CN109183523A - 一种时速120km/h地铁车辆段试车线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：所述时速120km/h地铁车辆段试车线不是采用单一结构断面，而是采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，且所述时速120km/h地铁车辆段试车线长度≥2.2km。本发明提出了不同结构断面组合形式的时速120km/h地铁车辆段试车线，填补了时速120km/h地铁车辆段试车线的技术空白，为时速120km/h地铁的研制和试验创造了可行条件。
Description
技术领域
本发明属于城市新型轨道交通领域，具体涉及一种时速120km/h地铁车辆段试车线。
背景技术
地铁车辆段试车线是对车辆段所辖线路的地铁列车进行车辆和信号动态调试的场地，新车和检修后的列车都需要在试车线上进行系统调试及性能试验后才能上线运营。地铁车辆段试车线对保证列车运营的安全性和可靠性具有十分重要的作用。现行《地铁设计规范》(GB 50157-2013)对试车线的速度、曲线半径、坡度等都有较高的要求，但试车线布置又受车辆段用地条件限制布置困难，因此，在地铁车辆段设计中对试车线的功能需求进行合理分析，优化布置方案是需要重点解决的难题。
传统的列车最高速度80km/h，车辆段试车线长度为1.1～1.2km，一般采用形式为路基段；列车最高速度100km/h，试车线长度为1.5～1.7km，一般采用形式为路基与高架的组合就可以满足要求，上述车辆段列车最高速度小于100km/h，试车线长度较短，其组合形式简单。当列车速度≥120km/h时，试车线长度大大增加，由于车辆段用地受限，常规设计车辆已无法满足高速试车要求，需引入隧道形式的试车线，且随速度值的增加隧道地段受空气动力学影响效果明显，因此，有必要对时速120km/h地铁车辆段试车线进行深入研究。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明通过对其试车线的速度、曲线半径、坡度等需求分析，结合车辆段总图布置的用地条件、施工工法，提出了路基段、高架段、U型槽段、矩形隧道段、马蹄形隧道段等多种组合形式的时速120km/h地铁车辆段试车线，针对时速120km/h列车隧道地段受空气动力学影响因素大，合理优化了试车线隧道段结构断面等土建结构，从而增加车辆段总图布局的灵活性，减弱车辆段用地资源依赖性，从另一方面降低车辆段用地限制所带来的工程投资增加。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：所述时速120km/h地铁车辆段试车线不是采用单一结构断面，而是采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，且所述时速120km/h地铁车辆段试车线长度≥2.2km。
优选地，所述彼此不同的结构断面包括试车线路基段、试车线高架段、试车线U型槽段、试车线矩形隧道段、试车线马蹄形隧道段，所述时速120km/h地铁车辆段试车线由其中的任意两个或更多个组合而成。
优选地，所述试车线路基段，轨道设置在路基上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，若接触网立柱的对侧侧存在其他建筑物，线路中心线至建筑物外轮廓的距离不小于1.8m。
优选地，所述试车线高架段，轨道设置在高架桥上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，不设置疏散平台，高架桥桥宽为5.6m，高架桥行车方向左侧设置弱电电缆，高架桥行车方向右侧设置强电电缆。
优选地，所述试车线U型槽段，轨道设置在U型槽的底部，线路中心线至U型槽两侧边墙的距离为2.1m，U型槽边墙行车方向左侧设置强电电缆，U型槽边墙行车方向右侧设置弱电电缆。
优选地，所述试车线矩形隧道段，轨道设置在矩形隧道的底部，矩形隧道行车方向左侧墙至线路中心线的距离为2.75m，矩形隧道行车方向右侧距线路中心线的距离为2.65m，顶部轨面以上高度为5.0m，矩形隧道行车方向左侧设置强电电缆，矩形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
优选地，所述试车线马蹄形隧道段，由5段弧组成，其中顶弧半径R3.25m，侧弧半径R3.58m，底弧半径R6.0m，轨道设置在马蹄形隧道的底部，马蹄形隧道行车方向左侧设置强电电缆，马蹄形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
