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铁路与轨道交通 |
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从限界角度分析北京地铁5号线采用国家地铁标准B型车的可行性 |
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摘 要： 本文从限界角度，分析了目前施工设计阶段，地铁五号线各区间隧道、车站断面以及原来预留好的隧道断面条件下，由车高3.7m的现有北京鼓形车改为国家地铁标准B型车的可行性。
北京地铁现运行的车辆，由于受既有线车站站台限制，是在原宽2.6m车(C型车)基础上，为增加载客量，从轨面以上高度1075mm起加宽形成鼓形车辆。该车最宽达到2.8m，此种车为非标准B型车，载客量较标准B型车少，并且由于受车型限制，站台面与车厢地板面高差较大(135mm)，对乘客(尤其是乘坐轮椅的残疾人)上下车造成不便。
在北京地铁新线设计评审中，专家也多次提出采用标准B型车的建议。目前，北京地铁5号线(以下简称5号线)还未完全实施，地铁4号线、10号线一期及奥运支线、9号线工程正在待建之际，很有必要抓住这个机会，改进车辆造型，对在北京地铁新线上采用标准B型车是否可行进行必要的研究。
5号线是连接北京地铁车辆厂的唯一通道，轨道交通路网中规划的其他线路均需通过五号线方可与北京地铁车辆厂连通，因此，五号线的车辆限界决定了其它线路的车辆限界。目前，五号线正在开展施工设计，还未施工，具备采用标准B型车的基础。标准B型车造型美观，相对北京现有车辆来说，还可以增加载客量，另外，标准B型车的空调不必采用薄型空调。从增加载客量、车辆造型美观、方便乘客上下车及车辆标准化角度出发，北京地铁新线车辆应选用标准B型车。
一、 国家标准B型车简介
为了推进车辆国产化、标准化，我国把地铁车辆分为A、B两种车型。标准A型车车宽3.0m，车高3.8m，车体有效长度22.1m，车辆定距15.7m，转向架固定轴距2.5m；标准B型车车宽2.8m，车高3.8m，车体有效长度19.0m，车辆定距12.6m，转向架固定轴距2.2～2.3m。标准B型车有一个建议车辆计算轮廓线，在此基础上，结合国内、外车辆实际情况，考虑应具有较强包容性，综合考虑计算得出一个车辆限界，该车辆限界是具有法定约束力的限界。车辆制造厂家在此车辆限界范围内，在不突破标准B型车的限界的基础上，可以优化车辆计算轮廓线、车辆制造轮廓线等，使车辆外形美观。标准B型车车辆计算轮廓线、车辆限界见图1。
图1 国家标准B型车图及坐标
二、 五号线采用标准B型车可行性研究
1、 区间
北京地铁五号线工程地下线主要有马蹄形隧道、圆形隧道和总长度约600m的矩形隧道三种隧道断面形式。
(1) 圆形隧道
设计盾构法施工圆形隧道雍和宫试验段时，依据北京城铁车辆限界(车高3.7m)来确定的建筑限界，轨道建筑高度当时定为800mm，圆形隧道建筑限界为直径5100mm的圆，后地铁公司领导考虑到车辆顶部的薄型空调供货将来如果有问题，则只能采用常规空调，那么车高就会超过3.7m，加之盾构段施工经验不足，需要留有一定余量，半径方向外放了50cm，故最终建筑限界直径定为5200mm。在开展施工设计前，由于盾构施工单位已经确定，其盾构机械也是按照建筑限界5200mm来选型的，施工设计时，如再变更建筑限界，土建设计及施工均是不可能的。故其余盾构段线路建筑限界延续下来，仍定为直径5200mm。施工设计阶段，经与轨道、接触轨专业协商，对三轨墩布置型式进行了优化，轨道建筑高度可以由初步设计阶段的800mm降为740mm，这样，对于本线限界最紧张的曲线半径400m曲线段，经检算限界净空仍能满足采用标准B型车行车安全需要，见图2。
a) 图2 标准B型车在区间400m曲线段圆形隧道断面限界图
(2) 马蹄形隧道
对于马蹄形隧道，由于初步设计阶段确定的限界净空有一定余量，加之对设备布置位置做一适当调整后，可以留出一定安全空间，调整后，限界净空相对圆形隧道紧张一些，通过对本线限界最紧张的500m曲线半径段限界净空检算后，标准B型车也能满足安全行车需要，也即对本线工程区间矿山法施工的马蹄形隧道断面，在不需要修改设计前提下，该限界断面也能满足标准B型车行车安全需要。见图3。
图3 标准B型车在区间500m曲线段马蹄形隧道断面限界图
(3) 矩形隧道
对于矩形隧道，由于原来是按照城铁(车高3.7m，车宽2.8m)车辆设计，如采用标准B型车(车高3.8m)，侧面净空满足限界要求，但顶部净空不满足限界要求，按照标准B型车限界，结构顶板需要相应抬高150mm才能满足要求。由于地铁五号线区间明挖矩形隧道十分短，全线只有宋家庄站前后大约400m及干杨树站北侧出洞口前200m左右，且都处于施工设计阶段，现在立即修改设计，是完全可能的。因此，对于矩形隧道，只需对顶部净高做下修改设计，就能满足采用标准B型车限界要求。区间直线段标准B型车矩形隧道限界见图4。
