城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工3第三章

1、城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit第三章第三章 限界限界目錄目錄 第一節(jié) 限界的分類 第二節(jié) 限界制訂的原則 第三節(jié) 制訂限界的主要技術(shù)參數(shù) 第四節(jié) 設(shè)備限界的計(jì)算 第五節(jié) 建筑限界 定義：定義：限界（Gauge）是指限定車輛運(yùn)行或軌道周邊構(gòu)筑物超越的輪廓線,也是列車沿固定的軌道安全運(yùn)行時(shí)所需要的空間尺寸。 制定限界目的：制定限界目的：就是要確定一個(gè)既能保證列車運(yùn)行安全，又不增大橋隧或路基斷面的經(jīng)濟(jì)空間，以防止車輛在直線或曲線上運(yùn)行時(shí)與各種建筑物及設(shè)備發(fā)生接觸、碰撞。 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：評

2、價(jià)軌道交通的限界是否合理，一般以有效面積比來衡量。第一節(jié)：限界的分類第一節(jié)：限界的分類 確定依據(jù)：確定依據(jù)：軌道交通的限界是根據(jù)車輛外輪廓線及技術(shù)參數(shù)、軌道特性、各種誤差和變形，并考慮列車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素，經(jīng)分析計(jì)算確定。 分類：分類：車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界等 A A型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）B1型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）型車直線地段限界圖（隧道內(nèi)）（a）A型車直線段車輛輪廓線坐標(biāo)值（型車直線段車輛輪廓線坐標(biāo)值（mm）注：表中第013點(diǎn)是車體上的控制點(diǎn)；第1315點(diǎn)是轉(zhuǎn)向架上的控制點(diǎn)；第1619點(diǎn)是車輪上的控制點(diǎn)，22、23兩點(diǎn)為連接在車軸上的齒輪箱點(diǎn)，2

3、0、21、24、25點(diǎn)為連接在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的信號接受設(shè)備的最低點(diǎn)，2629為信號燈預(yù)留位置，第0s4s點(diǎn)為隧道內(nèi)受電弓控制點(diǎn),0k2k是車頂空調(diào)控制點(diǎn)。（b）A型車直線段車輛限界坐標(biāo)值（型車直線段車輛限界坐標(biāo)值（mm） 車輛限界車輛限界：車輛在平直軌道上按規(guī)定速度運(yùn)行，計(jì)及車輛和軌道的公差、磨耗、彈性變形及振動(dòng)等正常運(yùn)行狀態(tài)下的一條最大動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，是限制車輛橫斷面最大允許尺寸的輪廓圖形。 （c）A型車直線段設(shè)備限界坐標(biāo)值（型車直線段設(shè)備限界坐標(biāo)值（mm）設(shè)備限界設(shè)備限界：車輛在故障運(yùn)行狀態(tài)下所形成的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，用以限制軌道區(qū)的設(shè)備安裝界限。補(bǔ)充幾個(gè)限界的定義補(bǔ)充幾個(gè)限界的定義 1“設(shè)計(jì)截面”是

4、指標(biāo)稱車輛截面的投影輪廓。它不包括任何諸如懸掛、高度、寬度及撓度等制造及安裝公差。它是“ 限界圖”中的“ 車輛輪廓線”。2“靜態(tài)限界”是指已經(jīng)造好的、新的、空載的、停在平直軌道上的車輛截面的投影輪廓, 是由設(shè)計(jì)截面加上制造和安裝誤差而來的, 即加上懸掛誤差, 撓度, 高度與 寬度誤差, 不對稱的角度等。3“動(dòng)態(tài)限界”是車輛在直線軌道上按規(guī)定速度運(yùn)行時(shí)在計(jì)及車輛如懸掛部件的位移、車輛允許范圍內(nèi)的磨耗、外部側(cè)風(fēng)等因素的影響的情況下, 車輛各部位偏離軌道基準(zhǔn)中心所允許的程度, 車輛運(yùn)行時(shí)各點(diǎn)必須在此空間范圍內(nèi)。在限界圖中為車輛限界。4“動(dòng)態(tài)包絡(luò)線”是車輛在平直軌道上正常運(yùn)行時(shí),在各種因素作用下, 計(jì)

