懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

1懸掛式軌道系統(tǒng)的特點(diǎn)現(xiàn)在，大城市的交通擁堵形勢(shì)日益嚴(yán)重。為了改善公共交通問(wèn)題，許多國(guó)家都在大力發(fā)展相對(duì)完善的城市公共交通系統(tǒng)，形成了一個(gè)由地面、地下和空中組成的立體公共交通網(wǎng)絡(luò)。懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng)的特點(diǎn)是,軌道在列車(chē)上方,由鋼鐵或水泥立柱支撐在空中。它將地面交通移至空中,在無(wú)需擴(kuò)展城市現(xiàn)有公路設(shè)施的基礎(chǔ)上解決了城市交通問(wèn)題。懸掛式空中列車(chē)具有以下優(yōu)勢(shì)。(1)造價(jià)低廉可重復(fù)使用。地鐵每公里造價(jià)7億~8億元左右人民幣,輕軌需要2億~3億元左右人民幣。懸掛式軌道交通系統(tǒng)每公里只需要投入0.5億~1.5億元人民幣,而它每小時(shí)可以運(yùn)載乘客1.5萬(wàn)人次,因此具有較高的性?xún)r(jià)比,尤其適合中小城市作為主要的軌道交通工具。中小城市可以先采用空軌作為主要的軌道交通系統(tǒng),當(dāng)客流量上升到需要建設(shè)地鐵時(shí),可將空軌線(xiàn)路拆卸下來(lái)改建地鐵,拆卸下來(lái)的部件可以移到其他需要的地方。(2)節(jié)省空間。懸掛式空中列車(chē)和輕軌高架軌道的不同之處是,它將軌道移至空中,將軌道、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、隔離網(wǎng)等全部都集中在一條軌道梁中,由單柱支起,軌道梁寬度很小,支柱結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng),因此除了車(chē)站,其他部分基本不占用地面空間。(3)適合任何地形。懸掛式空中列車(chē)采用外包橡膠鋼輪,橡膠輪胎的摩擦系數(shù)較大,同時(shí)設(shè)計(jì)了特殊的轉(zhuǎn)向架,這使它具有很強(qiáng)的爬坡及轉(zhuǎn)向能力,可以在半徑較小的地方轉(zhuǎn)彎,適合在任何地形上建造,在路線(xiàn)設(shè)計(jì)上有很大的自由度。(4)工期短、施工便捷。地鐵和輕軌的建設(shè)工期至少需要3年~5年的時(shí)間,空軌則最多需要1年~2年的時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)施工十分簡(jiǎn)單快捷,只需要打孔,安裝支柱和軌道梁就可以了,不需要使用專(zhuān)門(mén)的機(jī)械和設(shè)備。施工時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境和市民正常生活影響較小。(5)環(huán)保。無(wú)廢氣排放、噪聲污染少,對(duì)建筑及環(huán)境影響小。(6)兼容性好。能夠融入已有的公共交通系統(tǒng)中,成為其他交通方式的補(bǔ)充和完善,共同組成一體化、多層次、立體綜合交通體系。(7)靈活。可以隨著城市發(fā)展而擴(kuò)充,即系統(tǒng)可加長(zhǎng)、可拆卸、可移動(dòng)。2機(jī)場(chǎng)客流間的過(guò)線(xiàn)線(xiàn)(1)中等城市公共交通干線(xiàn);(2)大城市軌道交通的補(bǔ)充;(3)機(jī)場(chǎng)航站樓間的接駁線(xiàn);(4)旅游區(qū)、主題樂(lè)園等往返線(xiàn)或景點(diǎn)間環(huán)線(xiàn);(5)高鐵、城際鐵路、長(zhǎng)途汽車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、碼頭的連接線(xiàn);(6)地鐵、輕軌、汽車(chē)站至城市中心區(qū)的連接線(xiàn);3懸掛式航空列車(chē)的應(yīng)用現(xiàn)狀3.1國(guó)外懸掛式航空列車(chē)的應(yīng)用現(xiàn)狀目前世界上廣泛應(yīng)用懸掛式空中列車(chē)的國(guó)家有德國(guó)和日本等。