長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程限界研究

戴能云 ，戴 旺 ，邱 冰 ，鄧娟紅 ，侯喜快

（1. 湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410200；2. 湖南省軌道勘察設(shè)計(jì)有限公司，長(zhǎng)沙 410021）

中低速磁浮作為一種新型的軌道交通制式，具有運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、運(yùn)行噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。中低速磁浮限界包括車(chē)輛限界、設(shè)備限界和建筑限界。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)磁浮限界進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[1]參照地鐵車(chē)輛限界標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中低速磁浮車(chē)輛結(jié)構(gòu)，對(duì)中低速磁浮車(chē)輛限界進(jìn)行了研究和計(jì)算。文獻(xiàn)[2]參考限界計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及方法，針對(duì)磁浮車(chē)輛的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)中低速磁浮車(chē)輛限界和設(shè)備限界進(jìn)行了研究，提出了計(jì)算截面的確定方法并推導(dǎo)出了限界計(jì)算公式。文獻(xiàn)[3]在參考CJJ/T 96-2018《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，結(jié)合磁浮自身特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備限界進(jìn)行了研究，以磁浮車(chē)輛通過(guò)曲線時(shí)的幾何關(guān)系制定曲線地段設(shè)備限界內(nèi)外側(cè)加寬公式，計(jì)算出相應(yīng)的加寬量，并提出了在小曲線半徑地段內(nèi)外側(cè)非對(duì)稱(chēng)加寬量。文獻(xiàn)[4]結(jié)合長(zhǎng)沙南至機(jī)場(chǎng)中低速磁浮工程，從車(chē)輛、線路和軌道相關(guān)技術(shù)參數(shù)入手，詳細(xì)介紹了車(chē)輛限界、設(shè)備限界的計(jì)算因素和計(jì)算結(jié)果，并給出了典型地段建筑限界圖。文獻(xiàn)[5]對(duì)低速磁浮車(chē)輛限界方法進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)車(chē)輛限界涉及的因素進(jìn)行了討論，提出對(duì)隨機(jī)因素的影響不能直接進(jìn)行累加，要按照概率論的方法進(jìn)行處理。文獻(xiàn)[6]結(jié)合中低速磁浮車(chē)輛及道岔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了寬體和窄體兩種計(jì)算道岔區(qū)設(shè)備限界的方法，并得出了寬體模型計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確的結(jié)論。

綜上所述，國(guó)內(nèi)磁浮限界研究主要集中在車(chē)輛限界、設(shè)備限界以及高架區(qū)間建筑限界等方面，在磁浮盾構(gòu)區(qū)間建筑限界、地下車(chē)站建筑限界等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究。盾構(gòu)區(qū)間隧道建筑限界直接影響盾構(gòu)管片的選型，科學(xué)、合理地確定盾構(gòu)區(qū)間隧道建筑限界對(duì)保證運(yùn)營(yíng)安全、降低建設(shè)成本是十分必要的[7-12]。筆者依托長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程，參照《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合磁浮車(chē)輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)磁浮地下區(qū)間限界進(jìn)行了研究，為本工程實(shí)施提供技術(shù)支撐，為后續(xù)磁浮隧道工程建設(shè)提供參考。

1 長(zhǎng)沙磁浮東延線工程概況

長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程由長(zhǎng)沙大道與臨空大道西北側(cè)長(zhǎng)沙磁浮快線引出，到長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)T3 航站樓交通中心(Global Translator Community，GTC)截止。線路全長(zhǎng)4.454 km，其中高架段長(zhǎng)0.173 km，地下段長(zhǎng)4.256 km，過(guò)渡段長(zhǎng)0.025 km，全線共設(shè)2 座車(chē)站，均為地下站，站間距為3.263 km，其中T2 站與T2 航站樓接駁，T3 站與地鐵6 號(hào)線、地鐵10 號(hào)線、渝長(zhǎng)廈高鐵換乘。初近期利用長(zhǎng)沙磁浮快線車(chē)輛段與綜合基地、運(yùn)行控制中心(OCC)，不新增車(chē)輛段與綜合基地、運(yùn)行控制中心(OCC)。

線路從長(zhǎng)沙大道與臨空大道西北側(cè)長(zhǎng)沙磁浮快線接出，以高架形式上跨臨空大道，之后線路從機(jī)場(chǎng)管理集團(tuán)北側(cè)山包入地，向東敷設(shè)，依次下穿機(jī)場(chǎng)大道(高架)、機(jī)場(chǎng)內(nèi)水渠，至T2 航站樓西南側(cè)停車(chē)場(chǎng)，設(shè)T2 站；出站后沿第一跑道西側(cè)走行，至第一機(jī)場(chǎng)跑道南端折向東走行，之后接入T3 航站樓，設(shè)T3 站，車(chē)站東西向布置，與地鐵6 號(hào)線、地鐵10 號(hào)線、渝長(zhǎng)廈高鐵換乘，T3 站預(yù)留延伸至瀏陽(yáng)的條件。

