城市轨道交通第4章+固定设施之一.ppt

第四章城市轨道交通固定设施子系统之一 1轨道结构 2线路 3区间结构 4供电系统 1轨道结构 一 概述轨道交通系统的构成主要包括 轨道 车站建筑 车辆 车辆段 结构工程 供电 通信 信号 环控 给排水系统等设施 当然还包括生产者和运输对象 轨道结构的功能 减少荷载作用强度 钢轨 轨枕 道渣 路基 减振降噪 垫圈 道渣等 减振 钢轨平顺度 轨面平滑度 降噪 导向 钢轨与车轮关系 轨道结构是城市轨道交通系统的重要组成部分 一般由钢轨 扣件 轨枕 道床 道岔及其他附属设备组成 分为有渣轨道和无渣轨道两种 二 钢轨与链接零件 功能 导向 传递荷载 为车轮滚动提供小阻力表面 钢轨的断面可以分成轨头 轨底和轨腰三个部分 之间用圆滑曲线相连 钢轨以每m钢轨的质量来区分 我国常用43 50 60 75kg m 检验钢轨的标准有钢轨的化学材质和物理力学指标 钢轨年通过总重在15Mt 吨 30Mt时 采用50kg m钢轨 在30Mt 60Mt时 采用60kg m钢轨 60kg m钢轨的性能性能指标比50kg m钢轨钢轨抗弯强度 34 弯曲应力 28 使用年限 50 200 疲劳破坏造成的更换率 83 3 列车冲击振动 10 钢轨连接 轨道交通钢轨与钢轨是需要连成长轨条 钢和钢是同种材料 可以通过焊接的方式将其焊接成长钢轨 这就是无缝线路 一般而言 焊接长钢轨的无缝线路长为1 目前技术上已可能做到全路段的超长无缝线路 如果没有焊接 则通常采用连接板的联结方式 连接板 三 轨枕1 功用 支撑钢轨 保持轨距和方向 传递压力 木枕的弹性是最好的 结构是最简单的 由于资源有限 在我国除了桥上 道岔上很少使用 2 分类木枕 四 扣件1 定义 连接钢轨与轨枕的中间零件称为扣件 2 作用保持轨距 阻止钢轨相对于轨下基础的纵 横向位移 防止钢轨侧翻 扣件 3 常用类型木枕依靠道钉 铁垫板与钢轨相连 砼轨枕与钢轨之间的连接则有不同的扣件形式可采用 扣件潘德罗扣件罗德扣件减震器扣件 扣件铸钢底板 扣件橡胶轨下垫板 潘德罗扣件 罗德扣件 减振器扣件 轨道减振器底板 五 道床1 功用 均匀传递荷载 阻止轨枕纵 横向移动 保持轨道正确位置 使轨道具有必要的弹性及缓冲性能 排水 便于校正轨道的平面和纵断面 2 分类道渣道床无渣道床 3 道渣道床厚度 30 50cm 顶面宽度 300 310cm 边坡 1 1 5 1 1 75 1 整体道床特点 1 稳定性好 养护维修工作量小 2 构造简单 3 外表整洁美观 4 厚度小 隧道净空高度小 5 无运输困难 6 修复困难 7 施工精度高 8 弹性差 扣件复杂 4 无渣道床 地铁的车站 区间隧道 高架结构或地面路基土建结构工程完工后 就可以进入铺轨工程施工 目前国内倾向于城市轨道交通都采用整体道床轨道结构 铺轨和整体道床一起进行 根据设计要求 可以选择 长轨枕整体道床 上海地铁区间基本采用此形式 短轨枕整体道床 北京地铁区间基本采用此形式 纵向轨枕整体道床 高架线路基本采用此形式 整体道床 直接在现浇混凝土整体道床承轨台上铺设钢轨 整体道床安装施工过程 整体道床 铺轨工程完工后的示意图 注意 设计线路中心线并非隧道结构中心线 当隧道结构工程完工后 整体道床施工队接手的工程示意图如图 仅有结构中心线 可以将施工坐标引入隧道 使用线路中心桩定位线路中心 线路设计标高等 但很清楚 浇灌混凝土后这必然不复存在 而无从复核轨道参数 实际施工中 将坐标换算成如图蓝 红处打入隧道结构中的不锈钢钉 检验无误后即可认为放样完成 进行下一步施工 两轨排间钢轨使用夹板连接 因为这是无螺栓孔的钢轨 以后还要焊接成无缝线路 2 板式轨道板与混凝土机床之间填充沥青水泥沥青材料 3 浮置板轨道 降振减噪 直线轨道的五个要素 