成都軌道交通18號線合江車輛段試車線方案探討

羅程

[摘? 要]：成都軌道交通18號線是國內(nèi)首條設(shè)計(jì)時(shí)速為140 km/h的市域軌道交通線路，列車性能的可靠性和穩(wěn)定性對確保運(yùn)營安全尤為重要。試車線作為列車投入運(yùn)營前進(jìn)行動態(tài)調(diào)試和性能測試的線路，其設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。文章根據(jù)18號線列車性能參數(shù)，通過理論計(jì)算出滿足全速試車要求的試車線長度，同時(shí)結(jié)合正線線路條件、車輛段總平面布置和段址地形，綜合比較正線全速試車方案與段內(nèi)全速試車方案，并考慮到18號線車輛段為線網(wǎng)性大架修段，提出了新建試車線隧道使其長度滿足全速試車要求的試車線方案。

[關(guān)鍵詞]：軌道交通; 長度; 數(shù)值計(jì)算; 試車線

U231.1A

1 項(xiàng)目概述

成都軌道交通18號線起于火車南站，經(jīng)成都主城區(qū)、天府新區(qū)、東部新區(qū)，串聯(lián)起火車南站、世紀(jì)城會展中心、西博城國際會展中心、川藏鐵路天府站、天府國際機(jī)場等多個(gè)國際展覽中心及特大型交通樞紐。全線采用最高速度140 km/h的A型車8輛編組，AC 25kV柔性架空接觸網(wǎng)供電，設(shè)合江車輛段一處。合江車輛段定位為大架修段，近期承擔(dān)成都18、19號線及鄰近線路市域快線車輛大、架修任務(wù)，遠(yuǎn)期承擔(dān)線網(wǎng)規(guī)劃要求的18、19、20、37、38號線車輛大、架修任務(wù)[1]。

成都軌道交通18號線是國內(nèi)第一條時(shí)速140 km/h的市域軌道交通兼機(jī)場線工程，國內(nèi)尚無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也尚無成功的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。為保障線路順利運(yùn)營，列車的可靠性和安全性非常重要。試車線作為列車投入運(yùn)營前進(jìn)行動態(tài)調(diào)試和性能測試的線路，其設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。

2 試車線的功能及要求

2.1 試車線的功能

試車線設(shè)置于車輛段內(nèi)，是為新購列車和定期檢修（包括定修、架修和大修）后以及重大臨修（如更換轉(zhuǎn)向架等）后的列車進(jìn)行全面動態(tài)性能檢測而設(shè)置的[2]。

新購列車和檢修后的列車在正式上線運(yùn)營前，必須要先在靜調(diào)線上進(jìn)行靜態(tài)限界的測量與調(diào)整、電氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和車門及空調(diào)的靜態(tài)測試，然后在試車線上進(jìn)行動態(tài)調(diào)試及性能試驗(yàn)，檢驗(yàn)列車是否達(dá)到相關(guān)要求。

列車動態(tài)調(diào)試和性能試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：動態(tài)限界的試驗(yàn)，車門、旁路開關(guān)、緊急按鈕等的功能檢查，車門與屏蔽門的模擬試驗(yàn)，噪聲與振動試驗(yàn)，牽引和制動性能試驗(yàn)，運(yùn)行平穩(wěn)和安全試驗(yàn)，車載信號系統(tǒng)試驗(yàn)，輪緣潤滑系統(tǒng)試驗(yàn)等[3]。

2.2 試車線的要求

2.2.1 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范

現(xiàn)行GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，試車線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)宜與正線標(biāo)準(zhǔn)一致;線路應(yīng)設(shè)計(jì)為平直線路，困難條件下線路端部可根據(jù)該段的試車速度設(shè)置適當(dāng)?shù)那€;兩端應(yīng)設(shè)置緩沖滑動式車擋;線路有效長度應(yīng)根據(jù)車輛技術(shù)參數(shù)和試車綜合作業(yè)要求計(jì)算確定[2]。

GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中雖然對試車線設(shè)計(jì)進(jìn)行了基本的規(guī)定，但是在最關(guān)鍵的試車線長度計(jì)算上，并未明確具體的方法，計(jì)算的原理和參數(shù)取值也未統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

