中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計

中速磁交軌道程究與計楊其振,劉道通,于春華鐵道第三勘察設(shè)計院中速磁交軌道程究與計楊其振,劉道通,于春華鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300251)摘要:中低速磁浮交通系統(tǒng)是近年來興起的一種城市軌道交通系統(tǒng)國外已建成運營線路,國內(nèi)部分城市也已經(jīng)開展運營線路建設(shè)的前期工作為了滿足城市軌道交通的發(fā)展需求,有必要對中低速磁浮交通軌道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)特點進(jìn)一步研究唐山中低速磁浮試驗線于2008年開始試驗運行,其實踐表明軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計能滿足中低速磁浮軌道交通工程的整體需求是安全可靠的通過總結(jié)唐山中低速磁浮試驗線的建設(shè)經(jīng)驗并研究相關(guān)試驗資料,結(jié)合城市軌道交通工程實踐,對中低速磁浮軌道工程的系統(tǒng)構(gòu)成及功能設(shè)計要點進(jìn)行研究探討。關(guān)鍵詞:中低速磁浮;軌道結(jié)構(gòu);幾何形位;研究與設(shè)計相繼入試驗。1991年,日本在名古屋附近的大江,成條新的面應(yīng)用的試驗線。2005年3月,日本建設(shè)通了中低磁懸浮鐵商業(yè)運行線東部丘陵線(Lnmo),該線長89m,連接名古一個地鐵車站和郊的一個代化居住區(qū),目運行良好,起到了中低速磁浮交通系統(tǒng)的示范作用,有力地證實了其優(yōu)勢。112內(nèi)中低速浮發(fā)展情況在20世紀(jì)70年代我科技工作對于磁浮交通系的新技術(shù)進(jìn)展就給了關(guān)注,部分大學(xué)研究機構(gòu)展了基礎(chǔ)研究。11211國防科大學(xué)研究況防科技大的磁浮技研究工作于1980年。為使防科技大學(xué)的磁浮技術(shù)走向應(yīng)用,國防科技大學(xué)于2001年5月在校園內(nèi)建成1條長204m的試驗路。2008年5月,北京控股公司在唐山車輛廠廠區(qū)內(nèi)修的15m中低速浮試驗建成,目前已投入試驗行。11212西南交大學(xué)研究況南交通大學(xué)1986年開始研究磁浮列車技術(shù)。青山磁浮試線2006年4月建成,長425m,最大坡度20%,最小曲線徑250。11213上海磁交通公司究情況2007年,海南匯臨新城建成1長15m的磁懸試驗示范線含道岔),線路條件滿足列車100m/h的運速度要求。中圖分類號:U237文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004-2954(2010)10-0035-05浮技術(shù)的研究源于德國,磁浮交通系統(tǒng)具有選線自度大噪聲小振動低舒適維護(hù)等特點中低速懸浮列車高車速80160m/h,造價相對低廉,與輕軌地鐵等傳統(tǒng)軌道交通具有互補性,發(fā)展前景看好本文重點對中低速磁浮列車工作原理軌道含道岔)構(gòu)以及軌幾何狀態(tài)問題進(jìn)行述。1國內(nèi)中低速磁交通系統(tǒng)展情況111外中低速浮發(fā)展情況外中低速浮列車以日本的HT系統(tǒng)為典型代表從1974年到1989年,H01到H0型車收日期:2010-07-15作簡介:楊振(1973),男,高級工程師,1995年畢業(yè)于西南交通大學(xué),學(xué)學(xué)士。重要礎(chǔ)[J.通運輸,2006(B12):505.李長淮,宋劍.高速路引入樞紐及站型布置研究[J.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2010(4):61.劉永平.軌交樞規(guī)劃設(shè)計的幾點思考[J.管理觀察,2009(19):9.陸文雋.城市發(fā)展的角度看軌道交通樞紐站設(shè)計[J.山西建筑,2008(11):26626.潘海嘯,杜雷.城市交通方式和多模式間的轉(zhuǎn)換[M.上海:同濟(jì)大出社,200.姜帆.市軌交與他交方銜的研究[J.北交通大學(xué)報,2001(4):10811.周鐵征.型鐵客綜交通紐形與建思路[J.