城市軌道交通中小半徑曲線問題探討

城市軌道交通中小半徑曲線問題探討【摘要】簡述小半徑曲線對列車運(yùn)行安全影響,對工程影響以及對運(yùn)營中鋼軌的磨耗的影響,并就相關(guān)問題提出建議及改善辦法?！颈疚年P(guān)鍵詞語】城市軌道交通;小半徑曲線;最小曲線半徑;影響;磨耗;直線電機(jī)城市軌道交通是大城市公共客運(yùn)交通的骨干,是群眾化、大運(yùn)量的城市客運(yùn)系統(tǒng)。同時(shí)又是城市的大型基建工程,所以它在城市建設(shè)中占領(lǐng)特別主要的地位。當(dāng)前,國內(nèi)很多城市正在進(jìn)行軌道交通的建設(shè)或前期預(yù)備工作,基本上都進(jìn)行了各種形式的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。最小平曲線半徑是城市軌道交通線路設(shè)計(jì)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。它對地下鐵道線路的造價(jià)、運(yùn)行速度、養(yǎng)護(hù)維修量和運(yùn)營支出有很大的影響。平曲線半徑過小,不能知足高速列車行車舒坦性的要求;平曲線半徑過大,又會大大增長建設(shè)工程投資。本文就從軌道交通中的小半徑曲線出發(fā),討論其對工程和運(yùn)營的影響以及怎樣改善這些問題。1小半徑曲線的選擇小半徑曲線是在軌道交通設(shè)計(jì)經(jīng)過中為了照料客流走廊,繞避嚴(yán)重不良地質(zhì)地段、文物古跡、高層建筑、地下管線,減少工程投資等而不得不采取的半徑較小的曲線。2小半徑曲線的影響下面淺談小半徑曲線在列車運(yùn)行安全、對工程影響以及運(yùn)營中鋼軌的磨耗等三個方面的影響。2.1小半徑曲線對運(yùn)營安全的影響列車在小半徑曲線地段下坡道上運(yùn)行時(shí),引起地鐵車輛的劇烈振動,在振動很劇烈的地段十分要用瞬時(shí)舒坦度水平(2ｓ舒坦度水平),舒坦度水平表達(dá)式為:ｌｒ=20ｌｇα/αｒｅｆ(1)其中αｒｅｆ為標(biāo)準(zhǔn)加速度,α為測定的加速度。由該式可知舒坦度水平與振動加速度相關(guān),振動加速度大,舒坦度水平大,進(jìn)而乘客舒坦度差。舒坦度等級越小,舒坦度評價(jià)越好,舒坦度等級在1下面,振動舒坦度評價(jià)非常好。旅客搭車舒坦度是衡量列車通過曲線時(shí)運(yùn)營質(zhì)量好壞的一個最直觀的指標(biāo)。另外,小半徑曲線上視距較短,司機(jī)瞭望線路條件差,嚴(yán)重時(shí)會威脅到列車安全。地鐵列車在通過小半徑曲線時(shí),車輪相對于鋼軌產(chǎn)生橫向滑動,往往要發(fā)出尖嘯的噪聲。2001年8月22日,德國ｓｉｅｍｅｎｓ公司在廣州地鐵一號線對地鐵車輛的振動進(jìn)行檢測,結(jié)果表示清楚,上行線長命路～陳家祠區(qū)間小半徑曲線垂向振動加速度最大值約達(dá)37ｍ/ｓ2,而無波磨地段垂向振動加速度最大值約達(dá)15ｍ/ｓ2。嚴(yán)重的波磨引起地鐵車輛的劇烈運(yùn)動,發(fā)出尖嘯的噪聲,大大降低了乘客的舒坦度。2.2小半徑曲線對工程的影響在困難地段,采取較小的曲線半徑能夠更好地適應(yīng)地形變化,可減少路基、擋墻的工程數(shù)量,對降低工程造價(jià)有顯著效果,但也會由于增長線路長度、降低粘著系數(shù),而引起工程費(fèi)用增大。2.3小半徑曲線對鋼軌磨耗的影響輪軌間的摩擦包含滾動摩擦和滑動摩擦,據(jù)有關(guān)資料介紹,單純的滾動摩擦使鋼軌磨耗甚微,而車輪只要02%的滑動,磨耗就會顯著增長。列車在曲線上運(yùn)行時(shí),附加動壓力及輪軌間的相對滑動與曲線半徑成反比,半徑越小滑動磨耗越大。鋼軌磨耗重要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和海浪型磨耗,重要是由于輪軌之間發(fā)生摩擦造成的。從廣州地鐵一號線運(yùn)營情況來看,最小曲線半徑為300ｍ,有些地段磨耗較嚴(yán)重;二號線最小曲線半徑350ｍ,磨耗情況尚可,曲線半徑ｒ400ｍ的曲線尚未發(fā)現(xiàn)不正常磨耗現(xiàn)象。曲線半徑越小,鋼軌磨耗越嚴(yán)重,鋼軌更換周期越短。3重要問題及建議3.1選定最小曲線半徑最小曲線半徑是指系統(tǒng)在正常的運(yùn)行速度下,保證行車安全和旅客乘坐舒坦的最小曲線半徑。它是修建地下鐵道的重要參數(shù)之一,它與地鐵線路的性質(zhì)、車輛性質(zhì)、行車速度、地形地物條件等有關(guān)。3.11理論公式ｒｍｉｎ=118ｖ2(ｈｍａｘ+ｈｇｙ)(2)式中:ｒｍｉｎ為知足欠超高要求的最小曲線半徑(ｍ);ｖ為設(shè)計(jì)速度(ｋｍ/ｈ);ｈｍａｘ為最大超高(120ｍｍ);ｈｇｙ為允許欠超高(ｈｇｙ=612ｍｍ)。