（道路与铁道工程专业论文）城市轨道交通车站线路设计关键参数及站台间隙研究.pdf

中文摘要 摘要：目前地铁车站站台边与车体间隙过大，经常导致乘客上下车发生踏空 受伤事件。本文充分考虑计算站台间隙时所必须考察的参数，分别针对曲线地段 与直线地段对站台间隙的影响因素进行了计算与分析，完善了站台计算长度内的 线路平面曲线半径最小取值范围，针对直线地段站台间隙提出了合理的改善建议， 以使站台设计更为合理，减少这类受伤事件的发生概率。 本文在现有研究资料基础上，对城市轨道交通车站线路设计参数及站台的合 理间隙开展了如下几个方面的具体研究： 1 研究了车站线路平纵断面的主要设计参数，对地铁线路如何合理确定相关 参数作了较详细的论述。 2 针对曲线地段车站线路加宽的必要性，分别计算了a 、b 型车在曲线地段 的内外侧加宽值。并在符合曲线站台边缘至车辆轮廓线之间允许的最大间隙量基 础上，为这两种车型确定了曲线车站线路的最小曲线半径值。此外，进一步分析 了在线路平面处于特别困难条件下，线路平面蓝线半径的合理半径取值。 3 利用力学运动分析方法建立了车辆系统模型，并通过利用线性加速度法求 解运动微分方程的数值解，研究了系统在特定条件下的侧向动态特性。其中对轨 道不平顺与车辆蛇行运动的理论分析作了详细论述，并以此两者的合成运动作为 系统的随机激励，建立了系统侧向动态特性分析的基础。 4 利用文章中建立的车辆系统模型，进行系统侧向动态特性的研究。从线路 平顺性、车辆运行速度、蛇行运动波长与幅值、不同车型几个方面，探讨了列车 在直线段上行驶时因轨道不平顺与车辆的蛇行运动造成的车辆侧向动态偏移以及 影响变化规律。分析了在最不利因素下车辆的侧向位移，进而探讨了其对计算站 台间隙大小的影响，从而为城市轨道交通站台间隙的合理确定提供理论参考。 关键词：城市轨道交通；线路设计；车辆偏移；站台间隙 分类号：u 2 1 2 3 ；u 2 9 1 6 9 a b s t r a c t a b s t r a c t ：m a n yp a s s e n g e r sw e r ei n j u r e dd u e t ot h eo v e r l a r g eg a pb e t w e e nt h e p l a t f o r me d g ea n dt h ec a r r i a g eb o d yi nm e t r os t a t i o n s i nt h i sp a p e r w eh a v es e r i o u s l y c o n s i d e r e da l lt h ep a r a m e t e r sr e q u i r e df o rc a l c u l a t i n gt h ep l a t f o r mg a p ，h a v ea s s i g n e d c a l c u l a t i o na n da n a l y s i sw o r kt oa l lf a c t o r sw h i c hm a yi n f l u e n c et h ep l a t f o r mg a p s e p a r a t e l yf o rt h el i n e a rs e c t o ra n dt h ec u r v i l i n e a rs e c t o r , c o n s u m m a t e dt h em l m m u m v a l u er a n g eo ft h ec u r v er a d i u so ft h er o u t es u r f a c ei nt h es t a t i o np l a t f o r ms e c t o r , a n d h a v er a i s e ds e v e r a lr e a s o n a b l es u g g e s t i o n sf o ri m p r o v i n gt h ep l a t f o r mg a pd e s i g nf o r t h el i n e a rs e c t o r w eh o p et h i sw o r kc a nf u r t h e ri m p r o v et h ep l a t f o r md e s i g ni nm e t r o s y s t e m sa n dc o n s e q u e n t l yl o w e rt h e r a t eo ft h ep a s s e n g e ri n j u r i n ga c c i d e n t s b a s e do nt h ef o u n d a t i o no fo t h e rc u r r e n tr e s e a r c hw o r k s ，w es e tu ps e v e r a ls p e c i f i c r e s e a r c h e sf o rt h er o u t ed e s i g np a r a m e t e r so ft h eu