鐵道工程報,2008,10刊):808.鐵第三察計院集團(tuán)有限公司.于家堡站交通樞紐市政配套用工可設(shè)計[Z.津:200.城市交通中心。(2)城市綜交通樞紐各個子項盡量在一個統(tǒng)一的規(guī)設(shè)計前提下實施,同時樞紐周邊路網(wǎng)公交配套市政管等城市配工程提前劃,發(fā)揮整個樞紐的合效率。(3)對影響合交通樞紐設(shè)計和建設(shè)的設(shè)備系統(tǒng)接口計營控制維護(hù)等紐運營管模式要認(rèn)真研究,以保樞紐建成真正發(fā)揮效能。參考獻(xiàn):[4][5][6][7][8][1]沈中偉.軌道交通樞紐綜合體設(shè)計的核心問題[J.時代建筑,2009(5):272.王雪標(biāo).城市綜合交通樞紐的分類與布局[J.綜合運輸,2008(5):242.[9][2][10][3]仁涵,顧煜.沈榮芳交通樞紐理論研究是規(guī)劃大都市交通圈AWAYSNDADDESN 2010(10)鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計35楊其振,劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路楊其振,劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·113山中低速浮試驗線介形成我國中低速磁浮研發(fā)體系,并滿十一五國家科技支撐計劃重點項中低速磁浮交通技術(shù)及程化應(yīng)用研究課題研究需求,鐵道第三勘察設(shè)計集團(tuán)有限公司作為工程總體設(shè)計單位,配合北中速磁浮研發(fā)體系,于2006年～2007年完成唐山中速磁浮試驗線及其試驗基地設(shè)計工作。2009年7月,試線正式投試驗運行。山中低速磁浮試驗線以下簡稱唐山試驗線)位于山機車車輛廠內(nèi),全部為高架線路,正線全長1547m,平線最小半徑100m尾設(shè)1處半徑50m平線以備他用),最大坡度70‰,試驗線設(shè)置磁浮單開岔1處圖1)?？刂?這是于安裝在車體上的電磁鐵鐵芯和鐵磁性倒U形軌道是正對的,如果兩者有一定的錯位,兩者間的力線就會產(chǎn)生一個反方向的橫向力,使得列車回到心線磁列車導(dǎo)向理如圖3示。圖3磁浮列車導(dǎo)向原理示意3軌道構(gòu)組成及能道是中低速磁浮線路的重要技術(shù)裝備之一,是行車基礎(chǔ)軌是列車懸浮行和停放的備,引導(dǎo)機車輛運行,直接受來自車的荷載,軌道必須堅固定,具有正確幾何形位,以確列車的安全運行。道是由導(dǎo)軌感應(yīng)板軌枕扣件伸縮節(jié)承軌臺道岔及屬設(shè)備組成唐山試驗線軌道結(jié)構(gòu)橫斷面如圖4所示。圖1唐山中低速磁浮試驗線2中低磁浮列車懸浮驅(qū)動及導(dǎo)原理車采用環(huán)軌道形式列車軌道兩側(cè)為懸空的倒U形鐵磁性軌道,軌道上鋪設(shè)了鋁質(zhì)的反應(yīng)極板倒U軌道上反應(yīng)板的正上方是安裝在車體上的直電機定子,在倒U形軌道的正下方是固定在車體上的懸浮導(dǎo)向磁鐵磁浮列車懸浮結(jié)構(gòu)示意見圖。圖4唐山試驗線軌道結(jié)構(gòu)橫斷面單位:mm)311軌及感應(yīng)板山試驗線軌采用低鋼制造,質(zhì)量127kgm,斷面為F形,導(dǎo)軌上覆鋁制感應(yīng)板導(dǎo)軌下表面有兩個磁極,起懸浮作用;上表面是直線感應(yīng)電機,覆蓋有鋁板,外垂直法蘭于機械制動。F形導(dǎo)用于制作中低速磁浮軌排,分為直線導(dǎo)軌圓曲線軌和緩和線導(dǎo)軌。期的一些驗線工程,導(dǎo)軌用機加工制造,造本較高,生產(chǎn)周期長唐山試驗線導(dǎo)軌實現(xiàn)了一次制成形,為以后低速磁浮統(tǒng)的工程化產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)了有利條件圖5)。312軌軌縫接頭及枕31211軌縫軌在軌溫化時,沿線路方熱脹冷縮,需在導(dǎo)軌接處預(yù)留軌縫為滿足同地段導(dǎo)熱脹冷縮及行車定性的需要,唐山試驗線共設(shè)計了3種形式的鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 AWAYSNDADDESN 2010(10)圖2磁浮列車懸浮結(jié)構(gòu)簡圖體上的懸磁鐵通電就會與鐵性軌道之間產(chǎn)生力,得車體向抬起脫離道。