自動旅客捷運系統APM300試驗線設計與研究

高金港，張 麗

（中設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014）

0 引言

旅客捷運系統或稱為自動旅客捷運系統（APM）是一種無人自動駕駛、立體交叉的運輸系統，是一種中低運量的軌道交通系統，具有造價低、適應性和靈活性強等優點。目前我國年客流量超過 1 000 萬人次的機場有 20 多個，APM 可以提升機場的服務質量。根據北美洲和歐洲的經驗，年客流量超過 1 000 萬人次的機場可考慮采用 APM 運送旅客以提高機場服務品質。此外，當前我國城市軌道交通正進入一個前所未有的蓬勃發展期，無論是建設速度還是建設規模，我國已成為世界上最大的城市軌道交通建設市場。因傳統地鐵系統的造價過高，部分復雜區域或二線城市的軌道交通線路規劃可考慮調整為造價低、適應性和靈活性強的 APM 系統。除機場、主題公園以外，APM 系統已在我國廣州珠江新城成功運營，這條線路的成功運營將推進該系統在我國城市交通中的發展應用。

1 APM300 試驗線軌道系統構成

自動旅客捷運系統的軌道系統主要由走行面、導向軌、軌道道岔和車檔組成。與傳統的軌道交通采用鋼輪鋼軌不同，APM 系統采用膠輪車輛，車輛在混凝土走行面上運行，通過導向軌為車輛提供導向，由安裝在導向軌導梁上的供電裝置為車輛提供動力。

APM 軌道系統中導向軌的設計為系統設計的關鍵點，導向軌為 APM 車輛提供導向作用，同時也為車輛的供電軌及接地軌提供支撐作用。導向軌通過支撐結構安裝于走行面的中間（圖 1）。

APM 軌道道岔分為標準樞軸道岔、Y 形樞軸道岔及轉盤型道岔 3 類。標準樞軸道岔是最為常見的道岔形式，主要用在單渡線或交叉渡線等區域。標準樞軸道岔由 2 個旋轉導梁組成，其中 1 個為直線導梁，另 1 個為弧形導梁。Y 形樞軸道岔由 2 個弧形導梁組成，此類道岔并不常用，一般當線路的盡頭需要 2 條線路分開時才會使用。轉盤型道岔采用 1 條旋轉導梁來連接 2 條交叉軌道中的 1 條，主要用在交叉渡線或停車線等區域。

圖1 旅客捷運系統軌道結構組成

2 APM 試驗線設計

試驗線位于安徽省蕪湖經濟技術開發區，線路全長1.48 km。試驗線正線為直線，線路長 1.10 km。在總裝車間與試驗線正線之間設聯絡線，聯絡線上設 2 個半徑22 m 的曲線，聯絡線長 0.37 km。線路全部為地面線路。

2.1 地基處理及走行面結構設計

自動旅客捷運系統的走行面根據型式分為：整體單基走行面和分離雙基走行面。由于導梁是通過螺栓連接到導梁支座上，導梁支座一般與走行面或者其他支撐結構固結在一起，不像傳統軌道交通系統，沉降可通過扣件來調整，因此，對走行面的沉降及導梁的變形要求非常嚴格。對于地面線路，為了控制沉降，增強軌道系統的整體性，通常選擇整體單基走行面形式；對于高架線路，為減輕走行面重量，降低二期恒載，通常選擇分離雙基走行面形式。

根據試驗線場地特征，線路沿線多處分布有塘、溝，在第 3 層粉土中開挖易擾動，同時為滿足試驗線對地基變形的嚴格要求，試驗線不宜采用天然地基形式，需采用復合地基。通過方案比選，試驗線選用水泥攪拌樁復合地基，以滿足變形控制要求。

試驗線走行面采用全寬單基混凝土走行面，走行面寬 2 540 mm、高450 mm，采用 C35 混凝土。走行面標準段長度為 12.5 m，2 個走行面標準段間設置寬度不大于 25 mm 的伸縮縫，伸縮縫灌瀝青麻絲。從走行面中心向外設置 0.5% 排水橫坡。試驗線走行面設置約 1.5 mm的橫向條紋，使走行面能夠提供不小于 0.85 的摩擦系數。為提供電纜穿越走行面的條件，在供電軌上軌點處走行面中間位置預留邊長為 600 mm 的方形電纜槽，在走行面下預埋直徑 125 mm 的穿線管，供電纜穿過走行面。試驗線橫斷面見圖 2。

2.2 導向軌結構設計

導向軌導梁采用工字鋼結構，根據 APM 總體設計規范要求，導梁撓度控制值為L/800（L為導梁支撐間距）。通過結構計算，直線段工字鋼支撐間距采用 4 m，曲線段支撐間距采用 2 m，工字鋼截面采用高 210 mm、翼緣寬 134 mm、厚 16 mm、腹板厚 10 mm工字鋼，鋼材采用 Q345C 鋼。標準導梁設計長度與走行面長度保持一致，為 12.5 m。2 根導梁間設置不大于 25 mm 的伸縮縫，導梁伸縮縫與走行面伸縮縫對齊設置，避免導梁跨走行面伸縮縫設置。

為便于安裝供電軌及接地軌，在導梁腹板中心線上等間距 152 mm開直徑為 15 mm圓孔，在電纜上軌點開長度為 250 mm、半徑 45 mm 的橢圓形孔（圖 3）。