r b a nr a i lt r a n s i ts t a t i o n sa n dt h e p l a t f o r mg a pd e s i g nc r i t e r i a , w h i c ha r ea sf o l l o w s ： i h a v er e s e a r c h e dt h em a i nd e s i g np a r a m e t e r so ft h es t m i o nr o u t ep r o f i l e ，a n dh a v e p r o v i d e dd e t a i l e dd e s c r i p t i o n so nh o w t or a t i o n a l l yc h o o s es u c hp a r a m e t e rv a l u e si n m e t r or o u t ed e s i g n s 2 d u et ot h en e c e s s i t yo fi n c r e a s i n gt h es t a t i o nr o u t ew i d t hi nc u r v i l i n e a rs e c t o r s ，h a v e s e p a r a t e l yc a l c u l a t e dt h ew i d t hv a l u ei n c r e a s e di nt h ei n n e ra n dt h eo u t e rs i d eo ft h e e u r v i l i n e a rs e c t o rc o r r e s p o n d i n gt ot h ea a n dbm o d e lc a r r i a g e s b a s e do ns a t i s f y i n gt h e a l l o w e dm a x i m u mg a pv a l u eb e t w e e nt h ec u r v i l i n e a rp l a t f o r me d g ea n dt h ec a r r i a g e c o n t o u rl i n e h a v ed e t e r m i n e dt h em i n i m u mc u r v er a d i u sv a l u ea l l o w e df o rs t a t i o n r o u t e si nc u r v i l i n e a rs e c t o rc o r r e s p o n d i n gt ot h e s et w oc a r r i a g em o d e l s a n dh a v e f u r t h e ra n a l y z e dt h er e a s o n a b l er a d i u sv a l u eo ft h er o u t es u r f a c ep o s s i b l ef o rc h o i c e w h e nu n d e re x t r e m e l yd i f f i c u l ts i t u a t i o n s 3 h a v ec r e a t e dt h ev e h i c l es y s t e mm o d e lb ym e c h a n i c a lm o t i o na n a l y s i sm e t h o d f u r t h e r , b ys e l e c t i n gt h el i n e a r a c c e l e r a t i o nm e t h o da sw a yt og e tt h en u m e r i c a l s o l u t i o n so ft h em o t i o nd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s ，r e s e a r c h e dt h ev i b r a t i o np e r f o r m a n c e so f t h es y s t e mu n d e rp a r t i c u l a rc o n d i t i o n s a l s oh a v ep r o v i d e dd e t a i l e dd e s c r i p t i o n sa b o u t v l l t h e o r i e so ft r a c ki r r e g u l a r i t ya n dv e h i c l ec r a w lw a v em o t i o ni nt h ep r e v i o u sp r o c e s s ，a n d b yu s i n gt h ec o m b i n a t i o no ft h e ma st h ev i b r a t i n gr e s o u r c e ，e s t