車的牽引電機是短定子直線電機,電機初級也就是子,安裝在車上的,牽引功率轉(zhuǎn)換和控制是在上實現(xiàn)的車體上安裝直線電機的定子,其正下方軌道上安裝有感應(yīng)板,當(dāng)定子通過三相電流后產(chǎn)生個移動的磁場,這個磁場在感應(yīng)板上感應(yīng)出電流和生磁場,兩個磁相互作用產(chǎn)生了推力。車的導(dǎo)向是自動的,不需要導(dǎo)向電磁鐵的主動36?1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.楊其振劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·致,主要部有彈性墊板鐵板軌輔助螺栓錨固楊其振劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·致,主要部有彈性墊板鐵板軌輔助螺栓錨固螺栓,扣件下部基礎(chǔ)用混凝土螺栓套管形式,其結(jié)形式類似市軌道交無砟軌道件結(jié)構(gòu)。山試驗線采用的扣結(jié)構(gòu)形式圖6所示。圖5導(dǎo)軌橫截面導(dǎo)軌頭,即J型J型J型導(dǎo)軌接頭,分別設(shè)1個2個4軌縫。31212接頭J型接頭:適應(yīng)軌排伸縮量在10m以內(nèi)的接頭軌排直接接構(gòu)成J接頭;J型接頭:適應(yīng)軌排伸縮量在10～20m的接頭;J型接頭:適應(yīng)排伸縮量>20m的接頭。山試驗線架橋主要用124m簡支梁,JⅠ接設(shè)置于同片梁上兩軌排之間,J型接頭設(shè)于18m跨徑支梁梁縫處,J型接頭設(shè)于24m跨徑簡支梁縫處山試驗線的試驗運行表明,這3種接頭設(shè)計是適的,滿足軌排脹冷縮需要,軌縫最大也能保證車穩(wěn)定。31213鋼枕枕一般采低碳鋼制造,橫斷面形式工字形或形,造時上部側(cè)預(yù)留與軌連接螺孔,下部預(yù)錨固螺栓裝孔。山試驗線采工字形軌枕,日本東部丘陵線上海試線采用矩軌枕工形軌枕安裝維護(hù)工作為方便,但相關(guān)驗數(shù)據(jù)表明,由軌排的熱脹縮,工字軌枕腹板承受彎矩較大在以后的工程實踐中,尚應(yīng)結(jié)合進(jìn)一步的試驗研究確定軌枕斷面形式。313件軌與鋼枕過螺栓連接,組軌排,扣件將軌排固定下部基礎(chǔ)上。前國內(nèi)外中低速磁浮的運營線及試驗線有:日本名屋市愛知東部丘陵線長國防科大驗線、西南大青城山驗線唐山試驗線上南匯臨港新城試線,構(gòu)形式特如表1所示。圖6唐山試驗線扣件314軌臺軌臺處于部基礎(chǔ)橋梁路基面等)與軌排之間,它承接軌排及扣傳遞來的種作用力,再將其傳遞下部基礎(chǔ)。本名古屋部丘陵線上海驗線青城山試驗線唐山磁試驗線承臺均采用次澆筑結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點是能夠保證軌排的鋪設(shè)精度,同時該結(jié)構(gòu)滿足強度求工簡便造價低廉。現(xiàn)階段,承軌臺采用二次澆筑結(jié)構(gòu)是較為理想的一方案承軌臺內(nèi)預(yù)埋扣件錨固螺栓套管,內(nèi)布鋼筋下部基礎(chǔ)工時,預(yù)埋豎向筋,強承軌臺與下部礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)。唐山試驗線的工程實踐來看,由于二次澆筑的承軌尺寸較小(400m400m130m),在我國北方季進(jìn)行鋪軌施工時,承軌臺混凝土養(yǎng)護(hù)期間保溫措較為困難,在我南方地區(qū)不存在此題。4道岔車擋411岔系統(tǒng)工原理低速磁浮道岔采用三點定心原理設(shè)計,原理如圖7示。表1扣件結(jié)構(gòu)形式目名古屋防大城山唐山海圖7道岔三點定心原理示意彈墊板墊板鋪軌助栓錨螺栓有有有有有有無有有有有有有有有有有有有有混土+螺套管圖7中L1L2L3為3段道岔梁,每段道岔梁都有一個定的轉(zhuǎn)動中心,分別為OOO,道岔梁可以1 2 3其由轉(zhuǎn)動;道岔梁的另一端稱為移動端道岔梁L3為主動梁,在梁上適當(dāng)位置安裝了驅(qū)動機構(gòu),給主梁供一個橫向擺動的力,如圖7中的F所示,從而使動梁繞O3點發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動;滑塊B將主動扣件下基凝土+埋板凝土+凝土+礎(chǔ)固式栓管 焊接栓管栓管上述可知,除國科大長沙驗線外,其他現(xiàn)有中低磁浮運營線試驗線軌排扣件結(jié)構(gòu)形式較為一鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 AWAYSNDADDESN 2010(10)37?1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.