2 限界計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)

2.1 線路、軌道參數(shù)

長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程正線線路最小平面曲線半徑為200 m，最小豎曲線半徑2 000 m，最大縱坡為49‰，軌距為1 860 mm。線路及軌道具體技術(shù)參數(shù)[13]詳見(jiàn)表1。

表1 線路、軌道技術(shù)參數(shù) Table 1 Technical parameters of the line and track

2.2 車(chē)輛參數(shù)

長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程列車(chē)采用3 輛編組，每輛車(chē)配備5 個(gè)懸浮架單元。車(chē)輛最高運(yùn)行速度為100 km/h，計(jì)算限界時(shí)采用的最高速度為110 km/h，過(guò)站計(jì)算速度為60 km/h，車(chē)輛主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表2[13-14]。

表2 車(chē)輛主要技術(shù)參數(shù) Table 2 Main technical parameters of the vehicle

續(xù)表

3 設(shè)備及管線布置

1) 地下區(qū)間隧道內(nèi)信號(hào)機(jī)、弱電電纜、區(qū)間電話、消防水管、排水管、電源箱等布置在線路行車(chē)方向右側(cè)；強(qiáng)電電纜、照明燈具布置在線路行車(chē)方向左側(cè)。

2) 地下島式車(chē)站，強(qiáng)電電纜設(shè)置在站臺(tái)板下墻體外側(cè)，弱電電纜設(shè)置在站臺(tái)對(duì)側(cè)的邊墻上。

3) 緊急疏散平臺(tái)設(shè)在線路行車(chē)方向左側(cè)，疏散平臺(tái)至軌面垂直距離為680 mm，平臺(tái)面上高度2 000 mm范圍為人員疏散區(qū)域，設(shè)備、電纜等管線安裝避開(kāi)此區(qū)域。

4 車(chē)輛限界

車(chē)輛限界是車(chē)輛在平直線路上按區(qū)間最高速度等級(jí)并附加瞬時(shí)超速、規(guī)定的過(guò)站速度運(yùn)行，計(jì)及了規(guī)定的車(chē)輛和軌道的公差值、磨耗量、彈性變形量以及車(chē)輛的振動(dòng)等正常狀態(tài)下運(yùn)行的各種限定因素，而產(chǎn)生的車(chē)輛各部位橫向和豎向動(dòng)態(tài)偏移后形成的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，并以基準(zhǔn)坐標(biāo)系表示的界線[15]。本工程包括高架段、地下段兩部分，筆者重點(diǎn)研究地下段限界。車(chē)輛輪廓線坐標(biāo)值見(jiàn)表3，隧道內(nèi)直線地段車(chē)輛限界計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，車(chē)站車(chē)輛限界計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，限界計(jì)算參照《湖南省中低速磁浮交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ43/T007-2017)附錄中的計(jì)算方法。

表3 車(chē)輛輪廓線坐標(biāo)值 Table 3 Vehicle contour coordinate value mm

表4 隧道內(nèi)車(chē)輛限界坐標(biāo)值 Table 4 Coordinate value of the vehicle gauge in the tunnel mm

表5 車(chē)站車(chē)輛限界坐標(biāo)值 Table 5 Coordinate value of the vehicle gauge in the station mm

續(xù)表

5 設(shè)備限界

設(shè)備限界是在車(chē)輛限界基礎(chǔ)上外加未計(jì)及因素和安全間距(包括一系或二系懸掛故障狀態(tài))而形成的界線[15]。設(shè)備限界包括直線地段設(shè)備限界和曲線地段設(shè)備限界。曲線地段設(shè)備限界計(jì)及的主要因素包括：1)曲線 幾何偏移引起的偏移量；2)軌道超高或欠超高(未平衡離心加速度)引起的車(chē)輛傾斜；3)曲線上軌道參數(shù)及車(chē)輛參數(shù)變化引起的附加偏移量[2]。隧道內(nèi)直線段設(shè)備限界計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6，隧道內(nèi)直線地段車(chē)輛輪廓線、車(chē)輛限界、設(shè)備限界見(jiàn)圖1，車(chē)站車(chē)輛限界見(jiàn)圖2。

表6 隧道內(nèi)直線段設(shè)備限界坐標(biāo)值 Table 6 Coordinate value of the equipment gauge of a straight line section in the tunnel mm

圖1 隧道內(nèi)直線地段車(chē)輛輪廓、車(chē)輛限界、設(shè)備限界 Figure 1 Vehicle outline, vehicle gauge, and equipment gauge in the straight section of the tunnel

圖2 車(chē)站車(chē)輛限界 Figure 2 Station vehicle gauge

6 建筑限界

本工程建筑限界包括直線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界、曲線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界、直線地段明挖區(qū)間建筑限界、曲線地段明挖區(qū)間建筑限界、直線地段高架區(qū)間建筑限界、曲線地段高架區(qū)間建筑限界、地下車(chē)站建筑限界等。筆者重點(diǎn)研究盾構(gòu)區(qū)間建筑限界(包括直線和曲線區(qū)間兩種工況)、直線地段明挖區(qū)間建筑限界、地下車(chē)站建筑限界等典型建筑限界。