5、入所有允許的軌道結(jié)構(gòu)公差、維修公差及磨耗, 車輛各點(diǎn)偏離軌道基準(zhǔn)中心所連成一個(gè)包絡(luò)空間, 它不包括車輛在水平及垂直曲線的偏移。5“掃掠包絡(luò)線”是動(dòng)態(tài)包絡(luò)線的擴(kuò)大, 它包括垂直和水平曲線對車輛中央和端部的偏移的影響。第二節(jié)第二節(jié) 限界制訂原則限界制訂原則（1）限界應(yīng)保證列車安全、正常運(yùn)行。（2）限界應(yīng)根據(jù)車輛的輪廓尺寸和技術(shù)參數(shù)、軌道特性、 受電方式、設(shè)備及管線安裝、施工方法等因素，進(jìn)行 綜合分析后由計(jì)算確定。（3）限界一般按平直軌道的條件制定。（4）設(shè)備限界與車輛限界之間的間隙主要為安全預(yù)留量， 應(yīng)全面考慮橫向安全留量和豎向安全留量。（5）建筑限界和設(shè)備限界之間應(yīng)充分考慮建筑物上的設(shè) 備和管線

6、安裝位置，在寬度方向上設(shè)備和管線與設(shè) 備限界之間應(yīng)留出2050mm安全間隙。（6）建筑限界中不包括施工誤差、測量誤差、結(jié)構(gòu)沉降、 變形等因素。第三節(jié)第三節(jié) 制定限界的主要技術(shù)參數(shù)制定限界的主要技術(shù)參數(shù)序號項(xiàng)目名稱單位車 型A型車B型車B1型B2型上部受流下部受流1車體計(jì)算長度mm22100190002車體最大寬度mm300028003車輛最大高度mm380038004車輛定距m向架固定軸距mm2500220023006客室地板面距軌頂面高度mm113011007受電弓落弓高度mm3810-38108受電弓最大工作高度mm5410-54109受流器工作點(diǎn)至轉(zhuǎn)向架中心線水

7、平距離750Vmm-1417.51401-1500V-144410受流器工作面距走行軌面高度750Vmm-140160-1500V-200 城市軌道交通車輛基本參數(shù)表城市軌道交通車輛基本參數(shù)表 1.線路與軌道參數(shù)線路與軌道參數(shù) 線路最小曲線半徑：因列車在高速通過彎道時(shí)由于離心力作用向彎線路最小曲線半徑：因列車在高速通過彎道時(shí)由于離心力作用向彎道的外側(cè)產(chǎn)生橫向力，會(huì)對道的外側(cè)產(chǎn)生橫向力，會(huì)對鋼軌鋼軌產(chǎn)生擠壓，外翻。為了保證列車的行駛產(chǎn)生擠壓，外翻。為了保證列車的行駛安全，在鐵路的設(shè)計(jì)和建造時(shí)，國家安全，在鐵路的設(shè)計(jì)和建造時(shí)，國家修規(guī)修規(guī)對不同速度等級的鐵路規(guī)對不同速度等級的鐵路規(guī)定了車輛可以安全

8、通過的定了車輛可以安全通過的圓曲線圓曲線的最小半徑，就是線路的最小曲線半徑。的最小半徑，就是線路的最小曲線半徑。 軌道最大超高值：列車在曲線上運(yùn)行時(shí)軌道最大超高值：列車在曲線上運(yùn)行時(shí),產(chǎn)生離心力產(chǎn)生離心力,使曲線外軌承受使曲線外軌承受較大的壓力較大的壓力,外軌磨損加重外軌磨損加重,增加行車阻力增加行車阻力,嚴(yán)重時(shí)嚴(yán)重時(shí),會(huì)造成車輪脫軌會(huì)造成車輪脫軌.為了平為了平衡離心力衡離心力,把曲線外軌抬高把曲線外軌抬高,使車輛內(nèi)傾使車輛內(nèi)傾,以車輛重力向內(nèi)分力以車輛重力向內(nèi)分力,來抵消減輕來抵消減輕離心力的影響離心力的影響,使內(nèi)外軌所受的壓力相等使內(nèi)外軌所受的壓力相等,保持行車安全。超高值越大，保持行車安

9、全。超高值越大，列車所能通過的速度越快。列車所能通過的速度越快。 軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度:軌道具有的承載能力軌道具有的承載能力 道岔道岔:使列車由一組軌道轉(zhuǎn)到另一組軌道上去的裝置使列車由一組軌道轉(zhuǎn)到另一組軌道上去的裝置2.車輛參數(shù)車輛參數(shù) 車輛定距：車輛定距指車體兩端支撐處之間的距離。有車輛定距：車輛定距指車體兩端支撐處之間的距離。有轉(zhuǎn)向架的車輛為兩心盤中心線之間的水平距離。轉(zhuǎn)向架的車輛為兩心盤中心線之間的水平距離。轉(zhuǎn)向架：把兩個(gè)或幾個(gè)輪對用專門的構(gòu)架轉(zhuǎn)向架：把兩個(gè)或幾個(gè)輪對用專門的構(gòu)架(側(cè)架側(cè)架)組成一個(gè)小組成一個(gè)小車，稱為轉(zhuǎn)向架，車體支承在前后兩個(gè)轉(zhuǎn)向架上車，稱為轉(zhuǎn)向架，車體支承在前后兩