a b l i s h e dt h ef o u n d a t i o n o ft h es y s t e ml a t e r a ld y n a m i c a la n a l y s i s 4 b yu s i n gt h ec r e a t e dv e h i c l es y s t e mm o d e l ，w eh a v ec a r d e do u tr e s e a r c h e sf o rl a t e r a l d y n a m i c a la n a l y s i so ft h es y s t e ma n dh a v ed i s c u s s e dt h ev e h i c l el a t e r a ld e v i a t i o na n di t s r e g u l a r i t yf o rc h a n g ei nl i n e a rs e c t o r sc a u s e db yt h et r a c ki r r e g u l a r i t ya n dt h ev e h i c l e c r a w lw a v em o t i o nf r o ms e v e r a la s p e c t si n c l u d i n gt h er o u t er e g u l a r i t y , t h ev e h i c l e m o t i o ns p e e d ，t h ew a v e l e n g t ht o g e t h e rw i t ht h ea m p l i t u d eo ft h ec r a w lw a v em o t i o na n d t h ev e h i c l et y p e s k e y w o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ；r o u t ed e s i g n ；v e h i c l ed e v i a t i o n ；p l a t f o r mg a p c l a s s n o ：u 2 1 2 3 ；u 2 9 1 。6 9 v n i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：氰殳 签字日期： 加彳年石月弘日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：音i 欠 签字日期：2 口呷年6 月伽日 导师签名： 毁 荔荔。 签字日期： 1 年多月如日 致谢 本论文在我的导师魏庆朝教授悉心指导下得以顺利完成，一言一字都凝聚着 导师的心血。两年的学习生活，魏老师亲切和蔼的性格、治学严谨的学术态度无 不影响到我，促使我在学习方向不断前进。在论文付梓之际，在此衷心感谢魏老 师对我学习上的耐心指导和生活中的亲切关怀! 特别感谢时瑾老师，从论文的着手到撰写成文，整个过程中都给予了我莫大 的帮助，使我受益匪浅。在此向时老师表达我衷心的感谢! 万传风教授在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向万老师 表示衷心的谢意。同时也感谢我的所有任课老师，是他们传授我专业知识，为以 后的科研工作打下了基础! 在论文的撰写过程中，龙许友，招阳，王英杰等各位师兄师姐给予了我大力 的支持和帮助，同时，刘志涛等同学对我论文的研究工作给予了热情的帮助与鼓 励，在此向他们致以我由衷的谢意和感激之情! 还要感谢我的父母和亲友，他们无微不至的爱一直温暖着我，正是他们的理 解与关爱使我能够专心完成学业。感谢他们这么多年来对我学业的支持，是他们 鼓励我不断向更高的目标迈进! 最后，感谢各位老师在百忙之中对我论文的审阅和批评指导! 1 绪论 1 1研究背景及意义 目前国内各大城市中，地铁承担着越来越多的客流任务，但是各城市地铁却 发生过乘客在上下车时踏空受伤事件。经过调查分析得知，导致乘客脚踏空的主 要原因是地铁车体与站台边缘间隙过大。因此，车辆停在站台时车辆与站台间隙 大小的决定是相当重要的。 车站线路设计参数包括平面和纵断面的参数，其主要技术参数将对设站条件、 车站站台间隙设置与工程投资等方面有着非常重要的影响。改善线路的基本参数， 特别是对最小曲线半径、线间距加宽等方面参数的研究，是对完善车站线路设计 的重要方面。所以，在现有规定的基础上，对线路参数的研究与改善具有非常重 要的意义。以期取得车站线路较好的技术条件和节省部分工程投资。 就城市轨道交通系统而言，因其停车时间比较短，为达到乘客安全快速的上 车，一般站台与车辆底板是等高的。图1 1 为车辆停靠在站台时，车辆与站台间隙 的关系位置示意图。站台间隙过大时，若乘客拥挤或不小心，则可能造成脚踏入 间隙中、乘客被夹入屏蔽门与车体缝隙中或残障者所使用的轮椅无法上下车；若 站台间隙过小时，则可能导致车辆进出站时，与站台摩擦造成危险，站台与车辆 也将受损害。