悬挂式空中列车系统的设计与施工

悬挂式空中列车系统的设计与施工

1悬挂式轨道系统的特点现在，大城市的交通拥堵形势日益严重。为了改善公共交通问题，许多国家都在大力发展相对完善的城市公共交通系统，形成了一个由地面、地下和空中组成的立体公共交通网络。悬挂式空中列车系统的特点是,轨道在列车上方,由钢铁或水泥立柱支撑在空中。它将地面交通移至空中,在无需扩展城市现有公路设施的基础上解决了城市交通问题。悬挂式空中列车具有以下优势。(1)造价低廉可重复使用。地铁每公里造价7亿~8亿元左右人民币,轻轨需要2亿~3亿元左右人民币。悬挂式轨道交通系统每公里只需要投入0.5亿~1.5亿元人民币,而它每小时可以运载乘客1.5万人次,因此具有较高的性价比,尤其适合中小城市作为主要的轨道交通工具。中小城市可以先采用空轨作为主要的轨道交通系统,当客流量上升到需要建设地铁时,可将空轨线路拆卸下来改建地铁,拆卸下来的部件可以移到其他需要的地方。(2)节省空间。悬挂式空中列车和轻轨高架轨道的不同之处是,它将轨道移至空中,将轨道、通信系统、供电系统、信号系统、隔离网等全部都集中在一条轨道梁中,由单柱支起,轨道梁宽度很小,支柱结构细长,因此除了车站,其他部分基本不占用地面空间。(3)适合任何地形。悬挂式空中列车采用外包橡胶钢轮,橡胶轮胎的摩擦系数较大,同时设计了特殊的转向架,这使它具有很强的爬坡及转向能力,可以在半径较小的地方转弯,适合在任何地形上建造,在路线设计上有很大的自由度。(4)工期短、施工便捷。地铁和轻轨的建设工期至少需要3年~5年的时间,空轨则最多需要1年~2年的时间。现场施工十分简单快捷,只需要打孔,安装支柱和轨道梁就可以了,不需要使用专门的机械和设备。施工时对周围环境和市民正常生活影响较小。(5)环保。无废气排放、噪声污染少,对建筑及环境影响小。(6)兼容性好。能够融入已有的公共交通系统中,成为其他交通方式的补充和完善,共同组成一体化、多层次、立体综合交通体系。(7)灵活。可以随着城市发展而扩充,即系统可加长、可拆卸、可移动。2机场客流间的过线线(1)中等城市公共交通干线;(2)大城市轨道交通的补充;(3)机场航站楼间的接驳线;(4)旅游区、主题乐园等往返线或景点间环线;(5)高铁、城际铁路、长途汽车站、机场、码头的连接线;(6)地铁、轻轨、汽车站至城市中心区的连接线;3悬挂式航空列车的应用现状3.1国外悬挂式航空列车的应用现状目前世界上广泛应用悬挂式空中列车的国家有德国和日本等。3.1.1乌鲍强调悬挂式森林式乌鲍塔山水铁图21893年,德国人EugenLangen开始研究悬挂式单轨系统,后来应用于乌珀塔尔市。在德国,悬挂式空中轨道车辆的主要部件由西门子设计生产。多条线路在德国的乌珀塔尔市、多特蒙德市和杜塞尔多夫市投入使用已有多年,运转率几乎高达100%。(1)乌珀塔尔线(图1)。德国西部城市乌珀塔尔的悬挂式铁路是世界上历史最悠久的单轨铁路系统,悬挂式铁路在德语中被称为“Schwebebahn”,即“漂浮火车”。1901年,乌珀塔尔建成现代空中铁路,距今已有100多年的历史,该铁路是一条古老而年轻的交通线路,长13.3km,共设18个车站(16个中途站),全程约需35min,班次间距约3min~4min,平均运行速度为27km/h,最高速度可达60km/h,约占该市大众运输量的45%。乌珀塔尔是恩格斯的家乡,作为乌珀塔尔市旅游观光项目和一张城市历史名片,该条悬挂式空中铁路至今仍然是该市最具运输效率的运输系统,已成为该市市民最主要进出市郊各城镇的交通工具。(2)多特蒙德线(图2)。1972年,德国联邦政府委托西门子公司和多特蒙德大学对悬挂式单轨进行技术改造,并把这种现代悬挂式列车系统的名称定为“H-Bahn”,“H”即“Hang”(悬挂)的缩写。随后,这种自动化的现代悬挂式空中列车系统便应用于德国多特蒙德。现已建成2条悬挂式空中列车交通线,均采用无人驾驶。1号线始建于1993年,2003年扩建,为单线,两列车往返运行,中间设避让线,发车间隔10min。2号线1980年开始筹划建设,1984年建成,发车间隔5min。2007年建成维修车间。(3)杜塞尔多夫线(图3)。杜塞尔多夫国际机场空中铁路双轨线建成于2002年,融合了最新的技术,既可以采用一节车厢独立运行,也可以多节车厢串接行驶,发车频率高,运行速度快,速度可以达到120km/h,全线双向行驶。机场线横穿候机厅东西(各一个站点),连接机场到市区,有效地解决了国际机场到市区的交通问题。杜塞尔多夫国际机场双轨线由控制中心全自动化控制系统操纵,动力转向架由德国哈邦21世纪公司设计制造,动力由西门子公司提供。3.1.2独立的独轨加车系统除德国外,日本是目前采用悬挂式独轨列车最多的国家。在日本有2条悬挂式铁路,分别是湘南的江岛线和千叶线。(1)湘南线。