圖2 試驗線橫斷面圖（單位：mm）

圖3 導向軌結構設計圖（單位：mm）

導梁通過導梁基座固定在走行面中心線上，導梁基座設計由預埋鋼板及中部連接件組成。預埋鋼板為邊長 250 mm 的方形鋼板，通過 4 根直徑 16 mm 的鋼筋預埋在走行面中心。中部連接件由 T 形鋼板與連接鋼板焊接組成，通過高強螺栓將導梁固定在導梁基座上（圖 4）。

圖4 導梁基座

2.3 供電軌、接地軌設計

供電軌和接地軌是為車輛提供連續電力的配電系統，通過 2 個間距不大于 1.83 m 的獨立絕緣支架支撐于導梁腹板之上。在 2 個供電軌絕緣支架中間安裝 1 個接地軌支架，接地軌支架的安裝間距與供電軌支架的安裝間距相同。

供電軌是 1 個鋁質型材，在與集電刷接觸面一側設計有凹槽，為集電刷提供 1 個通道，引導集電刷運行。除接觸面外，供電軌用絕緣罩保護，減少意外接觸高電壓的危險。供電軌插入絕緣支架上部的支撐構件，支撐構件防止供電軌橫向擺動，允許供電軌縱向熱脹冷縮變形。供電軌系統裝配及實際安裝見圖 5、圖 6。

圖5 供電系統裝配圖

圖6 供電系統實際安裝圖

接地軌采用比供電軌更輕的鋁質型材，運行接觸面外包 1 層不銹鋼板，接地軌安裝支架是 1 個Ω形支架，在支架頂部安裝 1 個丁字形螺母緊固件，丁字形螺母自由滑動到接地軌 T 形槽內，緊固件可以防止接地軌橫向擺動，允許接地軌縱向熱脹冷縮變形。

相鄰供電軌之間通過剛性接頭連接起來，剛性接頭提供機械連接、對齊和供電軌之間的電氣連續性。為防止供電軌熱脹冷縮造成供電軌變形，供電軌每隔一定間距設1個伸縮膨脹節，伸縮膨脹節給供電軌提供無屈曲或變形的熱脹冷縮運動空間。伸縮膨脹節不能提供連續的電力，需通過跨接電纜連接相鄰的供電軌，以保證電氣連續性。

2 根接地軌之間用拼接接頭連接在一起，接頭組件確保接地軌之間的機械對準和電氣連續性。每隔一定間距接地軌設置 1 個伸縮接頭，伸縮接頭可提供多達 203.2 mm 的縱向伸縮變形，伸縮接頭還提供 1 個連續的頂部接觸面和側表面。在伸縮接頭兩端通過 1 個跨接電纜連接相鄰的接地軌，以保證電氣連續性。接地軌伸縮縫一般安裝在供電軌伸縮接頭附近。

2.4 擋車器鋼軌結構設計與安裝

擋車器是安裝于軌道盡頭、防止車輛因意外失控沖出軌道盡頭的安全裝置。傳統的軌道交通都采用鋼輪、鋼軌，擋車器可直接安裝于鋼軌上，但 APM 車輛系統并非鋼輪、鋼輪，沒有可直接利用的擋車器安裝所需的鋼軌。設計時首先考慮在走行面上安裝 2 根鋼軌，將擋車器固定在鋼軌之上。根據 APM 車輛設計參數，車輛膠輪內側間距為1 694 mm，2 根鋼軌的安裝間距應小于車輛車輪內側間距，同時保證擋車器的撞擊高度與車輛撞擊點的高度一致。綜合考慮以上因素后，在擋車器固定鋼軌設計時，采用了在走行面開槽的設計方案，將單基走行面變為特殊的雙基走行面，這樣可以有效降低車輛膠輪撞擊擋車器后壓到鋼軌上發生側翻的危險，同時設計凹槽可以降低擋車器的撞擊點高度，保證撞擊點與車輛接觸點高度一致。鋼軌安裝軌距采用 1 050 mm 軌距，鋼軌安裝凹槽寬 400 mm、深 212 mm，鋼軌通過扣件固定在凹槽內，凹槽外側走行面寬度為 510 mm，滿足了雙基走行面結構中單條走行面寬度要求。在凹槽內部設置集水溝，同時預埋水管，排除凹槽內部的積水。車擋裝配見圖 7。

圖7 車擋裝配圖（單位：mm）

3 結論及建議

APM 線路在國內實際應用案例較少，北京機場 T3航站樓與廣州珠江新城 APM 項目采用的都是較早期的CX-100 型車。這條試驗線路是國內首次采用 INNOVIA APM300 型車，供電方式與廣州珠江新城的五軌供電不同，而且整個車體更大，整條試驗線的運行情況還需實際運行來檢驗。由于這條試驗線并未采用無人自動駕駛技術，所以試驗線并未設計信號系統，線路預留了信號系統設置條件，為以后增加無人駕駛預留條件。

試驗線導向軌長度根據外方技術人員要求采用 12.5 m，與國內標準工字鋼長度不同，這就需要特殊定制美標工字鋼作為導梁結構。在以后的線路設計中，建議采用國內標準工字鋼結構，這樣可以節約工程造價，同時也為 APM 軌道系統在國內推廣創造條件。

對于單基走行面，供電電纜上軌時需在走行面預留電纜槽，同時在相同位置導梁上開橢圓安裝孔。在電纜接軌處，由于開孔空間較為狹窄，造成電纜彎折困難，建議在以后線路設計過程中將導梁開孔適當加長，同時將導梁開孔與電纜過軌點錯開適當距離，使電纜上軌安裝更加方便。