CN104816732B - 一种快速区间单洞双层车道地铁 - Google Patents

一种快速区间单洞双层车道地铁 Download PDF

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    • B61RAILWAYS
    • B61BRAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00Other railway systems
    • B61B13/10Tunnel systems

Abstract

快速区间单洞双层车道地铁是由一条分上、下层车道的区间隧道及双层立体站台构成列车运行空间,占地少、开挖量少。由快车线、站台到发线组成行车、停站上下客分离的线路,改变列车追踪运行,按需自如开行区间快车,减少停站,提高行车密度和旅行速度;用快速自动车钩编组,客流高峰加大编组、以直达或有限停车模式运行,提高运力;客流平峰低峰期减少编组,以站站停模式运行,降低运营成本。车辆用凹底车架结构降低车高和重心,缩小隧道直径;规划不同定员车辆、选用不同编组、各个客流时段采用不同行车模式,获得从1万到9万多单向高峰小时流量阶梯运力,既适应特大城市运量需求,也能降低建造地铁对城市客流规模、人口数量的起点要求。

Description

一种快速区间单洞双层车道地铁
技术领域
[0001] 本案涉及到一种地铁,旨在改变追踪运行模式、减少停站、在区间快速运行,提高 旅行速度,具体是一种快速区间单洞双层车道地铁。
背景技术
[0002] 城市地铁客运有三个显著特点:一是站距短,约在800米到1500米之间,使得停靠 站数多。二是早晚客流高峰峰值大,持续时间短,据北京地铁官方客流统计数据,正常工作 日早晚高峰期客流呈双凸峰状,全天客流量48%集中在早晚高峰的四小时内(表1早晚高峰 期客流占全天比例);这四小时是运量最大,运力与运量矛盾最大的时段、运营压力最大,其 余十四个小时是平峰、低峰,客流少。三是地铁大多是单线追踪运行、列车固定编组。此外还 有一个小特点,就是客流方向性强,早高峰往商业中心、市中心去的多,有些站点客流进站 的多出站的少;晚高峰则相反。
[0003] 表1早晚高峰期客流占全天比例
[0004]
Figure CN104816732BD00041
[0005] 三个特点中,第一点是因城市人口密集形成,第二点是普遍性工作时间安排形成, 第三点是一百多年沿习下来。
[0006] 站距短停站多。地铁列车从车站开出加速行驶、速度达到最高时速没多久,便就要 制动减速准备进站、停车、上下客,区间运行时分少,北、上、广繁忙线路高峰时段发车时间 间隔约120~150秒、停站30~40秒,约有1/4时间是用在停站上下客上,微观说,运输是不连续 的,停站这部分时间,对客流高峰期来说很重要,但又不能不停,线路的有效利用率(时间利 用率、速度利用率)受到很大影响。因此地铁列车纵使有100公里的设计时速,但实际的平均 运行速度大多小于40公里/小时,不能快速疏散客流,难以满足日益增长的客流需求。在一 线大城市,早晚客流高峰期,行车线路已经达到最大容量(如北京一号线、二号线、十号线已 达到120秒左右发一列车的密度),配备再多的运输车辆也无济于事,真是束手无策;以至于 车厢内乘客摩肩擦背、拥挤不堪。
[0007] 早晚客流高峰峰值大,持续时间短。早晚高峰四小时约运送全天48%乘客,平均每 小时运送12%;大城市地铁每天运行或接近十八小时,其余十四个小时里运送另外52%乘客, 平均每小时运送3.7%,两者相差3.2倍。客流运量需求变化幅度是如此之大,高峰期运力严 重不足,平峰低峰期过剩浪费,这两种极端同时存在。
[0008] 地铁大多是单线追踪运行、列车固定编组。单线追踪运行,是指列车单向只在一条 轨道上跑,前后一列跟一列,依次前行,后车没有办法超越前车,前车始终挡在后车的前面、 影响后车行驶。这种运行方式很单一,使得行车调度也单一。单线追踪运行,停站上下客影 响后车运行,停站时间长短不确定,影响程度也不确定,为了安全,也拉长发车时间间隔来 应对这个不确定性。有地铁运营公司试图改变这种单一方式,在早晚客流高峰期开行区间 大站快车,短时间内快速将几个大站的客流缓解,采取某一时间段停开其它慢车,或者在某 些区段加修一段临时停车线用作避让;这些办法都能缓解高峰期的压力,显然副作用也不 小:某时间段停开慢车,这同时也影响另一拨客流的时间,相当于是将问题转嫁,加修临时 停车线,不但施工困难,费用也不低。单线追踪运行,一是传统遗留下来,二是建造单线的地 铁成本费用已经很高,改变单线,增加线路,一般认为成本会更高,更考验经济实力,更难以 让人接受;单线追踪运行,是城市地铁交通的软肋。列车固定编组是指列车加挂车厢数量固 定,从早跑到黑都不变。城市地铁全天客流运量需求变化幅度如此之大,高峰期运力严重不 足,平峰低峰期过剩浪费,而线路、车辆等设施供给模式一一单线追踪运行、列车固定编组 是如此之固定,供需之间不匹配、不适应。高峰期运力严重不足,最终为了保证安全和正常 运营,只好人为采取限流措施,不分远近多少,一律暂停乘客进站。
[0009] 应对早晚高峰期客流压力是重中之重,各大城市地铁运营公司采取应对措施挖 潜、扩能,诸如增开早晚高峰区间大站快车、大小交路、缩短发车时间间隔、将原来的B型车 逐渐用定员更多的A型车取代、甚至设计制造更大的车厢以容纳更多乘客、列车编组从6节 车厢加挂到8节车厢,这些措施都将产生一些积极效果。另一方面,在平峰、低峰期,由于客 流减少,为适应变化,降低发车密度,把发车时间间隔拉长,这对于降低运营成本来说是非 常必要的。但这样一来,乘客候车的时间就加长,耽误乘客的时间,服务质量打折扣,影响民 众出行的效率。
