城市軌道交通結構設計與施工之限界

1、城市軌道交通結構設計與施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit第三章 限界目錄第一節(jié) 限界的分類第二節(jié) 限界制訂的原則第三節(jié) 制訂限界的主要技術參數(shù)第四節(jié) 設備限界的計算第五節(jié) 建筑限界定義：限界（Gauge）是指限定車輛運行或軌道周邊構筑物超越的輪廓線,也是列車沿固定的軌道安全運行時所需要的空間尺寸。制定限界目的：就是要確定一個既能保證列車運行安全，又不增大橋隧或路基斷面的經(jīng)濟空間，以防止車輛在直線或曲線上運行時與各種建筑物及設備發(fā)生接觸、碰撞。評價標準：評價軌道交通的限界是否合理，一般以有效面積比來衡量。第一節(jié)：限

2、界的分類 確定依據(jù)：軌道交通的限界是根據(jù)車輛外輪廓線及技術參數(shù)、軌道特性、各種誤差和變形，并考慮列車的運動狀態(tài)等因素，經(jīng)分析計算確定。 分類：車輛限界、設備限界和建筑限界等 A型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）B1型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）（a）A型車直線段車輛輪廓線坐標值（mm）注：表中第013點是車體上的控制點；第1315點是轉向架上的控制點；第1619點是車輪上的控制點，22、23兩點為連接在車軸上的齒輪箱點，20、21、24、25點為連接在轉向架構架上的信號接受設備的最低點，2629為信號燈預留位置，第0s4s點為隧道內(nèi)受電弓控制點,0k2k是車頂空調(diào)控制點。（b）A型車直線段車輛限界坐標

3、值（mm） 車輛限界：車輛在平直軌道上按規(guī)定速度運行，計及車輛和軌道的公差、磨耗、彈性變形及振動等正常運行狀態(tài)下的一條最大動態(tài)包絡線，是限制車輛橫斷面最大允許尺寸的輪廓圖形。 （c）A型車直線段設備限界坐標值（mm）設備限界：車輛在故障運行狀態(tài)下所形成的動態(tài)包絡線，用以限制軌道區(qū)的設備安裝界限。補充幾個限界的定義 1“設計截面”是指標稱車輛截面的投影輪廓。它不包括任何諸如懸掛、高度、寬度及撓度等制造及安裝公差。它是“ 限界圖”中的“ 車輛輪廓線”。2“靜態(tài)限界”是指已經(jīng)造好的、新的、空載的、停在平直軌道上的車輛截面的投影輪廓, 是由設計截面加上制造和安裝誤差而來的, 即加上懸掛誤差, 撓度,

4、高度與 寬度誤差, 不對稱的角度等。3“動態(tài)限界”是車輛在直線軌道上按規(guī)定速度運行時在計及車輛如懸掛部件的位移、車輛允許范圍內(nèi)的磨耗、外部側風等因素的影響的情況下, 車輛各部位偏離軌道基準中心所允許的程度, 車輛運行時各點必須在此空間范圍內(nèi)。在限界圖中為車輛限界。4“動態(tài)包絡線”是車輛在平直軌道上正常運行時,在各種因素作用下, 計入所有允許的軌道結構公差、維修公差及磨耗, 車輛各點偏離軌道基準中心所連成一個包絡空間, 它不包括車輛在水平及垂直曲線的偏移。5“掃掠包絡線”是動態(tài)包絡線的擴大, 它包括垂直和水平曲線對車輛中央和端部的偏移的影響。第二節(jié) 限界制訂原則（1）限界應保證列車安全、正常運行

5、。（2）限界應根據(jù)車輛的輪廓尺寸和技術參數(shù)、軌道特性、 受電方式、設備及管線安裝、施工方法等因素，進行 綜合分析后由計算確定。（3）限界一般按平直軌道的條件制定。（4）設備限界與車輛限界之間的間隙主要為安全預留量， 應全面考慮橫向安全留量和豎向安全留量。（5）建筑限界和設備限界之間應充分考慮建筑物上的設 備和管線安裝位置，在寬度方向上設備和管線與設 備限界之間應留出2050mm安全間隙。（6）建筑限界中不包括施工誤差、測量誤差、結構沉降、 變形等因素。第三節(jié) 制定限界的主要技術參數(shù)序號項目名稱單位車 型A型車B型車B1型B2型上部受流下部受流1車體計算長度mm22100190002車體最大寬度