从日本镰仓市大船至湘南海岸的江之岛,除了沿海的地铁外,还有穿越山区,以系统的优势克服地形障碍的湘南独轨空中列车。湘南独轨空中列车由JR大船车站出发,直接穿越镰仓山、片濑山区,直抵江之岛,全线长6.6km,设有8个车站。该线路1971年全线通车,并且使用悬挂式轨道(图4)。(2)千叶线。千叶市位于东京东南边靠东京湾,有3条交通线路通往东京。千叶都市独轨空中列车是位于千叶县千叶市内的悬挂式独轨空中列车系统。千叶独轨空中列车共有2条线路,1号线自千叶港站至县厅前站,2号线自千叶站至千城台站。总营业长度15.2km,是世界最长的悬挂式独轨空中列车,并在2001年获得吉尼斯世界纪录大全认证。目前千叶市独轨空中列车的司机由车辆基地的车辆检查要员兼任,以降低人力费用(图5)。3.2悬挂式独轨交通系统尚未完全建成2009年,荷兰籍华人陈长桂看准德国悬挂式空中列车的广大商机,希望能将该车引进到中国市场,并和德国H-Bahn公司合作,成立了国际空列集团。2011年3月,国际空列集团把德国H-Bahn技术引进到中国,拥有由西门子公司设计制造的H-Bahn空轨在中国及亚太地区生产制造的全部权利,以及在中国的专利权,其在中国设立的子公司为上海空列轨道技术有限公司。同时,在荷兰、德国、美国均设有分支机构。为全面引进悬挂式空中列车系统,上海空列轨道技术有限公司与铁道第三勘察设计院集团有限公司、南车株洲特种装备技术有限公司、中国中铁宝桥集团三家国内轨道交通行业的一流企业组成了联合体。现全国已有上海、天津、济南、武汉、青岛、苏州、洛阳、贵阳、温州等城市和地区有建设悬挂式空中列车的明确意向,初步规划的线路里程总计已近300km。尤其是天津的滨海新区、武清、西青、北辰区都为此做了前期研究和规划。(1)佛山市现有悬挂式独轨交通系统规划。据佛山日报报道,佛山市中轴线上有望建设悬挂式空中列车系统,2013年7月12日起公开对外征求意见。据报道为了缓解交通压力,同时进一步加强城市中轴线的整体联系,佛山市在中轴线范围内首次加入了悬挂式轨道交通概念,由北而南将建设长度大约为18km~20km的空轨,主要用于观光游览,同时也兼顾日常交通通勤需要。(2)温州市现有城市轨道交通计划。《温州市治理城市交通拥堵工作的实施意见》中有明确提及,“2013年10月份前完成快速大容量公交型式研究、规划编制和近期实施性方案论证。悬挂式轨道交通项目年内有实质性启动。”4悬挂式航空列车介绍4.1德国h-bahn悬挂式列车4.1.1区面:区2,高架线路,5.线路平面:双线间距为5.0m,最小曲线半径为30m。线路纵断面:区间最大坡度正线和辅助线都为6°(10.47%)。高架线路桥下净高:跨越城市主干道为5.0m;跨越城市次干道为4.5m。设计最高运行速度为50km/h(车辆构造速度65km/h)4.1.2道德下部结构高架结构主要由轨道梁(图6)、墩柱及基础组成,轨道梁及墩柱均采用钢结构形式,基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩形式。区间轨道梁常用跨度为30m简支钢箱梁结构,轨道梁截面全部采用底部开口的箱形截面,箱梁的下翼缘兼做轨道,车辆悬挂于桥梁(轨道梁)下面,车轮支撑于开口的钢箱内。电力、通信系统安装在钢箱内部。在需要出岔的地段,根据轨道需要设置道岔梁。一般情况下,标准桥梁(轨道梁)的下部结构,单线采用倒L形墩柱,双线采用Y形墩柱(图7)。道岔梁的下部结构主要有2种结构形式,即门式墩柱和倒L形墩柱。墩柱全部采用矩形钢箱截面,用来悬挂或支撑轨道梁。在桥梁需要较大跨度,例如跨越较宽的河流、城市道路或桥梁的情况下,标准的桥梁结构自身的承载能力不能满足需求,可采用其他桥梁结构支撑标准的桥梁结构,轨道梁悬挂于其他桥梁的梁底。4.1.3地面橡胶轮胎使用寿命车辆的设计使用寿命为30年,舒适度水平≤2.5,常用制动冲击率为0.75m/s3,实心橡胶轮胎使用寿命大约8万km~10万km,导向轮大约15万km(表1)。4.2各有效运行车辆目前,日本主要采用由三菱重工研制和生产的0型、500型、5000型和1000型等悬挂式独轨空中列车系统,分别运用在湘南线和千叶线。湘南线现有车辆主要是500型和5000型(表2)。千叶都市1号线现有车型主要是1000型(表3)。2012年日本推出了新型车辆0型。5救援车司机及救援悬挂式空中列车系统在发生紧急交通事故导致需要疏散旅客的情况下,会派遣救援车,利用横向、纵向疏散装置将旅客疏散至救援车辆上。(1)纵向救援。车辆之间,或派遣救援车辆前往故障地点,两列车辆(故障与救援)前后相连接后,故障车乘客经由端门疏散到救援车,并由救援车载至车站(图8)。(2)横向救援。在双线路段,列车之间,或救援车可开往故障车旁,对齐车门后平行停放,再于两列车车门之间置放踏板,