大作業(yè) 限界終(共10頁)

1、電氣(dinq)工程學(xué)院軌道交通規(guī)劃設(shè)計調(diào)研(dio yn)報告調(diào)研(dio yn)題目： 北京地鐵限界分析 姓 名： 組 員： 調(diào)研時間： 2014/5/24 B型車的限界分析報告限界：是指列車沿固定的軌道安全運行時，所需要的空間尺寸。城市軌道交通車輛在隧道內(nèi)或高架上運行，一方面，隧道或高架要有足夠的空間，以供車輛通行；配置線路結(jié)構(gòu)、通信、信號、供電、給排水等設(shè)備；另一方面，為了確保列車安全運行，凡接近城市軌道交通線路的各種建筑物及設(shè)備，必須與線路保持一定的距離。因此，限界主要分為車輛限界、設(shè)備限界、建筑限界、受電弓限界等，起控制作用的主要是設(shè)備限界和建筑限界。限界越大，安全度越高，但工程量

2、和工程投資業(yè)隨之增加。因此，合理限界的確定，既要考慮保證列車運行的安全，又要考慮系統(tǒng)建設(shè)成本。地鐵列車按車輛規(guī)格來劃分，分為A、B兩類。標準B型車車寬2.8m，車高3.8m，車體有效長度19.0m，車輛定距12.6m，轉(zhuǎn)向架固定軸距2.22.3m,北京城市軌道交通車輛大多采用6輛編組的B型車，對于B型車有一個建議車輛計算輪廓線。下面將對B型車輛限界加以分析。A型車為接觸網(wǎng)受流;B1型車為第三軌受流;B2型車為接觸網(wǎng)受流一、限界(xinji)概述地鐵(dti)限界 （metro gauges）：為保障地鐵安全運行、限制車輛斷面尺寸、限制沿線設(shè)備安裝尺寸及確定的建筑結(jié)構(gòu)有效凈空尺寸的圖形成為限界。

3、根據(jù)不同的動能需求(xqi)，分為車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界。以下是幾個重要的概念。車輛限界 （kinematic envelope）：計算車輛（不論是空車或者重車）在平直線的軌道上按照規(guī)定速度運行，計及了規(guī)定的車輛和軌道的公差值、磨耗量、彈性變形量，以及車輛的振動等正常狀態(tài)下運行的各種限定因素產(chǎn)生的車輛各部位橫向和豎向動態(tài)偏移后的統(tǒng)計軌跡，并以基準坐標系表示的界線。城市軌道交通車輛限界制定是限界標準編制工作中最基本關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。只有在準確科學(xué)的車輛限界計算基礎(chǔ)上, 才能合理確定設(shè)備限界和建筑限界, 形成完整的城市軌道交通限界標準。設(shè)備限界（equipment gauges）：基準坐標系在車

4、輛限界外加未計及因素和安全間距（包括一系或二系懸掛故障狀態(tài)）的界線。設(shè)備限界外安裝的任何設(shè)備（有效站臺長度內(nèi)及接觸網(wǎng)（軌）設(shè)備帶電部分除外），包括安裝誤差值和柔性變形量在內(nèi)，均不得向內(nèi)入侵的界線。建筑限界（structure gauges）:位于設(shè)備限界外，并考慮了沿線設(shè)備安裝后的界線。任何沿線永久性固定建筑物，包括施工誤差值、測量誤差值及結(jié)構(gòu)永久變形量在內(nèi)，均不得向內(nèi)侵入的界線。在行車隧道和高架橋等結(jié)構(gòu)的最小橫斷面所形成的有效內(nèi)輪廓線基礎(chǔ)上，再考慮其施工誤差、測量誤差、結(jié)構(gòu)變形等因素，為滿足固定設(shè)備和管線安裝的需要而必須的限界。基準坐標系（normal coordinate system）：

5、垂直于直線軌道線路中心的二維平面直角坐標。橫坐標軸（X軸）與設(shè)計軌頂平面相切，縱坐標（Y軸）垂直于軌頂平面，該基準坐標系的坐標原點及規(guī)矩中心點。偏移及偏移量: 在基準坐標系內(nèi),車輛橫斷面上各點因車輛本身原因或軌道線路原因, 在運行中離開原來在基準坐標系中所定義的設(shè)計位置稱為偏移,偏移以毫米(mm) 為單位的量值稱為偏移量.在第 1坐標方向的偏移稱為一側(cè)橫向偏移, 在第 2 坐標方向的偏移稱為豎向( 向上、向下) 偏移。計算車輛: 制定限界時設(shè)定的一種車輛,包括各項構(gòu)造參數(shù)、橫斷面輪廓尺寸及水平投影輪廓尺寸等,均是車輛限界設(shè)計計算的依據(jù).計算車輛橫斷面上最外點的連線為計算車輛輪廓線。二、各種限界

