城市軌道交通中小半徑曲線問題探討【摘　要】　簡述小半徑曲線對列車運行安全影響,對工程影響以及對運營中鋼軌的磨耗的影響,并就相關(guān)問題提出建議及改善措施。　　【關(guān)鍵詞】　城市軌道交通;　小半徑曲線;　最小曲線半徑;　影響;　磨耗;　直線電機　　城市軌道交通是大城市公共客運交通的骨干,是大眾化、大運量的城市客運系統(tǒng)。同時又是城市的大型基建工程,所以它在城市建設(shè)中占有十分重要的地位。目前,國內(nèi)許多城市正在進行軌道交通的建設(shè)或前期準備工作,基本上都進行了各種形式的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。最小平曲線半徑是城市軌道交通線路設(shè)計主要技術(shù)標準之一。它對地下鐵道線路的造價、運行速度、養(yǎng)護維修量和運營支出有很大的影響。平曲線半徑過小,不能滿足高速列車行車舒適性的要求;平曲線半徑過大,又會大大增加建設(shè)工程投資。本文就從軌道交通中的小半徑曲線出發(fā),討論其對工程和運營的影響以及如何改善這些問題。1小半徑曲線的選擇　　 小半徑曲線是在軌道交通設(shè)計過程中為了照顧客流走廊,繞避嚴重不良地質(zhì)地段、文物古跡、高層建筑、地下管線,減少工程投資等而不得不采用的半徑較小的曲線。2小半徑曲線的影響　　 以下淺談小半徑曲線在列車運行安全、對工程影響以及運營中鋼軌的磨耗等三個方面的影響。2.1 小半徑曲線對運營安全的影響 列車在小半徑曲線地段下坡道上運行時,引起地鐵車輛的劇烈振動,在振動很劇烈的地段特別要用瞬時舒適度水平(2ｓ舒適度水平),舒適度水平表達式為:Ｌｒ=20ｌｇα/αｒｅｆ(1) 其中αｒｅｆ為標準加速度,α為測定的加速度。由該式可知舒適度水平與振動加速度相關(guān),振動加速度大,舒適度水平大,從而乘客舒適度差。舒適度等級越小,舒適度評價越好,舒適度等級在1以下,振動舒適度評價非常好。旅客乘車舒適度是衡量列車通過曲線時運營質(zhì)量好壞的一個最直觀的指標。另外,小半徑曲線上視距較短,司機瞭望線路條件差,嚴重時會威脅到列車安全。 地鐵列車在通過小半徑曲線時,車輪相對于鋼軌產(chǎn)生橫向滑動,往往要發(fā)出尖嘯的噪聲。2001年8月22日,德國ＳＩＥＭＥＮＳ公司在廣州地鐵一號線對地鐵車輛的振動進行檢測,結(jié)果表明,上行線長壽路～陳家祠區(qū)間小半徑曲線垂向振動加速度最大值約達37ｍ/Ｓ2,而無波磨地段垂向振動加速度最大值約達15ｍ/Ｓ2。嚴重的波磨引起地鐵車輛的劇烈運動,發(fā)出尖嘯的噪聲,大大降低了乘客的舒適度。2.2　小半徑曲線對工程的影響 在困難地段,采用較小的曲線半徑能夠更好地適應(yīng)地形變化,可減少路基、擋墻的工程數(shù)量,對降低工程造價有顯著效果,但也會由于增加線路長度、降低粘著系數(shù),而引起工程費用增大。2.3　小半徑曲線對鋼軌磨耗的影響 輪軌間的摩擦包括滾動摩擦和滑動摩擦,據(jù)有關(guān)資料介紹,單純的滾動摩擦使鋼軌磨耗甚微,而車輪只有0 2%的滑動,磨耗就會顯著增加。列車在曲線上運行時,附加動壓力及輪軌間的相對滑動與曲線半徑成反比,半徑越小滑動磨耗越大。 鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和波浪型磨耗,主要是由于輪軌之間發(fā)生摩擦造成的。從廣州地鐵一號線運營情況來看,最小曲線半徑為300ｍ,有些地段磨耗較嚴重;二號線最小曲線半徑350ｍ,磨耗情況尚可,曲線半徑Ｒ 400ｍ的曲線尚未發(fā)現(xiàn)不正常磨耗現(xiàn)象。曲線半徑越小,鋼軌磨耗越嚴重,鋼軌更換周期越短。3主要問題及建議3.1選定最小曲線半徑最小曲線半徑是指系統(tǒng)在正常的運行速度下,保證行車安全和旅客乘坐舒適的最小曲線半徑。它是修建地下鐵道的主要參數(shù)之一,它與地鐵線路的性質(zhì)、車輛性質(zhì)、行車速度、地形地物條件等有關(guān)。3.1 1　理論公式Ｒｍｉｎ=11 8ｖ2?(ｈｍａｘ+ｈｇｙ)(2) 式中:Ｒｍｉｎ為滿足欠超高要求的最小曲線半徑(ｍ);ｖ為設(shè)計速度(ｋｍ/ｈ);ｈｍａｘ為最大超高(120ｍｍ);ｈｇｙ為允許欠超高(ｈｇｙ=61 2ｍｍ)。3.1 2　半徑選擇 線路平面最小曲線半徑,按《地下鐵路設(shè)計規(guī)范》(ＧＢ50157-92)規(guī)定,如表1:表1　最小曲線半徑(ｍ)3.2　選擇新型轉(zhuǎn)向機構(gòu) 在小半徑曲線上,輪沿與鋼軌軌頭角部接觸,這不僅會造成輪軌磨損,也會產(chǎn)生很大的振動和刺耳的噪聲。