6、mm300028003車輛最大高度mm380038004車輛定距m向架固定軸距mm2500220023006客室地板面距軌頂面高度mm113011007受電弓落弓高度mm3810-38108受電弓最大工作高度mm5410-54109受流器工作點至轉向架中心線水平距離750Vmm-1417.51401-1500V-144410受流器工作面距走行軌面高度750Vmm-140160-1500V-200 城市軌道交通車輛基本參數(shù)表 1.線路與軌道參數(shù) 線路最小曲線半徑：因列車在高速通過彎道時由于離心力作用向彎道的外側產(chǎn)生橫向力，會對鋼軌產(chǎn)生擠壓，外翻。為了保證列車的行駛安全，

7、在鐵路的設計和建造時，國家修規(guī)對不同速度等級的鐵路規(guī)定了車輛可以安全通過的圓曲線的最小半徑，就是線路的最小曲線半徑。 軌道最大超高值：列車在曲線上運行時,產(chǎn)生離心力,使曲線外軌承受較大的壓力,外軌磨損加重,增加行車阻力,嚴重時,會造成車輪脫軌.為了平衡離心力,把曲線外軌抬高,使車輛內(nèi)傾,以車輛重力向內(nèi)分力,來抵消減輕離心力的影響,使內(nèi)外軌所受的壓力相等,保持行車安全。超高值越大，列車所能通過的速度越快。 軌道結構強度:軌道具有的承載能力 道岔:使列車由一組軌道轉到另一組軌道上去的裝置2.車輛參數(shù) 車輛定距：車輛定距指車體兩端支撐處之間的距離。有轉向架的車輛為兩心盤中心線之間的水平距離。轉向架：

8、把兩個或幾個輪對用專門的構架(側架)組成一個小車，稱為轉向架，車體支承在前后兩個轉向架上第四節(jié)設備限界的計算 限界的確定步驟： 以車輛的設計截面為基礎, 加上制造安裝誤差向外拓展得出車輛的靜態(tài)限界; 以靜態(tài)限界為基礎, 考慮車輛的彈性部件的位移、允許范圍內(nèi)的磨耗和側風等得出車輛的動態(tài)限界; 在動態(tài)限界的基礎上加上軌道線路原因( 建設公差、維護限度和磨耗) 造成的車輛偏移, 得出車輛的動態(tài)包絡線; 以動態(tài)包絡線為基礎, 加上適當?shù)陌踩嚯x( 車輛故障情況下未考慮的因素所需空間) , 從而可以確定車輛的設備限界; 根據(jù)設備限界, 加上設備安裝所需要的空間得出建筑限界。 一、直線段設備限界的確定直線

9、段設備限界是在車輛限界的基礎上，采用基準坐標系確定直線段設備限界的坐標。直線地段設備限界坐標計算公式為： （3-1）式中： 車輛限界坐標值； 軌道橫向最大可能容許偏差； 軌道豎向最大可能容許偏差； i軌道傾斜度； 安全間距。二、曲線段設備限界的計算1. 平面偏移平曲線地段設備限界應在直線地段設備限界基礎上，進行加寬和加高處理。（1）車體曲線外側： （3-2）曲線內(nèi)側： （3-3） 曲線加寬加高 列車在曲線上運行，轉向架可以轉動，但其為剛性結構，不能隨軌道而彎曲，車體縱向軸線與軌道中心線不相吻合，致使車體兩端向軌道外側突出，車體中部向軌道內(nèi)側偏入，使車體與建筑接近限界間的凈空減少。另外，由于曲線

