物業開發車輛基地蓋下新車運裝方案研究

張邦力

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西西安 710043)

1 引言

車輛基地作為城市軌道交通的大宗性用地，占地規模較大，進行物業開發或以車輛基地為中心進行TOD模式整體開發建設成為了今后車輛基地設計趨勢[1]，不僅可提高土地資源的綜合利用率及其經濟價值，優化城市空間布局、塑造城市形態，也可增加財政收入，為城市軌道交通的發展提供了經濟支撐與活力[2]。

車輛基地除了具有停車列檢、檢修維護、列車清洗、材料儲發等功能外，還承擔本線地鐵車輛的運裝功能。一般地鐵車輛采用汽運方式，運至車輛基地內露天設計的裝卸場處，通過雙臺汽車吊，協同操作進行裝卸。通常裝卸場由不小于40 m×15 m的硬化場地及專用的裝卸股道組成[3]，裝卸區域范圍內要求豎向凈空不小于18 m。

對于物業開發車輛基地來講，為了提高物業開發經濟效益及降低成本，蓋板面積都盡可能地大且板頂面高度一般控制在9～15 m之間[4]，使得其蓋下不具備采用常規的雙臺汽車吊方案設計條件。

另外，物業開發車輛基地蓋下柱網密集，懸吊設備、管線眾多，柱間距受梁截面經濟合理性制約而無法設計成太大[5]，加之需考慮對上蓋業態布置的影響等，地鐵車輛運輸流線、裝卸場布置、裝卸設備的選用等均受到限制，在蓋下如何實現地鐵車輛運裝功能成為工程上亟待解決問題。

2 運裝流程及主要技術參數分析

2.1 運裝流程分析

目前，國內地鐵車輛的運輸主要有鐵路、公路兩種運輸方式[6]，由于鐵路運輸具有其局限性，地鐵車輛多采用公路運輸方式。本文所研究分析的地鐵車輛運裝方案也是基于汽運方式，主要分析汽運至車輛基地后的運裝流程。

車輛基地內運裝流程:基地外運輸→進入車輛基地→運輸至裝卸場→裝卸設備就位→安裝吊具→裝卸車輛→工程車牽引→車輛連掛→車輛離場。

2.2 車型及主要參數分析

地鐵車輛主要有工程車、電客車兩大類[7]，經分析得出影響運裝方案主要車輛技術參數有車體長度、車體寬度、車輛高度、自重，常用地鐵車輛車型的主要技術參數[8-9]如表1所示。

表1 常用車型的主要技術參數

2.3 裝卸場主要技術參數分析

地鐵車輛裝卸方式不同，所需裝卸場地大小各有差異，影響裝卸場大小的主要因素有運輸流線設計、裝卸方案、車型、汽運車尺寸、運輸道路與裝卸場間夾角等。裝卸場有效長度:

式中，Lt為汽運拖車長度；Lc為地鐵車超出拖車長度；Ls為裝卸設備占用長度；La為安全距離。

裝卸場有效寬度:

式中，Kt為汽運車占用寬度；Kt為裝卸設備占用寬度；Kd為作業操作距離；Ka為安全距離。

3 蓋下運裝方案研究

3.1 運輸流線研究

物業開發車輛基地內影響運輸流線設計的主要因素有:車輛基地內道路寬度、道路坡度、汽運車轉彎半徑、運輸道路凈空、裝卸場布置等。

道路寬度根據車輛基地內生產運輸及消防所需進行設計，一般主干道設計寬為7 m，次干道設計寬為4 m，車輛基地內道路坡度不大于8%，在條件許可的情況下盡量在運輸流線上避免設置坡度。

通過模擬得汽運車轉彎半徑與道路寬度、運輸流線夾角關系如圖1所示，可知，汽運車最小轉彎半徑不小于20.68 m。

圖1 汽運車轉彎半徑模擬

一般蓋下裝卸場布置受到蓋板高度、柱網跨度、股道布置等諸多因素制約，較難實現與運輸流線平行且毗鄰布置，存在一定的夾角，此夾角越大越不利于運輸流線設計，會增加裝卸場與運輸道路之間的聯絡通道長度、寬度及轉彎半徑，增大連接口處通道兩側的柱間距，使得結構設計困難、增加造價，且不利于蓋上業態布置。考慮到汽運車最小轉彎半徑、汽運車人工操作的難易程度及柱網布置等因素，經分析得此夾角取值范圍宜為45°～60°，夾角大小的確定需結合裝卸股道布置、柱網布置、結構設計跨度經濟性等綜合分析確定。

影響運輸道路凈空主要因素有汽運車拖車高度(走行軌頂面高)、地鐵車輛高度等。

運輸道路凈空:

式中，Ht為汽運車拖車高度；Hc為地鐵車輛高度；Ha為安全距離。

3.2 裝卸設備方案分析

物業開發車輛基地蓋下裝卸方案研究需考慮所選裝卸設備與蓋板經濟合理設計高度的匹配性問題。經分析，可用于裝卸的設備有汽車吊[10]、龍門吊[11]以及雙梁橋式起重機等，各方案分析如表2所述。

