預(yù)留軌道交通條件的廈門市BRT一號(hào)線島內(nèi)段平面技術(shù)指標(biāo)選取

張清峰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430063)

1 工程概況

廈門BRT一號(hào)線島內(nèi)段是國(guó)內(nèi)第一條全封閉全高架的BRT專用線路,也是國(guó)內(nèi)第一條土建預(yù)留升級(jí)軌道交通(采用直線電機(jī)車輛)的BRT線路。

廈門BRT一號(hào)線島內(nèi)段起于第一碼頭樞紐站三層停車場(chǎng),沿既有廈禾路、蓮前西路、縣黃路布線,止于集美大橋前,線路長(zhǎng)15.36k m,采用全線高架方案,設(shè)15座高架車站[1～3]。受既有道路條件限制,全線有5處曲線半徑小于250 m,且線路最大縱坡超過(guò)35‰,采用普通鋼輪鋼軌車輛無(wú)法滿足需要,所以考慮遠(yuǎn)期在一號(hào)線采用直線電機(jī)車輛[4]。

2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀

徐康明介紹了快速公交在公共交通體系中可應(yīng)用于地鐵或輕軌的延伸,可作為今后建設(shè)地鐵或輕軌的過(guò)渡交通方式,可與地鐵和輕軌混合使用[5]。

陳劍偉在進(jìn)行城市軌道交通和BRT特性比較和功能定位的基礎(chǔ)上,分析了城市軌道交通與BRT線網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)的含義、重要性和研究?jī)?nèi)容,并對(duì)兩者線網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)方案評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[6]。

宋南南、陳學(xué)武通過(guò)對(duì)國(guó)外城市軌道交通換乘樞紐的分析和研究,提出樞紐發(fā)展趨勢(shì)及BRT與軌道換乘樞紐的布局模式[7]。

目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究BRT和軌道交通的論文都是獨(dú)自研究,也有部分論文提到BRT可以作為軌道交通的過(guò)渡方式,但如何在工程建設(shè)條件上預(yù)留尚未有表述,本文即是從平面技術(shù)指標(biāo)上考慮預(yù)留升級(jí)軌道交通條件。

3 預(yù)留升級(jí)直線電機(jī)的線路技術(shù)指標(biāo)分析

廈門市快速公交一號(hào)線總體定位為軌道交通過(guò)渡形式,遵循初期快速公交基礎(chǔ)工程建設(shè)與遠(yuǎn)期實(shí)施軌道交通相結(jié)合的原則。因此,該項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)條件需要將二者的技術(shù)條件加以合理融合。

快速公交系統(tǒng)(BRT)是利用現(xiàn)代化大容量專用公共交通車輛,在專用的道路空間快速運(yùn)行的公共交通方式,具有與軌道交通相近的運(yùn)量大、快捷、安全等特性,且建設(shè)周期短,造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)低廉。

快速公交路線路采用《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ37—90)(以下簡(jiǎn)稱《城規(guī)》)。

直線電機(jī)軌道交通是采用直線電機(jī)非粘著驅(qū)動(dòng)、鋼輪/鋼軌為支撐和導(dǎo)向的車輛運(yùn)送軌道交通。

直線電機(jī)軌道交通在國(guó)內(nèi)較少實(shí)施,僅在廣州地鐵四號(hào)線、五號(hào)線、北京機(jī)場(chǎng)線采用,廣州地鐵六號(hào)線采用直線電機(jī),但尚未通車。在2008年10月頒布了《直線電機(jī)軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見稿)(以下簡(jiǎn)稱《直規(guī)》),至今尚未有正式版,本文就以征求意見稿為參考討論。

對(duì)BRT車輛和直線電機(jī)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)《城規(guī)》和《直規(guī)》進(jìn)行綜合比較,給出預(yù)留直線電機(jī)軌道交通的廈門BRT一號(hào)線平面技術(shù)指標(biāo)。

3.1 BRT車輛和直線電機(jī)車輛技術(shù)參數(shù)

廈門BRT一號(hào)線BRT車輛和遠(yuǎn)期升級(jí)城市軌道交通擬采用的直線電機(jī)車輛主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 廈門BRT一號(hào)線BRT車輛和遠(yuǎn)期直線電機(jī)車輛參數(shù)