3.12半徑選擇線路平面最小曲線半徑,按〔地下鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范〕(ｇｂ50157-92)規(guī)定,如表1:表1最小曲線半徑(ｍ)3.2選擇新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在小半徑曲線上,輪沿與鋼軌軌頭角部接觸,這不僅會造成輪軌磨損,也會產(chǎn)生很大的振動和逆耳的噪聲。假如軸間容許有一定的自在度,將使噪聲減小。直線電機(jī)平面轉(zhuǎn)彎半徑小,有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下建筑物,降低工程造價(jià)。直線電機(jī)采取徑向轉(zhuǎn)向架通過曲線地段如此圖1所示。采取徑向轉(zhuǎn)向架帶來如下優(yōu)點(diǎn):(1)平面轉(zhuǎn)彎半徑小,與傳統(tǒng)的粘著驅(qū)動式系統(tǒng)(轉(zhuǎn)向架軸距、定距一樣)相比,最小水平轉(zhuǎn)彎半徑由一般輪軌系統(tǒng)的200ｍ可減至80ｍ;(2)有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下構(gòu)筑物,降低工程造價(jià);(3)通過關(guān)鍵技術(shù)部位特殊裝配的動作,使車軸產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角,使其隨著彎道的曲線改變軸距,有效地減少了機(jī)車車輪與鋼軌間的摩擦,大大降低了輪緣的磨耗;(4)噪聲低。沒有旋轉(zhuǎn)與傳動系統(tǒng),使輪軌磨耗降低,噪音比傳統(tǒng)車輛減小10ｂ(ａ)左右;(5)體積小,重量輕。縮小隧道端面和高架構(gòu)造,大幅度降低工程造價(jià);(6)通過小半徑曲線能力提升,提升運(yùn)行速度,適應(yīng)城市街區(qū),減少工程拆遷,加減速度大,爬坡能力強(qiáng),不受氣候影響;(7)自重小,沒有牽引傳動和粘著損失,自動化水平高,耗電省。當(dāng)前廣州地鐵四號線已采取直線電機(jī)車輛,降低了廣州后續(xù)軌道交通線建設(shè)的工程投資和運(yùn)營費(fèi)用,堅(jiān)持了軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?同時(shí)有利于城市土地和地下空間的合理開發(fā)和利用,填補(bǔ)了國內(nèi)軌道交通技術(shù)上的空白。3.3養(yǎng)護(hù)維修通過養(yǎng)護(hù)維修辦法能夠克制小半徑曲線帶來的不良影響。如剝離掉塊、海浪磨耗等。3.31鋼軌涂油小半徑曲線段可通過涂油來大大減緩磨耗。新鋼軌由于沒有遭到列車車輪的碾壓,其外表硬度很低,經(jīng)過一定時(shí)間的碾壓后,其外表構(gòu)成一個跨越原來硬度約15～18倍的保衛(wèi)層,可大大提升鋼軌外表的耐磨性能。通過涂油可使保衛(wèi)層順利構(gòu)成,降低鋼軌的磨耗速度。3.32鋼軌打磨鋼軌打磨是當(dāng)前最有效的消除波磨的辦法,已發(fā)展成為一種多功能的現(xiàn)代化養(yǎng)路技術(shù)。打磨的重點(diǎn)已從鋼軌修理轉(zhuǎn)向鋼軌頤養(yǎng)。鋼軌的定期打磨,能夠消除和延緩波磨、消除鋼軌外表的接觸疲憊層防止剝離掉塊、對斷面打磨還能夠改善輪軌接觸條件,降低接觸應(yīng)力。當(dāng)前廣州地鐵正用美國ｈｔｔ公司購買的ｒｇｈ10ｓｅｒｉｅｓｃ1-32磨軌車對小半徑曲線進(jìn)行打磨,效果良好。另外,通過優(yōu)化軌道構(gòu)造部件(如墊板、橡膠墊等)的剛度匹配,設(shè)置合理的軌底坡可以以減少小半徑曲線處的磨耗水平。4結(jié)束語在進(jìn)行軌道交通線路方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡可能使用較大的曲線半徑,以避免或減少在運(yùn)營經(jīng)過中出現(xiàn)的這些不良問題,300ｍ下面的曲線半徑輪軌磨耗大,噪音大,應(yīng)盡量少用,尤其位于兩站中間更應(yīng)少用。隨著我們國家材料科學(xué)及車輛工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步,鋼軌的耐磨性繼續(xù)提升,輪軌之間的匹配關(guān)系還能夠改善,將來小半徑曲線處的鋼軌更換周期能夠延長。能適應(yīng)小半徑曲線的車型也越來越豐富,其不良影響可以以很大范圍內(nèi)的降低。以下為參考文獻(xiàn)[1]ｇｂ50157-2003,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[ｓ