[0010] 上述应对早晚高峰期客流压力采取的挖潜扩能措施中,如编组扩大到8节车厢、设 计制造更大的车厢容纳更多乘客,恰恰在平峰低峰期埋下不利因素,平峰低峰期客流大幅 减少,只有进一步减少发车,把发车时间间隔拉得更长,才不致使全天平均满载率大幅降 低,不至于进一步推高运营成本、造成更大的浪费,这就无意中又进一步降低服务质量、降 低民众出行效率,顾此失彼,挖潜措施也是一面双刃剑。
[0011] 城市早晚出行的上班族,已习惯了出行拥挤。目前地铁A、B型车厢座位数占车厢定 员数都约为16%,从中可以看出,地铁交通服务在高峰期连站席都还很拥挤的情况下,是没 有办法、没有能力考虑有更高的座位比例。物质和精神文明发展到今天,人们期望出行安 全、快捷、舒适,有尊严、体面,是生活质量的一种体现,是社会文明的高层次体现,这种需求 其实已经非常明显、强烈,如果能有一种经济上合理、技术上适用的方案来逐渐减轻早晚拥 挤程度当然是最好了。
[0012] 目前的地铁,主要是建造左右分布、相互隔开的双隧道——一洞一线,来作为列 车上、下行车道,占用空间大且多、征地拆迀多、建造工程量大、建设周期长、投资成本高;有 数据显示,整个地铁建设,土建工程费用占到整个项目总费用的31.51 %,是各个单项中比 例最高,比排在单项第二的车辆购置费12.4%,整整高出一倍半;设法降低土建工程费用,就 抓住降成本的关键少数。
[0013] 近年,已有建造单洞双线(左右分布)的隧道结构(如北京14号线15标段、上海11号 线南段6标段、南京10号线过江隧道),有效降低了土建费用,这种结构的站台是左右分布侧 式结构为主。
[0014] 国务院办公厅《关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知》中,要求申报发展地 铁的城市应达到4点基本条件,其中第3、第4条是:
[0015] 3.城区人口在300万人以上;
[0016] 4.规划线路的客流规模达到单向高峰小时3万人以上;
[0017] 这两点要求应是基于目前地铁模式运力起点高,没有相当规模的城区人口、客流 运量规模,会造成运力浪费,投资效益低。殊不知,中国大中城市市民大多集中在城区内、住 在高楼里,城区人口或许暂时没进300万的门槛,但人口密度大,早晚交通压力依然很大,公 交车曝满、车辆行驶缓慢,这让许多想购买私家车的市民都犹豫了,特别是当电动汽车逐渐 成熟后;我们知道,汽车消费是拉动国内消费的重头戏,能腾出更多地面道路让环保私家汽 车上路,拉动国内消费,这将是一种长期的效益。如果能有一种地铁,它的运力起点更低、运 力范围跨度更大,既适应特大、大城市的大运量起点,也能适应中等城市的较低运量的起 点,让中等城市也用上地铁,大、中城市均衡发展,使城市的景观更和谐、经济发展更协调。
[0018] 传统地铁这种在西方世界已经沿用了一百多年、正在发挥重要作用的城市地铁模 式,在技术高度发达的今天有没有多一种模式可供选择呢。
发明内容
[0019] 为适应地铁站距短、停站多,高峰期客流量大、持续时间短,平峰低峰客流流量小、 持续时间长的特点,改变单线追踪运行,避免列车停站占用行车道、占用线路行车时间的不 利因素,提出一种快速区间单洞双层车道地铁,改变地铁单线追踪运行,增加调度灵活性, 可以根据客流情况自如开行区间直达快车,客流高峰期减少停站、增加区间运行时分从而 提高旅行速度,在无障碍、畅通的快车线上提高行车密度;以单洞双层立体车道满足列车上 下行,减少隧道数量和站台开挖面积;降低车高和重心,缩小隧道直径;用乘客信息牌引导 乘客和工作人员预先、依次、有序行动;采用双保险安全措施确保列车上线会车安全。
[0020] 本案解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0021] 由快车线(1)、站台一段到发线组成行车、停站上下客分离的轨道线路(简称快车 线加到发线)。到发线由用于停车上下客的停车线(3)、用于列车进站的进站渡线(2)和用于 列车出站的出站渡线(5)组成;到发线处于快车线(1)与站台(4)两者之间,到发线的停车线 (3)与快车线⑴相距一个线间距D (图7);到发线两端的进站渡线(2)、出站渡线(5)与快车 线(1)用道岔在A点、D点连接,通过转辙机转轨变道;列车经过进站渡线(2)进站和出站渡线 (5)出站,停在停车线(3)上下客;进站渡线(2)、出站渡线(5)另一端与停车线(3)连接处(B 点、C点)不布置常规的道岔和转辙机,只在靠快车线(1)布置道岔的辙叉心末端接有一段短 钢轨,短钢轨端头紧接铺设有一段过渡曲线轨,进、出端的过渡曲线轨与停车线(3)的两端 头交接点(B点、C点)平滑连接;两条过渡曲线轨代替常规的辙叉心、导曲线轨和尖轨,平滑 过渡连接在短钢轨与停车线(3)钢轨端头之间。
[0022] 进站渡线⑵和出站渡线(5)对称分布在停车线的两端,进站渡线⑵道岔导曲线 轨部分处在隧道出口的隧道内,出站渡线(5)道岔导曲线轨部分处在隧道入口的隧道内,到 发线的始端、末端都有一段处在隧道内;进站渡线(2)和出站渡线(5)长度不完全占用站台 区间,能减短站台区间长度(本案由于有列车进、出站的单渡线,所以站台区间包含了站台 计算长度、单渡线长度)。