10、個(gè)轉(zhuǎn)向架上第四節(jié)第四節(jié) 設(shè)備限界的計(jì)算設(shè)備限界的計(jì)算 限界的確定步驟： 以車輛的設(shè)計(jì)截面為基礎(chǔ), 加上制造安裝誤差向外拓展得出車輛的靜態(tài)限界; 以靜態(tài)限界為基礎(chǔ), 考慮車輛的彈性部件的位移、允許范圍內(nèi)的磨耗和側(cè)風(fēng)等得出車輛的動(dòng)態(tài)限界; 在動(dòng)態(tài)限界的基礎(chǔ)上加上軌道線路原因( 建設(shè)公差、維護(hù)限度和磨耗) 造成的車輛偏移, 得出車輛的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線; 以動(dòng)態(tài)包絡(luò)線為基礎(chǔ), 加上適當(dāng)?shù)陌踩嚯x( 車輛故障情況下未考慮的因素所需空間) , 從而可以確定車輛的設(shè)備限界; 根據(jù)設(shè)備限界, 加上設(shè)備安裝所需要的空間得出建筑限界。 一、直線段設(shè)備限界的確定一、直線段設(shè)備限界的確定直線段設(shè)備限界是在車輛限界的基礎(chǔ)上，

11、采用基準(zhǔn)坐標(biāo)系確定直線段設(shè)備限界的坐標(biāo)。直線地段設(shè)備限界坐標(biāo)計(jì)算公式為： （3-1）式中： 車輛限界坐標(biāo)值； 軌道橫向最大可能容許偏差； 軌道豎向最大可能容許偏差； i軌道傾斜度； 安全間距。iXYYYiYXXXnxnnnnn,nnYXXxY二、曲線段設(shè)備限界的計(jì)算二、曲線段設(shè)備限界的計(jì)算1. 平面偏移平面偏移平曲線地段設(shè)備限界應(yīng)在直線地段設(shè)備限界基礎(chǔ)上，進(jìn)行加寬和加高處理。（1）車體曲線外側(cè)： （3-2）曲線內(nèi)側(cè)： （3-3）RalLTa8)(22120RalTi8221 曲線加寬加高 列車在曲線上運(yùn)行，轉(zhuǎn)向架可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但其為剛性結(jié)構(gòu)，不能隨軌道而彎曲，車體縱向軸線與軌道中心線不相吻合，致使

12、車體兩端向軌道外側(cè)突出，車體中部向軌道內(nèi)側(cè)偏入，使車體與建筑接近限界間的凈空減少。另外，由于曲線外軌設(shè)置超高，車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，也會(huì)影響內(nèi)側(cè)限界示。故，曲線限界需加寬加高。車輛軸線車輛軸線車輛長度車輛長度L車輛前后轉(zhuǎn)向架間距車輛前后轉(zhuǎn)向架間距l(xiāng)線路中線線路中線曲線半徑曲線半徑d內(nèi)內(nèi)1d外外d外外車輛通過曲線時(shí)，轉(zhuǎn)向架中心點(diǎn)沿線路運(yùn)行，而車輛本身卻不能隨線路車輛通過曲線時(shí)，轉(zhuǎn)向架中心點(diǎn)沿線路運(yùn)行，而車輛本身卻不能隨線路彎曲仍保持其矩形形狀。故其兩端向曲線外側(cè)偏移（彎曲仍保持其矩形形狀。故其兩端向曲線外側(cè)偏移（d d外外），中間向曲線內(nèi)），中間向曲線內(nèi)側(cè)偏移（側(cè)偏移（d d內(nèi)內(nèi)1 1）。）。二、

13、曲線段設(shè)備限界的計(jì)算二、曲線段設(shè)備限界的計(jì)算1. 平面偏移平面偏移平曲線地段設(shè)備限界應(yīng)在直線地段設(shè)備限界基礎(chǔ)上，進(jìn)行加寬和加高處理。（1）車體曲線外側(cè)： （3-2）曲線內(nèi)側(cè)： （3-3）（2）轉(zhuǎn)向架曲線外側(cè)： （3-4）曲線內(nèi)側(cè)： （3-5）式中：m計(jì)算斷面至相鄰軸的距離（mm）。A型車代入?yún)?shù)后，為Tba=820/R，Tbi=780/R。RalLTa8)(22120RalTi8221RammTba2/RaTbi8/22.過（欠）超高引起的設(shè)備限界加寬量和加高量的計(jì)算過（欠）超高引起的設(shè)備限界加寬量和加高量的計(jì)算（1）車體橫向加寬量 曲線內(nèi)側(cè)： （3-6） 曲線外側(cè)： （3-7）（2）車體豎向

