地鐵車輛限界與設(shè)備限界間安全裕量的可靠性再分析——地鐵列車與屏蔽門間隙測試

王永坤 程祖國 孫德明 楊鳳春楊永立

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,201804,上海;2.中國鐵道科學(xué)院,100844,北京;3.上海鶴之韻軌道交通科技開發(fā)有限公司,200333,上海∥第一作者,碩士研究生)

地鐵列車與站臺(tái)屏蔽門間動(dòng)態(tài)間隙安全裕量的設(shè)置十分重要,過大過小都將對(duì)地鐵的安全運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響。由文獻(xiàn)[1]知,車輛限界與設(shè)備限界間留有100 mm的安全裕量是非常安全的。實(shí)際上,車輛限界計(jì)算時(shí)根據(jù)影響因素的概率性質(zhì)考慮了各種可能因素的最不利組合,從計(jì)算車輛到車輛最大動(dòng)態(tài)包絡(luò)線,車輛限界的安全裕量足夠大。另一方面,國內(nèi)多座城市的地鐵車站曾發(fā)生過乘客滯留在列車和站臺(tái)屏蔽門間的事件,乘客上下車安全受到嚴(yán)重威脅。這說明列車與站臺(tái)屏蔽門間存在容納乘客侵入的空間。那么,列車通過車站時(shí)究竟占用多大的空間帶?不同可靠度下列車與站臺(tái)屏蔽門間的剩余間隙為多少?地鐵線路上實(shí)際運(yùn)營的車輛與站臺(tái)屏蔽門間的動(dòng)態(tài)間隙值是多少?可靠度又如何?由這一系列問題,提出了站臺(tái)區(qū)域?qū)嶋H車輛與設(shè)備間的間隙測試試驗(yàn)。本文介紹相關(guān)試驗(yàn)并基于試驗(yàn)結(jié)果做深入分析。

1 站臺(tái)區(qū)域?qū)嶋H車輛與設(shè)備間的間隙測試設(shè)計(jì)

1.1 測試方法與設(shè)備

參照限界驗(yàn)證測試方法測試列車與屏蔽門的間隙。測試設(shè)備為非接觸式激光距離傳感器。

測試結(jié)果與測點(diǎn)位置(縱向位置、垂向高度)有關(guān)。不同測試高度測得的列車與站臺(tái)屏蔽門間的間隙不同。根據(jù)中國人體工程統(tǒng)計(jì)資料,普通成年人胸腹部高度約1 300 mm,需要購票的兒童的胸腹部高度約800 mm。因此,測點(diǎn)高度定于站臺(tái)面以上1 300 mm、800 mm處(限于篇幅本文僅介紹1 300 mm高度的測試結(jié)果)。激光距離傳感器固定在保證其中心線距站臺(tái)面高1 300 mm的支架上。測點(diǎn)縱向位置選在各屏蔽門左側(cè)門柱處。

1.2 測試對(duì)象選擇

屏蔽門選擇:隨機(jī)選擇某車站一側(cè)的屏蔽門,1～6號(hào)屏蔽門位于直線段,7～28號(hào)屏蔽門位于曲線段。試驗(yàn)前屏蔽門未作特別維護(hù)。

列車選擇:當(dāng)日在該線路上運(yùn)行的全部列車。這些列車沒有為了間隙測試作特別維護(hù)。

1.3 測試內(nèi)容

測試1 300 mm高度處車體表面與屏蔽門門柱間的橫向間距,即列車與屏蔽門的動(dòng)態(tài)間隙(見圖1)。

圖1 列車與屏蔽門間隙值測試示意圖

2 測試結(jié)果

2.1 列車與屏蔽門動(dòng)態(tài)間隙測試結(jié)果

測試記錄了列車進(jìn)入、停站、離開車站的全過程列車與屏蔽門的動(dòng)態(tài)間隙。測試結(jié)果見表1。表1中,間隙測試值為實(shí)測的間隙最小值,間隙標(biāo)準(zhǔn)值為CJJ 96《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》在1 300 mm高度處規(guī)定的車輛限界與設(shè)備限界間的間距[2]。

表1 列車與各屏蔽門間隙 mm

2.2 直線站臺(tái)列車進(jìn)站時(shí)橫向晃動(dòng)量測試結(jié)果

在2、3、4、5號(hào)屏蔽門處累積測試了11列車進(jìn)出、通過車站時(shí)列車的橫向晃動(dòng)量(見表2)。由表2得,晃動(dòng)量最小值ΔX min為39 mm,晃動(dòng)量最大值 ΔX max為70 mm,晃動(dòng)量均值 μ為49.8 mm,方差σ為9.8 mm。

表2 列車橫向晃動(dòng)量 mm

3 車輛限界與設(shè)備限界間安全裕量的可靠性分析

分析車輛限界與設(shè)備限界間安全裕量的可靠性,其目的在于預(yù)計(jì)進(jìn)站列車侵犯屏蔽門的概率。

延用文獻(xiàn)[1]的假設(shè),列車晃動(dòng)量呈正態(tài)分布,則

z值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用來表示標(biāo)準(zhǔn)偏差值,用以描述總體中的個(gè)體離均值的偏離程度。本文中z值表征列車侵犯屏蔽門的概率性,z值越大,列車侵犯屏蔽門的概率就越小。通過測試可求出z值;再規(guī)定z值,然后求相應(yīng)的列車晃動(dòng)量。

在直線站臺(tái)1 300 mm高度處,實(shí)際測得列車的橫向晃動(dòng)量最大值=70 mm,車輛晃動(dòng)量均值 μ=49.8 mm,方差 σ=9.8 mm 。由式(1)得 z值為2.06。在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中查出實(shí)測間隙最大值對(duì)應(yīng)的計(jì)算概率為0.980 30;當(dāng)取z=6時(shí),預(yù)計(jì)=108.6 mm。

1 300 mm高度處屏蔽門與計(jì)算列車車體側(cè)墻表面間隙實(shí)測為290 mm。根據(jù)上述計(jì)算方法,可得到不同z值時(shí)預(yù)計(jì)的列車橫向晃動(dòng)量最大值,從而得出列車侵犯屏蔽門的可能性預(yù)計(jì)(見表3)。

表3 列車侵犯屏蔽門的可能性預(yù)計(jì)

由表 3可見,假設(shè)屏蔽門向軌道方向平移181.4 mm(這時(shí)列車的橫向晃動(dòng)量仍保留108.6 mm余量),列車侵犯屏蔽門的可能性也只有0.000 000 001,即列車運(yùn)行10億次時(shí),僅有一次橫向晃動(dòng)量最大值會(huì)超出108.6 mm。假設(shè)3 min通過1列車,每年按365天計(jì)算共有131 400次列車經(jīng)過一扇屏蔽門,則要761年列車才有一次侵犯屏蔽門的可能。由此可見,原屏蔽門處設(shè)置的間隙太安全了,可適當(dāng)縮小。

[1]程祖國,陳薇萍,朱劍月.地鐵車輛限界與設(shè)備限界間安全裕量的可靠性分析[J].城市軌道交通研究,2004,6(1):26.

[2]CJJ 96—2003 地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]楊靜敏.德國Bostrab標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于城市軌道限界的暫行規(guī)范[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996.