自動(dòng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)APM300試驗(yàn)線設(shè)計(jì)與研究

高金港，張 麗

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210014）

0 引言

旅客捷運(yùn)系統(tǒng)或稱為自動(dòng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)（APM）是一種無人自動(dòng)駕駛、立體交叉的運(yùn)輸系統(tǒng)，是一種中低運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，具有造價(jià)低、適應(yīng)性和靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前我國年客流量超過 1 000 萬人次的機(jī)場(chǎng)有 20 多個(gè)，APM 可以提升機(jī)場(chǎng)的服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)北美洲和歐洲的經(jīng)驗(yàn)，年客流量超過 1 000 萬人次的機(jī)場(chǎng)可考慮采用 APM 運(yùn)送旅客以提高機(jī)場(chǎng)服務(wù)品質(zhì)。此外，當(dāng)前我國城市軌道交通正進(jìn)入一個(gè)前所未有的蓬勃發(fā)展期，無論是建設(shè)速度還是建設(shè)規(guī)模，我國已成為世界上最大的城市軌道交通建設(shè)市場(chǎng)。因傳統(tǒng)地鐵系統(tǒng)的造價(jià)過高，部分復(fù)雜區(qū)域或二線城市的軌道交通線路規(guī)劃可考慮調(diào)整為造價(jià)低、適應(yīng)性和靈活性強(qiáng)的 APM 系統(tǒng)。除機(jī)場(chǎng)、主題公園以外，APM 系統(tǒng)已在我國廣州珠江新城成功運(yùn)營，這條線路的成功運(yùn)營將推進(jìn)該系統(tǒng)在我國城市交通中的發(fā)展應(yīng)用。

1 APM300 試驗(yàn)線軌道系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)的軌道系統(tǒng)主要由走行面、導(dǎo)向軌、軌道道岔和車檔組成。與傳統(tǒng)的軌道交通采用鋼輪鋼軌不同，APM 系統(tǒng)采用膠輪車輛，車輛在混凝土走行面上運(yùn)行，通過導(dǎo)向軌為車輛提供導(dǎo)向，由安裝在導(dǎo)向軌導(dǎo)梁上的供電裝置為車輛提供動(dòng)力。

APM 軌道系統(tǒng)中導(dǎo)向軌的設(shè)計(jì)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，導(dǎo)向軌為 APM 車輛提供導(dǎo)向作用，同時(shí)也為車輛的供電軌及接地軌提供支撐作用。導(dǎo)向軌通過支撐結(jié)構(gòu)安裝于走行面的中間（圖 1）。

APM 軌道道岔分為標(biāo)準(zhǔn)樞軸道岔、Y 形樞軸道岔及轉(zhuǎn)盤型道岔 3 類。標(biāo)準(zhǔn)樞軸道岔是最為常見的道岔形式，主要用在單渡線或交叉渡線等區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)樞軸道岔由 2 個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)梁組成，其中 1 個(gè)為直線導(dǎo)梁，另 1 個(gè)為弧形導(dǎo)梁。Y 形樞軸道岔由 2 個(gè)弧形導(dǎo)梁組成，此類道岔并不常用，一般當(dāng)線路的盡頭需要 2 條線路分開時(shí)才會(huì)使用。轉(zhuǎn)盤型道岔采用 1 條旋轉(zhuǎn)導(dǎo)梁來連接 2 條交叉軌道中的 1 條，主要用在交叉渡線或停車線等區(qū)域。

圖1 旅客捷運(yùn)系統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)組成

2 APM 試驗(yàn)線設(shè)計(jì)

試驗(yàn)線位于安徽省蕪湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，線路全長1.48 km。試驗(yàn)線正線為直線，線路長 1.10 km。在總裝車間與試驗(yàn)線正線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線上設(shè) 2 個(gè)半徑22 m 的曲線，聯(lián)絡(luò)線長 0.37 km。線路全部為地面線路。

2.1 地基處理及走行面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)的走行面根據(jù)型式分為：整體單基走行面和分離雙基走行面。由于導(dǎo)梁是通過螺栓連接到導(dǎo)梁支座上，導(dǎo)梁支座一般與走行面或者其他支撐結(jié)構(gòu)固結(jié)在一起，不像傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)，沉降可通過扣件來調(diào)整，因此，對(duì)走行面的沉降及導(dǎo)梁的變形要求非常嚴(yán)格。對(duì)于地面線路，為了控制沉降，增強(qiáng)軌道系統(tǒng)的整體性，通常選擇整體單基走行面形式；對(duì)于高架線路，為減輕走行面重量，降低二期恒載，通常選擇分離雙基走行面形式。