楊其振,劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·梁L楊其振,劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·梁L3的橫向運動位移)傳遞給從動梁L2的移動端,而從動梁L2繞O2端發(fā)生轉(zhuǎn)動;進(jìn)而再通過滑塊A帶動二從動梁L1繞O1端轉(zhuǎn)動。過上面的動,能實現(xiàn)道的轉(zhuǎn)轍功能。412岔結(jié)構(gòu)浮道岔有開開開等形式單開道岔整機由3段活動梁2垛梁走行臺車支撐底板主梁橫向定機構(gòu)主梁豎向鎖定機構(gòu)曲柄驅(qū)動機構(gòu)道梁轉(zhuǎn)定心機構(gòu)軌道連接板動力軌連接部分控制系統(tǒng)等組成,這種形式的道岔已應(yīng)用多年,性能良好。413山試驗線開道岔41311道岔構(gòu)及參數(shù)山試驗線設(shè)單開道岔1組,供道岔試使用,也是驗線通往來車輛總裝庫的預(yù)留道岔如圖8所示。圖8單開道岔示意山試驗線開道岔的要參數(shù)如表2所示。計經(jīng)驗,正線輔助線試車線列車撞擊車擋時車速按15m/h進(jìn)行計。停車庫內(nèi)置了鋼架車擋列在場段內(nèi)行駛速較低,根據(jù)城軌目設(shè)計經(jīng)驗,固式車擋設(shè)計列車擊速度可不大于5m/h計,內(nèi)存車線車擋可按3m/h設(shè)計。表2單開道岔主要參數(shù)項 目指標(biāo)備注3476430764211504800303620001002540150道岔長m活動總長/m主動長m從動長m道岔高度/m軌距m直向通速度/(m/h)側(cè)向通速度/(m/h)側(cè)向構(gòu)速度/(m/h)動作間/s包兩端垛長度基頂面到F連面離F軌心線距5軌道何形位道幾何形位是指軌道各部分的幾何形狀相對位置基本尺寸軌道幾何形位正確與否,對機車車輛的全運行乘客的行舒適度設(shè)備使用壽命和養(yǎng)護(hù)用起著決性的作用。中低速磁浮交通領(lǐng)域,這方面的研究尚處于起步階段,缺相關(guān)技術(shù)準(zhǔn),進(jìn)行中低磁浮工程化設(shè)計時,應(yīng)合具體工的設(shè)計標(biāo)開展專項究,確定軌幾何形位設(shè)計驗收養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。511線軌道的何形位靜態(tài))直線軌道的幾何形位主要包括軌距水平軌向、前后高低,其概念與輪軌系統(tǒng)基本相同,在此不再贅述。距是指軌兩側(cè)兩懸磁極面中的距離唐山磁試驗線軌距為2000m;日本名古屋東部丘陵線軌為1700m;上海浮試驗線距為1900。低速磁浮車輛通過曲線時,由于其轉(zhuǎn)向架設(shè)計的特性,曲地段軌距須調(diào)整。山試驗線設(shè)計期間,由于缺乏相關(guān)技術(shù)資料及基礎(chǔ)究,線軌道幾何形位設(shè)計驗收標(biāo)準(zhǔn)參地鐵工程施工驗收規(guī)范(B502991999)執(zhí)行。在唐試驗線竣后,者參與十一五國家科技支撐劃重點項中低速磁浮交通技術(shù)及工程化應(yīng)用研究課題研究,結(jié)合唐山試驗線運行試驗及國外鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 AWAYSNDADDESN 2010(10)從到信到出號全程41312道岔基設(shè)計岔部分的基礎(chǔ)形式應(yīng)具有足夠的承載力和剛度,防止道岔部分產(chǎn)生過大變形,影響道岔的正常工作岔基礎(chǔ)采剛性基礎(chǔ),結(jié)合路縱斷面置,主要有種形式,一種為接支承于面的落地基礎(chǔ),一種支承于高橋上的高形式,橋面高程寬度等布設(shè)要考慮道安裝條件運營維護(hù)件。山試驗線道岔設(shè)于一個整體的橋面上,施工時道岔備與基礎(chǔ)連接采用支墩過渡的方式,支墩與上部預(yù)件連接采用多次澆筑的方式,以滿足施工精度和預(yù)件的安裝支墩第一次澆筑時,固定預(yù)埋鋼板支撐腳,二次澆筑時,固定預(yù)埋鋼板的地腳螺栓和剪力釘。