优选地，对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线高架段与所述试车线路基段之间、所述试车线U型槽段与所述试车线路基段之间，均采用电缆井过渡，并设置有一段路基段挡墙遮蔽电缆。
优选地，对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线矩形隧道段和所述试车线U型槽段与其他段之间的强弱电缆需要换边时，强电电缆采用上跨矩形隧道的方式，弱电电缆采用下穿轨道的方式。
优选地，所述时速120km/h地铁车辆段试车线，根据包括车辆段用地条件限制、施工工法在内的因素，确定结构断面的不同组合形式。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明通过对其试车线的速度、曲线半径、坡度等需求分析，结合车辆段总图布置的用地条件、施工工法，提出了路基段、高架段、U型槽段、矩形隧道段、马蹄形隧道段等多种组合形式的时速120km/h地铁车辆段试车线，填补了时速120km/h地铁车辆段试车线的技术空白，为时速120km/h地铁的研制和试验创造了可行条件。
2、针对时速120km/h列车隧道地段受空气动力学影响因素大，合理优化了试车线隧道段结构断面等土建结构，从而增加车辆段总图布局的灵活性，减弱车辆段用地资源依赖性。
3、相较于传统的单一结构断面的低速地铁车辆段试车线，由于《地铁设计规范》(GB 50157-2013)对试车线要求应为平直线路，这就要求车辆段基地提供一段试车线长度的平直线路，一方面为车辆段用地选址提出了更高的要求，另一方面试车线布置受车辆段用地条件限制布置困难时需要挖填土改造作业，增加了工程投资；本发明采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，试车线长度最小只需2.2km，车辆段用地条件限制不同时，无需改造作业，因地制宜选取不同的结构断面组合，采用不同的施工工法，降低车辆段用地限制所带来的工程投资增加，也消除了试车线对车辆段用地选址的限制。
附图说明
图1是列车进入隧道时初始压缩波的产生及隧道内气流流向示意图；
图2是不同隧道断面列车过洞口和风井时车头压力示意图一；
图3是不同隧道断面列车过洞口和风井时车头压力示意图二；
图4是本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线路基段建筑限界图；
图5是本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线高架段建筑限界图；
图6是本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线U型槽段建筑限界图；
图7是本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线矩形隧道段结构断面图；
图8是本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线马蹄形隧道段结构断面图。
1、本附图尺寸均以毫米计。
2、附图中尺寸未考虑施工误差、测量误差、结构沉降、位移变形等因素。
3、本附图4-8适用于直线地段V≤120km/h的结构断面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线，试车线长度应包括起动距离、惰行距离、制动距离等，其中列车起动距离和制动距离可根据牵引特性曲线和最高试验速度计算，惰行阶段走行距离根据最高速度和惰行时间计算。最高速度是影响试车线长度的最主要因素，其中起动加速度按≥1.0m/s2，常用制动减速度按≥1.0m/s2，紧急制动减速度按≥1.2m/s2，从而列车最高速度120km/h下，空载(AW0)状态下试车线长度2.2km。
本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线，其最高速度目标值已突破了《地铁设计规范》最高速度值，许多在低速时可以忽略的空气动力学现象不容忽视。地铁隧道断面小，考虑空气动力学影响，合理优化隧道阻塞比，对于节省工程投资至关重要。对于一般B型列车，盾构内径5.4m，建筑限界5.2m，其隧道阻塞比达到0.5，已不适用时速120km/h要求。从隧道空气动力学的研究来看，阻塞比是影响隧道空气动力学现象的一个关键因素。图1为列车进入隧道时初始压缩波的产生及隧道内气流流向示意图。