[0023] 上、下层站台的到发线,在高度方向上是平行的,相距一个站台垂直高度的距离。
[0024] 单渡线与快车线用道岔连接,通过转辙机转轨变道,这是现有技术;本案中,因为 在到发线区段,列车是单方向行驶,进站、出站只在同一条轨道上、同一个方向,因此进站渡 线(2)、出站渡线(5)与停车线连接处(B点、C点)不需要道岔、转辙机来转轨换向,只在单渡 线的“夹直线段”钢轨端头与停车线钢轨端头之间加一段过渡曲线轨平滑过渡连接即可; 并且列车在停车线(3)附近进站、出站,是低速运行,因此过渡曲线轨的半径值容易满足行 驶要求;同时,在B点、C点布置过渡曲线轨对线间距的要求相对低一些,这有利于缩小线间 距。
[0025] 快车线加到发线,乘客在到发线上下客,快车线上没有停车上下客环节,因此也没 有停车上下客时间长短不确定因素,快车线上没有行车障碍,为列车在快车线快速、连续运 行提供了条件,列车能够畅通连续运行;客流高峰期可以自如开行跨站的区间直达快车,列 车快速运行时间加长,整个旅程的旅行速度得到大幅提高,并且不会因为开行区间直达快 车而影响其它列车正常运行,获得快车线的全部时间用于列车快速运行,极大地提高快车 线的有效时间利用率;快车线上没有了停车上下客这个因素,安全行车保障提高,可以通过 计算确定更加合理的行车间距,提高行车密度、增加在线运行列车数量;配合合理的车厢定 员、增加列车编组、更多采用区间直达或有限停站运行模式,可以大幅度提高运力,这在早 晚高峰期尤其重要;同时列车可以按需求自如开行区间直达快车,最大限度地减少列车起 动一加速、减速一停站这种影响旅行速度、低效率、耗能大的运行,极大地提尚快车线的有 效速度利用率,回避城市地铁运输中站距短制约,这在城轨交通中尤其重要。
[0026] 快车线加到发线,列车不再总是一列跟一列依次跟踪行驶,前行列车对后续列车 的影响减小,改变列车追踪运行模式,列车运行调度更灵活,不同的客流阶段按运量来组织 调拨列车,调整运力;客流平峰低峰期,用小编组列车、站站停运行模式,保持发车密度,减 少空载率,降低运营成本。
[0027] 快车线加到发线,行车、停站分离,使站台上下客更加从容、有序、安全。
[0028] 快车线加到发线,减少停站,减少列车起动一一加速频次,可以适当降低车辆的起 动设计加速度,从而减小车辆设计制造时的装机功率。
[0029] 快车线加到发线,合理车厢定员、合理的行车密度、不同列车编组、不同运行模式 (区间直达、有限停站、站站停),是解决供需不匹配、不适应好方案。
[0030] 由管片(11)、牛腿管片(10)和路基预制件(9)共同构成上下层立体车道结构的区 间隧道(以圆截面隧道为例介绍)。建造隧道分成上下层立体车道结构,分别具备列车上、下 行功能(图2隧道横截面示意图),与双层车道相对应,车站站台也是上下双层立体结构(图7 站台横截面示意图)。区间隧道是由管片(11)、牛腿管片(10)和路基预制件(9)三者衬砌、架 装得到;管片(11)和牛腿管片(10)的外表面是等半径的圆弧面,并依次衬砌在盾构机掘进 后的土层上;圆隧道衬砌的每一圆环支护壁里包含两片牛腿管片(10)并对称分布在隧道的 左右两腰,牛腿管片(10)的楔形凸台支承面(20)是朝向上,在图2中左右方向是水平状态、 沿隧道纵向(轴线方向)则是与轨道线路的坡度、弯道走向相同;凸台在圆隧道内左右两腰 间,相向凸出;随开挖、衬砌,管片(11)和牛腿管片(10)沿隧道纵向延伸,贯穿整个隧道区 间,经在掘进土层与外圆弧面之间同步注浆,两者之间是充实、紧密的;两腰的楔形凸台也 贯穿隧道区间,并在同一横截面,牛腿管片(10)的左右凸台支承面(20)高低差满足一定的 公差要求。路基预制件(9)长度方向两头的第一下支撑面(37)和第二下支撑面(39)分别架 装在隧道两腰左右的楔形凸台支承面(20)上,路基预制件(9)沿隧道纵向依次架装,相邻路 基预制件之间通过螺栓孔和第二手孔(42)用螺栓连接紧固,并且对路基预制件(9)两端的 第一端平面(40)、第二端平面(43)与牛腿管片(10)内弧面间的间隙灌筑后,连结起来的路 基预制件(9)的上平面(41)成为一个整体长条大平面沿隧道纵向延伸,大平面的坡度与轨 道线路的坡度以及弯道走向一致,此大平面就是上层路基;上层路基将隧道分成上下两部 分,管片(11)、牛腿管片(10)和路基预制件(9)三者衬砌、架装后,隧道横截面呈“日”字型; 牛腿管片(10)既是隧道支护壁圆环的一部分,与管片(11)大部分形状构造及功能作用相 同,也是上层车道路基的支承基础,支承传递车道上的重力;路基预制件(9)两端架装到牛 腿管片(10)的楔形凸台支承面(20)并现场灌筑紧实两端,相当于在隧道支护壁腰间附近位 置加了一条横向水平撑杆,撑杆使隧道在腰间连成一个整体,隧道内部左右两腰间得到加 强,提升隧道牛腿管片(10)之间接头弯曲刚度,并加强整个隧道横截面的刚度,稳定结构, 抵抗变形。上下两层路基都铺上整体道床、轨枕,得到上层道床(8)和下层道床(12),满足列 车上、下行线路要求;下层道床(12)上至路基预制件(9)之间的空间(13)是列车下层行车空 间,上层道床(8)上至拱顶管片(11)之间的空间(15)是列车上层行车空间,上、下层空间满 足列车的限界要求;上、下层道床是立体的、在垂直方向上是平行的,它们的坡度、弯曲走向 就是轨道线路的走向;区间隧道两端头设有上下重叠立体侧式站台,上层侧式站台和下层 侧式站台处于同一侧;上层车道之上走行的列车重量通过路基预制件(9)、牛腿管片(10)和 管片(11)逐渐分散传递到隧道土层。