14、加高量 曲線內(nèi)側(cè)： （3-8）曲線外側(cè)： （3-9）上述各式中參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同車型取值，可參看地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)。 )1( )( )(1500SkhhhYkhhhYgmhXscssccspcpsccpBacQi)1( )( )(1500SkhhhYkhhhYgmhXscssccspcpsccpBdcQa)1(1500YSkhhkhhgXmhscsscpcpscBacQi)1(1500YQaSkhhkhhgXmhscsscpcpscBdc3.曲線軌道參數(shù)變化及車輛參數(shù)變化引起的設(shè)備限界加寬量曲線軌道參數(shù)變化及車輛參數(shù)變化引起的設(shè)備限界加寬量（1） 車體及轉(zhuǎn)向架橫向曲線外側(cè)加寬量：整體道床： （3-10）

15、碎石道床： （3-11） （2） 車體及轉(zhuǎn)向架橫向曲線內(nèi)側(cè)整體道床： （3-12）碎石道床： （3-13） wqlSXacawq/1000000lSRXacawqlSXacaiciSRX/1000000式中： 曲線外軌磨耗（mm）。與車輛無關(guān)，當(dāng)R800m時(shí)為3mm，800R200m時(shí)為3+300/R）；l曲線軌道橫向彈性變形增量（mm），取1.4 mm；車輛一系及二系彈簧橫向位移在曲線及直線的差值（mm），車體取9mm，轉(zhuǎn)向架取4mm；曲線軌距加寬及內(nèi)軌磨耗（mm），當(dāng)R800m時(shí)為0， 800R200m時(shí)為300/R）。aSwqiS車體橫向加寬和過超高（或欠超高）偏移方向相同時(shí)曲線外側(cè)：

16、（3-14） （3-15）曲線內(nèi)側(cè)： （3-16） （3-17）caQaaaXXTXQaaYYciQiiiXXTXQiiYY車體橫向加寬和過超高（或欠超高）偏移方向相反時(shí)平衡離心力所需的超高大于實(shí)設(shè)超高，說明超高不足，其差值稱為欠超高平衡離心力所需的超高大于實(shí)設(shè)超高，說明超高不足，其差值稱為欠超高平衡離心力所需的超高小于實(shí)設(shè)超高，說明超高過大，其差值稱為過超高平衡離心力所需的超高小于實(shí)設(shè)超高，說明超高過大，其差值稱為過超高曲線外側(cè)： （3-18） （3-19）曲線內(nèi)側(cè)： （3-20） （3-21）曲線地段設(shè)備限界坐標(biāo)值即為直線地段設(shè)備限界坐標(biāo)值加上上述加寬加高值后得到的坐標(biāo)值。 caQaaaX

17、XTXQaaYYciQiiiXXTXQiiYY第五節(jié)第五節(jié) 建筑限界建筑限界一、區(qū)間建筑限界一、區(qū)間建筑限界 二、區(qū)間曲線段建筑限界二、區(qū)間曲線段建筑限界三、道岔區(qū)建筑限界三、道岔區(qū)建筑限界 四、車站限界四、車站限界 一、區(qū)間建筑限界一、區(qū)間建筑限界 軌道交通的區(qū)間一般包括地下區(qū)間、高架區(qū)間、地面線區(qū)間和過渡段。各種區(qū)間結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的施工方法有不同的限界斷面。 1.地下線建筑限界 區(qū)間建筑限界分為： 2. 高架線橋面建筑限界 3. 地面線建筑限界區(qū)間直線段矩形隧道建筑限界（區(qū)間直線段矩形隧道建筑限界（A型車）型車）A型車單圓隧道建筑限界型車單圓隧道建筑限界 區(qū)間直線段雙圓隧道建筑限界（區(qū)間直線