按照地铁设计规范( g b 5 0 1 5 7 _ _ 2 0 0 3 ) 规定【1 】：地铁车站站台边 缘至线路中心线的距离按车辆限界加l o m m 的安全间隙确定，站台边缘与车辆轮 廓线之间的间隙不应大于l o o m m 。因此，目前国内地铁车站站台与车体轮廓间隙 基本都是按照l o o m m 的间隙确定的，而屏蔽i - j n 是按照车辆限界加2 5 m m 间隙确 定的。根据调查，上海地铁超过5 0 的站台边缘与车辆轮廓线的距离大于设计的 间隙要求，个别曲线车站地段甚至达到了2 2 0 m m 。上述冲突如果不能在初步设计 时审慎评估，事后的修改所需人力与经费是相当庞大的。因此，科学合理的设计 站台间隙是十分必要的。 图1 1 车辆与站台间隙关系示意 f i g 1 - li l l u s t r a t i o no f v e h i c l ea n dp l a t f o r mg a p 1 2国内外研究现状 1 2 1 城市轨道交通发展 城市轨道交通以其大运量、高效率、低污染等优势，已成为许多大城市解决 交通问题的首要选择。城市轨道交通采用全封闭道路，立体交叉，自动信号控制 系统和轻型快速的电力驱动车组，行车密度高，旅行速度快，单向客运量大，其 城市客流的运载能力和其他传统道路交通工具相比，优势十分明显。 目前，国外城市快速轨道交通主要有：地下铁道( m e t r o ) 、快速轻轨交通( l i 玎) 、 高架独轨交通( m o n o r a i l ) 、新交通系统( a g t ) 和磁悬浮交通( m a g l e v ) 等。我 国也形成以地铁、城市快速铁路、高架轻轨为主的多元化发展趋势。 1 地下铁道交通 自英国伦敦世界上第一条地铁投入运营，迄今有1 3 0 多年【2 】的历程。目前全球 已有1 2 0 多个城市拥有地铁，总营运里程超过7 0 0 0 k m ，目前地铁( a 型、b 型、 2 c 型和低地板轻轨车【3 1 ) 已成为城轨交通运载工具的主流模式。 地下铁道的主要特征：客运量大；线路的全隔离全封闭和信号控制的高度自 动化，保证了地铁车辆的高车速和高行车密度运行；地下铁道线路在市中心区均 设在地下，当线路延伸至近郊时采用高架或路堤的型式，线路全部或大部设于地 下的目的是为了节约投资；地铁列车的编组数决定于客运量和站台长度，一般为 6 8 辆【堋。 2 城市快速轻轨交通 轻轨交通，又叫快速有轨交通。它是一种中等运量的城市轨道交通客运系统， 其客运量在地铁与公共汽车之间。轻轨交通是国外2 0 世纪7 0 年代在传统有轨电 车的基础上发展起来的一种先进的城市公共交通。据统计，现在全世界已有2 7 0 多座城市建有新型轻轨交通系统【8 一。 城市快速轻轨交通的主要特点【8 ，9 】：轻轨交通是以钢轮和钢轨为走行系统的交 通方式，其车辆的牵引动力为电力，可以是直流传动、交流传动或线性电机传动 等；其建设投资要比地铁少得多，通常轻轨每公里造价仅为地铁的l 2 1 5 ；轻轨 交通车辆可单节运行，也可编组运行；其线路可以是地面、地下和高架，与地面 道路可以部分混行，也可以完全隔离；以电为动力，对环境无污染；轻轨交通系 统通常都要考虑信号装置和行车指挥系统，以保证行车安全，如果运行速度高， 行车密度大，还要设置自动闭塞信号系统。 3 城市独轨铁路交通 独轨交通，国外也称为独轨铁道，是指车辆在一根轨道上运行的轨道交通系 统。车辆的旅行速度为2 7 3 7 k m h ，最大输送能力为2 3 万人日。独轨交通可分 为跨座式和悬挂式两种类型，跨座式是车辆跨坐在轨道梁上行驶，悬挂式是车辆 悬挂在轨道梁下方行驶。 独轨铁路交通的主要特点【1 0 1 ：占地小；构造较简单；建设投资费用低，仅为 地铁建设费用的三分之一左右；独轨铁路一般采用轻型车辆，列车编组数为和6 辆；可运行于闹市区；噪声小且乘坐舒适。 独轨交通已经经历了一个多世纪的发展历程，第二次世界大战后，随着科学 技术的进步，独轨铁路的技术逐渐成熟，轨道、车辆和通信信号设备都有了很大 的发展，再加上独轨铁路可以利用公路和河流上方空间，独轨技术受到一定的重 视。但是，因为独轨铁路的导向、稳定等关键技术问题尚未完全解决，而且独轨 交通的运输能力又与有轨电车不相上下，技术要求却高得多，因此在世界范围内 并没有得到广泛的应用。 4 新交通系统 新交通系统是指车辆采用橡胶轮、电气牵引，在有特殊导向的专用轨道梁上 3 运行的系统【1 1 1 。在系统中车辆可在线路上无人驾驶，无人管理，完全由中央控制 室的计算机集中控制，自动运行。新交通系统与独轨交通有许多相同之处：采用 高架线路，列车编组2 - 6 辆，每小时单向运能在l 万人次左右，采用电力驱动， 橡胶轮走行。新交通系统与独轨交通系统最大的区别在于除有走行轨外，还设有 导向轨，另外新交通系统的自动化程度也比较高。新交通系统的导向系统可分为 中央导向方式和侧面导向方式。 5 城市磁悬浮交通 磁悬浮交通利用电磁铁将车辆悬浮在轨道之上，在运动中没有轮轨的接触关 系。磁悬浮交通一般可分为：高速超导型，最高速度为5 5 0 k m h ；中速常导型，最 高速度为2 5 0 k m h ；低速常导型，最高速度为1 0 0 - - , 1 2 0 k m h 。城市磁悬浮交通采用 采用低速常导型。 