jìn)行設(shè)計(jì)，可滿足列車運(yùn)行的要求，即平面緩和曲線采用二次拋物線、豎曲線采用圓曲線。

4）道岔處限界設(shè)計(jì)方案。對(duì)道岔處的限界加寬問題，經(jīng)過詳細(xì)分析，主要解決思路是：分成三個(gè)主要部考慮，逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算分析，一是物理加寬量，可根據(jù)實(shí)際導(dǎo)曲線半徑和車輛平面投影尺寸進(jìn)行計(jì)算；二是道岔構(gòu)造引起的加寬量，即根據(jù)道岔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)所有可能引起加寬點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，并進(jìn)行量化計(jì)算；三是根據(jù)車輛構(gòu)造特點(diǎn)及其行經(jīng)道岔時(shí)，可能額外增加的加寬量。將上述有一種情況的加寬量按照對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行疊加，即得到道岔的總加寬量。

5）車站限界設(shè)計(jì)方案。車站限界：車輛供應(yīng)商方案：在車輛正常狀態(tài)的靜態(tài)輪廓線的基礎(chǔ)上，按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取車輛邊緣與站臺(tái)邊緣的間隙為38mm，線路中心線至站臺(tái)邊緣的距離為1422.5mm+38≈1460mm；設(shè)計(jì)采用方案：現(xiàn)取車輛邊緣與站臺(tái)邊緣的間隙為50mm，線路中心線至站臺(tái)邊緣的距離為1472mm。

站臺(tái)邊緣的作法：車輛供應(yīng)商方案：由于故障狀態(tài)下的車輛輪廓包絡(luò)線侵入站臺(tái)，龐巴迪要求在站臺(tái)邊緣加貼40mm的橡膠條，橡膠邊緣至線路中心線的距離為1460mm，車站站臺(tái)與區(qū)間的的過渡區(qū)采用1：10的斜角（也貼橡膠條），保證列車在故障狀態(tài)下過站時(shí)，車體與站臺(tái)邊緊貼而不受損。設(shè)計(jì)采用方案：考慮在站臺(tái)邊緣設(shè)置橡膠條，站臺(tái)與區(qū)間的過渡采用1：10的斜角。站臺(tái)板邊緣至線路中心線的距離為1507mm，線路中心線至橡膠條邊緣的距離為1472mm，屏蔽門邊緣至線路中心線的距離為1524mm。

站臺(tái)板高度：車輛供應(yīng)商方案：車輛地板面至運(yùn)行面的高度為1092mm，要求站臺(tái)面高度與車輛地板面平（考慮了2mm的裝修誤差，取1090mm），以方便乘客上下車，而且空氣彈簧可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)彌補(bǔ)輪胎氣壓變化引起高度偏差。設(shè)計(jì)采用方案：根據(jù)相關(guān)規(guī)范，考慮站臺(tái)面比車輛地板面低42mm，故運(yùn)行面至站臺(tái)面的高度為1050mm。

軌項(xiàng)排風(fēng)道高度：車輛供應(yīng)商方案：由于車輛的空調(diào)、受電設(shè)備全部設(shè)于車廂底部，車頂上方無特殊的通風(fēng)要求，隧道頂部的設(shè)備布置高度在最大車輛限界的基礎(chǔ)上加上安全距離即可。

經(jīng)計(jì)算，軌項(xiàng)排風(fēng)道底板離運(yùn)行面的最小高度為：3581+50=3631mm。設(shè)計(jì)采用方案：軌項(xiàng)排風(fēng)道底板離運(yùn)行面的高度為4300mm。

圖3　車站矩形斷面限界圖

4　結(jié)語

廣州地鐵APM線所采用的膠輪—導(dǎo)向制式系統(tǒng)，與其他普通鋼輪-鋼軌地鐵線路在很多方面都有著極大的不同，加上國(guó)內(nèi)還沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)可參考，給整個(gè)系統(tǒng)的各專業(yè)設(shè)計(jì)帶來極大的困難，限界專業(yè)也不例外，為了解決限界中存在的各種難題和問題，就要先理清思路，找出重要的關(guān)鍵點(diǎn)所在，逐個(gè)攻破，解決了主要問題，其他次要問題自然就迎刃而解了。

［1］ 施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

［2］ GB50157-2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［3］ 廣州地鐵APM線限界設(shè)計(jì).

［4］ 倪昌.論車輛限界計(jì)算方法［J］.地鐵與輕軌，2002，04（6）：31-34.

［5］ 張春飛.地鐵限界設(shè)計(jì)分析［J］.北方交通，2008（08）：160-162.

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