18、段雙圓隧道建筑限界（A型車）型車）區(qū)間直線段雙線高架橋面建筑限界（區(qū)間直線段雙線高架橋面建筑限界（B1型車）型車）二、區(qū)間曲線段建筑限界二、區(qū)間曲線段建筑限界1.圓形隧道和馬蹄形隧道圓形隧道和馬蹄形隧道圓形隧道和馬蹄形隧道在曲線超高地段，采用隧道中心向線路基準(zhǔn)線內(nèi)側(cè)偏移的方法，解決軌道超高引起的內(nèi)外側(cè)不均勻位移量，位移量計(jì)算公式如下： （3-22） 式中：軌道超高角度，=sin-1（h/s）；h0直線段圓心距軌面高度（mm）；h軌道超高值（mm）；s內(nèi)外軌中心距離（mm），一般取1500mm。)cos1 (sin00hYhX2.矩形隧道矩形隧道曲線地段矩形隧道建筑限界，應(yīng)在曲線地段設(shè)備限界基礎(chǔ)

19、上，按下列公式計(jì)算確定：曲線地段建筑限界外側(cè)寬度（ ）： （3-23）曲線建筑限界內(nèi)側(cè)寬度（ ）： （3-24）曲線建筑限界高度（ ）應(yīng)按下式計(jì)算確定： （3-25） （3-26）式中: h軌道超高值（mm）； 右側(cè)、左側(cè)設(shè)備或支架最大安裝寬度值（mm）；（ ）、 （ ） 、（ ）曲線地段設(shè)備限界控制點(diǎn)坐標(biāo)值（mm）； 設(shè)備安裝誤差和安全間隙（mm）； 受電弓工作高度（mm）； 接觸網(wǎng)系統(tǒng)高度（mm）； 軌道結(jié)構(gòu)高度（mm）。對于緩和曲線地段，一般有圖解法和公式法等方法。目前采用較多的則是圖解與公式相結(jié)合的方法，將內(nèi)、外側(cè)加寬分開計(jì)算。（1）內(nèi)側(cè)加寬量 （3-27） nxnxnhnpnhnpn

20、HnXYXNClXeNeEsincos822（2）外側(cè)加寬量 （3-28） 式中： X2、X3分別為計(jì)算斷面處距緩和曲線起點(diǎn)的長度 （mm）；C=Rl0，l0為緩和曲線長度； x=sin-1（hx/s），hx為緩和曲線地段計(jì)算斷面處的超高值（mm）。根據(jù)車輛所處的不同工況，將建筑限界內(nèi)外側(cè)加寬量繪制成圖，即常用圓曲線和緩和曲線地段建筑限界加寬量圖，這樣可方便使用。wxwxwhwpwhwpwHwXYXWCLXlLeWeEsincos24)3)(3223.豎曲線地段建筑限界豎曲線地段建筑限界豎曲線:為了緩和縱斷面上坡度的突然變化,設(shè)置在變坡點(diǎn)處平滑連接兩相鄰坡段的豎向曲線。 豎曲線地段建筑限界在直

21、線地段上根據(jù)公式（3-29）和（3-30）進(jìn)行加高。（1） 凹形豎曲線 （3-29）（2） 凸形豎曲線 （3-30）式中： R1、R2分別為凹凸形豎曲線的半徑（mm）。 對于軌道交通線路而言，由于一般豎曲線半徑都比較大，根據(jù)上述公式計(jì)算得出的豎曲線加高值很小，故可以忽略不計(jì)。豎曲線半徑很小時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行核算。12218+=RalH222228)(RalLH三、道岔區(qū)建筑限界三、道岔區(qū)建筑限界60kg/m鋼軌鋼軌9號單開道岔內(nèi)、外側(cè)加寬量圖號單開道岔內(nèi)、外側(cè)加寬量圖 道岔：使列車由一組軌道轉(zhuǎn)到另一組軌道上去的裝置道岔：使列車由一組軌道轉(zhuǎn)到另一組軌道上去的裝置四、車站限界四、車站限界1.地下車站地下車站直線段矩形隧道島式車站建筑限界直線段矩形隧道島式車站建筑限界2.高架車站高架車站軌道交通的高架車站根據(jù)車站形式的不同，分為側(cè)式車站和島式車站。（1） 側(cè)式車站 A=（a0+站臺(tái)寬度）2+l0 （3-31）（2） 島式車站 A=b02+l0 （3-32）式中： a0線路中心線至站臺(tái)邊緣距離（mm），A型車為1600mm；l0線間距（mm）；b0線路中心線至護(hù)欄柱內(nèi)側(cè)距離。直線段高架側(cè)式車站橋面建筑限界（直線段高架側(cè)式車站橋面建筑限界（A型車、接觸網(wǎng)供電）型車、接觸網(wǎng)供電）3. 屏蔽門與安全門建筑限界屏蔽門與安全門建筑限界 車站屏蔽門與