6、的計算方法分析：（1）車輛限界計算方法：車輛限界以地鐵(dti)限界斷面外形的設(shè)計輪廓控制點坐標為基礎(chǔ), 計及如下要素: 車輛的制造誤差值, 車輛的維修限度, 轉(zhuǎn)向架輪對處于軌道上最不利的運行位置, 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架相對于輪對的橫向位移量, 車體相對于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的橫向位移量, 車體相對于軌道線路的最不利傾斜位置, 車輛的空重車撓度差及豎向位移量, 因車輛制造、載荷不對稱等引起的偏斜, 車輛一系懸掛及二系懸掛側(cè)滾位移量, 軌道線路的垂向及橫向幾何偏差、磨耗、維修限度及彈性變形量。分別計算出其橫向和垂向偏移量, 將設(shè)計輪廓控制點坐標加上( 或減去) 對應(yīng)點的偏移量, 即可得到車輛(chling)限界控制

7、點的坐標。車輛限界的計算原則:a.列車在平直線(zhxin)整體道床的軌道上運行；b.曲線地段增加的附加因素不應(yīng)在車輛限界內(nèi)考慮, 而應(yīng)在設(shè)備限界內(nèi)加寬、加高；c.車輛限界的偏移量計算應(yīng)按車體、轉(zhuǎn)向架、受電弓(受流器)3部分分別計算；d.不同的外部條件應(yīng)合理選用不同的計算參數(shù)。（2）設(shè)備限界計算方法：a.車體肩部橫向間距應(yīng)為100mm；車體下部梁橫向間距應(yīng)為30mm；車體下邊梁向下間距為50mm；車下懸掛物向下應(yīng)為50mm；b.車體頂部向上應(yīng)為60mm(含豎曲線偏移量)；車頂與車體肩部的過渡線應(yīng)相距60100mm構(gòu)成設(shè)備限界，轉(zhuǎn)向架部分橫向及豎向間距應(yīng)為1530mm。轉(zhuǎn)向架設(shè)備限界（輪對除外）

8、最低點離軌面凈距：A型車25mm、B型車15mm。水平曲線地段的設(shè)備限界應(yīng)在直線設(shè)備限界的基礎(chǔ)上加寬和加高, 計及如下要素: 曲線幾何偏移引起設(shè)備限界的加寬和加高量, 過超高與欠超高引起設(shè)備限界的加寬和加高量, 曲線軌道參數(shù)及車輛參數(shù)變化引起設(shè)備限界的加寬和加高量。(3) 建筑限界計算方法：直線地段車站建筑限界應(yīng)符合下列規(guī)定：1、（1）站臺至軌頂面高度：A型車10301080mm ；B型車10001050mm 。 （2）有效站臺范圍內(nèi)，站臺邊緣與車廂地板面高度處的車輛限界之間的水平間隙不宜小于10mm，站臺邊緣與車廂地板面高度處的車輛輪廓之間的間隙不應(yīng)大于100mm。（3）有效站臺范圍內(nèi)的站臺

9、邊緣設(shè)備限界的安全間隙不宜小于50mm，有效站臺范圍外可設(shè)過渡線，過渡線長度不應(yīng)大于20m。（4）車站范圍內(nèi)有墻、柱處的建筑限界：當墻、柱上懸掛設(shè)備時，應(yīng)按設(shè)備限界加400500mm空隙確定；當墻、柱上不安裝設(shè)備時，線路中心線至墻柱的建筑限界可按設(shè)備限界加200mm空隙確定；困難條件下不應(yīng)小于100mm。（5）車站有效站臺范圍內(nèi)的屏蔽門或欄桿與車輛限界之間的安全間隙不應(yīng)小于25mm。（6）曲線站臺應(yīng)按直線站臺車輛限界加曲線偏移量及安全留量確定，曲線站臺邊緣至車輛輪廓線之間的間隙不得大于180mm。（7）輔助線的水平曲線半徑小于正線水平曲線最小半徑時，其建筑限界應(yīng)另行計算確定。（8）直線地段防淹