3.2 設(shè)計(jì)速度

一號(hào)線島內(nèi)段采用全線高架的形式,此種形式《城規(guī)》未有表述,《公路與城市道路設(shè)計(jì)手冊(cè)》“2.8高架路設(shè)計(jì)”一節(jié)：“高架路一般由高架與地面二個(gè)層面組成,高架道路層面為城市快速路標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算行車速度按《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》取用80 km/h、60 km/h；地面道路層面為城市主干路標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算行車速度按《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》,取用I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)60 km/h、50 km/h,舊城道路拓寬改建,受特殊條件限制時(shí),可取用Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)50 km/h、40 km/h”[8]。由于一號(hào)線島內(nèi)段是建在廈禾路、蓮前路、縣黃路等既有道路上,受既有道路及交叉口轉(zhuǎn)彎的技術(shù)指標(biāo)限制,如在蓮坂轉(zhuǎn)盤交叉口、農(nóng)科所交叉口只能采用150 m曲線半徑,考慮到運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性以及BRT車輛運(yùn)營(yíng)的安全,一號(hào)線高架橋BRT設(shè)計(jì)速度采用60 km/h,部分地方限速40 km/h。

遠(yuǎn)期預(yù)留軌道交通采用直線電機(jī),區(qū)間最高行車速度為80 km/h,列車不停站通過(guò)速度為60 km/h。

直線電機(jī)軌道交通圓曲線半徑采用的數(shù)值較固定,正線曲線半徑宜采用下列數(shù)值：5 000、4 000、3 000、2 500、2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、700、600、500、450、400、350、300、250、200、150 m。特殊困難條件下,可采用上列半徑間10 m整倍數(shù)的曲線半徑。城市道路平曲線半徑根據(jù)需要,適當(dāng)考慮取整,較軌道交通靈活性大,因此一號(hào)線曲線半徑宜參照軌道交通平曲線半徑系列采用值,方便遠(yuǎn)期升級(jí)。

《直規(guī)》規(guī)定:“線路不應(yīng)采用復(fù)曲線，遠(yuǎn)期道岔應(yīng)設(shè)在直線地段,道岔基本軌端部至曲線端部的距離不宜小于5 m”。

《城規(guī)》規(guī)定:“第5.1.3條道路的圓曲線半徑應(yīng)采用大于或等于表5.1.3規(guī)定的不設(shè)超高最小半徑值。當(dāng)受地形條件限制時(shí),可采用設(shè)超高推薦半徑值。地形條件特別困難時(shí),可采用設(shè)超高最小半徑值”[9]。60 km/h的設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的不設(shè)超高最小半徑、設(shè)超高推薦半徑、設(shè)超高最小半徑分別為600 m、300 m、150 m。

圓曲線半徑大于不設(shè)緩和曲線的最小圓曲線半徑時(shí),直線和圓曲線可以徑向連接。60 km/h的設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的不設(shè)緩和曲線最小半徑為1 000 m。

《直規(guī)》第6.2.1條規(guī)定:“線路平面最小曲線半徑不得小于表2規(guī)定的數(shù)值”[10]。

表2 直線電機(jī)軌道交通最小曲線半徑

行車速度60 km/h城市道路規(guī)范要求的最小圓曲線半徑即設(shè)超高最小圓曲線半徑為150 m；直線電機(jī)的軌道交通正線圓曲線半徑一般150 m,困難100 m。

要同時(shí)滿足兩種系統(tǒng)的要求,圓曲線最小半徑宜按150 m預(yù)留。

軌道交通雙線采用的圓曲線為同心圓,有兩個(gè)曲線半徑。軌道交通所說(shuō)的曲線半徑一般指右線,而城市道路指的是中線,那么在最小半徑為150 m時(shí),實(shí)際上指的是中心線半徑150 m,對(duì)于城市道路是滿足規(guī)范要求的,但左右線總有一側(cè)半徑小于150 m,不滿足直線電機(jī)軌道交通要求。因此,需在近期BRT線位的基礎(chǔ)上畫出軌道交通左右線位,看能否滿足直線電機(jī)軌道交通要求。按城市道路要求,小半徑曲線有加寬,一般可以在加寬斷面內(nèi)把軌道左右線配出來(lái)。如果不滿足,則要調(diào)整中心線半徑。一號(hào)線島內(nèi)段JD14(K5+412.446),曲線半徑R=152.115 m,即是此種情況。另外一種方法是先確定軌道交通左右線,在此基礎(chǔ)上擬合近期BRT線路的中心線。中心線擬合后按城市道路標(biāo)準(zhǔn)繪制橫斷面,復(fù)核是否滿足遠(yuǎn)期軌道交通限界要求。

