成都軌道交通18號(hào)線合江車(chē)輛段試車(chē)線方案探討

羅程

[摘? 要]：成都軌道交通18號(hào)線是國(guó)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(chē)性能的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)確保運(yùn)營(yíng)安全尤為重要。試車(chē)線作為列車(chē)投入運(yùn)營(yíng)前進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試和性能測(cè)試的線路，其設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。文章根據(jù)18號(hào)線列車(chē)性能參數(shù)，通過(guò)理論計(jì)算出滿足全速試車(chē)要求的試車(chē)線長(zhǎng)度，同時(shí)結(jié)合正線線路條件、車(chē)輛段總平面布置和段址地形，綜合比較正線全速試車(chē)方案與段內(nèi)全速試車(chē)方案，并考慮到18號(hào)線車(chē)輛段為線網(wǎng)性大架修段，提出了新建試車(chē)線隧道使其長(zhǎng)度滿足全速試車(chē)要求的試車(chē)線方案。

[關(guān)鍵詞]：軌道交通; 長(zhǎng)度; 數(shù)值計(jì)算; 試車(chē)線

U231.1A

1 項(xiàng)目概述

成都軌道交通18號(hào)線起于火車(chē)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(chē)南站、世紀(jì)城會(huì)展中心、西博城國(guó)際會(huì)展中心、川藏鐵路天府站、天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)等多個(gè)國(guó)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(chē)8輛編組，AC 25kV柔性架空接觸網(wǎng)供電，設(shè)合江車(chē)輛段一處。合江車(chē)輛段定位為大架修段，近期承擔(dān)成都18、19號(hào)線及鄰近線路市域快線車(chē)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(hào)線車(chē)輛大、架修任務(wù)[1]。

成都軌道交通18號(hào)線是國(guó)內(nèi)第一條時(shí)速140 km/h的市域軌道交通兼機(jī)場(chǎng)線工程，國(guó)內(nèi)尚無(wú)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也尚無(wú)成功的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。為保障線路順利運(yùn)營(yíng)，列車(chē)的可靠性和安全性非常重要。試車(chē)線作為列車(chē)投入運(yùn)營(yíng)前進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試和性能測(cè)試的線路，其設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。

2 試車(chē)線的功能及要求

2.1 試車(chē)線的功能

試車(chē)線設(shè)置于車(chē)輛段內(nèi)，是為新購(gòu)列車(chē)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(chē)進(jìn)行全面動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)而設(shè)置的[2]。

新購(gòu)列車(chē)和檢修后的列車(chē)在正式上線運(yùn)營(yíng)前，必須要先在靜調(diào)線上進(jìn)行靜態(tài)限界的測(cè)量與調(diào)整、電氣系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和車(chē)門(mén)及空調(diào)的靜態(tài)測(cè)試，然后在試車(chē)線上進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試及性能試驗(yàn)，檢驗(yàn)列車(chē)是否達(dá)到相關(guān)要求。

列車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)試和性能試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：動(dòng)態(tài)限界的試驗(yàn)，車(chē)門(mén)、旁路開(kāi)關(guān)、緊急按鈕等的功能檢查，車(chē)門(mén)與屏蔽門(mén)的模擬試驗(yàn)，噪聲與振動(dòng)試驗(yàn)，牽引和制動(dòng)性能試驗(yàn)，運(yùn)行平穩(wěn)和安全試驗(yàn)，車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)試驗(yàn)，輪緣潤(rùn)滑系統(tǒng)試驗(yàn)等[3]。

2.2 試車(chē)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(chē)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(chē)速度設(shè)置適當(dāng)?shù)那€;兩端應(yīng)設(shè)置緩沖滑動(dòng)式車(chē)擋;線路有效長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)車(chē)輛技術(shù)參數(shù)和試車(chē)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(duì)試車(chē)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(chē)線長(zhǎng)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(chē)線的長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)列車(chē)供應(yīng)商提供的牽引特性曲線通過(guò)牽引計(jì)算確定。此外，國(guó)內(nèi)一些設(shè)計(jì)院和地鐵公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，總結(jié)形成了試車(chē)線長(zhǎng)度理論計(jì)算公式，在沒(méi)有牽引特性曲線時(shí)，可通過(guò)公式理論計(jì)算確定試車(chē)線長(zhǎng)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(chē)線，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足列車(chē)高速運(yùn)行性能試驗(yàn)要求;困難條件下因用地長(zhǎng)度不足，可在車(chē)輛段內(nèi)設(shè)置滿足中速試車(chē)要求長(zhǎng)度的試車(chē)線，完成車(chē)輛動(dòng)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(hào)的測(cè)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(chē)，但是在運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中，正線高速試車(chē)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(chē)過(guò)程出現(xiàn)意外，甚至?xí)绊懙诙炀€路正常運(yùn)營(yíng)。因此還是要盡量在車(chē)輛段內(nèi)設(shè)置滿足高速試車(chē)要求的試車(chē)線，最大程度避免正線試車(chē)對(duì)維護(hù)檢修、運(yùn)營(yíng)安全、組織和調(diào)度造成影響。

3 試車(chē)線長(zhǎng)度理論計(jì)算

試車(chē)線長(zhǎng)度對(duì)車(chē)輛段總平面布置方案和用地起關(guān)鍵作用。若長(zhǎng)度過(guò)短，將無(wú)法滿足列車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)試要求和性能試驗(yàn)，從而無(wú)法保障試車(chē)安全;若長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，不僅增加工程投資，而且增大車(chē)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(guò)程中，車(chē)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(chē)尚未招標(biāo)，沒(méi)有牽引特性曲線，同時(shí)本線140 km/h 的市域A型車(chē)系國(guó)內(nèi)首次使用，沒(méi)有類(lèi)似的牽引特性曲線借鑒，因此只能根據(jù)列車(chē)的主要參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算。