10、門和人防隔斷門建筑限界與設(shè)備限界之間的橫向間隙不應(yīng)小于100mm，高度應(yīng)與區(qū)間矩形(jxng)隧道相同。2、區(qū)間隧道建筑限界與設(shè)備限界之間的空間，應(yīng)考慮(kol)從設(shè)備與管線安裝所需要的尺寸，并應(yīng)預(yù)留安裝誤差值、測量誤差值和變形量，所需的安全間隙宜為2050mm。建筑(jinzh)限界和設(shè)備限界之間最小間距不宜小于200mm，困難條件下不應(yīng)小于100mm。3、車輛段建筑限界應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）車輛段庫外連續(xù)建筑物至設(shè)備限界間距不得小于200mm;當設(shè)人行便道時宜為100mm。（2）車輛段庫外非連續(xù)建筑物（其長度不大于2m）至設(shè)備限界的凈距不得小于200mm；當設(shè)人行便道時宜為600mm。（3

11、）車輛段車庫大門與設(shè)備限界的橫向間隙不應(yīng)小于100mm。（4）車輛段車庫大門最小高度應(yīng)按車輛高度加不小于200mm安全間隙；當列車升弓進庫時，應(yīng)按受電弓設(shè)備限界確定。（5）庫內(nèi)檢修平臺不得侵入車輛限界。4、當兩線路間無墻、柱及其他設(shè)備時，；兩線路中心線水平間距應(yīng)按兩設(shè)備限界之間的安全間隙不應(yīng)小于100mm計算。5、道岔警沖標至相鄰兩線中心線的垂直距離，應(yīng)按兩單線設(shè)備限界確定。6、高架線（或地面線）建筑限界與設(shè)備限界之間最小間隙應(yīng)為500mm。三、與5號線有關(guān)的限界北京地鐵5號線在全國地鐵建設(shè)史上有著極其重要的歷史地位，是一條具有示范意義的典范工程。對于北京市軌道交通建設(shè)，更是一個重要的里程碑。

12、它是首條貫通北京市區(qū)南北向的軌道交通大動脈，大大縮短了沿線居民的出行時間，減輕了地面交通的壓力，節(jié)約了能源。 5號線南起豐臺區(qū)宋家莊交通樞紐，終點位于北端太平莊地區(qū)的天通苑北站。車站、車輛段總建筑面積達423846.52。相比于北京地鐵1號線，2號線的蘇聯(lián)老式隧道掘進方法，5號線第一次采用先進的盾構(gòu)法施工，也第一次在北京成功實施在既有地鐵結(jié)構(gòu)保持運營的情況下下穿暗挖施工新建車站，這種施工方法效率更高，同時精準度也有所提高；5號線在軌道鋪設(shè)上采用軌排架軌法。整體采用條VVVF交流牽引傳動方式標準B1型車，DC750V接觸軌上部受電。我們從限界的角度來對北京地鐵5號線進行了調(diào)研。5號線線路全長27

13、.6km，共設(shè)23座車站，地下16座，地面及高架車站7座，地下線16.9km，占全線長度的61%，地面及高架線10.7km，占全線長度的39%。工程地下線主要有馬蹄形隧道、圓形隧道和總長度約600m的矩形隧道三種隧道斷面形式。針對這三種隧道形式分別有以下三種限界。 馬蹄形隧道由淺埋暗挖法施工形成，圓形隧道盾構(gòu)施工形成，矩形隧道由明挖法施工形成。概況：（1）隧道設(shè)計盾構(gòu)法施工圓形隧道雍和宮試驗段時,由于考慮到車輛頂部的薄型空調(diào)設(shè)備故障問題,加之盾構(gòu)段施工經(jīng)驗不足,需要留有一定余量,故最終建筑限界直徑定為5 200 mm。軌道建筑高度由初步設(shè)計的800mm降為740mm。車站站臺邊緣與線路中心距離

14、為1500mm,車站站臺面高度為1020mm。(2) 站臺面至其上吊頂高度滿足3000mm 的建筑要求。(3) 站臺邊緣與車站柱子邊緣距離滿足規(guī)范2.5m的要求。車行道上方排熱風道底面至軌面高度限界需要抬高150mm,大多數(shù)站頂部凈空有富余,少數(shù)(shosh)站可以對管線設(shè)備做一些調(diào)整,限界抬高不存在問題。 1、 B1型區(qū)間直線地段(ddun)矩形隧道建筑限界2、 B1型區(qū)間直線地段圓形隧道(sudo)建筑限界馬蹄形隧道由淺埋暗挖法施工形成，圓形隧道盾構(gòu)施工形成，矩形隧道由明挖法施工形成。3、 B1型區(qū)間直線地段馬蹄形隧道(sudo)建筑限界四、有關(guān)限界(xinji)的簡單計算以下為以確定的計