1轨距轨道内侧轨面下16mm量测2水平两钢轨面要保持水平3高低钢轨前后高低应保持线性4方向线路的方向应与设计方向一致5轨底坡钢轨底面与水平成1 40的坡度 七 道岔 1 道岔的工作原理及作用 实现车辆转线 停放车辆逐级与走形线连接 2 道岔类型 连接交叉交叉与连接 左开单开道岔 左开单开道岔 左开单开道岔 道岔类型 连接 道岔类型 连接 道岔类型 交叉 道岔类型 交叉 道岔类型 连接与交叉 3 道岔组成 转辙部分 pointsorswitch 转辙器 两根基本轨 两根尖轨 转辙机及连接零件 连接部分 直线连接线和导曲线辙岔部分 frog 心轨 翼轨 护轨及连接零件如 右开单开道岔的组成 可动心道岔消除了有害空间 手动转辙机 手动转辙机 4 如何画道岔 以画右开单开道岔为例 1 作为两条基本轨 画道岔 2 画道岔 3 画道岔 4 画道岔 5 从 点 画道岔 6 画道岔 7 画道岔 8 画道岔 9 标明道岔各部分名称 磁浮列车 独轨车道岔 磁浮列车和独轨车的轨道结构与钢轮钢轨系统不一样 道岔形式则以轨道梁整体移动来解决 5 其他类型轨道车道岔 磁浮列车道岔 独轨线路道岔 主要用于车站尽头线 停车线等处 用于阻止由于操作不当轨道交通车辆冲出尽头线或撞坏其他构造物 最简单的做法是在尽头线端部堆上一堆沙土 碎石等 八 车挡 DT型车挡 固定式 月牙式车挡 滑动式 九 无缝线路 取消夹板链接 用铝热焊或电弧焊等方法 在工厂焊接或现场焊接 优点 连续 平顺 耐磨性好 缺点 技术难度大 维修时工作量大 关键点在于锁定温度 第二节线路设计 轨道交通线路设计的目的就是 要确定轨道交通站位及线路的空间位置 在道路和轨道交通的线路设计中采用 线路平面图 线路纵断面图和线路横断面图来表示 线路大致走向选择影响因素 线路起终点位置 主要客流走廊位置 沿线的大型客流集散点 换乘站位置 不宜经过的地点 敷设方式 一 平面位置 1 影响因素确定轨道交通站位及线路的平面位置 应充分考虑 现状和规划的道路 地面建筑 地下管线和其他构筑物 被保护的文物古迹 使相互影响减至最低程度 并争取取得良好的结合 环境与景观 地形与地貌对高架线和地面线的要求较高 影响较大 工程与水文地质条件及结构类型对施工方法的确定有重要的影响 而施工方法又会影响线路的平面设置和地下线路埋置深度 考虑运营管理需要 2 站间距离 车站之间的距离选定应根据具体情况确定 站间距离太短虽能方便步行到站的乘客 但会降低运营速度 增加乘客旅行时耗 并增大能耗及配车数量 同时 由于多设车站也增加了工程投资和运营成本 站间距离太大 会使乘客感到不便 特别对步行到站的乘客尤其如此 而且也会增大车站负荷 一般说来 市区范围内由于人口密集 大的集散点多 车站布置应该密一些 郊区建筑稀疏 人口较少 车站间距可以大一些 参照国内外已投入运营的轨道交通使用经验 站间距离在市区和居民稠密区推荐采用1km左右 郊区由于情况不一 可根据现状和规划情况因地制宜地确定站位 一般站间距都较大 我国已建地铁平均站间距离 3 敷设形式 1 地面线和高架线 地面线和高架线对乘客来讲比地下线安全感好 噪音小 豁亮通畅 可饱览市容 乘车比较舒服 但对沿线居民产生的影响 在定线时一定要充分考虑行车 维修产生的振动 噪音 以及乘客视线对居民生活的影响 同时要防止建筑物内废弃物投掷到线路上影响行车安全 在建筑 结构 供电设计中更要处理好景观对城市的影响 由于根据相关规范要求所采取的防范措施不同 线路离建筑物的距离也不相同 但最小距离不得小于防火规范的要求 同地铁结合的建筑物除满足防火规范的要求外 还要从结构 轨道等方面加强减振 降噪措施 并要防止因建筑结构设计不当而影响行车安全 2 地下线路 地下线路考虑在道路红线内 沿道路走向 采用路中方案较多 特别是道路两侧建有深桩基础的建筑物的情况下 也有穿越居民区的 线路穿越居民住宅 