懸掛式單軌交通軌道梁結構設計研究

何歡

摘? 要：懸掛式單軌交通系統是新型城軌交通形式，具有快速環保、建設周期短、地形適應能力好等優點。在發達國家應用廣泛，我國懸掛式單軌交通研究處于起步階段，相關設計規范有待完善。軌道梁是單軌系統的設計技術要點，設計規范的軌道梁斷面結構，可為懸掛式單軌發展提供理論參考。收集國內外運營懸掛式單軌線路資料，提出懸掛式單軌橋梁結構形式。研究表明結構安全可靠性，為今后系統建設提供參考。

關鍵詞：懸掛式單軌交通;軌道梁結構;工程設計

隨著城市化進程推進，城軌交通以污染小等特點得到廣泛應用，懸掛式單軌系統是可持續發展的城軌交通系統，具有安全節能等優勢。懸掛式單軌系統結構由軌道梁與橋墩立柱組成，軌道梁設計需要滿足經濟性要求。軌道梁懸掛式單軌系統結構具有獨特性，設計合理軌道梁結構對我國制定標準規范具有重要意義。

1.懸掛式單軌交通簡介

懸掛式單軌交通車輛懸掛于立柱支撐空中箱軌梁下，車輛實心橡膠行走輪布置在薄壁箱梁內部空間^[1]。2002年德國杜塞爾多夫機場通行50km懸掛式單軌交通線，可實現雙向行駛。懸掛式單軌交通有效緩解城市交通擁堵狀況，車輛重心在走行面下方，其轉向架等具有獨特性，爬坡能力強。

懸掛式單軌交通系統組成與普通軌道交通系統相同，具有維修基地與機電設備，具體組成上與傳統軌道交通系統不同，主要差異包括軌道梁與道岔結構?，F營懸掛式單軌交通車體結構與傳統城軌交通車輛相似，每輛車有兩部轉向架。軌道梁要承擔車輛重量，軌道梁設計需考慮線路平面曲線等因素，軌道梁技術必須達到運行平穩，抵抗變形剛度^[2]。軌道梁系統支柱架設軌道梁柱是單軌交通系統的重量支撐，單軌車輛高度約2.6m，軌道梁體下方凈高設置為9.5m，軌道梁是支撐車輛運行主要載體，常布置在城市交通主干道兩側。

單軌交通相比其他軌道交通形式具有乘坐舒適安全等特點。懸掛式單軌行走系統內嵌在封閉箱形軌道梁內，懸掛式單軌剎車性能優越，運行速度低于地鐵，德國H-Bahn研發懸掛式單軌系統采用ATO，ATP可避免人為操作失誤及追尾等事故。懸掛式單軌系統占地面積小，車站可沿道路中間綠化帶設計，線路架設具有較強路面適應性。可利用現有空間道路資源。

2.懸掛是單軌交通軌道梁設計

隨著城市規模的擴張，發展城軌交通系統可以有效解決城市交通問題。懸掛式單軌交通系統具有投資成本低等優點。近年來我國懸掛式單軌交通系系統快速發展，懸掛式單軌交通用于解決功能場館等小循環系統交通問題，多條用于旅游觀光，空中航線山區懸掛式單軌交通項目規劃設計，目前山區缺乏軌道梁設計經驗，需要對山區應用進行研究。

貴州雷山千戶苗寨景區懸掛式單軌交通項目線路長7.92km，工程地處云貴高原斜坡地帶，沿既有黃烏公路山體外側敷設線路，存在不良地質影響。設計最大速度60km/h;車輛類型為3輛編組;軌道梁截面采用開口鋼箱截面，通過懸掛構件連接轉向架，箱頂確定內輪廓尺寸為1000mm寬×1250mm高。梁墩鋼材采用Q345qD^[3]。軌道梁受構建局部穩定。截面高度受箱內車輛轉向架構造限制，項目所處地形條件惡劣，提高標準跨徑增加梁高，跨中梁過高會加大工程投資。梁部多為工廠預制，跨度要進行限定。

結合項目沿途山區公路轉彎半徑影響，項目不便采用節段運輸現場拼裝。結合運輸限制等因素考慮，跨度對曲線半徑適用范圍為L=25m，L≤20m;80m>R≥50m，L≤16m.橋梁結構滿足強度等要求。軌道梁采用加勁肋結構。頂板厚度24mm，跨度12-35m等高度梁，跨度為35m，鋼梁最大應力滿足要求。跨度為30m滿足要求，梁場預制節段運輸。

3.山區橋墩結構設計

跨越山區沖溝，25m最大標準跨度無法滿足要求，需研究大跨度梁。通過建立模型研究梁高與變形關系。軌道梁剛度隨著板厚的增加。模型M4-4豎向撓度滿足L/100最大允許值，應注意板厚合理調整。可適當優化腹板厚度。軌道梁鋼立柱分為Y型，門墩式等墩型，雙線段采用Y型，道岔區段可采用門墩式。

懸掛式單軌系統是城軌系統的重要分支，具有適應地形能力強，環境友好性等特點，交通系統在日本等國家得到很好的應用，我國目前設計制造及施工運營管理等方面缺乏成熟經驗，懸掛式軌道交通承載體軌道梁起到牽引電網載體等作用，懸掛式單軌系統采用高架運行方式，軌道梁設計要滿足承重導向要求，軌道梁要設計為底部開口箱型截面形式。懸掛式列車在軌道梁導向等方面有要求，要在兩側導向面設置超高，對軌道梁走行面設計超高才能滿足車輛構造要求。

鋼梁主采用現場吊裝，單線墩柱頭可與墩身在工廠制造;雙線墩可采用柱頭在工廠分開制造。項目高墩采用鋼立柱組合墩型，墩高在8-22m，組合墩型可提高墩剛度。13m鋼立柱橋墩需采用組合墩型;5-14m高砼立柱組合形式滿足墩頂變形要求。鋼立柱組合型橋墩，同高度砼立柱高。采用鋼立柱放坡方式優于加大直徑坡鋼立柱截面尺寸方式。采用橋墩基礎重心在同垂線上基礎形式，由于基礎承臺重心存在較大偏差，影響設計主要因素是樁側土最大設計應力。樁基可采用高樁基承臺，樁基需設置支擋結構。

結語

本文以懸掛式單軌交通工程為例，分析軌道梁橋安全可靠。設計方案具有可行性，達到工程結構成本最低目標要求。懸掛式單軌交通應重視列車行駛中平順性，由于懸掛式單軌系統在我國處于研究探索階段，我國對懸掛式單軌車輛輪軌關系未有明確要求，后續研究應在開通試驗線進行系列車橋耦合系統運行狀況實驗。

參考文獻

[1] 徐亮.懸掛式單軌交通軌道梁結構設計[J].北方交通，2021（01）：25-28.

[2] 曾永平， 懸掛式單軌交通系統軌道梁與道岔設計、制造及維護關鍵技術研究. 四川省，中鐵二院工程集團有限責任公司，2020-06-03.

[3] 趙曉梅，吳琰，馬骉.懸掛式單軌雙線曲線軌道梁的設計研究[J].鐵道標準設計，2021，65（01）：65-71.