15、算車輛輪廓線控制點坐標為基礎(chǔ)，考慮上述車輛限界各個計算要素，根據(jù)偏移量計算公式， 計算出橫向和垂向偏移位移， 將輪廓線控制點坐標加上 （或減去） 對應(yīng)點的偏移位移量，即可得到車輛限界控制點坐標。為預(yù)留將來鼓形車的發(fā)展需要(xyo)，一般考慮車體側(cè)部車輛限界加寬 50 mm。由于車體運動時會產(chǎn)生向左或向右側(cè)滾，因此，應(yīng)對該種工況分別計算，并取計算結(jié)果大者為最終車輛限界。車輛限界簡單估算：設(shè)第 6 點車輛輪廓線坐標值為X1 318 mm，Y 3 315 mm，當車體橫向偏移和車體傾角產(chǎn)生的橫向偏移方向相同時，計算得其橫向偏移量為 134 mm，垂向向上偏移量為-2 mm，則相應(yīng)的車輛限界坐標為 X

16、1 452 mm，Y 3 313 mm ；當車體橫向偏移和車體傾角產(chǎn)生的橫向偏移方向相反時，計算得其橫向偏移量為 -4mm，垂向向上偏移量為60mm，則相應(yīng)的車輛限界坐標為 X = 1314 mm，Y3375 mm。由于第一工況計算得到的坐標值能包絡(luò)后者，故取前者為該點最終車輛限界，所以為X1 452 mm，Y3375 mm。對照下表數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然我們計算得出結(jié)果有些誤差、出入，但是寬度總是是大于表中的數(shù)據(jù)的，說明我們計算出的橫、縱向偏移量有些出入而已，仍在可接受范圍內(nèi)。B1型隧道內(nèi)車輛輪廓線、車輛限界(xinji)、設(shè)備限界圖設(shè)備限界簡單估算：設(shè)備限界與車輛限界之間，應(yīng)留安全間距。主要是考慮

17、車體在故障狀態(tài)下運行的需要， 如車輛彈簧的失效（包括空氣彈簧的 “過充” 和“失氣”） ， 使得車體傾側(cè)， 直到受到限位器的限制為止。在這種情況下，如果再遇上軸箱彈簧的失效，車體傾側(cè)將更大。為了防止諸如此類的極端情況出現(xiàn)時， 車體不與設(shè)備或建筑物相碰，需留有一定的安全裕量。平曲線和豎曲線地段的設(shè)備限界應(yīng)根據(jù)統(tǒng)一公式計算，在直線地段設(shè)備限界的基礎(chǔ)上加寬和加高。直曲線限界在上面已闡述過。計算時需注意車體橫向加寬和過超高（或欠超高）的偏移方向。B1型車隧道內(nèi)直線地段第6點設(shè)備限界坐標為 X1433mm， Y3347 mm，當車體橫向加寬和過超高 （或欠超高）的偏移方向相同時，計算得其橫向偏移量為 1

18、88 mm，垂向向上偏移量為 -43 mm，則相應(yīng)的曲線地段設(shè)備限界坐標為X 1621mm，Y 3304mm；當車體橫向加寬和過超高（或欠高）的偏移方向相反時，計算得其橫向偏移量為40 mm ，垂向向上偏移量為 43 mm，則相應(yīng)的曲線地段設(shè)備限界坐標為X 1473mm ，Y3390 mm。由于第一工況計算得到的坐標值能包絡(luò)后者，故取前者為該點曲線地段最終設(shè)備限界?？偨Y(jié)：當然，界限的計算遠比這個計算要復(fù)雜的多，我們僅僅從簡化的公式來粗略的計算了車輛和設(shè)備限界，體會到了設(shè)計一條地鐵要考慮很多很多的因素，但是最終目的都是為了使地鐵能安全的運行，所以問題考慮越全面也就越安全。但是限界越大，安全度越高，工程量和工程投資業(yè)隨之增加。因此，合理限界的確定，既要考慮保證列車運行的安全，又要考慮系統(tǒng)建設(shè)成本。附錄(fl)1：北京地鐵1號線復(fù)興門站隧道