[0031]牛腿管片(10)是混凝土结构预制件,其内外主要表面是同圆心的圆弧面,内外圆 弧面之间距离是牛腿管片的厚度S,沿圆弧轴向是牛腿管片的长度方向(对应隧道的纵向); 牛腿管片的横截面形状是在一块圆弧板的内壁凸出一楔形凸台,楔形凸台主要由支撑面 (20)和斜撑面(23)构成,楔形凸台沿圆弧板的长度方向、两端与圆弧板平齐,并且在凸台长 度方向的中间设有空档,空档对称于两端面;该空档使得有适当的位置预留注浆孔、盾构真 空吸盘覆盖面;楔形凸台的支撑面(20)工作时是朝向上并且横截面是水平的,楔形凸台的 斜撑面(23)与铅垂方向成一锐角β,楔形凸台的支撑面(20)上架装路基预制件(9);支撑面 (20)是两个小面组成,支承路基预制件(9)时近似于是两个接触点,这种近似点的小面接触 形式使接触面间的贴合效果更好;两个小面组成的支撑面(20)承受路基预制件(9)传递下 来的包括列车重力等压力;牛腿管片(10)四周边厚度方向的四个端面,预制有螺栓孔和第 一手孔(21),手孔是穿插、锁紧螺栓需要的安装操作空间,衬砌组装管片(11)和牛腿管片 (10)时,用螺栓将相邻构件连接紧固,使成为一个整体。
[0032] 牛腿管片(10)由牛腿管片配筋用混凝土在模具内浇筑而成。
[0033] 牛腿管片配筋由管片配筋(26)和牛腿配筋(27)装配紧固成一体得到。牛腿配筋 (27)横截面是一楔形,由钢筋制成,长度方向垂直于其横截面;支撑面钢筋(31)工作时是朝 向上,斜撑面钢筋(32)与铅垂方向成一锐角β;装配时,管片配筋(26)与牛腿配筋(27)在圆 弧配合位置连接牢固,并且M处数根钢筋呈钩状,卡入管片配筋(26)的钢筋,N处插入管片配 筋(26)的钢筋架内,两者形成一个坚实牢固整体。
[0034] 路基预制件(9)是混凝土预制件、承重结构件,其配筋是钢筋制成,用混凝土在模 具内浇筑而成。路基预制件的上平面(41)为长方形平面,承受列车的重压;弧面或平面(38) 两端的第一下支撑面(37)和第二下支撑面(39)在同一平面上且与上平面(41)平行,路基预 制件(9)长度方向两端的第一端平面(40)和第二端平面(43)是平面或弧面,路基预制件 (9)宽度方向两边缘设有螺栓孔和第二手孔(42),手孔是穿插、锁紧螺栓需要的安装操作空 间;螺栓孔和第二手孔(42)是为了便于用螺栓将相邻两块路基预制件连接起来,使成为一 个整体;第一下支撑面(37)和第二下支撑面(39)架装时支承在左右的牛腿管片(10)楔形凸 台支撑面(20)上,架装后上平面(41)是朝向上,同时其两端的第一端平面(40)、第二端平面 (43)与牛腿管片(10)之间留有的间隙缝,现场灌筑紧实该缝隙。路基预制件的弧面或平面 (38)也可以是个平面;弧面或平面(38)与第一下支撑面(37)、第二下支撑面(39)有个小高 差,小尚差也可以为零。
[0035] 路基预制件(9)像积木一样,依次架装在隧道左右两腰牛腿管片(10)支承面(20) 上以贯穿整个隧道,列车运行的某一瞬间,每节车厢载荷同时分别由两块路基预制件承担, 每块路基预制件承担一节车厢的部分重量,整列车的载荷则分别同时由多块路基预制件承 担,分配到每一块预制件上的载荷较小,相应地,传递到隧道两腰的每块牛腿管片的载荷也 较小,这与传统高架桥箱梁纵向支承在前后桥敦上的承重方式不同,后者一块箱梁要承受 多节车厢载荷。本案采用的小型车其自重、载重相对较小,因此路基预制件、牛腿管片承受 的载荷也就相对较小;地铁列车负载变化主要与乘客数量变化有关,变化范围小;就是说, 单洞双层车道结构隧道承受的载荷小,载荷被分散支承,载荷变化范围小。
[0036] 单洞双层立体车道,比传统双洞双线减少隧道数量,减少占地面积,能降低土建工 程费用。
[0037] 区间双层立体车道,对应车站站台,采用同侧侧式结构时,也是上下双层立体结 构,减少站台的开挖面积,降低土建工程费用。
[0038] 采用上下层立体结构隧道,在配套降低车辆高度情况下,阻塞比处于较合理范围, 直接影响隧道内空气压力变化值和变化率,利于乘客乘用时耳朵正常感受。
[0039] 采用上下层立体结构隧道,每层行车空间里的列车只有一个运动方向,活塞风不 会受到异向车的影响而衰减;另外行车密度相比会大一些,区间隧道内大部分时间会有列 车运行,活塞风能持续保持;再就是本案列车旅行速度大幅提高、列车单趟连续运行时间 长,这都使活塞风速更快、时间更长,都能减少其它辅助通风的设备装机功率、减少运行时 间,从而减少购置和运行费用。
[0040] 管片、牛腿管片、路基预制件都是预制件成品,工厂化大规模生产,制造简单、效率 高、质量可靠、成本低,安装过程机械化程度高,简单、方便、快捷。
[0041] 相比较目前已经采用的“单洞水平双线”地铁隧道结构(北京14号线15标段Φ 10.26米、上海11号线南段6标段Φ 11.36米、南京10号线过江隧道Φ 11.64米),不需要加装 中隔防火墙,不需要向隧道底部回填土,且隧道直径也会缩小,双层立体站台也有优势,这 都减少土建费用。
