懸掛式單軌交通軌道梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

何歡

摘? 要：懸掛式單軌交通系統(tǒng)是新型城軌交通形式，具有快速環(huán)保、建設(shè)周期短、地形適應(yīng)能力好等優(yōu)點(diǎn)。在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用廣泛，我國懸掛式單軌交通研究處于起步階段，相關(guān)設(shè)計規(guī)范有待完善。軌道梁是單軌系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要點(diǎn)，設(shè)計規(guī)范的軌道梁斷面結(jié)構(gòu)，可為懸掛式單軌發(fā)展提供理論參考。收集國內(nèi)外運(yùn)營懸掛式單軌線路資料，提出懸掛式單軌橋梁結(jié)構(gòu)形式。研究表明結(jié)構(gòu)安全可靠性，為今后系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：懸掛式單軌交通;軌道梁結(jié)構(gòu);工程設(shè)計

隨著城市化進(jìn)程推進(jìn)，城軌交通以污染小等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，懸掛式單軌系統(tǒng)是可持續(xù)發(fā)展的城軌交通系統(tǒng)，具有安全節(jié)能等優(yōu)勢。懸掛式單軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由軌道梁與橋墩立柱組成，軌道梁設(shè)計需要滿足經(jīng)濟(jì)性要求。軌道梁懸掛式單軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特性，設(shè)計合理軌道梁結(jié)構(gòu)對我國制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范具有重要意義。

1.懸掛式單軌交通簡介

懸掛式單軌交通車輛懸掛于立柱支撐空中箱軌梁下，車輛實心橡膠行走輪布置在薄壁箱梁內(nèi)部空間^[1]。2002年德國杜塞爾多夫機(jī)場通行50km懸掛式單軌交通線，可實現(xiàn)雙向行駛。懸掛式單軌交通有效緩解城市交通擁堵狀況，車輛重心在走行面下方，其轉(zhuǎn)向架等具有獨(dú)特性，爬坡能力強(qiáng)。

懸掛式單軌交通系統(tǒng)組成與普通軌道交通系統(tǒng)相同，具有維修基地與機(jī)電設(shè)備，具體組成上與傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)不同，主要差異包括軌道梁與道岔結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)營懸掛式單軌交通車體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)城軌交通車輛相似，每輛車有兩部轉(zhuǎn)向架。軌道梁要承擔(dān)車輛重量，軌道梁設(shè)計需考慮線路平面曲線等因素，軌道梁技術(shù)必須達(dá)到運(yùn)行平穩(wěn)，抵抗變形剛度^[2]。軌道梁系統(tǒng)支柱架設(shè)軌道梁柱是單軌交通系統(tǒng)的重量支撐，單軌車輛高度約2.6m，軌道梁體下方凈高設(shè)置為9.5m，軌道梁是支撐車輛運(yùn)行主要載體，常布置在城市交通主干道兩側(cè)。

單軌交通相比其他軌道交通形式具有乘坐舒適安全等特點(diǎn)。懸掛式單軌行走系統(tǒng)內(nèi)嵌在封閉箱形軌道梁內(nèi)，懸掛式單軌剎車性能優(yōu)越，運(yùn)行速度低于地鐵，德國H-Bahn研發(fā)懸掛式單軌系統(tǒng)采用ATO，ATP可避免人為操作失誤及追尾等事故。懸掛式單軌系統(tǒng)占地面積小，車站可沿道路中間綠化帶設(shè)計，線路架設(shè)具有較強(qiáng)路面適應(yīng)性?？衫矛F(xiàn)有空間道路資源。

2.懸掛是單軌交通軌道梁設(shè)計

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張，發(fā)展城軌交通系統(tǒng)可以有效解決城市交通問題。懸掛式單軌交通系統(tǒng)具有投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來我國懸掛式單軌交通系系統(tǒng)快速發(fā)展，懸掛式單軌交通用于解決功能場館等小循環(huán)系統(tǒng)交通問題，多條用于旅游觀光，空中航線山區(qū)懸掛式單軌交通項目規(guī)劃設(shè)計，目前山區(qū)缺乏軌道梁設(shè)計經(jīng)驗，需要對山區(qū)應(yīng)用進(jìn)行研究。