要精確計(jì)算試車線的長度，應(yīng)根據(jù)列車供應(yīng)商提供的牽引特性曲線通過牽引計(jì)算確定。此外，國內(nèi)一些設(shè)計(jì)院和地鐵公司經(jīng)過長期的研究和實(shí)踐，總結(jié)形成了試車線長度理論計(jì)算公式，在沒有牽引特性曲線時(shí)，可通過公式理論計(jì)算確定試車線長度。

2.2.2 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行建標(biāo)104-2008《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，軌道交通定修段及大架修段均應(yīng)設(shè)置試車線，其長度應(yīng)滿足列車高速運(yùn)行性能試驗(yàn)要求;困難條件下因用地長度不足，可在車輛段內(nèi)設(shè)置滿足中速試車要求長度的試車線，完成車輛動力運(yùn)行試驗(yàn);另外在相鄰正線選定符合要求的地段完成高速運(yùn)行性能和有關(guān)信號的測試[4]。

盡管建標(biāo)104-2008《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中提出可利用正線高速試車，但是在運(yùn)營實(shí)踐中，正線高速試車需要占用寶貴的“天窗時(shí)間”，影響正線的日常維護(hù)和檢修工作;如果試車過程出現(xiàn)意外，甚至?xí)绊懙诙炀€路正常運(yùn)營。因此還是要盡量在車輛段內(nèi)設(shè)置滿足高速試車要求的試車線，最大程度避免正線試車對維護(hù)檢修、運(yùn)營安全、組織和調(diào)度造成影響。

3 試車線長度理論計(jì)算

試車線長度對車輛段總平面布置方案和用地起關(guān)鍵作用。若長度過短，將無法滿足列車動態(tài)調(diào)試要求和性能試驗(yàn)，從而無法保障試車安全;若長度過長，不僅增加工程投資，而且增大車輛段總體用地，造成地塊切割和資源浪費(fèi)。

在本工程實(shí)踐過程中，車輛段總平面布置方案在初步設(shè)計(jì)修編時(shí)即需要穩(wěn)定，但此時(shí)列車尚未招標(biāo)，沒有牽引特性曲線，同時(shí)本線140 km/h 的市域A型車系國內(nèi)首次使用，沒有類似的牽引特性曲線借鑒，因此只能根據(jù)列車的主要參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算。

3.1列車主要性能參數(shù)

成都軌道交通18號線列車主要性能參數(shù)：

（1）列車長度為185.6 m。

（2）最高運(yùn)行速度為140 km/h（即38.89 m/s）。

（3）定員情況下，在平直干燥軌道上，車輪為半磨耗狀態(tài)，額定供電電壓時(shí)，起動平均加速度為：

0～50 km/ha1≥1.0 m/s2

0～140 km/ha2≥0.5 m/s2

（4）定員情況下，在平直干燥軌道上，車輪為半磨耗狀態(tài)，列車從最高運(yùn)行速度到停車，制動平均減速度為：

常用制動減速度a3≥1.0 m/ s2

緊急制動減速度a4≥1.2 m/ s2

3.2 理論計(jì)算公式

列車在試車線上的動態(tài)調(diào)試過程可分為起動階段、惰性運(yùn)行階段、制動階段和最后的停穩(wěn)階段。試車線理論計(jì)算長度L可按照下列公式計(jì)算，且設(shè)計(jì)長度不應(yīng)小于其理論計(jì)算值。

L=L0+L1+L2+L3+L4+L5

式中：L0為列車車長;L1為起動階段長度;L2為惰性運(yùn)行階段長度;L3為制動階段長度;L4為緩沖滑動式車擋安裝距離;L5為距離車擋的安全距離。

列車起動階段長度L1和制動階段長度L3按最高試車速度、起動平均加速度和常用制動平均減速度計(jì)算確定;惰性運(yùn)行階段長度L2按列車最高試車速度和惰性運(yùn)行時(shí)間計(jì)算確定。緩沖滑動式車擋安裝距離L4按允許撞擊速度25 km/h計(jì)算確定。距離車擋的安全距離L5結(jié)合國內(nèi)其他城市類似經(jīng)驗(yàn)確定。其中最高試車速度對試車線長度起決定性作用。