[0042] 由凹底车架构造而成的车辆。构成车辆的车架是凹底车架,该凹底车架侧梁侧面 呈两头高、中间下凹形状,两头高部分是侧梁前后两头设置的第一翼梁(60)和第二翼梁 (64),中间下凹部分是侧梁的凹底梁(62),凹底梁(62)上平面的车厢地板表面安装有座椅; 第一翼梁(60)和第二翼梁(64)的内端头设有圆弧过渡分别与对应的第一斜拉梁(61)和第 二斜拉梁(63)连接;第一翼梁(60)下面固定设置有第一导框E,第一导框E的内导框装在第 一翼梁(60)与第一斜拉梁(61)的过渡圆弧上;第二翼梁(64)下面固定设置有第二导框F,第 二导框F的内导框装在第二翼梁(64)与第二斜拉梁(63)的过渡圆弧上;第一导框E和第二导 框F架装在轴箱减振系上。
[0043] 凹底车架由一根中梁(牵引梁)、两根侧梁、若干横梁和地板组成;中梁位于凹底车 架的中间,两边各是一根侧梁,三者是平行的,在中梁、侧梁下凹部分之间焊铺有若干横梁, 三者共同形成一个上平面,这提高了凹底架的整体刚性,在这个上平面上铺有地板,地板之 上安装有座椅;中梁的两端头装有车钩和缓冲装置;凹底车架侧梁侧面反映出了凹底车架 形状特征,其全长范围内呈两头高、中间凹下的形状;侧梁中间凹下使得车厢地板距轨面的 距离更小,降低乘客乘用上下车高度,降低整车高度,降低整车的重心,也缩小了站台地面 到轨顶面的高度差,有利于缩小隧道的直径,有利于改善车辆的动力学性能,乘客在站台候 车安全感更强、上下车更安全方便。
[0044] 凹底车架静载荷分布均匀、合理。凹底车架是安装车载设备、容纳乘客的主要承载 结构件,中间下凹段是乘客乘用,下凹段长度最大,而乘客在这一区域散布开来,其单位面 积的重量较小(6人/平方米=360公斤/平方米),结构件的强度、刚度要求相对容易满足;车 载设备主要安装在车前后翼梁(60、64)之上、下空间,比重更大的车载设备安装靠近导框、 车轮上方,重力传递到钢轨轨面的距离近、直接。
[0045] 凹底车架结构车辆,车辆高度降低、车辆重心降低、自重和载重减小、车厢地板到 轨顶的高差减小、定员减少,相比较目前的A、B、C型车,就是小型车了。
[0046] 车辆高度降低,其尺寸限界范围缩小,有利于缩小隧道直径。
[0047] 车辆重心降低,有效改善车辆运行动力学性能及安全性能。
[0048] 车厢地板到轨顶高差减小,降低站台高度,提高乘客候车的安全感,节省站台建筑 成本。
[0049] 车辆自重和载重减小对路基的集中载荷小、压强小,对上层车道路基强度、刚度要 求更容易满足。
[0050] 车辆重心降低后,设置渡线导曲线半径、线间距、线路弯道半径时,在满足运行要 求前提下,取值范围内可以取更小的值,利于减少占地。
[0051] 车厢定员减少,当列车增加编组时,每增加一节车厢,所增加的运力是小幅渐进增 加(反之是小幅渐进减少),与平峰低峰期的客流状态变化较吻合;而在进入客流高峰期,客 流潮汝式增加,可一次性增加二节或三节车厢,也能快速增加运力。少定员车能灵活应对不 同阶段客流变化,与客流状态匹配性更好,更精细;客流平峰低峰时,减少编组,不降低发车 频次,降低列车的空载率,降低运营成本效果更明显,降低运营成本,受益是长期的。
[0052] 针对不同人口数量、客流规模的城市,用编组多少来匹配形成运力,定员少的车 辆,其小编组时形成的运力也较小,与中等城市的运量需求相适应,从这点上说,本案能降 低建造地铁对城市人口数量、客流规模的起点要求。
[0053] 车辆分动车和拖车,以单一动车、一动一拖两种为基本单元,用快速自动车钩将基 本单元灵活快速编组,高峰期增加编组,平峰、低峰期减少编组。
[0054] 本案车辆长度短,组成列车总长度大幅减短,站台停车线长度相应减短;虽然停车 线两端的渡线占用一定长度,但小型车辆前后轮的定距短、采用非标单渡线,对站台区间的 长度影响不大;还由于采用凹底车架结构,降低车辆高度,使车辆限界范围缩小,使列车与 隧道两者的横截面之间,在满足高度要求的前提下,形成较多的横向宽裕,这个横向宽裕能 够将进、出站道岔导曲线部分安排在隧道内,不占用站台区域长度,有利于减短站台区域长 度,减少车站的开挖施工量。
[0055] 小型车辆,其制造设备费用、工艺成本都会下降,品质也更易控制。
[0056] 小型车辆有不足的地方,其中之一是,列车的控制、信号、信息系统原理相近,小型 车定员少,大型车定员多,小型车的控制、信号设备单位成本会更高。
[0057] 图8是车辆三维剖视示意图。
[0058] 其中,车载设备(51)安装在车的前后两端,设备质量、密度大靠近车轴位置,乘客 安排在车中段下凹区域,低质量密度的乘客均匀分布在长度最大的中段。
[0059] 列车各车厢间不贯通,因此座椅(53)有一部分可以垂直于车的纵向布置在两端。
[0060] 车门(54)的数量较多,便于上下客时能多门同时进行,乘客移动距离短、便捷、时 间短,有利于乘客快速上下车;车门采用外摆式结构。
[0061] 站名牌(56)是显示该节车厢终到站的站名,以引导乘客对应上车。
[0062] 快速自动车钩(57)安装在车辆凹底车架中梁两端头,其内部装有缓冲器,两车厢 低速碰撞挂钩后,机械连接完成,完成了两车钩的第一次定位,然后是两车钩本身自动完成 第二次定位,以满足电路、气路连接所要求的位置精度;最终电路、气路连接是按程序自动 完成并自检确认;车钩在水平方向、垂直方向都能小幅度摆动,以适应车辆运行过程中经过 弯道和上下坡。
[0063] 列车的电力通过受电弓(58)从接触网传导下来。
[0064] 车辆分为带动力的动车和无动力的拖车。
[0065] 列车是无人驾驶,在车厢内前端布置有遥控接收装置,以便车辆调试时遥控操作。