磁悬浮交通最大的特点是运行中完全脱离传统的轮轨关系，噪声极低，仅为 空气摩擦声和电气噪声等，无黏着限制，可实现最大的启动加速度和制动减速度， 可在大坡度线路运行，机械振动小，舒适性和平稳性高，维修费用低【1 2 】。 城市磁悬浮交通采用电力驱动，牵引、制动采用交流直线电机，进行调频调 压控制。磁悬浮采用电磁铁调压控制，依靠磁力自导向，列车编组与地下铁道相 近。城市磁悬浮交通的主要缺点是列车发生事故后救援工作困难。 1 2 2城市轨道交通线路设计的特点 与城市间铁路比较，城市轨道交通线路设计有如下特点【1 3 】： 1 城市轨道交通的设计年限较长，近期为交付运营后第l o 年，远期应符合城 市总体规划规定的年限，且不少于交付运营后2 5 年。 2 线路一般为双线，一般车站处只有2 股道，通常每条线路设有1 个车辆段 和1 个停车场。城市轨道交通客运量大，必须采用分方向追踪运行；线路车站设 有经常性的调车作业，为节省用地，一般车站不设到发线，车辆集中停放在车辆 段和停车场。 3 运距短，站点密，停车频繁，中等运营速度。城市内客运的运距短，且全 面地分布在整个城市区域内，为保证线路的客流吸引力，通常站距在1 - 2 k m 。列 车要起动加速到最高速度，再由最高速度制动使其在车站中心位置停下来，都需 要一定的距离，其长度与最高速度成正比。目前国内外城市轨道交通系统实际上 选用的车辆的最高运营速度都不超过9 0 k m h ，平均运营速度多为3 0 - - 4 5 k m h 。 4 列车长度较短。城市客流可容忍的等待时间较短，要求发车间隔时间不能 太长，一般不大于1 5 m i n 。由于线路各站点的吸引范围小，在这段时间里聚集的客 4 流量有限，因而列车编组长度比城间列车短，通常为4 - - , 8 节车厢。这样，供乘客 上、下车的站坪长度就短了，通常在1 0 0 2 0 0 m 。 1 2 3城市轨道交通线路设计参数研究综述 线路的设计必须满足行车安全、平顺与养护维修工作方便等要求并保证乘客 一定的舒适度，符合有关设计规范的要求。由于我国轻轨交通的线路设计规范尚 未制订，下面主要介绍地铁规范的相关设计标准【l 】。 城市轨道交通线路设计分平面、纵断面、横断面三个部分。从平面上看，线 路是由直线和曲线组成。曲线包括圆曲线和缓和曲线。其平面设计的主要技术要 素有最小曲线半径、夹直线最小长度、最小圆曲线长度、缓和曲线线型和长度。 从纵断面上看，线路包括坡段及坡段间的连接。纵断面设计的主要技术要素有最 大坡度、坡度代数差、竖曲线线型和曲线半径。横断面设计则要满足线路各个断 面列车通过的限界要求。 城市轨道交通线路按其与地面的关系可分为隧道( 地下线路) 、地面线路、高 架线路( 地上线路) ；按其在运营中的作用可分为正线、辅助线和车场线。正线是 指列车正常运行的线路，一般为双线。辅助线包括车辆段出入线、停车场出入线、 车站配线( 存车线、渡线、折返线) 及两线路之间的联络线。车场线简称场线， 包括牵出线、车底( 空车列) 停留线、检修线及综合基地内各种作业线。 目前，许多学者对国内外线路设计参数的研究进行了系统分析，为不断完善 并确定线路设计参数的选取奠定了基础。其中有些已经应用于设计中，并将逐渐 反映在现实当中。 铁道第三勘察设计院的欧阳全裕老师针对地铁不同于一般铁路的特点和现有 技术资料不完全适用的情况，对地铁线路平面曲线设计中如何合理确定相关参数 问题作了较详细的研究。曲线半径应根据行车速度、沿线地形、地物等条件因地 制宜由大到小合理选定。地铁线路不同于野外一般铁路，它往往受城市道路和建 筑物控制，曲线半径选择自由度小，常须设置较小半径曲线。地铁设规规定： “地铁线路正线的最小曲线半径一般情况为3 0 0 m ，困难情况2 5 0 m 。 在实际设计 中，对2 5 0 m 半径曲线，因其钢轨磨耗陡然加剧，除非因特殊条件控制不得已时方 可采用，一般应控制在最小3 0 0 m 。例如，天津地铁1 号线南段，因受津萍大厦桩 基( 地下线) 和城市干道交叉口及地铁设站位置( 高架线) 控制，经多次研究比 选，设计了3 处3 0 0 m 半径曲线【1 4 1 。对于曲线线间距加宽的问题，地铁双线并行区 间曲线地段为满足车辆、设备、建筑等限界要求，曲线地段线间距应在直线地段 线间距基数上予以加宽。其加宽值应根据车辆选型、曲线半径、外轨超高等计算 5 确定。 同济大学沪西校区铁道建筑工程系的顾保南、程曜彦、叶霞飞教授和上海现 代建筑设计集团的姜晓明老师就轨道交通正线的最小曲线半径标准及其选用进行 了研究。目前很多专家对选择最小曲线半径有一种倾向性的看法，就是最小曲线 半径按现行规范的取值范围宜大不宜小，这样就导致目前在建的一些轨道交通正 线的最小曲线半径在3 0 0 m 甚至4 0 0 m 以上，其主要理由是改善运营条件，降低运 营成本。他们认为，不能简单地套用现行规范的曲线半径标准，应该根据具体情 况加以综合分析，科学合理地选用最小曲线半径。我国目前的城市轨道交通线路 在选择最小曲线半径标准时有增大的趋势，这对降低城市轨道交通造价、改善换 乘设计方案是不利的。