列车在隧道内的行车阻力主要包括两个部分：机械阻力DM和气动阻力DA，下面给出目前常用的一个拟合公式，即
D＝DM+DA＝(a+bv)W+cv2 (1)
式中，a、b、c为与实验有关的测试系数，v表示列车速度，W表示列车质量。
机械阻力DM的计算公式为：DM＝(a+bv)W
下式是目前用于计算气动阻力的经验公式，有
式中，v为列车速度，ρ为空气密度，A′为列车断面积，Cdp为车体前后压差引起的压差阻力系数，d′为列车水力直径，ι为列车长度，λ′为综合水力摩察系数(综合考虑了列车壁面、各车厢连接处、受电弓、列车底部结构等形体因素与空气之间的摩擦)，可见括号内(1)表示由于车体前后压差所带来的阻力；(2)表示由于综合考虑摩擦所带来的阻力消耗项。
从式(1)和式(2)可知，列车运行阻力不仅与列车速度有关，而且与隧道内引起的车体前后压差有关。图2给出了不同隧道断面列车过洞口和风井时车头压力示意图。
地铁车厢内压力变化幅度控制指标取(Pbwmax)≤750Pa，压力变化梯度控制指标(dPbn/dt)≤1500Pa/3s，依据仿真计算与工程类比，B型车在120km/h时速行驶时，圆形盾构隧道内径取6.0m即可满足隧道内空气动力学效应要求(此工况压力变化幅度740Pa，气体压力变化梯度约1450Pa/3s)。结合仿真计算及线路盾构区间阻塞比为0.293，车辆轮廓棉结为10.454m2，由此可知试车线隧道轨面以上净空面积为35.68m2，从而确定矩形隧道、马蹄形隧道的结构断面，如附图6-7所示。
本发明的时速120km/h地铁车辆段试车线，所述时速120km/h地铁车辆段试车线不是采用单一结构断面，而是采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，且所述时速120km/h地铁车辆段试车线长度≥2.2km。
所述彼此不同的结构断面包括试车线路基段、试车线高架段、试车线U型槽段、试车线矩形隧道段、试车线马蹄形隧道段，所述时速120km/h地铁车辆段试车线由其中的任意两个或更多个组合而成。所述时速120km/h地铁车辆段试车线，根据包括车辆段用地条件限制、施工工法在内的因素，确定结构断面的不同组合形式，组合形式多样。
如图4所示，所述试车线路基段，轨道设置在路基上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，若接触网立柱的对侧侧存在其他建筑物，线路中心线至建筑物外轮廓的距离不小于1.8m。
如图5所示，所述试车线高架段，轨道设置在高架桥上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，不设置疏散平台，高架桥桥宽为5.6m，高架桥行车方向左侧设置弱电电缆，高架桥行车方向右侧设置强电电缆。
如图6所示，所述试车线U型槽段，轨道设置在U型槽的底部，线路中心线至U型槽两侧边墙的距离为2.1m，U型槽边墙行车方向左侧设置强电电缆，U型槽边墙行车方向右侧设置弱电电缆。
如图7所示，所述试车线矩形隧道段，轨道设置在矩形隧道的底部，矩形隧道行车方向左侧墙至线路中心线的距离为2.75m，矩形隧道行车方向右侧距线路中心线的距离为2.65m，顶部轨面以上高度为5.0m，矩形隧道行车方向左侧设置强电电缆，矩形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
如图8所示，所述试车线马蹄形隧道段，由5段弧组成，其中顶弧半径R3.25m，侧弧半径R3.58m，底弧半径R6.0m，轨道设置在马蹄形隧道的底部，马蹄形隧道行车方向左侧设置强电电缆，马蹄形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线高架段与所述试车线路基段之间、所述试车线U型槽段与所述试车线路基段之间，均采用电缆井过渡，并设置有一段路基段挡墙遮蔽电缆。对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线矩形隧道段和所述试车线U型槽段与其他段之间的强弱电缆需要换边时，强电电缆采用上跨矩形隧道的方式，弱电电缆采用下穿轨道的方式。
附图中轨道结构高H详见附表。
表1轨道结构高度
本发明通过对其试车线的速度、曲线半径、坡度等需求分析，结合车辆段总图布置的用地条件、施工工法，提出了路基段、高架段、U型槽段、矩形隧道段、马蹄形隧道段等多种组合形式的时速120km/h地铁车辆段试车线，填补了时速120km/h地铁车辆段试车线的技术空白，为时速120km/h地铁的研制和试验创造了可行条件。