3.3 理論計(jì)算結(jié)果

合江車輛段試車線長度應(yīng)按照最高試車速度Vmax=140 km/h=38.89 m/s進(jìn)行計(jì)算。各參數(shù)取值和詳細(xì)計(jì)算過程：

（1）列車車長L0。L0≈ 186 m。

（2）列車起動運(yùn)行距離L1。

L11 =12V0t1=V202a= （13.89 ）2/ （ 2 × 1 ） ≈ 96 m

L12 =V0+Vmax2（t2-t1）

其中：從0加速到 50 km/h，按a1=1.0 m/s2，起動時(shí)間t1 = V0 / a1 =13.89 s。

起動平均加速度（0～140 km/h）a2=0.5 m/s2，起動時(shí)間t2 = Vmax / a2 =77.78 s。

起動平均加速度（50～140 km/h）a2′為變量，運(yùn)行時(shí)間t2′= t2-t1= 63.89 s，則起動距離：

L12 = （50+140） ×63.89 / （2×3.6） ≈ 1686 m

起動運(yùn)行距離L1= L11 + L12=96+1686=1782 m。

（3）惰性運(yùn)行距離L2。（按10 s計(jì)算）

L2=Vmaxt=38.89×10≈389 m

（4）制動運(yùn)行距離L3。（按2s計(jì)算）

L3=V2max/2a3+Vmaxt= （140/3.6）2 / （2×1.0） + 38.89×2≈834 m。

（5）緩沖滑動式車擋安裝距離L4。

按照25 km/h撞擊速度計(jì)算，取單個(gè)車擋長度25 m，L4=25×2=50 m。

（6）距離車擋的安全距離L5。

按照列車試車作業(yè)需要并考慮安全余量，取L5=10×2=20 m。

（7）試車線計(jì)算長度：L=186+1782+389+834+50+20=3261 m。

根據(jù)上述理論計(jì)算結(jié)果，滿足140 km/h全速試車要求的試車線設(shè)計(jì)長度不應(yīng)小于3 261 m，并在現(xiàn)場條件允許的情況下盡量加長。

4 合江車輛段試車線方案

4.1 段址概況

合江車輛段位于天府新區(qū)合江鎮(zhèn)和永興鎮(zhèn)交界處，東側(cè)緊貼龍泉山腳，占地面積約35.8 ha。該地塊內(nèi)主要為枇杷、梨及草莓種植地，以及部分民宅和農(nóng)田。車輛段用地南北長約1 400 m，東西寬約350 m，地面高程490～535 m，相對高差約45 m。地塊中部和南側(cè)有3條自東向西流的排水溝，在地塊西側(cè)匯合，寬約2～6 m。

4.2 總平面布置

合江車輛段采用順向并列式布置，運(yùn)用庫和檢修主廠房并列布置于車輛段的南端。

在檢修主廠房北側(cè)設(shè)調(diào)機(jī)工程車庫以及材料裝卸線;在檢修主廠房與和調(diào)機(jī)工程車庫之間的空白地塊內(nèi)分別布置了空壓站、牽引混合變電所和消防站;在檢修主廠房的南側(cè)設(shè)置雜品庫和蓄電池間。

在調(diào)機(jī)工程車庫北側(cè)設(shè)置廠前區(qū)，由南向北依次布置有材料堆場、材料棚、綜合維修中心、物資總庫、食堂和公寓和綜合樓。試車線設(shè)置于廠前區(qū)用地東側(cè)，通過聯(lián)絡(luò)線與咽喉區(qū)牽出線相連。合江車輛段總平面布置見圖1。

4.3 試車線方案

受用地南側(cè)龍泉山的阻隔，當(dāng)試車線只采用路基形式敷設(shè)時(shí)，試車線長度為1 215 m，只能進(jìn)行60 km/h的中速試車，無法進(jìn)行140 km/h的全速試車，因此，需進(jìn)一步研究滿足全速試車要求的試車線方案。