图4 标准B型车在区间直线段矩形隧道断面限界图
综上所述，车辆如采用标准B型车，将只会引起区间矩形隧道断面高度方向的修改设计，对其它地下区间(圆形隧道、马蹄形隧道)，不需要修改设计。
2、车站
标准B型车车宽为2.8m，车高为3.8m，车厢地板位置宽度也为2.8m。由于五号线目前(施工设计阶段)是按北京城铁车辆设计，其车站限界见图5。
图5 北京现有鼓形车在车站直线段断面限界图
由于该车在轨面以上高度1075mm起局部鼓形，车辆限界决定了站台的高度(965mm)和站台边缘距离线路中心线的距离。而该车车厢地板面距轨面为1100mm，导致站台面与车厢地板面高差多达135mm，给乘客上下车带来诸多不便，也不满足限界标准规定的50～100mm的规定。如果本线采用标准B型车，其车站限界情况见图6。
图6 标准B型车在车站直线段断面限界图
5号线采用标准B型车后，车站站台限界需要变更，即车站站台边缘与线路中心线距离由1400mm变更为1500mm(即侧站台宽度减小100mm)，车站站台面高度由965mm变更为1020mm(即车站站台面抬高55mm)。由此涉及到以下问题：(1) 车站站台宽度将减小100mm(侧式站台)或200mm(岛式站台)。(2)站台面至其上吊顶高度是否满足最小3000mm的建筑要求。(3)站台边缘与车站柱子边缘距离是否满足规范2.5m的要求。 经调查研究，，由于设计时大多数车站有富余量，全线车站只有两个车站有些困难，其余都不存在问题，但该两个车站可以采取规范中允许在困难情况下采用的措施进行设计，同时也可以满足建筑规范要求，且对行车安全不会有影响。
对于车行道上方排热风道底面至轨面高度限界，原来按照车高3.7m预留的高度限界，如果采用标准B型车(车高3.8m)，按规范要求，车行道上方排热风道底面至轨面高度限界需要抬高150mm，经调查研究，大多数站顶部净空有富余，少数站可以对管线设备做一调整，限界抬高不存在问题。
综上所述，采用标准B型车对车站带来的以上影响，在车站修改设计中都能得到解决，因此，对车站，采用标准B型车是可行的。
三、特殊地段的影响――雍和宫预留控制节点的研究
地铁环线(2号线)雍和宫车站施工时，为地铁五号线预留了一段隧道，该段隧道控制节点长25m，详见图7。
图7 雍和宫车站预留控制节点限界示意图
隧道结构顶板与底板原来按照4700mm预留的，经现场实测数据表明，结构顶板和底板标高相对原来设计标高整体下沉约110mm，即顶板与底板净高仍为4700mm。由于使用功能的要求，需要在预留节点顶部采取加固措施，顶板加固将占用270mm的顶部空间，实际结构顶板到底板高度为4430mm。为保证行车安全，轨面至顶板高度最小需为4027mm。考虑到限界高度紧张，经与线路专业协商，线路在此段可设计为平坡，通过如此调整后，在满足行车高度限界4027前题下，轨面到结构底高度实际为403mm。
对于轨面以下高度(403mm)，按常规做法，该高度将不满足轨道正常设计和排水沟高度设置要求，经分析研究，可采取如下特殊措施，即可使轨面以下高度减小，又能满足轨道铺设和排水需要。 1. 轨道结构的零部件特殊安装(详见图8)。
图8 雍和宫控制节点轨道零部件特殊安装图
2. 水沟设置坡度和宽度加以调整。(详见图9). 
图9 雍和宫控制节点水沟设置示意图
采取以上特殊措施后(水沟宽度见图8)，该预留控制节点处限界仍能满足行车安全需要。
四、采用标准B型车优点与遗留问题
1、 优点
(1) 车辆外形美观。
(2) 充分利用了隧道净空尺寸，尤其圆形隧道。
(3) 同一线车辆相比，可以增加载客量。
(4) 站台面与车厢地板面高差减小，方便乘客上下车，并且该高差符合国家限界高差标准。
2、 遗留问题
(1) 标准B型车不能在目前已运营线路(1号线、2号线、13号线)和八通线上运营。
(2) 在新线建好而新线车辆未到时，借用目前运营的旧车辆运营，车站站台边缘与车辆边缘缝隙偏大(约200mm)，对乘客上下车存在不安全隐患，需要对站台边缘采取临时处理措施(如在站台边缘贴橡皮层等)。
五、结 论
本文通过对以上隧道断面的限界分析，北京地铁五号线目前虽然已经开始施工设计(局部地段已经施工)，但在基本不引起较大设计改动量和工期前题下，通过对车站站台限界和500m左右的明挖矩形隧道高度做一修改设计，北京地铁五号线采用国家地铁标准B型车是完全可行的。基于对北京地铁五号线各隧道断面限界进行的分析，促使北京地铁公司领导下定决心在地铁五号线、四号线以及十号线上采用了国家地铁标准B型车。(end)
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(3/11/2005) |
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