原因首先是总体线路走向要求 其次十字交叉口 不能满足最小曲线半径的要求 线路所穿越的居民楼多为条形基础的多层房屋 为了减少轨道交通运营对居民的影响 应该采用浮置板等特殊轨道结构 二 线路平面 线路平面是由直线 圆曲线和缓和曲线组成 1 圆曲线 圆曲线参数 T 切线长度 m R 圆曲线半径 m p 圆曲线内偏移量 m K 曲线长度 m l0 缓和曲线长度 m 曲线偏角 0 缓和曲线角度 m 切垂距 技术要素 最小圆曲线半径和最小圆曲线长度 1 最小圆曲线半径轨道交通线路平面圆曲线半径 简称曲线半径 宜按标准半径从大到小合理选用 线路的最小曲线半径和线路的布线有关 也和采用的车型有关 实际工作中 最大半径一般很少超过3000m 400m以下的小半径曲线具有限制车速 养护比较困难 钢轨侧面磨耗严重及噪声大等缺点 特别是在轨道交通运量大 密度高的情况下 上述缺点更加突出 我国规范规定A型车正线的最小曲线半径350m 困难情况下可以300m B型车为250 300m 2 最小圆曲线长度轨道线路平面圆曲线长度越短 对行车和养护维修越有利 但若小于车辆的全轴距时 车辆将同时跨越在三种不同的线形上 危机行车安全 降低稳定性和舒适性 我国地铁设计规范规定 A型车的圆曲线最小长度为25m B型车为20m 在困难行车时不小于车辆的全轴距 2 缓和曲线 目的 实现曲率的渐变和外轨超高的的渐变 技术要素 线形和长度通常线形采用三次抛物线 长度 25 140m 我国轨道交通线路直线段轨距为1435mm 为了让列车能顺利通过曲线段线路 轨距需要加宽 3 最小夹直线长度夹直线若短于车辆的全轴距时 车辆会出现同时跨越两条曲线的情况 影响行车安全 同时会带来养护困难 我国地铁设计规范规定 正线及辅助线相邻曲线间的夹直线长度 A型车不宜小于25m B型车不宜小于20m 在困难情况下不小于一个车辆的全轴距 车场线上的夹直线长度不得小于3m 4 其他 1 车站在曲线上 车站站台段线路设在曲线上时 增加管理上的难度 对行车安全不利 另外曲线半径太小 列车停靠曲线站台时车辆与站台间的间隙过大 对乘客安全不利 根据我国目前使用车辆情况 分别对A型车和B型车进行的间隙验算 并参照国外经验 在困难地段车站可设在半径不小于800m的曲线上 基本满足曲线站台边缘与车辆之间的空隙要求 2 道岔应设在直线上 在困难情况下 道岔可设在曲线上 但道岔端部至曲线端部的距离不小于5m 车场线可减少到3m 道岔宜靠近车站位置 但端部之间的距离不宜小于5m 3 不同号数道岔的导曲线半径和长度不同 会影响线路线间距和长度 过岔速度越高 道岔号数宜越大 正线和辅助线上 宜用9号道岔 车场线 可用不大于7号的道岔 4 城市轨道交通线路不宜采用复曲线 5 折返线的有效长度 宜为远期列车长度加40m 三 线路纵断面 轨道交通线路的纵断面指钢轨面在竖平面上的投影 城市轨道交通的线路纵断面是由坡段和连接相邻坡段的竖曲线组成的 坡段的特征用坡段长度和坡度值来表示 坡段长度Li为该坡段前后两个变坡点之间的水平距离 m 坡段坡度i为该坡段两端变坡点的高程Hi m 除以坡段长度Li m 其值以千分数表示 1 纵断面的技术要素 轨道交通线路纵断面设计的主要技术要素有 最大坡度 最小坡段长度及坡段连接由于城市轨道交通载重量小 运距短 相对于铁路 坡度已不是限制列车牵引质量的主要因素 也不存在机车增减的情况 所以把线路允许设计的最大坡度值就称之为最大坡度 而不称为限制坡度 也不存在加力坡度 在实际设计纵断面时 线路坡度在满足排水及标高控制要求的前提下应尽可能平缓 一般应在20 以下 随着车辆技术的改进 允许的最大坡度值也在增大 可达60 四号线纵坡 纵断面设计实例 重庆地铁纵断面 地下隧道 尽头线 站台线的纵坡 因地下隧道有充足的水源 为便于排水 地下线路区间不能设计成平坡 