因此，他们对曲线半径对工程可实施性、工程费、运营费、 换乘设计方案及车辆选型的影响进行了较全面系统地分析，论述了降低城市轨道 交通最小曲线半径标准值的重要性及合理性。他们建议在目前车辆条件下可降低 车站两端的最小曲线半径标准，同时尽快投入力量积极研究适应较小半径曲线的 新型车辆，以降低轨道交通土建成本，并为改善换乘设计方案提供更有利的条件 ( 1 5 】 o 铁道第三勘察设计院的孟凡铁老师结合沈阳地铁线路设计经验，采用几何和 代数方程方法进行研究。把地铁线路设计、施工的经验体会系统化，把理论和具 体做法通过实例总结出来，针对辅助线、线路停车线有效长度、曲线线间距、曲 线站台与线路中心距离、节能坡度等的设计进行了技术分析，提出了技术可行的 具体算法。并阐述了设计中结构限界、轨道类型、信号制式等对线路设计的影响。 此研究的计算方法，表明线路设计需要根据行车、结构、建筑、给排水、轨道、 信号等要求以及不同的项目特点，决定不同的设计内容，要进行多方案比选，合 理确定线路设计参数。线路的设计反过来也影响轨道、信号参数、结构的施工工 法、车站建筑等设计。由于地铁为地下永久性工程，具有投资大，造价高等特点， 所以线路设计方案的优劣，直接影响整个工程的造价、风险【1 6 1 。 广州地铁运营事业总部的谢小星工程师结合广州地铁客车救援情况下的行车 组织、救援程序及时间，对影响停车线之间距离的容许中断正线行车的时间、客 车救援时间、救援故障发生的频率等因素进行了分析。提出了加大停车线设置间 隔和延长停车线长度的观点。他认为：当两个具备临时停车条件的车站相距较远 时，沿线车站加设停车线对行车组织较为有利，停车线之间的间隔设置应综合考 虑各方面因素，从行车、服务、投资等方面做出比较，选出符合自身地铁情况的 停车线的设置要求；但每隔3 个车站加设停车线过于密集；而采用沿线每隔6 个 车站加设停车线，将单条停车线有效长度延长一倍的方法，在行车组织、乘客服 务上都有较大的改进。该探讨对停车线分布条件提供了方法【1 7 】。 6 广州市地下铁道总公司建设事业总部的黄红东老师针对我国地铁曲线轨道超 高值的规定，综合分析曲线超高对地铁行车、线路、轨道、限界、车辆、信号以 及运营组织的影响，同时又比较了日本曲线超高值设计经验，对我国现行地铁 设计规范( g b 5 0 1 5 7 2 0 0 3 ) 有关曲线轨道最大超高值进行了必要补充说明，提 出地铁曲线轨道最大超高值设置的分析见解【1 8 】。 深圳市地铁有限公司的吴永芳老师通过对站台与列车间空隙的现状调查、车 辆限界的分析和标准规范的解读，提出缩小该空隙的必要性和可行性。以 b o m b a r d i e r 公司供货的深圳地铁车辆为例，运用车辆动力学模拟的限界计算结果 进行站台空隙缩小试验。理想的站台空隙仅满足实际车辆限界的要求，行车安全 空隙利用齿形橡胶填充为柔性间隙，在确保行车安全的同时使乘客上下车更安全。 车站站台边缘与列车间空隙的大小涉及车辆、轨道、线路、进站或过站速度、气 候条件及车辆与轨道养护维修限值等因素综合影响的结果，综合而言是取决于车 辆限界。由于站台空隙大小影响行车安全和乘客上下车安全，因此在保证列车进 站或过站时行车安全的同时，不能忽视车站乘客上下车的安全。从这一点上来讲， 与区间车辆限界计算仅保证行车安全的情况不同。按现行的地铁限界标准进行车 辆限界计算时虽然有车站和区间的区分，但其车辆限界计算的参数、工况或条件 值得研究。按概率划分的计算参数，无论是归入随机的还是非随机的，受力学平 衡的约束，所有参数在同一时间都达到极限值是不可能的。现行标准计算的车辆 限界可以看作是车辆运动空间最大限界的要求。车辆供应商设计、制造并提供运 营的车辆，其车辆实际运动空间肯定小于标准要求的车辆限界，车辆实际运动空 间的限界可称为实际车辆限界。站台与列车间空隙大小取决于实际车辆限界，纳 入站台空隙的行车安全空隙可以利用“竖刚纵柔 的物体( 如齿形夹钢橡胶安全 装置) 填充为柔性间隙，避免乘客上下车时踩空，体现城市轨道交通“以人为本 的服务思想l l w 。 上海地铁运营有限公司的邵伟中、陈光华工程师与同济大学运输管理工程系 的刘瑶、徐瑞华老师分析了巴黎市域轨道交通( r e r ) 线的发展建设过程和线路 特点，并重点研究了市域轨道交通线的几种主要车站布置形式。折返站布置能适 应一端折返，且能满足列车越行的需要；终点站的折返能力和存车能力加强；换 乘站合理设置侧线、渡线和相应的连络线；分岔站的布置应尽量避免主线和支线 问的行车干扰，方便乘客换乘。这些市域轨道交通线线路、车站设置的特点对我 国市域轨道交通线的规划、建设具有借鉴作用【2 0 】。 1 3研究内容及方法 7 本文在对现有线路设计参数研究的基础上，对城市轨道交通车站线路设计参 数及站台间隙的合理确定方面进行了分析，主要研究内容及方法如下： 第一章：主要介绍了论文的研究背景及意义，对国内外研究现状作了较详细 的阐述，概述了本文的研究方法及内容。 第二章：研究了车站线路平纵断面的主要设计参数，对地铁线路如何合理确 定相关参数作了较详细的论述。 第三章：针对曲线地段车站线路加宽的必要性，曲线车站站台边缘距线路中 心线的距离，应在直线车站站台边缘线距线路中心线的距离基础上进行加宽，分 别对a 、b 型车在曲线地段的内外侧加宽值进行了计算。