表2 蓋下裝卸設備方案對比

經對上述三種裝卸設備方案綜合比較分析后，得出在物業開發車輛基地蓋下采用雙梁橋式起重機裝卸方案具有較大優越性。

4 蓋下運裝方案設計及分析

4.1 主要設計參數分析

(1)地鐵車輛參數

為使所設計的蓋下車輛運裝方案具有包容性，經分析后選取調車機車(電力)的自重、A型車的車體長度、鋼軌打磨車的車輛高度等參數作為所研究的運裝方案設計輸入。

(2)汽運車參數

汽運車自重12～14 t；額定載荷50 t；車總長27 m、寬3 m，拖車軌頂面至地面距離1.2 m。

4.2 運裝工藝方案設計

地鐵車輛運裝方案需與車輛基地其他功能布置進行統籌綜合整體設計，本文以廣州地鐵21號線鎮龍車輛段為例，闡述運裝方案的具體設計及相關參數的分析及確定。

鎮龍車輛段為廣州地鐵21號線車輛段及14號線知識城支線停車場共址合建的帶有上蓋物業開發的混合型基地，除了承擔車輛基地相關功能，還承擔21號線及14號線部分地鐵車輛的運裝任務。在總圖設計前，對各功能進行了綜合分析后，將裝卸場與材料堆場合建，裝卸線與材料裝卸線L-38、L-39共用，不但可實現資源共享，節約占地面積，降低工程投資，也能提高設備利用率。

鎮龍車輛段蓋下裝卸場布置及運輸流線如圖2所示，汽運車由段主出入口進入后，沿段內7 m寬主干道平直進入裝卸場附近。由圖1分析可知，汽運車在10 m寬運輸通道轉彎時，其運輸道路內側轉彎半徑模擬值為20.68 m，綜合蓋下柱網布置、結構跨度及汽運車操作便捷性等分析后，主干道內邊緣與裝卸場聯絡通道外邊緣的道路連接轉彎半徑設計為25 m，聯絡通道寬度設計為10 m。

圖2 蓋下裝卸場及運輸流線布置

通過對股道L-38、L-39布置、柱網跨度、梁截面經濟性研究分析后，裝卸場與運輸流線夾角設計為47°，運輸流線采用“人”字形倒入式。

4.3 雙梁橋式起重機主要技術參數分析

裝卸場上方設置同軌的兩臺具備聯鎖功能的雙梁橋式起重機協調操作來實現裝卸功能。

(1)設備選型

雙梁橋式起重機總起重量選取調車機車(電力)自重，同時應考慮到吊具重量、調機重心偏心問題、起重機結構尺寸大小等因素，建議選用結構尺寸較小的電動歐式雙梁橋式起重機。

(2)軌長分析

雙梁橋式起重機走行軌長度設計時應考慮車輛的起吊點間距、起重機占用長度等因素，其長度為:

式中，Nd為起吊點間距；Nz為起重機占用長度；Nc為止車檔占用長度；Na為安全距離。

(3)軌距分析

雙梁橋式起重機走行軌距設計應綜合考慮裝卸場有效寬度、軌道布置、限界、柱截面大小等因素。

(4)軌面高度分析

雙梁橋式起重機走行軌面高度設計主要考慮汽運車拖車高度、地鐵車輛最大高度、吊具有效高度、起重機結構尺寸等因素，其高度為:

式中，Gd為吊具長度；Gk為起吊高度；Gx為吊鉤極限位置與走行軌面間距；Ga為安全距離。

4.4 效益分析

車輛基地采用常規兩臺協同操作的汽車吊裝卸地鐵車輛時，自運輸車進入裝卸場始至車輛卸載完成，所需時間為90～110 min/輛，費用約為1萬元/輛。

所研究設計的物業開發車輛基地蓋下新車運裝方案經陜西省科學技術情報研究院科技查新，此卸車工藝設計方案在國內物業開發車輛段蓋下應用尚屬首次[12]。經在廣州地鐵21號線鎮龍車輛段實踐應用，測得需時間為50～60 min/輛，費用約為0.1萬元/輛。

廣州地鐵鎮龍車輛段承擔著廣州地鐵21號線及14號線知識城支線的地鐵車輛的新車裝卸任務，兩線配屬車輛共計504輛，均在鎮龍車輛段蓋下完成運裝。則鎮龍車輛段地鐵車輛蓋下裝卸較傳統汽車吊裝卸方案節省費用約453.6萬元，節約時長約336 h。

5 結束語

(1)模擬得出車輛基地內汽運車轉彎半徑與路寬、運輸流線與裝卸場夾角關系，建議運輸道路轉彎半徑設計取值為25 m，夾角取值范圍為45°～60°，夾角大小的確定需結合裝卸股道布置、柱網布置、結構設計跨度經濟性等綜合分析確定。

(2)為確保蓋下柱網布置、柱間距、結構跨度經濟合理，及便于蓋下運輸道路與裝卸場銜接順暢，提出蓋下運輸流線采用“人”字形倒入式。

(3)采用雙臺具備自動聯鎖功能的雙梁橋式起重機在蓋下裝卸地鐵車輛工藝設計方案，有效解決了物業開發車輛基地蓋下新車運裝的技術難題。

(4)分析計算得出蓋下運輸道路凈空不應低于5.6 m；裝卸場大小需根據車型具體計算確定，對于A型車，建議裝卸場有效長、寬分別不小于49 m、9 m。

(5)裝卸設備可選電動歐式雙梁橋式起重機，有效降低蓋板高度及對上蓋業態布置影響；考慮車輛重心偏心問題，建議總起重量大于車輛自重6～8 t；走行軌長及走行軌距需根據相關影響因素具體計算分析確定，建議走行軌高設計取值為10.5 m，裝卸場區蓋板頂面高可設計為14.5 m。

(6)與常規采用的汽車吊裝卸方式相比，裝卸效率提高40%，費用降低90%，技術、經濟效益顯著。