3.1.1烏鮑強(qiáng)調(diào)懸掛式森林式烏鮑塔山水鐵圖21893年,德國(guó)人EugenLangen開(kāi)始研究懸掛式單軌系統(tǒng),后來(lái)應(yīng)用于烏珀塔爾市。在德國(guó),懸掛式空中軌道車(chē)輛的主要部件由西門(mén)子設(shè)計(jì)生產(chǎn)。多條線(xiàn)路在德國(guó)的烏珀塔爾市、多特蒙德市和杜塞爾多夫市投入使用已有多年,運(yùn)轉(zhuǎn)率幾乎高達(dá)100%。(1)烏珀塔爾線(xiàn)(圖1)。德國(guó)西部城市烏珀塔爾的懸掛式鐵路是世界上歷史最悠久的單軌鐵路系統(tǒng),懸掛式鐵路在德語(yǔ)中被稱(chēng)為“Schwebebahn”,即“漂浮火車(chē)”。1901年,烏珀塔爾建成現(xiàn)代空中鐵路,距今已有100多年的歷史,該鐵路是一條古老而年輕的交通線(xiàn)路,長(zhǎng)13.3km,共設(shè)18個(gè)車(chē)站(16個(gè)中途站),全程約需35min,班次間距約3min~4min,平均運(yùn)行速度為27km/h,最高速度可達(dá)60km/h,約占該市大眾運(yùn)輸量的45%。烏珀塔爾是恩格斯的家鄉(xiāng),作為烏珀塔爾市旅游觀光項(xiàng)目和一張城市歷史名片,該條懸掛式空中鐵路至今仍然是該市最具運(yùn)輸效率的運(yùn)輸系統(tǒng),已成為該市市民最主要進(jìn)出市郊各城鎮(zhèn)的交通工具。(2)多特蒙德線(xiàn)(圖2)。1972年,德國(guó)聯(lián)邦政府委托西門(mén)子公司和多特蒙德大學(xué)對(duì)懸掛式單軌進(jìn)行技術(shù)改造,并把這種現(xiàn)代懸掛式列車(chē)系統(tǒng)的名稱(chēng)定為“H-Bahn”,“H”即“Hang”(懸掛)的縮寫(xiě)。隨后,這種自動(dòng)化的現(xiàn)代懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng)便應(yīng)用于德國(guó)多特蒙德?，F(xiàn)已建成2條懸掛式空中列車(chē)交通線(xiàn),均采用無(wú)人駕駛。1號(hào)線(xiàn)始建于1993年,2003年擴(kuò)建,為單線(xiàn),兩列車(chē)往返運(yùn)行,中間設(shè)避讓線(xiàn),發(fā)車(chē)間隔10min。2號(hào)線(xiàn)1980年開(kāi)始籌劃建設(shè),1984年建成,發(fā)車(chē)間隔5min。2007年建成維修車(chē)間。(3)杜塞爾多夫線(xiàn)(圖3)。杜塞爾多夫國(guó)際機(jī)場(chǎng)空中鐵路雙軌線(xiàn)建成于2002年,融合了最新的技術(shù),既可以采用一節(jié)車(chē)廂獨(dú)立運(yùn)行,也可以多節(jié)車(chē)廂串接行駛,發(fā)車(chē)頻率高,運(yùn)行速度快,速度可以達(dá)到120km/h,全線(xiàn)雙向行駛。機(jī)場(chǎng)線(xiàn)橫穿候機(jī)廳東西(各一個(gè)站點(diǎn)),連接機(jī)場(chǎng)到市區(qū),有效地解決了國(guó)際機(jī)場(chǎng)到市區(qū)的交通問(wèn)題。杜塞爾多夫國(guó)際機(jī)場(chǎng)雙軌線(xiàn)由控制中心全自動(dòng)化控制系統(tǒng)操縱,動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由德國(guó)哈邦21世紀(jì)公司設(shè)計(jì)制造,動(dòng)力由西門(mén)子公司提供。3.1.2獨(dú)立的獨(dú)軌加車(chē)系統(tǒng)除德國(guó)外,日本是目前采用懸掛式獨(dú)軌列車(chē)最多的國(guó)家。在日本有2條懸掛式鐵路,分別是湘南的江島線(xiàn)和千葉線(xiàn)。(1)湘南線(xiàn)。