3.1列車(chē)主要性能參數(shù)

成都軌道交通18號(hào)線列車(chē)主要性能參數(shù)：

（1）列車(chē)長(zhǎng)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(chē)輪為半磨耗狀態(tài)，額定供電電壓時(shí)，起動(dòng)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(chē)輪為半磨耗狀態(tài)，列車(chē)從最高運(yùn)行速度到停車(chē)，制動(dòng)平均減速度為：

常用制動(dòng)減速度a3≥1.0 m/ s2

緊急制動(dòng)減速度a4≥1.2 m/ s2

3.2 理論計(jì)算公式

列車(chē)在試車(chē)線上的動(dòng)態(tài)調(diào)試過(guò)程可分為起動(dòng)階段、惰性運(yùn)行階段、制動(dòng)階段和最后的停穩(wěn)階段。試車(chē)線理論計(jì)算長(zhǎng)度L可按照下列公式計(jì)算，且設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(chē)車(chē)長(zhǎng);L1為起動(dòng)階段長(zhǎng)度;L2為惰性運(yùn)行階段長(zhǎng)度;L3為制動(dòng)階段長(zhǎng)度;L4為緩沖滑動(dòng)式車(chē)擋安裝距離;L5為距離車(chē)擋的安全距離。

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

3.3 理論計(jì)算結(jié)果

合江車(chē)輛段試車(chē)線長(zhǎng)度應(yīng)按照最高試車(chē)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(guò)程：

（1）列車(chē)車(chē)長(zhǎng)L0。L0≈ 186 m。

（2）列車(chē)起動(dòng)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(dòng)時(shí)間t1 = V0 / a1 =13.89 s。

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

起動(dòng)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(dòng)距離：

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

起動(dòng)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(dòng)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(dòng)式車(chē)擋安裝距離L4。

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

（6）距離車(chē)擋的安全距離L5。

按照列車(chē)試車(chē)作業(yè)需要并考慮安全余量，取L5=10×2=20 m。

（7）試車(chē)線計(jì)算長(zhǎng)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(chē)要求的試車(chē)線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不應(yīng)小于3 261 m，并在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下盡量加長(zhǎng)。

4 合江車(chē)輛段試車(chē)線方案

4.1 段址概況

合江車(chē)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(chē)輛段用地南北長(zhǎng)約1 400 m，東西寬約350 m，地面高程490～535 m，相對(duì)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(chē)輛段采用順向并列式布置，運(yùn)用庫(kù)和檢修主廠房并列布置于車(chē)輛段的南端。

在檢修主廠房北側(cè)設(shè)調(diào)機(jī)工程車(chē)庫(kù)以及材料裝卸線;在檢修主廠房與和調(diào)機(jī)工程車(chē)庫(kù)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(kù)和蓄電池間。

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

4.3 試車(chē)線方案

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

4.3.1 方案一：段內(nèi)中速試車(chē)和正線全速試車(chē)結(jié)合

根據(jù)現(xiàn)有車(chē)輛段總平面布置，試車(chē)線采用常規(guī)路基形式敷設(shè)，長(zhǎng)度為1 215 m，可滿足列車(chē)中速試車(chē)要求;另外在車(chē)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(chē)。正線試車(chē)區(qū)段選擇的基本原則：

（1）試車(chē)區(qū)段的長(zhǎng)度不應(yīng)小于滿足全速試車(chē)要求的最小長(zhǎng)度。

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

（4）試車(chē)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(yíng)期各級(jí)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(hào)線正線線路條件，車(chē)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(chē)區(qū)間，該區(qū)間長(zhǎng)約5.2 km，中間有一段區(qū)段長(zhǎng)約3.5 km，最小曲線半徑R=1200 m，最大坡度8‰，列車(chē)全速試車(chē)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(chē)

將原長(zhǎng)度為1 215 m的試車(chē)線往東南方向延伸至龍泉山內(nèi)，新建試車(chē)線隧道2 060 m，使試車(chē)線全長(zhǎng)為3 275 m。試車(chē)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(chē)全速試車(chē)的要求。新建全速試車(chē)線平面布置見(jiàn)圖2。

4.4 方案比較分析

表1從線路條件、對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的影響、調(diào)車(chē)作業(yè)難度、對(duì)線網(wǎng)適應(yīng)性和工程投資等幾方面對(duì)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(hào)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(chē)上線運(yùn)營(yíng)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(chē)線。

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

5 結(jié)束語(yǔ)

試車(chē)線長(zhǎng)度、線路平面和縱斷面等條件對(duì)列車(chē)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(chē)能否安全和可靠地上線運(yùn)營(yíng)。在相關(guān)條件允許的情況下，試車(chē)線的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足列車(chē)全速試車(chē)的要求，尤其是對(duì)線網(wǎng)性的車(chē)輛大架修段。當(dāng)采用常規(guī)形式敷設(shè)的試車(chē)線長(zhǎng)度、曲線半徑等無(wú)法滿足全速試車(chē)要求時(shí)，可根據(jù)車(chē)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(duì)正線高速試車(chē)方案或新建地下、高架或隧道試車(chē)線方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定最終的試車(chē)方案。

參考文獻(xiàn)

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