[0066] 列车主要有四种运行模式:直达模式、有限停站模式、站站停模式、安全模式。客流 高峰、次高峰可采用直达模式、有限停站模式;平峰、低峰可采用有限停站模式、站站停模 式。列车下线经过进站渡线(2)得到信号,自动切换成安全模式;列车上线经出站渡线(5)得 到信号,自动切换成行车模式;安全模式速度低,只在站台区域使用,站台候车更安全;列车 在站台区域接受工作人员遥控操作,以防站台不测。
[0067] 以下给出行车时前后列车之间合理间距的初步设计计算。条件:单方向运行由一 条快车线和各站台一段到发线构成行车线路、列车最高时速为110公里、旅行时速约80公 里、标准轨距1435毫米、每节车厢定员120人(其中座位30)、常规最大编组6节车厢,初步选 用9号道岔组成渡线,道岔容许通过速度为:直向100公里/小时,侧向30公里/小时。结果是, 在快车线上行驶的列车,前后两车的最小合理间距是800米。
[0068] 表2、表3分别是传统地铁与本案单向高峰小时流量。
[0069] 表2传统地铁A型车厢(定员310人)单向高峰小时流量
Figure CN104816732BD00121
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] 比较两表数据看出:
[0074] —是传统地铁A型车8节编组、发车时间间隔115秒时的单向高峰小时流量7.8万人 次;本案地铁800米间距、120定员、8辆编组单向高峰小时流量9.6万人次(注:两者均按站席 6人/平方米);两组流量比较,后者比前者多1.8万,多出23%,从目前北、上、广、深的地铁运 行情况看,前者的编组、发车时间间隔已在极端区间,挖潜的空间已有限;而后者8节编组的 整列车长是96米。但客观地说,前者已经事实形成运力,而后者只是理论计算,不能完全可 比,如果将本案前后两车合理间距扩大到1000米,8节编组的单向高峰小时流量7.7万人次, 即合理间距在800米〜1000米间时,8节编组的单向高峰小时流量在7.7〜9.6万人次之间。
[0075] 二是本案地铁单向高峰小时流量的最小值约12000人次(1辆编组),最大值达9.6 万人次(8辆编组),跨度大,适用城市的规模范围大,可从特大城市到中等城市广覆盖;本案 地铁的运力起点比传统地铁的运力起点低很多,对城市城区人口数量、客流规模的要求门 槛明显降低,这就为更加广大的二、三线中等城市筹建地铁提供可选方案。
[0076] 上述二点表明,本案地铁运力、适应城市规模大小跨度,都有优势。
[0077] 综上,快车线加到发线、单洞双层车道、凹底车架车辆框架下,规划不同定员的车 辆、运行不同编组的列车、各时段采用不同运行模式,来匹配早晚高峰期、平峰低峰期,特 大、大、中等城市的运力要求;高峰期能提高运力、低峰期能降低运营成本,并有降低中等城 市建造地铁的人口门槛方案,还降低土建工程费用。
[0078] 大中城市运力组合:
[0079] 特大、大城市,早晚客流高峰期:快车线加到发线、100~140范围车厢定员、5~8辆车 编组、区间直达和有限停站运行模式。(参考表3)
[0080] 中等城市,早晚客流高峰期:快车线加到发线、50~90范围车厢定员、1〜5辆车编组、 区间直达和有限停站运行模式。(中等城市的站台长度可更短)
[0081]
Figure CN104816732BD00131
[0082] 本案的有益效果是:
[0083] I.运力大。适应地铁站距短特点,行车、停车上下客可同时进行,互不影响,列车高 速性能得到发挥、在线列车密度可提高、加大列车编组、采用直达或有限停站的行车组织, 加长运行时分,减少停站数,在合理的定员数配合下,运力能大幅提高。
[0084] 2.降低土建工程造价。隧道建成单洞双层立体车道满足列车上下行,比传统地铁 减少了一条隧道;站台也是双层立体结构,减小车站占地;小型车有利于缩小圆隧道直径, 配套的车辆段、停车场建设面积减小;小型车可以适应更小的轨道弯道半径,这都减少占地 和拆迀量,减少土建工程面积,降低土建工程量,从而减少整体建造费用。
[0085] 3.降低运营成本。列车在不同客流时段采用不同编组、采用不同行车模式,合理定 员的小型车辆使编组运力过渡更平滑,灵活调整运力,使运力始终与运量平滑匹配,特别是 占全天运行时间段最长的平峰低峰期,减小编组,用站站停运行模式,发车密度不降,降低 空载率,降低运营成本,这点受益是长期的。
[0086] 4.适应不同规模城市的客运需求。规划不同定员车辆、运行不同编组、选用不同行 车模式,能形成大跨度的阶梯运力,无论是特大、大城市,还是中等城市,都有满足对应的运 力规划方案,尤其降低城市建设地铁对城区人口、客流规模的门槛,更适合中等城市。
[0087] 5.提高站台候车安全性。列车低速进站会减小对候车乘客心理和安全影响,车辆 采用凹底车架结构降低车厢地板高度,大幅降低站台与轨顶面间的高差,站台候车安全性 提尚。
[0088] 总之,从运力、土建工程造价、运营成本、适应城市规模大小跨度、候车安全性、本 案都有优势。
[0089] 表4是传统双洞双线地铁A、近年出现的单洞水平双线地铁B、本案单洞立体双线地 铁C三者工程投资成本、运营成本定性比较。
[0090] 表4工程投资成本、运营成本定性比较
[0091]
Figure CN104816732BD00141
附图说明
[0092] 下面结合附图和实施例对本案进一步说明。
[0093] 图1是快车线加到发线线路示意图;
[0094] 1.快车线,2.进站渡线,3.停车线,4.站台,5.出站渡线。
[0095] 图2是隧道横截面示意图;