根據(jù)試驗(yàn)線場(chǎng)地特征，線路沿線多處分布有塘、溝，在第 3 層粉土中開挖易擾動(dòng)，同時(shí)為滿足試驗(yàn)線對(duì)地基變形的嚴(yán)格要求，試驗(yàn)線不宜采用天然地基形式，需采用復(fù)合地基。通過方案比選，試驗(yàn)線選用水泥攪拌樁復(fù)合地基，以滿足變形控制要求。

試驗(yàn)線走行面采用全寬單基混凝土走行面，走行面寬 2 540 mm、高450 mm，采用 C35 混凝土。走行面標(biāo)準(zhǔn)段長度為 12.5 m，2 個(gè)走行面標(biāo)準(zhǔn)段間設(shè)置寬度不大于 25 mm 的伸縮縫，伸縮縫灌瀝青麻絲。從走行面中心向外設(shè)置 0.5% 排水橫坡。試驗(yàn)線走行面設(shè)置約 1.5 mm的橫向條紋，使走行面能夠提供不小于 0.85 的摩擦系數(shù)。為提供電纜穿越走行面的條件，在供電軌上軌點(diǎn)處走行面中間位置預(yù)留邊長為 600 mm 的方形電纜槽，在走行面下預(yù)埋直徑 125 mm 的穿線管，供電纜穿過走行面。試驗(yàn)線橫斷面見圖 2。

2.2 導(dǎo)向軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)向軌導(dǎo)梁采用工字鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù) APM 總體設(shè)計(jì)規(guī)范要求，導(dǎo)梁撓度控制值為L/800（L為導(dǎo)梁支撐間距）。通過結(jié)構(gòu)計(jì)算，直線段工字鋼支撐間距采用 4 m，曲線段支撐間距采用 2 m，工字鋼截面采用高 210 mm、翼緣寬 134 mm、厚 16 mm、腹板厚 10 mm工字鋼，鋼材采用 Q345C 鋼。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長度與走行面長度保持一致，為 12.5 m。2 根導(dǎo)梁間設(shè)置不大于 25 mm 的伸縮縫，導(dǎo)梁伸縮縫與走行面伸縮縫對(duì)齊設(shè)置，避免導(dǎo)梁跨走行面伸縮縫設(shè)置。

為便于安裝供電軌及接地軌，在導(dǎo)梁腹板中心線上等間距 152 mm開直徑為 15 mm圓孔，在電纜上軌點(diǎn)開長度為 250 mm、半徑 45 mm 的橢圓形孔（圖 3）。

圖2 試驗(yàn)線橫斷面圖（單位：mm）

圖3 導(dǎo)向軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

導(dǎo)梁通過導(dǎo)梁基座固定在走行面中心線上，導(dǎo)梁基座設(shè)計(jì)由預(yù)埋鋼板及中部連接件組成。預(yù)埋鋼板為邊長 250 mm 的方形鋼板，通過 4 根直徑 16 mm 的鋼筋預(yù)埋在走行面中心。中部連接件由 T 形鋼板與連接鋼板焊接組成，通過高強(qiáng)螺栓將導(dǎo)梁固定在導(dǎo)梁基座上（圖 4）。

圖4 導(dǎo)梁基座

2.3 供電軌、接地軌設(shè)計(jì)

供電軌和接地軌是為車輛提供連續(xù)電力的配電系統(tǒng)，通過 2 個(gè)間距不大于 1.83 m 的獨(dú)立絕緣支架支撐于導(dǎo)梁腹板之上。在 2 個(gè)供電軌絕緣支架中間安裝 1 個(gè)接地軌支架，接地軌支架的安裝間距與供電軌支架的安裝間距相同。

供電軌是 1 個(gè)鋁質(zhì)型材，在與集電刷接觸面一側(cè)設(shè)計(jì)有凹槽，為集電刷提供 1 個(gè)通道，引導(dǎo)集電刷運(yùn)行。除接觸面外，供電軌用絕緣罩保護(hù)，減少意外接觸高電壓的危險(xiǎn)。供電軌插入絕緣支架上部的支撐構(gòu)件，支撐構(gòu)件防止供電軌橫向擺動(dòng)，允許供電軌縱向熱脹冷縮變形。供電軌系統(tǒng)裝配及實(shí)際安裝見圖 5、圖 6。

圖5 供電系統(tǒng)裝配圖

圖6 供電系統(tǒng)實(shí)際安裝圖

接地軌采用比供電軌更輕的鋁質(zhì)型材，運(yùn)行接觸面外包 1 層不銹鋼板，接地軌安裝支架是 1 個(gè)Ω形支架，在支架頂部安裝 1 個(gè)丁字形螺母緊固件，丁字形螺母自由滑動(dòng)到接地軌 T 形槽內(nèi)，緊固件可以防止接地軌橫向擺動(dòng)，允許接地軌縱向熱脹冷縮變形。