如果軸間容許有一定的自由度,將使噪聲減小。 直線電機平面轉(zhuǎn)彎半徑小,有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下建筑物,降低工程造價。直線電機采用徑向轉(zhuǎn)向架通過曲線地段如圖1所示。采用徑向轉(zhuǎn)向架帶來如下優(yōu)點: (1)平面轉(zhuǎn)彎半徑小,與傳統(tǒng)的粘著驅(qū)動式系統(tǒng)(轉(zhuǎn)向架軸距、定距相同)相比,最小水平轉(zhuǎn)彎半徑由一般輪軌系統(tǒng)的200ｍ可減至80ｍ; (2)有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下構(gòu)筑物,降低工程造價; (3)通過關(guān)鍵技術(shù)部位特殊裝置的動作,使車軸產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角,使其隨著彎道的曲線改變軸距,有效地減少了機車車輪與鋼軌間的摩擦,大大降低了輪緣的磨耗; (4)噪聲低。沒有旋轉(zhuǎn)與傳動系統(tǒng),使輪軌磨耗降低,噪音比傳統(tǒng)車輛減小10Ｂ(Ａ)左右; (5)體積小,重量輕。縮小隧道端面和高架結(jié)構(gòu),大幅度降低工程造價; (6)通過小半徑曲線能力提高,提高運行速度,適應(yīng)城市街區(qū),減少工程拆遷,加減速度大,爬坡能力強,不受氣候影響; (7)自重小,沒有牽引傳動和粘著損失,自動化程度高,耗電省。 目前廣州地鐵四號線已采用直線電機車輛,降低了廣州后續(xù)軌道交通線建設(shè)的工程投資和運營費用,保持了軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?同時有利于城市土地和地下空間的合理開發(fā)和利用,填補了國內(nèi)軌道交通技術(shù)上的空白。3.3　養(yǎng)護維修 通過養(yǎng)護維修措施可以克服小半徑曲線帶來的不良影響。如剝離掉塊、波浪磨耗等。3.3 1　鋼軌涂油 小半徑曲線段可通過涂油來大大減緩磨耗。新鋼軌由于沒有受到列車車輪的碾壓,其表面硬度很低,經(jīng)過一定時間的碾壓后,其表面形成一個超過原來硬度約1 5～1 8倍的保護層,可大大提高鋼軌表面的耐磨性能。通過涂油可使保護層順利形成,降低鋼軌的磨耗速度。3.3 2　鋼軌打磨 鋼軌打磨是目前最有效的消除波磨的措施,已發(fā)展成為一種多功能的現(xiàn)代化養(yǎng)路技術(shù)。打磨的重點已從鋼軌修理轉(zhuǎn)向鋼軌保養(yǎng)。鋼軌的定期打磨,可以消除和延緩波磨、消除鋼軌表面的接觸疲勞層防止剝離掉塊、對斷面打磨還可以改善輪軌接觸條件,降低接觸應(yīng)力。目前廣州地鐵正用美國ＨＴＴ公司購買的ＲＧＨ10ＳＥＲＩＥＳＣ1-32磨軌車對小半徑曲線進行打磨,效果良好。 另外,通過優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)部件(如墊板、橡膠墊等)的剛度匹配,設(shè)置合理的軌底坡也可以減少小半徑曲線處的磨耗程度。4結(jié)束語 在進行軌道交通線路方案設(shè)計時,應(yīng)盡可能使用較大的曲線半徑,以避免或減少在運營過程中出現(xiàn)的這些不良問題,300ｍ以下的曲線半徑輪軌磨耗大,噪音大,應(yīng)盡量少用,尤其位于兩站中間更應(yīng)少用。隨著我國材料科學及車輛工業(yè)技術(shù)不斷進步,鋼軌的耐磨性繼續(xù)提高,輪軌之間的匹配關(guān)系還可以改善,將來小半徑曲線處的鋼軌更換周期可以延長。能適應(yīng)小半徑曲線的車型也越來越豐富,其不良影響也可以很大范圍內(nèi)的降低。參考文獻[1]　ＧＢ50157-2003,地鐵設(shè)計規(guī)范[Ｓ].北京:中國計劃出版社,2003.[2]　郝瀛.鐵道工程[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,2000.[3]　[日]佐藤吉彥等.新軌道力學[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,2001.[4]　顧保南等.論城市軌道交通最小曲線半徑標準的選擇[Ｊ].同濟大學學報.[5]　張慶賀等.地鐵與輕軌[Ｍ].人民交通出版社,2002.