[0096] 图2中,8.上层道床,9.路基预制件(详见图6),10.牛腿管片(详见图3),11.管片, 12.下层道床,13.下层行车空间,14.下层接触网,15.上层行车空间,16.列车,17.上层接触 网。
[0097] 图3是牛腿管片三维图;
[0098] 图3中,20.支承面,21.螺栓孔和第一手孔,22.圆弧外表面,23.斜撑面。
[0099] 图4是牛腿管片局部横截面
[0100] 图4中,26.管片配筋,27.牛腿配筋。
[0101] 图5是牛腿配筋横截面,是图4中的件27;
[0102] 图5中,31.支承面钢筋,32.斜撑面钢筋,33.弧形面钢筋。
[0103] 图6是路基预制件三维图;
[0104]图6中,37.第一下支撑面,38.弧面或平面,39.第二下支撑面,40.第一端平面或弧 面,41.上平面,42.螺栓孔和第二手孔,43.第二端平面或弧面。
[0Ί05]图7是站台横截面示意图;
[0106] 图7中,46.下层到发线,47.下层站台,48.上层到发线,49.上层站台。
[0107] 图8是车辆三维剖视示意图;
[0108] 图8中,51.车载设备,52.凹底车架(详见图9),53.座椅,54.车门,55.钢轨,56.站 名牌,57.快速自动车钩,58.受电弓。
[0109] 图9是凹底车架侧视图,是图8中的件(52)放大图;
[0110] 图9中,60.第一翼梁,61.第一斜拉梁,62.凹底梁,63.第二斜拉梁,64.第二 翼梁。
具体实施方式
[0111] 本案地铁沿用目前成熟的电驱动、机械传动、轮轨、车辆技术,还有基于无线通信 的列车自动控制中心,对列车监控、防护、控制;依靠车地双向通信,定位、检测,来完成传递 和交换速度、位置、距离、指令等信息,采用移动闭塞区间使列车始终保持前后车的合理间 距;线路是标准轨距,采用传统道岔、渡线、转辙机转轨变道;地铁土建工程中的隧道区间以 盾构开挖、管片衬砌方式为主。
[0112] 本案车站都是始发站,每天首发车前,各车站都备有车在到发线上候客。
[0113] 购票、进站、上车
[0114] 乘客购到的是电子票卡,同时,其人数、去向延时显示在站台乘客信息牌上。
[0115] 经闸机刷卡进站。
[0116] 乘客信息牌显示前方去往各站的人数和按人数多少自动排列的先后顺序,列车各 车厢侧面“站名牌”(56)也显示排序在前的站名,乘客依先后顺序排队、再次刷卡确认、上对 应车厢;再刷卡是为避免乱坐车坐错车造成混乱、也防逃票。
[0117] 上客完毕,各车厢由乘客按关门键,各门关妥,列车处待发车状态;同时,待发列车 通过车地通信向控制中心申请上线指令,也向去往沿途各到达站的乘客信息牌发送信息。
[0118] 列车在途中进站上下客后,又再上路前需重新向控制中心申请上线指令。
[0119] 发车
[0120] 控制中心根据快车线(图1件1)上的行车密度选择一个离D点最近的、前后两车间 距符合要求的位置点(位置点是在不断移动的)、时间窗口,给待发列车发出上线指令,经读 秒延时等待这一位置点移动临近,待发列车自动触发启动上线,列车经过出站渡线(5)时接 收到转换信号后,由安全模式转换到行车模式。
[0121] 另一方面,控制中心在给待发列车发出上线指令的同时,也向在快车线(1)上运 行、与位置点对应的后续列车发出指令,要求后续列车根据自身当前的速度、距D点的距离, 在线作出判断:在T秒后D点将被封闭限行并持续t秒,是减速缓行还是原速前行,作出响应。
[0122] 上线列车以容许速度通过D点后加速行驶,控制中心通过轨旁泄漏电缆检测到上 线车的位置信息,并不断将信息发送给后续的限行列车,后续限行列车按预定程序,只有上 线车越过D点、转辙机动作使道岔恢复直通状态,并延续一个短暂时间以加速达到某个速 度,后续列车才能通过D点警冲标,否则,哪怕t秒计时已经结束,后续列车也不能通过D点警 冲标。
[0123] 行驶
[0124] 列车在不同的客流阶段采用不同的行车模式,如表5。
[0125] 表5行车模式
[0126] ~进站、下客 '
Figure CN104816732BD00161
' '
[0127] 根据乘客信息牌预告列车进站时刻,站台提前组织好相应乘客;接车准备就绪。
[0128] 快车线上将要进站的列车提前减速至容许速度,同时A点的转辙机得到指令信号 而动作,从直通常态转换成侧向导通状态,列车以容许速度侧向通过A点转轨进入进站渡线 (2)(下线),列车经过进站渡线(2)时接收到转换信号后,由行车模式转换到安全模式,低速 进站、在设定位置停稳,下客车厢自动开门,下客。
[0129] 完成一个循环。

Claims (5)

1.一种快速区间单洞双层车道地铁,包括①由管片(11)、牛腿管片(10)、路基预制件 (9) 共同构成上下层立体车道结构的区间隧道,②由快车线、站台到发线组成的轨道线路, ③由凹底车架构造而成的车辆,④乘客信息牌,⑤列车从到发线出站上线时会车的双保险 安全措施,共同组成;其特征是: 所述区间隧道是由管片(11)、牛腿管片(10)、路基预制件(9)共同组成的纵向区间隧 道;区间隧道每一环支护壁中包含有2件牛腿管片(10)对称分布在隧道的左右两腰,牛腿管 片的楔形凸台支承面(20)是朝向上;管片(11)与牛腿管片(10)、牛腿管片(10)与牛腿管片 (10) 之间是通过螺栓孔和第一手孔(21)用螺栓连接紧固;路基预制件(9)两端的第一下支 撑面(37)、第二下支撑面(39)则分别架装在隧道两腰牛腿管片(10)的楔形凸台支承面(20) 