關(guān)于不設(shè)緩和曲線的最小半徑,根據(jù)《直規(guī)》中“直線電機(jī)軌道交通緩和曲線長(zhǎng)度表(最大超高120 mm)”規(guī)定,設(shè)計(jì)速度80 km/h,半徑2 500 m不設(shè)緩和曲線；《城規(guī)》中60 km/h的不設(shè)緩和曲線最小半徑是1 000 m,綜合兩者取2 500 m。

3.3 平曲線最大半徑

(1)城市道路要求

《城規(guī)》對(duì)最大平曲線半徑?jīng)]有規(guī)定,可參考《線規(guī)》要求?！毒€規(guī)》規(guī)定“圓曲線最大半徑不宜超過(guò)10 000 m”[11],駕駛者在大半徑圓曲線上行駛時(shí),方向盤幾乎與直線上一樣無(wú)須調(diào)整。當(dāng)圓曲線半徑大于9 000 m時(shí),視線集中的300～600 m范圍內(nèi)的視覺效果同直線沒(méi)有區(qū)別,因此圓曲線半徑不宜過(guò)大。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

直線電機(jī)沒(méi)有關(guān)于最大半徑的規(guī)定,故參考《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50090—2006)(以下簡(jiǎn)稱《鐵線規(guī)》)條文說(shuō)明第3.1.1條。

曲線半徑上限的確定考慮了利用反向曲線加寬線間距的需要和養(yǎng)護(hù)維修的需要。曲線半徑大到一定程度,其欠超高和過(guò)超高已經(jīng)很小,不會(huì)對(duì)舒適度和輪軌磨耗產(chǎn)生明顯影響,但曲線半徑過(guò)大,曲線過(guò)長(zhǎng),不利于養(yǎng)護(hù)維修[12]。

目前我國(guó)配備的軌檢車在世界上屬于較為先進(jìn)之列,在經(jīng)過(guò)大于8 000 m半徑的曲線時(shí)常會(huì)報(bào)錯(cuò),根據(jù)軌檢車的研發(fā)專家分析,適當(dāng)提高檢測(cè)系統(tǒng)的處理功能,對(duì)12 000 m左右的曲線,其方向和曲率是可以準(zhǔn)確檢測(cè)的,《鐵線規(guī)》取曲線半徑上限為12 000 m。

綜合城市道路和直線電機(jī)軌道交通兩者要求,考慮到大多數(shù)軌檢車的實(shí)際情況,預(yù)留直線電機(jī)軌道交通線路平曲線半徑宜取8 000 m。

3.4 圓曲線最小長(zhǎng)度

(1)城市道路要求

參見《城規(guī)》,60 km/h對(duì)應(yīng)的圓曲線最小長(zhǎng)度為50 m。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

軌道交通線路圓曲線長(zhǎng)度短,對(duì)改善瞭望條件、減少行車阻力和養(yǎng)護(hù)維修有利。但最短不能小于車輛的全軸距,否則車輛將跨越在三種不同線形上,危及行車安全，降低列車的平穩(wěn)性和乘客的舒適度。本工程選用的直線電機(jī)車輛,取20 m。

綜合兩者規(guī)定,取50 m，同時(shí)滿足兩者要求。

3.5 夾直線長(zhǎng)度

(1)城市道路要求

《城規(guī)》規(guī)定：“計(jì)算行車速度大于或等于60 km/h時(shí),同向曲線間的最小直線長(zhǎng)度(m)宜大于或等于計(jì)算行車速度(km/h)數(shù)值的6倍,反向曲線間的最小直線長(zhǎng)度(m)宜大于或等于計(jì)算行車速度(km/h)數(shù)值的2倍。當(dāng)計(jì)算行車速度小于60 km/h,地形條件困難時(shí),直線段長(zhǎng)度可不受上述限制,但應(yīng)滿足設(shè)置緩和曲線最小長(zhǎng)度的要求”。按《城規(guī)》夾直線長(zhǎng)度同向曲線宜大于等于360 m,反向曲線宜大于等于120 m。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