從日本鐮倉(cāng)市大船至湘南海岸的江之島,除了沿海的地鐵外,還有穿越山區(qū),以系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)克服地形障礙的湘南獨(dú)軌空中列車(chē)。湘南獨(dú)軌空中列車(chē)由JR大船車(chē)站出發(fā),直接穿越鐮倉(cāng)山、片瀨山區(qū),直抵江之島,全線(xiàn)長(zhǎng)6.6km,設(shè)有8個(gè)車(chē)站。該線(xiàn)路1971年全線(xiàn)通車(chē),并且使用懸掛式軌道(圖4)。(2)千葉線(xiàn)。千葉市位于東京東南邊靠東京灣,有3條交通線(xiàn)路通往東京。千葉都市獨(dú)軌空中列車(chē)是位于千葉縣千葉市內(nèi)的懸掛式獨(dú)軌空中列車(chē)系統(tǒng)。千葉獨(dú)軌空中列車(chē)共有2條線(xiàn)路,1號(hào)線(xiàn)自千葉港站至縣廳前站,2號(hào)線(xiàn)自千葉站至千城臺(tái)站?？偁I(yíng)業(yè)長(zhǎng)度15.2km,是世界最長(zhǎng)的懸掛式獨(dú)軌空中列車(chē),并在2001年獲得吉尼斯世界紀(jì)錄大全認(rèn)證。目前千葉市獨(dú)軌空中列車(chē)的司機(jī)由車(chē)輛基地的車(chē)輛檢查要員兼任,以降低人力費(fèi)用(圖5)。3.2懸掛式獨(dú)軌交通系統(tǒng)尚未完全建成2009年,荷蘭籍華人陳長(zhǎng)桂看準(zhǔn)德國(guó)懸掛式空中列車(chē)的廣大商機(jī),希望能將該車(chē)引進(jìn)到中國(guó)市場(chǎng),并和德國(guó)H-Bahn公司合作,成立了國(guó)際空列集團(tuán)。2011年3月,國(guó)際空列集團(tuán)把德國(guó)H-Bahn技術(shù)引進(jìn)到中國(guó),擁有由西門(mén)子公司設(shè)計(jì)制造的H-Bahn空軌在中國(guó)及亞太地區(qū)生產(chǎn)制造的全部權(quán)利,以及在中國(guó)的專(zhuān)利權(quán),其在中國(guó)設(shè)立的子公司為上?？樟熊壍兰夹g(shù)有限公司。同時(shí),在荷蘭、德國(guó)、美國(guó)均設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。為全面引進(jìn)懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng),上海空列軌道技術(shù)有限公司與鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、南車(chē)株洲特種裝備技術(shù)有限公司、中國(guó)中鐵寶橋集團(tuán)三家國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)的一流企業(yè)組成了聯(lián)合體。現(xiàn)全國(guó)已有上海、天津、濟(jì)南、武漢、青島、蘇州、洛陽(yáng)、貴陽(yáng)、溫州等城市和地區(qū)有建設(shè)懸掛式空中列車(chē)的明確意向,初步規(guī)劃的線(xiàn)路里程總計(jì)已近300km。尤其是天津的濱海新區(qū)、武清、西青、北辰區(qū)都為此做了前期研究和規(guī)劃。(1)佛山市現(xiàn)有懸掛式獨(dú)軌交通系統(tǒng)規(guī)劃。據(jù)佛山日?qǐng)?bào)報(bào)道,佛山市中軸線(xiàn)上有望建設(shè)懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng),2013年7月12日起公開(kāi)對(duì)外征求意見(jiàn)。據(jù)報(bào)道為了緩解交通壓力,同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)城市中軸線(xiàn)的整體聯(lián)系,佛山市在中軸線(xiàn)范圍內(nèi)首次加入了懸掛式軌道交通概念,由北而南將建設(shè)長(zhǎng)度大約為18km~20km的空軌,主要用于觀光游覽,同時(shí)也兼顧日常交通通勤需要。