针对时速120km/h列车隧道地段受空气动力学影响因素大，合理优化了试车线隧道段结构断面等土建结构，从而增加车辆段总图布局的灵活性，减弱车辆段用地资源依赖性。
相较于传统的单一结构断面的低速地铁车辆段试车线，由于《地铁设计规范》(GB50157-2013)对试车线要求应为平直线路，这就要求车辆段基地提供一段试车线长度的平直线路，一方面为车辆段用地选址提出了更高的要求，另一方面试车线布置受车辆段用地条件限制布置困难时需要挖填土改造作业，增加了工程投资；本发明采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，试车线长度最小只需2.2km，车辆段用地条件限制不同时，无需改造作业，因地制宜选取不同的结构断面组合，采用不同的施工工法，降低车辆段用地限制所带来的工程投资增加，也消除了试车线对车辆段用地选址的限制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：所述时速120km/h地铁车辆段试车线不是采用单一结构断面，而是采用彼此不同的结构断面纵向组合而成，且所述时速120km/h地铁车辆段试车线长度≥2.2km。
2.如权利要求1所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述彼此不同的结构断面包括试车线路基段、试车线高架段、试车线U型槽段、试车线矩形隧道段、试车线马蹄形隧道段，所述时速120km/h地铁车辆段试车线由其中的任意两个或更多个组合而成。
3.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述试车线路基段，轨道设置在路基上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，若接触网立柱的对侧侧存在其他建筑物，线路中心线至建筑物外轮廓的距离不小于1.8m。
4.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述试车线高架段，轨道设置在高架桥上，线路中心线至接触网立柱间的距离不小于2.2m，不设置疏散平台，高架桥桥宽为5.6m，高架桥行车方向左侧设置弱电电缆，高架桥行车方向右侧设置强电电缆。
5.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述试车线U型槽段，轨道设置在U型槽的底部，线路中心线至U型槽两侧边墙的距离为2.1m，U型槽边墙行车方向左侧设置强电电缆，U型槽边墙行车方向右侧设置弱电电缆。
6.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述试车线矩形隧道段，轨道设置在矩形隧道的底部，矩形隧道行车方向左侧墙至线路中心线的距离为2.75m，矩形隧道行车方向右侧距线路中心线的距离为2.65m，顶部轨面以上高度为5.0m，矩形隧道行车方向左侧设置强电电缆，矩形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
7.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述试车线马蹄形隧道段，由5段弧组成，其中顶弧半径R3.25m，侧弧半径R3.58m，底弧半径R6.0m，轨道设置在马蹄形隧道的底部，马蹄形隧道行车方向左侧设置强电电缆，马蹄形隧道行车方向右侧设置弱电电缆。
8.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线高架段与所述试车线路基段之间、所述试车线U型槽段与所述试车线路基段之间，均采用电缆井过渡，并设置有一段路基段挡墙遮蔽电缆。
9.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
对于彼此不同的结构断面之间接口的衔接，所述试车线矩形隧道段和所述试车线U型槽段与其他段之间的强弱电缆需要换边时，强电电缆采用上跨矩形隧道的方式，弱电电缆采用下穿轨道的方式。
10.如权利要求2所述的时速120km/h地铁车辆段试车线，其特征在于：
所述时速120km/h地铁车辆段试车线，根据包括车辆段用地条件限制、施工工法在内的因素，确定结构断面的不同组合形式。
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