10、外軌設置超高，車體向曲線內(nèi)側傾斜，也會影響內(nèi)側限界示。故，曲線限界需加寬加高。車輛軸線車輛長度L車輛前后轉向架間距l(xiāng)線路中線曲線半徑d內(nèi)1d外d外車輛通過曲線時，轉向架中心點沿線路運行，而車輛本身卻不能隨線路彎曲仍保持其矩形形狀。故其兩端向曲線外側偏移（d外），中間向曲線內(nèi)側偏移（d內(nèi)1）。二、曲線段設備限界的計算1. 平面偏移平曲線地段設備限界應在直線地段設備限界基礎上，進行加寬和加高處理。（1）車體曲線外側： （3-2）曲線內(nèi)側： （3-3）（2）轉向架曲線外側： （3-4）曲線內(nèi)側： （3-5）式中：m計算斷面至相鄰軸的距離（mm）。A型車代入?yún)?shù)后，為Tba=820/R，Tbi=780

11、/R。2.過（欠）超高引起的設備限界加寬量和加高量的計算（1）車體橫向加寬量 曲線內(nèi)側： （3-6） 曲線外側： （3-7）（2）車體豎向加高量 曲線內(nèi)側： （3-8）曲線外側： （3-9）上述各式中參數(shù)應根據(jù)不同車型取值，可參看地鐵限界標準。 3.曲線軌道參數(shù)變化及車輛參數(shù)變化引起的設備限界加寬量（1）車體及轉向架橫向曲線外側加寬量：整體道床： （3-10）碎石道床： （3-11） （2）車體及轉向架橫向曲線內(nèi)側整體道床： （3-12）碎石道床： （3-13） 式中： 曲線外軌磨耗（mm）。與車輛無關，當R800m時為3mm，800R200m時為3+300/R）；l曲線軌道橫向彈性變形增量（

12、mm），取1.4 mm；車輛一系及二系彈簧橫向位移在曲線及直線的差值（mm），車體取9mm，轉向架取4mm；曲線軌距加寬及內(nèi)軌磨耗（mm），當R800m時為0， 800R200m時為300/R）。車體橫向加寬和過超高（或欠超高）偏移方向相同時曲線外側： （3-14） （3-15）曲線內(nèi)側： （3-16） （3-17）車體橫向加寬和過超高（或欠超高）偏移方向相反時平衡離心力所需的超高大于實設超高，說明超高不足，其差值稱為欠超高平衡離心力所需的超高小于實設超高，說明超高過大，其差值稱為過超高曲線外側： （3-18） （3-19）曲線內(nèi)側： （3-20） （3-21）曲線地段設備限界坐標值即為直線地

13、段設備限界坐標值加上上述加寬加高值后得到的坐標值。 第五節(jié) 建筑限界一、區(qū)間建筑限界 二、區(qū)間曲線段建筑限界三、道岔區(qū)建筑限界 四、車站限界 一、區(qū)間建筑限界 軌道交通的區(qū)間一般包括地下區(qū)間、高架區(qū)間、地面線區(qū)間和過渡段。各種區(qū)間結構根據(jù)不同的施工方法有不同的限界斷面。 1.地下線建筑限界 區(qū)間建筑限界分為： 2. 高架線橋面建筑限界 3. 地面線建筑限界區(qū)間直線段矩形隧道建筑限界（A型車）A型車單圓隧道建筑限界 區(qū)間直線段雙圓隧道建筑限界（A型車）區(qū)間直線段雙線高架橋面建筑限界（B1型車）二、區(qū)間曲線段建筑限界1.圓形隧道和馬蹄形隧道圓形隧道和馬蹄形隧道在曲線超高地段，采用隧道中心向線路基準