(2)溫州市現(xiàn)有城市軌道交通計(jì)劃?！稖刂菔兄卫沓鞘薪煌〒矶鹿ぷ鞯膶?shí)施意見(jiàn)》中有明確提及,“2013年10月份前完成快速大容量公交型式研究、規(guī)劃編制和近期實(shí)施性方案論證。懸掛式軌道交通項(xiàng)目年內(nèi)有實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)?！?懸掛式航空列車(chē)介紹4.1德國(guó)h-bahn懸掛式列車(chē)4.1.1區(qū)面:區(qū)2,高架線(xiàn)路,5.線(xiàn)路平面:雙線(xiàn)間距為5.0m,最小曲線(xiàn)半徑為30m。線(xiàn)路縱斷面:區(qū)間最大坡度正線(xiàn)和輔助線(xiàn)都為6°(10.47%)。高架線(xiàn)路橋下凈高:跨越城市主干道為5.0m;跨越城市次干道為4.5m。設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為50km/h(車(chē)輛構(gòu)造速度65km/h)4.1.2道德下部結(jié)構(gòu)高架結(jié)構(gòu)主要由軌道梁(圖6)、墩柱及基礎(chǔ)組成,軌道梁及墩柱均采用鋼結(jié)構(gòu)形式,基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁形式。區(qū)間軌道梁常用跨度為30m簡(jiǎn)支鋼箱梁結(jié)構(gòu),軌道梁截面全部采用底部開(kāi)口的箱形截面,箱梁的下翼緣兼做軌道,車(chē)輛懸掛于橋梁(軌道梁)下面,車(chē)輪支撐于開(kāi)口的鋼箱內(nèi)。電力、通信系統(tǒng)安裝在鋼箱內(nèi)部。在需要出岔的地段,根據(jù)軌道需要設(shè)置道岔梁。一般情況下,標(biāo)準(zhǔn)橋梁(軌道梁)的下部結(jié)構(gòu),單線(xiàn)采用倒L形墩柱,雙線(xiàn)采用Y形墩柱(圖7)。道岔梁的下部結(jié)構(gòu)主要有2種結(jié)構(gòu)形式,即門(mén)式墩柱和倒L形墩柱。墩柱全部采用矩形鋼箱截面,用來(lái)懸掛或支撐軌道梁。在橋梁需要較大跨度,例如跨越較寬的河流、城市道路或橋梁的情況下,標(biāo)準(zhǔn)的橋梁結(jié)構(gòu)自身的承載能力不能滿(mǎn)足需求,可采用其他橋梁結(jié)構(gòu)支撐標(biāo)準(zhǔn)的橋梁結(jié)構(gòu),軌道梁懸掛于其他橋梁的梁底。4.1.3地面橡膠輪胎使用壽命車(chē)輛的設(shè)計(jì)使用壽命為30年,舒適度水平≤2.5,常用制動(dòng)沖擊率為0.75m/s3,實(shí)心橡膠輪胎使用壽命大約8萬(wàn)km~10萬(wàn)km,導(dǎo)向輪大約15萬(wàn)km(表1)。4.2各有效運(yùn)行車(chē)輛目前,日本主要采用由三菱重工研制和生產(chǎn)的0型、500型、5000型和1000型等懸掛式獨(dú)軌空中列車(chē)系統(tǒng),分別運(yùn)用在湘南線(xiàn)和千葉線(xiàn)。湘南線(xiàn)現(xiàn)有車(chē)輛主要是500型和5000型(表2)。千葉都市1號(hào)線(xiàn)現(xiàn)有車(chē)型主要是1000型(表3)。2012年日本推出了新型車(chē)輛0型。5救援車(chē)司機(jī)及救援懸掛式空中列車(chē)系統(tǒng)在發(fā)生緊急交通事故導(dǎo)致需要疏散旅客的情況下,會(huì)派遣救援車(chē),利用橫向、縱向疏散裝置將旅客疏散至救援車(chē)輛上。(1)縱向救援。車(chē)輛之間,或派遣救援車(chē)輛前往故障地點(diǎn),兩列車(chē)輛(故障與救援)前后相連接后,故障車(chē)乘客經(jīng)由端門(mén)疏散到救援車(chē),并由救援車(chē)載至車(chē)站(圖8)。(2)橫向救援。在雙線(xiàn)路段,列車(chē)之間,或救援車(chē)可開(kāi)往故障車(chē)旁,對(duì)齊車(chē)門(mén)后平行停放,再于兩列車(chē)車(chē)門(mén)之間置放踏板,