相鄰供電軌之間通過剛性接頭連接起來，剛性接頭提供機(jī)械連接、對(duì)齊和供電軌之間的電氣連續(xù)性。為防止供電軌熱脹冷縮造成供電軌變形，供電軌每隔一定間距設(shè)1個(gè)伸縮膨脹節(jié)，伸縮膨脹節(jié)給供電軌提供無屈曲或變形的熱脹冷縮運(yùn)動(dòng)空間。伸縮膨脹節(jié)不能提供連續(xù)的電力，需通過跨接電纜連接相鄰的供電軌，以保證電氣連續(xù)性。

2 根接地軌之間用拼接接頭連接在一起，接頭組件確保接地軌之間的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)和電氣連續(xù)性。每隔一定間距接地軌設(shè)置 1 個(gè)伸縮接頭，伸縮接頭可提供多達(dá) 203.2 mm 的縱向伸縮變形，伸縮接頭還提供 1 個(gè)連續(xù)的頂部接觸面和側(cè)表面。在伸縮接頭兩端通過 1 個(gè)跨接電纜連接相鄰的接地軌，以保證電氣連續(xù)性。接地軌伸縮縫一般安裝在供電軌伸縮接頭附近。

2.4 擋車器鋼軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝

擋車器是安裝于軌道盡頭、防止車輛因意外失控沖出軌道盡頭的安全裝置。傳統(tǒng)的軌道交通都采用鋼輪、鋼軌，擋車器可直接安裝于鋼軌上，但 APM 車輛系統(tǒng)并非鋼輪、鋼輪，沒有可直接利用的擋車器安裝所需的鋼軌。設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮在走行面上安裝 2 根鋼軌，將擋車器固定在鋼軌之上。根據(jù) APM 車輛設(shè)計(jì)參數(shù)，車輛膠輪內(nèi)側(cè)間距為1 694 mm，2 根鋼軌的安裝間距應(yīng)小于車輛車輪內(nèi)側(cè)間距，同時(shí)保證擋車器的撞擊高度與車輛撞擊點(diǎn)的高度一致。綜合考慮以上因素后，在擋車器固定鋼軌設(shè)計(jì)時(shí)，采用了在走行面開槽的設(shè)計(jì)方案，將單基走行面變?yōu)樘厥獾碾p基走行面，這樣可以有效降低車輛膠輪撞擊擋車器后壓到鋼軌上發(fā)生側(cè)翻的危險(xiǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)凹槽可以降低擋車器的撞擊點(diǎn)高度，保證撞擊點(diǎn)與車輛接觸點(diǎn)高度一致。鋼軌安裝軌距采用 1 050 mm 軌距，鋼軌安裝凹槽寬 400 mm、深 212 mm，鋼軌通過扣件固定在凹槽內(nèi)，凹槽外側(cè)走行面寬度為 510 mm，滿足了雙基走行面結(jié)構(gòu)中單條走行面寬度要求。在凹槽內(nèi)部設(shè)置集水溝，同時(shí)預(yù)埋水管，排除凹槽內(nèi)部的積水。車擋裝配見圖 7。

圖7 車擋裝配圖（單位：mm）

3 結(jié)論及建議

APM 線路在國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用案例較少，北京機(jī)場(chǎng) T3航站樓與廣州珠江新城 APM 項(xiàng)目采用的都是較早期的CX-100 型車。這條試驗(yàn)線路是國內(nèi)首次采用 INNOVIA APM300 型車，供電方式與廣州珠江新城的五軌供電不同，而且整個(gè)車體更大，整條試驗(yàn)線的運(yùn)行情況還需實(shí)際運(yùn)行來檢驗(yàn)。由于這條試驗(yàn)線并未采用無人自動(dòng)駕駛技術(shù)，所以試驗(yàn)線并未設(shè)計(jì)信號(hào)系統(tǒng)，線路預(yù)留了信號(hào)系統(tǒng)設(shè)置條件，為以后增加無人駕駛預(yù)留條件。

試驗(yàn)線導(dǎo)向軌長度根據(jù)外方技術(shù)人員要求采用 12.5 m，與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)工字鋼長度不同，這就需要特殊定制美標(biāo)工字鋼作為導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)。在以后的線路設(shè)計(jì)中，建議采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)工字鋼結(jié)構(gòu)，這樣可以節(jié)約工程造價(jià)，同時(shí)也為 APM 軌道系統(tǒng)在國內(nèi)推廣創(chuàng)造條件。

對(duì)于單基走行面，供電電纜上軌時(shí)需在走行面預(yù)留電纜槽，同時(shí)在相同位置導(dǎo)梁上開橢圓安裝孔。在電纜接軌處，由于開孔空間較為狹窄，造成電纜彎折困難，建議在以后線路設(shè)計(jì)過程中將導(dǎo)梁開孔適當(dāng)加長，同時(shí)將導(dǎo)梁開孔與電纜過軌點(diǎn)錯(cuò)開適當(dāng)距離，使電纜上軌安裝更加方便。