在符合曲线站台边缘至车 辆轮廓线之间允许的最大间隙量1 8 0 r a m 基础上，针对a 、b 型车，确定了曲线车 站线路最小曲线半径值。此外，进一步分析了在线路平面处于特别困难条件下， 线路平面曲线半径可采用的合理半径取值。 第四章：利用力学运动分析方法建立了车辆系统模型，并通过利用线性加速 度法求解运动微分方程的数值解，研究了系统在特定条件下的侧向动态特性。其 中对轨道不平顺与车辆蛇行运动的理论分析作了详细论述，并以此两者的合成运 动作为系统的随机激励，建立了系统侧向动态特性分析的基础。 第五章：利用上一章建立的车辆系统模型，进行系统侧向动态特性的研究。 从线路平顺性、车辆运行速度、蛇行运动波长与幅值、不同车型几个方面，探讨 了列车在直线段上行驶时因轨道不平顺与车辆的蛇行运动造成的车辆侧向动态偏 移以及影响变化规律。分析了在最不利因素下列车的侧向位移，进而探讨了其对 计算站台问隙大小的影响，从而为城市轨道交通站台间隙的合理确定提供理论参 考。 第六章：对全文内容进行总结，并根据分析结果提出了今后工作的建议及研 究的展望。 8 2 车站线路平纵断面主要设计参数研究 2 1城市轨道交通线路设计原则 ( 一) 线路设计原则 1 符合城市总体规划 地铁、轻轨是为城市繁荣和发展经济服务，为市民的出行提供快速便利的交 通工具，为日趋严重的城市地面型车难解困，因此地铁的选线设计必须符合城市 总体发展及改造规划。 2 符合城市轨道交通线网规划 地铁、轻轨是一个庞大而复杂的系统工程，涉及面广，其线位必须依据城市 轨道线网详细规划，充分利用规划给留出的地下和地上空间。 3 节约城市土地资源 地铁、轻轨是在高人口密度、高建筑密度、高交通密度的城市市区环境里修 建的，空间十分拥挤，土地资源宝贵。地铁线路必须为节约土地及空间进行精心 设计，尽可能与城市道路共用通道，尽量与道路红线及城市主要建筑物平行，地 铁隧道、车站、出入口等，有条件与城市建筑结合的，应尽量结合。 4 减少城市拆迁工程 地铁线路不同于野外一般铁路，它往往受城市道路和建筑物限制，线位选择 自由度小，选定线位必须经仔细勘测、设计，多方案比选确定，尽量避免或减少 建筑物拆迁和沿线各类管道切改工程。 ( 二) 线路平纵断面设计原则 1 要保证列车运行的安全、平稳及乘客舒适，此外，地面及高架线还要注意 与城市景观的协调。 2 要结合不同的地形、地质、水文条件，线路敷设方式与埋深或架高要求， 隧道施工方法，地上、地下建筑物及基础情况，线路平面条件等，进行合理设计， 力求方便乘客使用和降低工程造价。 3 有条件时尽可能设计符合列车运行规律的节能坡型，即车站布置在纵断面 的凸形部位上，并设计合理的进、出站坡度。区间一般宜用缓坡，避免列车交替 使用制动又给电牵引【1 ，2 1 1 。 2 2车站站位选择 9 1 站位选择原则 ( 1 ) 方便乘客使用 地铁车站站位应为乘客使用提供方便，使多数乘客步行距离最短。尽量通过 短的出入口通道，将购物、游乐中心、住宅、办公楼与车站连通，为乘客提供不 被太阳晒、不被雨淋的乘车条件。对于大型客流集散地段的车站，还应考虑乘客 进出站行走路线，尽量避免人流不顺畅、出入口被堵塞和车站站厅客流分布不均 匀的现象。对于突发性的大型客流集散点，如体育场，车站不宜靠近观众主出入 口处。 ( 2 ) 与城市道路网及公共交通网密切结合 地铁路网密度和车站数目均比不上地面公交线路网，必须依托地面公交线路 网络，为地铁车站往返输送乘客，使地铁成为快速大运量的骨干系统。一般将地 铁车站设在道路交叉口，公交线路在地铁车站周围设站，方便公交与地铁之间的 换乘。 ( 3 ) 与旧城房屋改造和新区土地开发结合 ( 4 ) 方便施工、减少拆迁、降低造价 ( 5 ) 兼顾各车站间距离的均匀性 2 一般车站位置选择 一般车站按纵向位置分为跨路口、偏路口一侧、两路口之间三种，按横向位 置分为道路红线内、外两种位置，见图2 1 。 。- - i _ 畛钐髟黝 _ 坳 l l 图2 1 车站位置与路口关系 f i g 2 - 1r e l a t i o nb e t w e e ns t a t i o ns i t ea n d j u n c t i o n ( 1 ) 跨路口站位 北京一、二期工程地铁车站多采用这种站位。站位跨主要路口，并在路口各 i o 个角上都设有出入口，乘客从路口任何方向进入地铁均不需要过马路，有利于乘 客安全，减少路口的人车交叉。与地面公交线路衔接好，使乘客换乘十分方便。 ( 2 ) 偏路口站位 上海地铁1 号线一期工程的车站站位一般多偏路口一侧设置。车站不易受路 口地下管线影响，减少车站埋深，方便乘客乘坐，减少施工对路口交通的干扰， 减少地下管线拆迁，降低工程造价。在高寒地区，当地铁为高架线时，可以减少 地铁桥体阴影对路口交通安全的影响。不足之处是乘客集中于车站一端，降低地 铁车站的使用效能，增加运营管理上的困难。北京地铁崇文门车站偏崇文门路口 西侧设置，1 9 8 5 年客流调查表明东西两厅的乘客数为9 ：l ，相差甚为悬殊。将车 站出入口伸过路口，或增加路口过街人行地道( 天桥) ，并与地铁出入口连通，或 者将车站设计成上下两层式，可以改善偏路口车站的功能。 ( 3 ) 站位设于两路口之间 当两路口都是主路口且相距较近( 小于4 0 0 m ) ，横向公交线路及客流较多时， 将车站设于两路口之间，以兼顾两路口。 ( 4 ) 贴道路红线外侧站位 一般在有利的地形地质条件下采用。基岩埋深浅、区间可用矿山法暗挖、道 路红线外侧有空地或危旧房区改造时，地铁可以与危旧房屋改造结合，将车站建 于红线外侧的建筑区内，可少破坏路面，少动迁地下管线，减少交通干扰，充分 利用城市土地。 3 大型突发客流集散点站位 大型体育场一般只有突发性客流，地铁车站不宣靠得太近，防止集中客流对 地铁车站的冲击，车站出入口离开体育场主出入口一般应在3 0 0 m 以上。突发客流 强度越大，距离越应大些。 4 大型商业区站位 乘客到大型商业区购物，一般会货比三家，而不太计较时间和步行距离，地 铁站位距商业区中心不宜超过5 0 0 m 距离。北京地铁8 号线规划路由向东绕经南河 沿大街，车站距王府井百货大楼约5 0 0 m ，就是考虑到既要照顾王府井商业中心， 又要避免8 号线向东绕行距离过长【2 2 1 。 2 3车站圆曲线参数研究 2 3 1现行车站圆曲线参数标准 曲线半径应根据行车速度、沿线地形、地物等条件因地制宜由大n d 合理选 定。地铁线路不同于野外一般铁路，它往往受城市道路和建筑物控制，曲线半径 选择自由度小，常须设置较小半径曲线。小半径曲线具有限制车速、养护比较困 难和钢轨侧面磨耗严重等缺点，特别是在地铁运量大、密度大的情况下，上述缺 点更加突出。因此，最小圆曲线半径应有一定限制。设规规定地铁线路曲线半 径不得小于表2 1 标准： 表2 - 1 最小曲线半径m t a b l e2 1m i n i m u mc u r v er a d i u s m 一般情况困难情况 线路 a 型车b 型车a 型车b 型车 v 叠0 k m h3 5 03 0 03 0 02 5 0 正线 8 0 k m h v l0 0 k m h5 5 05 0 04 5 04 0 0 联络线、出入线2 5 02 0 01 5 0 车场线1 5 0l l o1 l o 由于轻轨交通运量较小，最小曲线半径视车型情况可采用比地铁线路更小的 数值。 车站站台段线路应尽量设在直线上，因为站台上有大量旅客活动，直线站台 通视条件好，有利于行车安全；而且城市轨道交通多为高站台，曲线站台与车辆 问的踏步距离不均匀，不利于旅客上下车和乘车安全。在困难地段，站台段线路 也可设在曲线上，为了保证行车安全和合理的踏步距离，其半径不应小于8 0 0 m 。 正线及辅助线的圆曲线最小长度，a 型车不宜小于2 5 m ，b 型车不宜小于2 0 m ， 在困难情况下不得小于一个车辆的全轴距。当不满足该最小长度时，可适当减短 缓和曲线长度或适当调整线位增大f h j 线偏角，达到规定最小长度。 正线及辅助线上两相邻曲线间的夹直线长度( 不含超高顺坡及轨距递减段的 长度) ，a 型车不宜小于2 5 m ，b 型车不宜小于2 0 m ，在困难情况下不得小于一个 车辆的全轴距；车场上的夹直线长度不得小于3 m 。 2 3 2曲线限速分析 列车通过曲线地段，为保证行车安全和满足乘客舒适度要求，列车必须限速 运行。列车通过曲线时允许的最大速度，通常简称曲线限速，应根据曲线半径、 外轨超高和乘客舒适度要求计算确定【2 3 1 。 为防止列车倾覆，保证行车安全，设规规定了地铁曲线外轨最大超高允许 值为1 2 0 m m ，从乘客舒适度考虑，因列车在曲线上运行时产生了惯性离心力使乘 客有不适感，必须通过设置适当的外轨超高而产生向心力与离心力相平衡。根据 1 2 国内外实验资料，按舒适度要求，未被平衡部分离心力产生的横向加速度允许值 为0 4 m s 2 ，据此可推算出因最大超高限制而产生的超高不足即“欠超高 允许值 为6 1 r a m ， 设规对此已作出条文规定：“当设置的超高值不足时，可允许有不大 于6 1 r a m 的欠超高。 1 曲线限速计算公式 按圆周运动理论可推导出( 超高与向心力关系如图2 2 所示) ： 图2 - 2 超高与向心力关系 f i g 2 - 2r e l a t i o nb e t w e e ns u p e r e l e v a t i o na n dc e n t r i p e t a lf o r c e 半径为r 的曲线地段，行车速度v 与曲线外轨超高h 的基本关系式为： j j l 。，：坐芝 ( 2 1 ) r 由此可推导出地铁曲线限速计算式为： 一：孽 = 、v 萼( 12 0 + 雾6 1 ) r = 3 9 x r 即一= 3 9 4 r ( k m h ) ( 2 2 ) 式中 一一曲线限制速度( k m h ) ； r 一一曲线半径( m ) ： 一地铁允许最大超高值1 2 0 r a m ： 一地铁允许欠超高值6 1 r a m 。 客货混运的一般铁路，规定在一般情况下，最大超高1 5 0 r a m ，允许最大欠超 高7 5 r a m ，其曲线限速计算公式为一= 4 3 尺。相比较，可见作为客运专线的地 铁具有较好的乘坐舒适度。 1 3 2 曲线限制速度表 由式( 2 1 ) 便可简捷地计算出各种较小半径的