6.1 盾構(gòu)區(qū)間建筑限界

盾構(gòu)區(qū)間建筑限界按全線盾構(gòu)法施工地段的最小平面曲線半徑200 m、軌道最大橫坡角6°進(jìn)行設(shè)計(jì)。軌道面距離道床面高度為520 mm，車(chē)輛高度為4 430 mm，采用直徑5 800 mm 的限界圓，直線段設(shè)備限界與建筑限界最小間距尺寸為281 mm，曲線段設(shè)備限界與建筑限界最小間距尺寸為218 mm，滿足規(guī)范要求。隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)徑為6 100 mm，凈空面積26.20 m2，車(chē)輛橫截面積10.08 m2，車(chē)隧阻塞比為0.38，本工程最高運(yùn)行速度為100 km/h，符合《地鐵快線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 298-2019)中對(duì)100 km/h 以上列車(chē)阻塞比不大于0.45和《市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CCES 2-2017)中120 km/h 列車(chē)阻塞比不大于0.4 的要求。為保證隧道內(nèi)部的消防疏散，區(qū)間兩條單線區(qū)間隧道之間應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道[14]，相鄰兩聯(lián)絡(luò)通道距離不應(yīng)大于600 m，聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)應(yīng)設(shè)置甲級(jí)防火門(mén)，本工程共設(shè)置5 處聯(lián)絡(luò)通道，保證在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下乘客疏散安全。在線路行車(chē)方向左側(cè)設(shè)置疏散平臺(tái)，疏散平臺(tái)頂面距軌面高度為680 mm，平臺(tái)面上高度2 000 mm 范圍為人員疏散區(qū)域，不安裝其他系統(tǒng)設(shè)備、電纜等，平臺(tái)下方布置強(qiáng)電電纜管線。行車(chē)方向右側(cè)布置弱電電纜、信號(hào)機(jī)、通信設(shè)備箱、給排水管等管線。直線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界詳見(jiàn)圖3，曲線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界詳見(jiàn)圖4。

圖3 直線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界 Figure 3 Straight-line section shield tunnel construction gauge

圖4 曲線地段盾構(gòu)區(qū)間建筑限界 Figure 4 Curve section shield tunnel construction gauge

6.2 直線地段明挖區(qū)間建筑限界

直線地段明挖區(qū)間采用單洞單線矩形隧道，軌頂面至結(jié)構(gòu)頂板底凈空高度4 050 mm，線路中心線至行車(chē)方向左側(cè)邊墻距離為2 600 mm，至行車(chē)方向右側(cè)邊墻距離為2 100 mm。在線路行車(chē)方向左側(cè)設(shè)置疏散平臺(tái)，考慮到本工程疏散平臺(tái)距離道床面比傳統(tǒng)地鐵高，為提高疏散效率，保障乘客疏散安全，將疏散平臺(tái)寬度設(shè)為1 000 mm。直線地段明挖區(qū)間建筑限界詳見(jiàn)圖5。

圖5 直線地段明挖區(qū)間建筑限界 Figure 5 Straight-line section open-cut section construction gauge

6.3 地下車(chē)站建筑限界

本工程地下車(chē)站為島式車(chē)站，有效站臺(tái)區(qū)域邊緣距離線路中心線為1 500 mm，非有效站臺(tái)區(qū)域邊緣距線路中心線1 800 mm，站臺(tái)裝修完成面距軌面840 mm，站臺(tái)門(mén)邊緣距線路中心線1 530 mm。地下車(chē)站建筑限界詳見(jiàn)圖6。

圖6 地下車(chē)站建筑限界 Figure 6 Underground station building gauge

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3 航站樓工程區(qū)間隧道長(zhǎng)度為4.256 km，屬于地下長(zhǎng)大區(qū)間，需要考慮通風(fēng)排煙、乘客疏散、乘客乘坐舒適度等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)還暫時(shí)缺乏磁浮交通采用地下線的埋設(shè)方式以及穿越長(zhǎng)大地下區(qū)間隧道的實(shí)踐案例積累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。筆者參照《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》及《中低速磁浮交通設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合磁浮車(chē)輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)盾構(gòu)區(qū)間建筑限界等幾種典型建筑限界進(jìn)行了研究，并給出了詳盡的典型地段建筑限界圖。研究表明：采用盾構(gòu)內(nèi)徑為6.1 m 的隧道能夠滿足隧道阻塞比及磁浮列車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行要求，并具有一定的經(jīng)濟(jì)性。長(zhǎng)沙磁浮東延線接入T3航站樓工程已開(kāi)工建設(shè)，建筑限界設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)、合理，為后續(xù)磁浮隧道工程建設(shè)提供參考和借鑒。