而要设计成不小于3 的坡度 隧道内的存车线和车辆折返用的尽端线上应设2 的纵向坡度 且方向是由车站向车档为上坡 地面和高架桥上的车站站台段线路坡度宜设在平道上 困难地段可设在不大于5 的坡道上 坡段长度 两个坡段的连接点 即坡度变化点 称为变坡点 一个坡段两端变坡点之间的水平距离称为坡段长度 线路坡段长度不宜小于远期列车计算长度 按每节车辆19 11m计算 当列车编组为8节车厢时 约为150m 当列车编组为6节车厢时 约为115m 当列车编组为4节车厢时 约为75m 坡段连接 坡段代数差 竖曲线 在纵断面上 若各坡段直接相连则形成一条折线 列车运行至坡度代数差较大的变坡点处 容易造成车轮脱轨 车钩脱钩等问题 为避免出现这类情况发生 当坡度代数差等于或大于2 时 应在变坡点处设置竖曲线 把折线断面平顺地连接起来 以保证行车的安全和平稳 破段代数差越大 舒适度越差 根据经验 两反向坡段的坡度值均超过5 时 通常采用一段坡度不大于5 的坡段连接 我国地铁设计规范规定 对正线的区间线路 竖曲线半径一般取5000m 困难情况下取2500 3000m 对辅助线和车场线 竖曲线半径可取2000m 对于C型车 可取1000m 车站站台和道岔范围不得设竖曲线 竖曲线夹直线长度不宜小于50m 四 横断面布置 轨道交通的线路横断面要满足各个断面列车通过的限界要求 限界是指列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸 城市轨道交通车辆在地面 高架和隧道内运行 一方面 轨道结构上部要有足够的空间 以供车辆通行和布置线路结构 通讯信号 供电 给排水等设备 另一方面 为了确保列车安全运行 凡接近城市轨道交通线路的各种建筑物 如隧道衬砌 站台等 及设备 必须与线路保持一定的距离 限界实例 1 车辆限界 车辆限界是根据车辆外轮廓尺寸和主要技术参数 并考虑车辆在平直线路上 正常运行状态下静态运动包迹线和动态情况下横向和竖向偏移量及偏转角度 按可能产生最不利情况进行组合计算确定的 2 设备限界设备限界是在车辆限界的基础上考虑轨道的轨距 水平 方向 高低等在某些地段出现最大容许误差时引起车辆的附加偏移量 以及在设计 施工 列车运行中不可预计的因素在内的安全预留量 3 接触轨与架空接触网限界 接触轨限界应根据受流器的偏移 倾斜和磨耗 接触轨安装误差 轨道偏差 电间隙等因素确定 4 建筑限界建筑限界是指在行车隧道和高架桥等结构物的最小横断面所形成的有效内轮廓线基础上 再考虑其施工误差 测量误差 结构变形等因素 为满足固定设备和管线安装的需要而必须的限界 5 车站限界 案例 高架线路横断面布置 轨道交通的高架线路根据线路敷设区域的具体情况 可考虑路中方案或路侧方案 路中方案对道路两侧的影响是均等的 路侧方案则易引起一侧居民的意见 上海六号线线路方案比选 路侧方案布置横断面图 路中方案布置横断面图 高架道路和高架轨道交通合而为一方案布置的横断面图 第三节区间结构一 区间隧道结构1 结构形式 矩形 拱形 圆形 U型采用方法 矿山法 浅埋暗挖法 盾构法 明挖法1 盾构法隧道结构形式在盾构机钢壳体的保护下 依靠其前部的刀盘或挖掘机开挖地层 并在盾构机壳体内完成出渣 管片拼装 推进等作业 适用条件 单圆或多圆隧道2 暗挖法隧道结构形式一般为拱形 且不允许带水作业 开挖面土体应具有相当的自立性和稳定性 3 明挖法隧道结构形式适用于各种不同的地质条件 施工工艺简单安全 技术成熟 质量可靠 暗埋段一般为矩形 敞开段的结构形式一般为U型 适用于各种工程地质和水文地质条件 在基坑开挖范围内无重要的市政管线或市政管线可以改移 施工时对城市道路交通和周围商业活动影响较小的地段 二 区间高架结构1 桥梁结构体系与跨径桥梁结构体系 简支梁体系和连续梁体系跨径 经济跨梁为25 32m 