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)首條設計時速為140 km/h的市域軌道交通線路，列車性能的可靠性和穩(wěn)定性對確保運營安全尤為重要。試車線作為列車投入運營前進行動態(tài)調試和性能測試的線路，其設計非常關鍵。文章根據(jù)18號線列車性能參數(shù)，通過理論計算出滿足全速試車要求的試車線長度，同時結合正線線路條件、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。

[關鍵詞]：軌道交通; 長度; 數(shù)值計算; 試車線

U231.1A

1 項目概述

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、天府國際機場等多個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，設合江車輛段一處。合江車輛段定位為大架修段，近期承擔成都18、19號線及鄰近線路市域快線車輛大、架修任務，遠期承擔線網(wǎng)規(guī)劃要求的18、19、20、37、38號線車輛大、架修任務[1]。

成都軌道交通18號線是國內(nèi)第一條時速140 km/h的市域軌道交通兼機場線工程，國內(nèi)尚無相應的標準和規(guī)范，也尚無成功的建設和運營經(jīng)驗。為保障線路順利運營，列車的可靠性和安全性非常重要。試車線作為列車投入運營前進行動態(tài)調試和性能測試的線路，其設計顯得尤為關鍵。

2 試車線的功能及要求

2.1 試車線的功能

試車線設置于車輛段內(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（如更換轉向架等）后的列車進行全面動態(tài)性能檢測而設置的[2]。

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

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

2.2 試車線的要求

2.2.1 地鐵設計規(guī)范

現(xiàn)行GB 50157-2013《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定，試車線的技術標準宜與正線標準一致;線路應設計為平直線路，困難條件下線路端部可根據(jù)該段的試車速度設置適當?shù)那€;兩端應設置緩沖滑動式車擋;線路有效長度應根據(jù)車輛技術參數(shù)和試車綜合作業(yè)要求計算確定[2]。

GB 50157-2013《地鐵設計規(guī)范》中雖然對試車線設計進行了基本的規(guī)定，但是在最關鍵的試車線長度計算上，并未明確具體的方法，計算的原理和參數(shù)取值也未統(tǒng)一標準。

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

2.2.2 城市軌道交通工程項目建設標準

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

盡管建標104-2008《城市軌道交通工程項目建設標準》中提出可利用正線高速試車，但是在運營實踐中，正線高速試車需要占用寶貴的“天窗時間”，影響正線的日常維護和檢修工作;如果試車過程出現(xiàn)意外，甚至會影響第二天線路正常運營。因此還是要盡量在車輛段內(nèi)設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檢修、運營安全、組織和調度造成影響。

3 試車線長度理論計算

試車線長度對車輛段總平面布置方案和用地起關鍵作用。若長度過短，將無法滿足列車動態(tài)調試要求和性能試驗，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。

在本工程實踐過程中，車輛段總平面布置方案在初步設計修編時即需要穩(wěn)定，但此時列車尚未招標，沒有牽引特性曲線，同時本線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)進行理論計算。

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，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 理論計算公式

列車在試車線上的動態(tài)調試過程可分為起動階段、惰性運行階段、制動階段和最后的停穩(wěn)階段。試車線理論計算長度L可按照下列公式計算，且設計長度不應小于其理論計算值。

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算確定;惰性運行階段長度L2按列車最高試車速度和惰性運行時間計算確定。緩沖滑動式車擋安裝距離L4按允許撞擊速度25 km/h計算確定。距離車擋的安全距離L5結合國內(nèi)其他城市類似經(jīng)驗確定。其中最高試車速度對試車線長度起決定性作用。

3.3 理論計算結果

合江車輛段試車線長度應按照最高試車速度Vmax=140 km/h=38.89 m/s進行計算。各參數(shù)取值和詳細計算過程：

（1）列車車長L0。L0≈ 186 m。

（2）列車起動運行距離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，起動時間t2 = Vmax / a2 =77.78 s。

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

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

起動運行距離L1= L11 + L12=96+1686=1782 m。

（3）惰性運行距離L2。（按10 s計算）

L2=Vmaxt=38.89×10≈389 m

（4）制動運行距離L3。（按2s計算）

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撞擊速度計算，取單個車擋長度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）試車線計算長度：L=186+1782+389+834+50+20=3261 m。

根據(jù)上述理論計算結果，滿足140 km/h全速試車要求的試車線設計長度不應小于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。地塊中部和南側有3條自東向西流的排水溝，在地塊西側匯合，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。

在檢修主廠房北側設調機工程車庫以及材料裝卸線;在檢修主廠房與和調機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設置雜品庫和蓄電池間。

在調機工程車庫北側設置廠前區(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。試車線設置于廠前區(qū)用地東側，通過聯(lián)絡線與咽喉區(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

受用地南側龍泉山的阻隔，當試車線只采用路基形式敷設時，試車線長度為1 215 m，只能進行60 km/h的中速試車，無法進行140 km/h的全速試車，因此，需進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，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)段的線路平面應盡量為直線，不受小半徑曲線的限制，線路坡度應盡量平緩。

（3）試車區(qū)段應盡量靠近車輛段接軌站，減少車輛往返的時間。

（4）試車區(qū)段應盡可能只占用一個供電區(qū)段，利于縮短供電安全防護距離，將有限的正線資源留給建設期的系統(tǒng)聯(lián)調以及運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、對運營維護的影響、調車作業(yè)難度、對線網(wǎng)適應性和工程投資等幾方面對方案一和方案二進行綜合分析比較。

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速為140 km/h的市域軌道快線，相比普通最高時速80 km/h的軌道交通線路，列車上線運營前的調試更為重要，需要有一條各項技術參數(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19、20、37、38號線列車的大架修任務，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，將對未來列車的調試和檢修工作造成較大的影響，極大增加車輛段和正線運營的難度。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 結束語

試車線長度、線路平面和縱斷面等條件對列車調試試驗起決定性影響，而調試試驗的成功與否決定了列車能否安全和可靠地上線運營。在相關條件允許的情況下，試車線的設計應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。當采用常規(guī)形式敷設的試車線長度、曲線半徑等無法滿足全速試車要求時，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行經(jīng)濟技術比較，確定最終的試車方案。

參考文獻

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

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.地鐵設計規(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計要求[J].鐵道工程學報，2008（6）：101-105.

[4] 中華人民共和國建設部，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目建設標準：建標104-2008[S].北京：中國計劃出版社，2008.

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