4.3.1 方案一：段內(nèi)中速試車和正線全速試車結(jié)合

根據(jù)現(xiàn)有車輛段總平面布置，試車線采用常規(guī)路基形式敷設(shè)，長度為1 215 m，可滿足列車中速試車要求;另外在車輛段接軌站的鄰近正線區(qū)間選擇合適區(qū)段進(jìn)行全速試車。正線試車區(qū)段選擇的基本原則：

（1）試車區(qū)段的長度不應(yīng)小于滿足全速試車要求的最小長度。

（2）試車區(qū)段的線路平面應(yīng)盡量為直線，不受小半徑曲線的限制，線路坡度應(yīng)盡量平緩。

（3）試車區(qū)段應(yīng)盡量靠近車輛段接軌站，減少車輛往返的時(shí)間。

（4）試車區(qū)段應(yīng)盡可能只占用一個(gè)供電區(qū)段，利于縮短供電安全防護(hù)距離，將有限的正線資源留給建設(shè)期的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)以及運(yùn)營期各級維修工作使用[5]。

根據(jù)上述基本原則及成都軌道交通18號線正線線路條件，車輛段接軌站天府新站與興隆站之間的區(qū)間可作為正線全速試車區(qū)間，該區(qū)間長約5.2 km，中間有一段區(qū)段長約3.5 km，最小曲線半徑R=1200 m，最大坡度8‰，列車全速試車可考慮在該段區(qū)間進(jìn)行。

4.3.2 方案二：段內(nèi)全速試車

將原長度為1 215 m的試車線往東南方向延伸至龍泉山內(nèi)，新建試車線隧道2 060 m，使試車線全長為3 275 m。試車線全部為直線，僅在隧道部分設(shè)置2%的縱坡便于排水，滿足列車全速試車的要求。新建全速試車線平面布置見圖2。

4.4 方案比較分析

表1從線路條件、對運(yùn)營維護(hù)的影響、調(diào)車作業(yè)難度、對線網(wǎng)適應(yīng)性和工程投資等幾方面對方案一和方案二進(jìn)行綜合分析比較。

4.5 方案綜合比選

成都軌道交通18號線為成都市首條最高時(shí)速為140 km/h的市域軌道快線，相比普通最高時(shí)速80 km/h的軌道交通線路，列車上線運(yùn)營前的調(diào)試更為重要，需要有一條各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均符合要求的試車線。

此外合江車輛段是線網(wǎng)性的市域A型車大架修基地，未來還將承擔(dān)19、20、37、38號線列車的大架修任務(wù)，試車作業(yè)必將非常頻繁。如果沒有配置滿足全速試車要求的試車線，將對未來列車的調(diào)試和檢修工作造成較大的影響，極大增加車輛段和正線運(yùn)營的難度。因此，經(jīng)綜合比選，成都軌道交通18號線合江車輛段試車線按照方案二考慮，試車線長度滿足140 km/h的最大試車速度要求。

5 結(jié)束語

試車線長度、線路平面和縱斷面等條件對列車調(diào)試試驗(yàn)起決定性影響，而調(diào)試試驗(yàn)的成功與否決定了列車能否安全和可靠地上線運(yùn)營。在相關(guān)條件允許的情況下，試車線的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足列車全速試車的要求，尤其是對線網(wǎng)性的車輛大架修段。當(dāng)采用常規(guī)形式敷設(shè)的試車線長度、曲線半徑等無法滿足全速試車要求時(shí)，可根據(jù)車輛段的功能定位、總平面布置、正線線路條件、周邊規(guī)劃條件等，對正線高速試車方案或新建地下、高架或隧道試車線方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定最終的試車方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司.成都軌道交通18號線一期工程合江車輛段初步設(shè)計(jì)修編文件 [R].杭州：中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，2017.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157―2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 張雄，李劍虹.論地鐵車輛段試車線的功能及設(shè)計(jì)要求[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008（6）：101-105.

[4] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國發(fā)展和改革委員會.城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：建標(biāo)104-2008[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

[5] 張喻.軌道交通試車線長度計(jì)算及正線試車設(shè)計(jì)要求[J].地下工程與隧道，2017（2）：6-9.