14、線內(nèi)側偏移的方法，解決軌道超高引起的內(nèi)外側不均勻位移量，位移量計算公式如下： （3-22） 式中：軌道超高角度，=sin-1（h/s）；h0直線段圓心距軌面高度（mm）；h軌道超高值（mm）；s內(nèi)外軌中心距離（mm），一般取1500mm。2.矩形隧道曲線地段矩形隧道建筑限界，應在曲線地段設備限界基礎上，按下列公式計算確定：曲線地段建筑限界外側寬度（ ）： （3-23）曲線建筑限界內(nèi)側寬度（ ）： （3-24）曲線建筑限界高度（ ）應按下式計算確定： （3-25） （3-26）式中: h軌道超高值（mm）； 右側、左側設備或支架最大安裝寬度值（mm）；（ ）、 （ ） 、（ ）曲線地段設備限界控

15、制點坐標值（mm）； 設備安裝誤差和安全間隙（mm）； 受電弓工作高度（mm）； 接觸網(wǎng)系統(tǒng)高度（mm）； 軌道結構高度（mm）。對于緩和曲線地段，一般有圖解法和公式法等方法。目前采用較多的則是圖解與公式相結合的方法，將內(nèi)、外側加寬分開計算。（1）內(nèi)側加寬量 （3-27） （2）外側加寬量 （3-28） 式中： X2、X3分別為計算斷面處距緩和曲線起點的長度 （mm）；C=Rl0，l0為緩和曲線長度； x=sin-1（hx/s），hx為緩和曲線地段計算斷面處的超高值（mm）。根據(jù)車輛所處的不同工況，將建筑限界內(nèi)外側加寬量繪制成圖，即常用圓曲線和緩和曲線地段建筑限界加寬量圖，這樣可方便使用。3.

16、豎曲線地段建筑限界豎曲線:為了緩和縱斷面上坡度的突然變化,設置在變坡點處平滑連接兩相鄰坡段的豎向曲線。 豎曲線地段建筑限界在直線地段上根據(jù)公式（3-29）和（3-30）進行加高。（1）凹形豎曲線 （3-29）（2）凸形豎曲線 （3-30）式中： R1、R2分別為凹凸形豎曲線的半徑（mm）。 對于軌道交通線路而言，由于一般豎曲線半徑都比較大，根據(jù)上述公式計算得出的豎曲線加高值很小，故可以忽略不計。豎曲線半徑很小時，可根據(jù)需要進行核算。三、道岔區(qū)建筑限界60kg/m鋼軌9號單開道岔內(nèi)、外側加寬量圖 道岔：使列車由一組軌道轉到另一組軌道上去的裝置四、車站限界1.地下車站直線段矩形隧道島式車站建筑限界

17、2.高架車站軌道交通的高架車站根據(jù)車站形式的不同，分為側式車站和島式車站。（1）側式車站 A=（a0+站臺寬度）2+l0 （3-31）（2）島式車站 A=b02+l0 （3-32）式中： a0線路中心線至站臺邊緣距離（mm），A型車為1600mm；l0線間距（mm）；b0線路中心線至護欄柱內(nèi)側距離。直線段高架側式車站橋面建筑限界（A型車、接觸網(wǎng)供電）3. 屏蔽門與安全門建筑限界 車站屏蔽門與安全門的建筑限界，一般按屏蔽門與安全門的安裝尺寸在不考慮彈性變形狀態(tài)下，屏蔽門（安全門）最外突出點至車站地段車輛限界之間應有不小于25mm的安全間隙考慮。4.曲線車站 設在曲線上的車站，應在直線地段車站的有關限界基礎上，包括曲線內(nèi)側加寬和曲線外側加寬。其中平面曲線偏移量可分別按凹形站臺和凸型站臺進行計算。對于凹形站臺，加寬量: （3-33）對于凸形站臺，加寬量 : （3-34）式中： l1 車輛定距（mm）; L車體計算長度（mm）； a轉向架固定軸距（mm）； R站臺段圓曲線半徑； 、分別為凹形站臺和車輛中部，凸形站臺和車輛端部的間隙增加量，如設導軌超高還需考慮因超高引起的加寬量。 曲線車站站臺與車輛間隙示意圖緩和曲線地段站臺限界的加寬可按公式（3-35）（3-36）進行計算。內(nèi)側加寬： EH內(nèi)=ep內(nèi)+Nh內(nèi) （3-35）