岔基礎(chǔ)不勻沉降控在710。414擋正線的起終點及車場線的終點設(shè)車擋,為保護(hù)車輛,正線輔助線試車線端部宜安裝液壓緩沖式車擋,車場線頭可安裝壓或固定車擋。山試驗線在正線的末端研究鋪設(shè)了液壓式車擋,按照目中低速磁浮車輛設(shè)計參數(shù)及城軌項目設(shè)38?1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.楊其振劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·相關(guān)試驗資料,重新制定楊其振劉道通于春華中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計線路路基·相關(guān)試驗資料,重新制定了直線軌道幾何形位標(biāo)準(zhǔn)表3)。用第一種方法設(shè)置超高時,軌道中心線與線路中心一致,超高順坡坡度較小,超高渡段行車較為平穩(wěn),在道內(nèi)設(shè)置時,可少增加隧曲線地段的建筑界,省軌道投資因此,在不增工程實施及養(yǎng)護(hù)度的前提下,優(yōu)采用第一設(shè)置方法,也可采用第種設(shè)置方法。表3軌道幾何形位允許偏差值施工驗收)m項目距水平軌向高低山驗線程研究-2～+33232323512線軌道外超高51211外軌超的作用輛在曲線行駛時,由于離力作用,將車輛推向外鋼軌,加大了外軌的壓力,使旅客產(chǎn)生不適,同時轉(zhuǎn)架內(nèi)外側(cè)與導(dǎo)軌間垂向磁力不均,其偏差過大時可會導(dǎo)致懸浮控制失穩(wěn)因此,需要把曲線外軌適當(dāng)高,機車車輛的自身重力產(chǎn)生一個向心的水平分力,以抵消慣性離心力,達(dá)到內(nèi)外側(cè)導(dǎo)軌受力均勻,滿足乘舒適度要求,提行車穩(wěn)定及安全性。51212外軌超計算及超設(shè)置方法(1)外軌超計算道曲線超按以下公計算6結(jié)語低速磁浮通系統(tǒng)是種新興的市軌道交通系統(tǒng),線路應(yīng)性強環(huán)保乘坐舒適,我已在核心技術(shù)方實現(xiàn)重大破,有獨立自知識產(chǎn)權(quán),可實現(xiàn)工程產(chǎn)化,具有十分廣闊的應(yīng)用前景,北京深圳已開展關(guān)工程的期工作。道結(jié)構(gòu)設(shè)計以理論研究為基礎(chǔ),借鑒日本運營線路程經(jīng)驗,總結(jié)分析國內(nèi)各試驗線數(shù)年來試驗情況,形成了應(yīng)的設(shè)計則術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和階段主要設(shè)計內(nèi)容唐山試驗線的實踐表明,軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計能滿足中低速磁浮軌道交通工程的整體需求,是安全可靠的。年來,筆者參與了唐山中低速磁浮試驗的工程設(shè)計中低速磁浮設(shè)計暫行規(guī)范編制北京控股磁懸浮技發(fā)展有限公司企業(yè)規(guī)范)中低速磁浮線路工程優(yōu)設(shè)計和測試研究國十一五課中低速磁懸交通技術(shù)及工程化應(yīng)用研究之子課題,2009年完成,2010年3月通過驗收)等工作,負(fù)責(zé)其中軌道系統(tǒng)分本文結(jié)了筆者與上述各中低速磁浮有關(guān)作的經(jīng)驗,對于軌道系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計要點進(jìn)行了要的分析,可為似工程提參考。參考獻(xiàn):2DVch=1296gR式中 h超高值,m;D軌距,m;Vc列車通過度,m/;g重力加速度,981m/2;R曲線半徑,。(2)外軌超最大允許值大超高值根據(jù)行車度輛性能軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和乘客舒適度確定的現(xiàn)階段,外軌超高最大允許主要由車懸浮起落能限制。車在曲線線路停車時,如高值設(shè)置大,車輛轉(zhuǎn)架上電磁鐵與導(dǎo)軌磁極間磁力偏離垂向過多,列車無法浮起。據(jù)現(xiàn)階段車輛性能要求,唐山試