景观梁需适当提高一下2 梁型方案 箱形梁 板梁 T形梁 槽形梁 3 一体化高架结构轨道交通与公路高架一体化的高架结构 中间为轨道交通列车走行结构 上部为高架道路汽车走行结构 4 桥墩形式P166T形墩 双柱墩 V形墩 Y形墩 我国地铁建设三个阶段 我国城市轨道交通现状 第一阶段 以备战为主 兼顾交通 实例 北京地铁一期工程 第二阶段 以交通为主 兼顾人防 实例 上海地铁1号线 广州地铁1号线等 第三阶段 纳入国家宏观战略 城市长远规划及考虑可持续发展 实例 沈阳地铁1号线等 目前已有26个城市启动了的城市轨道交通建设或前期筹备工作 全国规划线路约为2200公里 第四节供电系统电能是城市轨道车辆电力牵引系统必需的能源 电动车辆 牵引轨道交通运营服务的机电设备 包括通风 空调 照明 通信 信号 给排水 防灾报警 电梯 电动扶梯等也都依赖并消耗电能 城市轨道交通系统是一个重要用电部门 它不同于一般工业和民用的用电 为一级负荷 一级负荷规定由两路独立的电源供电 当任何一路电源发生故障中断供电时 另一路应能保证一级负荷的全部用电 一 我国采用的牵引制式 城市轨道交通供电电源一般取自城市电网 通过城市电网一次电力系统和轨道交通供电系统实现输送或变换 最后以适当的电压等级一定的电流形式 直流或交流电 供给用电设备 牵引电流可以是直流制式或者是交流制式干线铁路电力牵引一般采用交流制式城市轨道交通电力牵引一般采用直流制式直流制的优缺点 优点 电动机构造简单 运行可靠 牵引性能良好 启动和调速易实现 缺点 变电所数目多 工程造价高 二 城市轨道交通供电电压 地铁 轻轨接触网供电采用1500V地铁 轻轨接触轨供电采用750V有轨电车供电采用600V 三 城市轨道交通供电系统组成 在城市轨道交通供电系统中 根据用电性质的不同可分为两部分 即由牵引变电站和牵引网组成的牵引供电系统和降压 动力 变电站为主的动力供电系统 组成示意图 1 牵引供电系统 1 牵引变电站 供给地铁一定区段内牵引电能的变电站 当使用电压为600 750V时 每1 5 2km左右设置1个变电所 当使用电压力1200 1500V时 每3 4km左右设置1个牵引变电所 1 牵引供电系统 1 牵引变电站 供给地铁一定区段内牵引电能的变电站 当使用电压为600 750V时 每1 5 2km左右设置1个变电所 当使用电压力1200 1500V时 每3 4km左右设置1个牵引变电所 牵引变电站设置原则 靠近适用的电源 能保证所要求的间距且不会出现电压降故障 尽量靠近供电区域内负荷的目的地 应尽可能设在车站或车辆段附近 节省投资 在长大区间高架段 尽可能设在高架桥下 减少征用土地 在长大区间地面段 设在线路一侧 便于设备运输和运营管理 分布综合考虑对迷流防护的影响 同车站的牵引变电所尽量与车站降压变电所合建成牵引降压混合变电所 对附近区域产生的噪声较小 地基牢固 不会发生水害和流沙 优先选择废气和盐类等侵害小 地价便宜 优质冷却水供应充分的地点 2 牵引网接触网 架空线或接触轨 经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网 北京 天津地铁采用接触轨 上海地铁采用架空接触网 馈电线 从牵引变电站向接触网输送牵引电能的导线 电分段 为便于检修和缩小事故范围 将接触网分成若干段称为电分段 回流线 用以供牵引电流返回牵引变电站的导线 2 地铁动力照明供电系统 降压变电站配电所 室 配电线路 1 降压变电站 降压变电站 将三相电源进线电压降压变为三相380V交流电和单相220V 降压变电站的主要用电设备是风机 水泵 照明 通信 信号 防火报警设备等动力照明设备 降压变电所一般在每个车站都设一个 在动力照明负荷中 按用途及重要性分为三类负荷 一类负荷 各类消防用电 事故照明 通信信号电源及各