《直規(guī)》第6.2.5條規(guī)定：“正線、車站配線、輔助線的圓曲線和兩相鄰曲線間的無(wú)超高夾直線(不含超高順坡及軌距遞減段的長(zhǎng)度)的最小長(zhǎng)度,當(dāng)最高行車速度不大于80 km/h時(shí)不宜小于20 m,當(dāng)最高行車速度大于80 km/h時(shí)不宜小于40 m,在困難情況下不得小于一個(gè)車輛的全軸距。車場(chǎng)線上的夾直線長(zhǎng)度不得小于3 m”。一號(hào)線遠(yuǎn)期最高行車速度80 km/h,夾直線不宜小于20 m,困難情況下不小于一個(gè)車輛的全軸距。

廈門BRT一號(hào)線線路基本沿既有地面道路敷設(shè),而既有道路設(shè)計(jì)速度50 km/h,不受6 V和2 V的限制,一號(hào)線線位很難做到都滿足6 V和2 V,故在運(yùn)營(yíng)中限速60 km/h,一旦車輛達(dá)到60 km/h,就會(huì)蜂鳴報(bào)警,這樣一號(hào)線不受6 V和2 V控制。

綜合兩種系統(tǒng)要求,同時(shí)考慮道路實(shí)際條件,一號(hào)線相鄰平曲線間夾直線的最小長(zhǎng)度一般情況下采用城市道路規(guī)范值(同向曲線采用6 V,360 m；反向曲線采用2 V,120 m),困難情況滿足預(yù)留軌道交通要求的不小于一個(gè)車輛的全軸距(一號(hào)線為20 m)即可。

3.6 緩和曲線

(1)城市道路要求

直線與圓曲線或大半徑圓曲線與小半徑圓曲線之間應(yīng)設(shè)緩和曲線。緩和曲線采用回旋線。緩和曲線長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于規(guī)定值。一號(hào)線設(shè)計(jì)速度60 km/h,對(duì)應(yīng)的緩和曲線最小長(zhǎng)度50 m。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

《直規(guī)》規(guī)定：“線路平面圓曲線與直線之間應(yīng)根據(jù)曲線半徑、超高設(shè)置及設(shè)計(jì)速度等因素設(shè)置緩和曲線,其長(zhǎng)度可按表6.2.2-1和表6.2.2-2的規(guī)定采用”。

軌道交通采用三次拋物線形緩和曲線。

緩和曲線最小長(zhǎng)度為20 m,主要是從不短于一節(jié)車輛的全軸距考慮的,目前我國(guó)的地鐵車輛的全軸距最大不超過(guò)20 m。

城市道路設(shè)計(jì)緩和曲線采用回旋線,軌道交通設(shè)計(jì)采用三次拋物線。因此,近期BRT高架橋采用城市道路標(biāo)準(zhǔn),按中線設(shè)計(jì),緩和曲線為回旋線,橋面凈寬應(yīng)滿足遠(yuǎn)期軌道交通布置左右線,緩和曲線為三次拋物線的布線要求。軌道交通緩和曲線長(zhǎng)度按車速與半徑對(duì)應(yīng)列表,城市道路緩和曲線滿足最小長(zhǎng)度的條件下取值不固定。因此,考慮到遠(yuǎn)期預(yù)留直線電機(jī),緩和曲線長(zhǎng)度在滿足城市道路規(guī)范的前提下，盡量按軌道交通緩和曲線長(zhǎng)度表中長(zhǎng)度取用。

3.7 加寬

(1)城市道路要求

城市道路圓曲線半徑小于或等于250 m時(shí),應(yīng)在圓曲線內(nèi)側(cè)加寬。單機(jī)車長(zhǎng)12 m按普通汽車取值,18 m單鉸車按鉸接車取值。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

軌道交通線路加寬主要為線間距加寬。線間距加寬有兩種情況：曲線地段線間距加寬和道岔地段線間距加寬。

曲線地段線間距加寬：列車在曲線上運(yùn)行,因?yàn)檐圀w為剛性結(jié)構(gòu)，不能隨線路曲度而彎曲,車體縱向中心線與線路中心線不相吻合,使車體兩端向線路外側(cè)偏移,車體中部向線路內(nèi)側(cè)偏移；同時(shí)，由于曲線外軌超高使車體傾斜也產(chǎn)生向曲線內(nèi)側(cè)偏移。為滿足車輛、設(shè)備、建筑限界需要,并保障列車會(huì)車安全要求,雙向并行區(qū)間曲線地段線間距應(yīng)在其兩端的直線地段最小線間距基數(shù)上予以加寬。其加寬量根據(jù)車輛選型、曲線半徑、外軌超高等計(jì)算確定。