貴州雷山千戶苗寨景區(qū)懸掛式單軌交通項目線路長7.92km，工程地處云貴高原斜坡地帶，沿既有黃烏公路山體外側(cè)敷設(shè)線路，存在不良地質(zhì)影響。設(shè)計最大速度60km/h;車輛類型為3輛編組;軌道梁截面采用開口鋼箱截面，通過懸掛構(gòu)件連接轉(zhuǎn)向架，箱頂確定內(nèi)輪廓尺寸為1000mm寬×1250mm高。梁墩鋼材采用Q345qD^[3]。軌道梁受構(gòu)建局部穩(wěn)定。截面高度受箱內(nèi)車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)造限制，項目所處地形條件惡劣，提高標(biāo)準(zhǔn)跨徑增加梁高，跨中梁過高會加大工程投資。梁部多為工廠預(yù)制，跨度要進(jìn)行限定。

結(jié)合項目沿途山區(qū)公路轉(zhuǎn)彎半徑影響，項目不便采用節(jié)段運(yùn)輸現(xiàn)場拼裝。結(jié)合運(yùn)輸限制等因素考慮，跨度對曲線半徑適用范圍為L=25m，L≤20m;80m>R≥50m，L≤16m.橋梁結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度等要求。軌道梁采用加勁肋結(jié)構(gòu)。頂板厚度24mm，跨度12-35m等高度梁，跨度為35m，鋼梁最大應(yīng)力滿足要求?？缍葹?0m滿足要求，梁場預(yù)制節(jié)段運(yùn)輸。

3.山區(qū)橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計

跨越山區(qū)沖溝，25m最大標(biāo)準(zhǔn)跨度無法滿足要求，需研究大跨度梁。通過建立模型研究梁高與變形關(guān)系。軌道梁剛度隨著板厚的增加。模型M4-4豎向撓度滿足L/100最大允許值，應(yīng)注意板厚合理調(diào)整。可適當(dāng)優(yōu)化腹板厚度。軌道梁鋼立柱分為Y型，門墩式等墩型，雙線段采用Y型，道岔區(qū)段可采用門墩式。

懸掛式單軌系統(tǒng)是城軌系統(tǒng)的重要分支，具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)，環(huán)境友好性等特點(diǎn)，交通系統(tǒng)在日本等國家得到很好的應(yīng)用，我國目前設(shè)計制造及施工運(yùn)營管理等方面缺乏成熟經(jīng)驗，懸掛式軌道交通承載體軌道梁起到牽引電網(wǎng)載體等作用，懸掛式單軌系統(tǒng)采用高架運(yùn)行方式，軌道梁設(shè)計要滿足承重導(dǎo)向要求，軌道梁要設(shè)計為底部開口箱型截面形式。懸掛式列車在軌道梁導(dǎo)向等方面有要求，要在兩側(cè)導(dǎo)向面設(shè)置超高，對軌道梁走行面設(shè)計超高才能滿足車輛構(gòu)造要求。

鋼梁主采用現(xiàn)場吊裝，單線墩柱頭可與墩身在工廠制造;雙線墩可采用柱頭在工廠分開制造。項目高墩采用鋼立柱組合墩型，墩高在8-22m，組合墩型可提高墩剛度。13m鋼立柱橋墩需采用組合墩型;5-14m高砼立柱組合形式滿足墩頂變形要求。鋼立柱組合型橋墩，同高度砼立柱高。采用鋼立柱放坡方式優(yōu)于加大直徑坡鋼立柱截面尺寸方式。采用橋墩基礎(chǔ)重心在同垂線上基礎(chǔ)形式，由于基礎(chǔ)承臺重心存在較大偏差，影響設(shè)計主要因素是樁側(cè)土最大設(shè)計應(yīng)力。樁基可采用高樁基承臺，樁基需設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)。

結(jié)語

本文以懸掛式單軌交通工程為例，分析軌道梁橋安全可靠。設(shè)計方案具有可行性，達(dá)到工程結(jié)構(gòu)成本最低目標(biāo)要求。懸掛式單軌交通應(yīng)重視列車行駛中平順性，由于懸掛式單軌系統(tǒng)在我國處于研究探索階段，我國對懸掛式單軌車輛輪軌關(guān)系未有明確要求，后續(xù)研究應(yīng)在開通試驗線進(jìn)行系列車橋耦合系統(tǒng)運(yùn)行狀況實驗。

參考文獻(xiàn)

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[3] 趙曉梅，吳琰，馬骉.懸掛式單軌雙線曲線軌道梁的設(shè)計研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2021，65（01）：65-71.