上,相邻两块路基预制件(9)之间通过螺孔和第二手孔(42)用螺栓连接紧固;路基预制件 (9)沿区间隧道纵向铺架后,将隧道分隔成上层道床(8)和下层道床(12);区间隧道铺设的 路基预制件⑶上表面浇筑有上层道床(8),管片(11)、牛腿管片(10)和路基预制件⑶衬砌 架装后的隧道横截面呈“日”字形状;下层道床(12)上至路基预制件(9)之间的空间(13)是 列车下层行车空间,上层道床(8)上至拱顶管片(11)之间的空间(15)是列车上层行车空间; 区间隧道两端头设有上下重叠的侧式站台,上层侧式站台和下层侧式站台处于快车线的同 一侧; 所述到发线设置在站台区域,由用于列车进站的进站渡线(2)、用于停车上下客的停车 线⑶和用于列车出站的出站渡线⑶组成;进站渡线⑵和出站渡线⑶对称分布在停车线 (3)的两端,到发线始端点㈧和末端点(D)的道岔旁靠在快车线(1)轨道同侧与快车线(1) 连接;进站渡线⑵在始端点㈧处布置有一副道岔、出站渡线⑶在末端点⑶布置有一副 道岔,在两副道岔的辙叉心末端接有一段短钢轨,短钢轨端头紧接铺设有一段过渡曲线轨, 两条过渡曲线轨与停车线⑶的端头连接点⑶、连接点(C)平滑连接;进站渡线(2) —侧、始 端点㈧附近道岔的导曲线轨,部分或全部铺设在隧道内;同样地,在出站渡线⑶一侧,末 端点⑶附近道岔的导曲线轨,部分或全部铺设在隧道内,到发线的始端和末端都有一段钢 轨铺设位于隧道内;上下层站台的到发线,在高度方向上互相平行; 所述凹底车架构造而成的车辆,该凹底车架侧梁侧面呈两头高、中间下凹形状,两头高 部分是侧梁前后两头设置的第一翼梁(60)和第二翼梁(64),中间下凹部分是侧梁的凹底梁 (62),凹底梁(62)上平面的车厢地板表面安装有座椅;第一翼梁(60)和第二翼梁(64)的内 端头设有圆弧过渡分别与对应的第一斜拉梁(61)和第二斜拉梁(63)连接;第一翼梁(60)下 面固定设置有第一导框E,第一导框E的内导框装在第一翼梁(60)与第一斜拉梁(61)的过渡 圆弧上,第二翼梁(64)下面固定设置有第二导框F,第二导框F的内导框装在第二翼梁(64) 与第二斜拉梁(63)的过渡圆弧上;第一导框E和第二导框F架装在轴箱减振系上; 所述乘客信息牌,其动态显示如下信息: ① .正在候车客流信息,包括去往沿途各站及对应人数、各站依次先后排序; ② .正在或即将上客列车的信息,包括去往各站的站名、各车厢的人数; ③ .即将进站列车的信息,包括预计进站时刻、将去往各站的站名、各车厢人数; ④ .本站车辆需求计划,包括请求调入列车的数量、编组数、到达时刻;其他主要大站点 车辆需求计划,包括请求调入列车的数量、编组数、到达时刻; ⑤ .快车线全线的行车密度; 所述列车从到发线出站上线时会车的双保险安全措施,在停车线(3)的列车处于待发 状态,首先向控制中心申请上线指令,控制中心根据快车线(1)上的行车密度选择一个离末 端点(D)最近、前后两车间距符合要求的位置点和时间窗口,给待发列车回复发出上线指 令;同时也向在快车线上行驶、与位置点对应的后续列车发出指令,要求后续列车根据自身 当前的速度、距末端点⑶的距离,在线作出判断:在T秒后末端点⑶将被封闭限行并持续t 秒,是减速缓行还是原速前行,作出响应执行;这是第一道安全保险措施;待发列车收到指 令,经读秒后时间窗口来到,待发列车自动启动上线,以容许速度通过末端点(D)后加速行 驶,控制中心通过轨旁泄漏电缆检测到上线车的位置信息,并不断将信息发送给后续的限 行列车,后续限行列车按预定程序,只有上线车越过末端点(D)、转辙机动作使道岔恢复直 通常态,并延续一个短暂时间以加速达到某个速度,后续列车才能通过末端点(D)警冲标, 否则,哪怕t秒计时已经结束,后续限行列车也不能通过末端点⑶警冲标;这是第二道安全 保险措施。
2. 根据权利要求1所述的一种快速区间单洞双层车道地铁,其特征是:所述牛腿管片 (10)内外表面是同圆心的圆弧面,牛腿管片(10)外表圆弧面(22)半径与盾构机开挖半径一 致,且衬砌在隧道的两腰间;牛腿管片(10)的横截面圆弧板内壁凸出一楔形凸台,楔形凸台 由水平的支承面(20)、与铅垂方向成锐角的斜撑面(23)共同构成,楔形凸台的长度方向中 间设有用于盾构机真空吸盘吸附牛腿管片(10)的空档;牛腿管片(10)的四个端面均制有螺 栓孔和第一手孔(21);牛腿管片(10)是以牛腿管片配筋为骨架的混凝土预制件,牛腿管片 配筋由一件管片配筋(26)和二件牛腿配筋(27)在弧形面钢筋(33)位置连接牢固。
3. 根据权利要求1所述的一种快速区间单洞双层车道地铁,其特征是:所述路基预制件 (9)的长度方向横跨隧道横截面左右两腰间,宽度方向与隧道纵向一致;路基预制件(9)的 上平面(41)为长方形平面,弧面或平面(38)两端的第一下支撑面(37)和第二下支撑面(39) 在同一平面上且与上平面(41)平行,路基预制件(9)长度方向两头的第一端面(40)和第二 端面(43)是平面或弧面,路基预制件(9)宽度方向两边缘设有螺栓孔和第二手孔(42)。
4. 根据权利要求2所述的一种快速区间单洞双层车道地铁,其特征是:所述牛腿配筋 (27)横截面为楔形,楔形由支承面钢筋(31)、与铅垂方向成锐角的斜撑面钢筋(32)共同构 成。
5. 根据权利要求1所述的一种快速区间单洞双层车道地铁,其特征是:所述区间隧道横 截面外轮廓是圆形断面、矩形断面或倒U形断面,且都是上下双层结构。
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