道岔地段線間距加寬：輕軌車站兩端常因鋪設(shè)單渡線、交叉渡線、車輛停留線、交路折返線及部分區(qū)間設(shè)渡線需要,須鋪設(shè)道岔,根據(jù)其布置形式,對(duì)線間距有相應(yīng)的要求。各種道岔對(duì)應(yīng)線間距根據(jù)《直規(guī)》要求確定。

橋梁凈寬應(yīng)同時(shí)滿足城市道路以及直線電機(jī)軌道交通加寬要求。建議土建工程宜一次到位,以避免將來(lái)升級(jí)改造對(duì)地面交通造成的影響。

150 m的半徑,《城規(guī)》中采用鉸接車雙車道加寬值1.5 m,《直規(guī)》中加寬值0.25 m；250 m半徑,《城規(guī)》中采用鉸接車雙車道加寬值0.9 m,《直規(guī)》中加寬值0.23 m,故圓曲線半徑小于等于250 m時(shí),采用《城規(guī)》值加寬完全滿足遠(yuǎn)期升級(jí)需要。而半徑在250～4 000 m間,直線電機(jī)軌道交通加寬值在0～0.23 m之間,城市道路不需要加寬,但高架BRT正常斷面比直線電機(jī)軌道交通所需斷面寬0.7 m,滿足要求[4]。

3.8 超高

在升級(jí)軌道交通時(shí),其超高可以通過(guò)軌枕調(diào)節(jié),故近期只需考慮BRT的超高即可。

3.9 車站站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度段曲線半徑

(1)城市道路要求

城市道路規(guī)范對(duì)車站處無(wú)最小曲線半徑要求。BRT車輛和站臺(tái)之間的間距一般為10～15 cm,而乘客水平乘降一步兩腳之間的距離一般為25 cm左右,那么在BRT車輛兩端和站臺(tái)之間的間距一般為10～15 cm的情況下,最不利的中間車門距離站臺(tái)增加的距離為15～10 cm。

根據(jù)遠(yuǎn)期采用的不同BRT車輛的車長(zhǎng)(分別取12 m、18 m)和最不利的中間車門距離站臺(tái)增加的距離(分別取0.1 m和0.15 m),整理出曲線車站處的最小平曲線線半徑(見表3)。

(2)直線電機(jī)軌道交通要求

車站站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度段應(yīng)設(shè)在直線上,并且曲線引起的建筑限界加寬不宜進(jìn)入站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi),特殊困難地段，車站可設(shè)在曲線上,曲線上半徑不小于600 m。

表3 曲線車站處最小平曲線半徑

綜合兩者要求,取其中要求更苛刻的600 m,BRT車站可完全參照軌道交通設(shè)在直線或不小于600 m半徑的曲線上。廈門BRT遠(yuǎn)期采用18 m單鉸車,一輛18 m長(zhǎng)的車,在半徑為600 m的曲線上,弦高即車輛距離站臺(tái)的距離最大多了6.8 cm,滿足安全要求。

4 結(jié)論

綜上所述,預(yù)留直線電機(jī)軌道交通的BRT一號(hào)線島內(nèi)段平面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選取見表4。

表4 預(yù)留直線電機(jī)軌道交通的BRT一號(hào)線島內(nèi)段平面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選取

國(guó)內(nèi)已有多個(gè)城市開通地面BRT系統(tǒng)。鑒于城市軌道交通昂貴的造價(jià)、建成后的維護(hù)費(fèi)用和復(fù)雜的批復(fù)程序,會(huì)有越來(lái)越多的城市考慮把快速公交系統(tǒng)作為城市軌道交通的過(guò)渡和前期客流培育。本文詳細(xì)闡述了國(guó)內(nèi)第一條預(yù)留升級(jí)軌道交通的高架BRT線路平面技術(shù)指標(biāo)選用過(guò)程,可為預(yù)留直線電機(jī)或其他軌道交通制式的BRT設(shè)計(jì)借鑒。

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