南京地鐵4號線車輛段試車線方案研究

王 寧

南京地鐵4號線車輛段試車線方案研究

王 寧

車輛段試車線對保障列車安全和可靠運營具有十分重要的作用。文章在分析南京地鐵4號線車輛段試車線功能及要求的基礎(chǔ)上，通過綜合比較正線高速試車方案與新建地下高速試車線方案的優(yōu)缺點，并考慮到4號線車輛段為線網(wǎng)性大架修段，提出了圍繞4號線車輛段周邊用地條件新建地下高速試車線的方案。

地鐵車輛段；試車線；方案研究

1 試車線功能及要求

1.1 試車線功能

城市軌道交通在運營中對列車的安全性和可靠性要求非常高，試車線作為列車進行動態(tài)調(diào)試和試驗的線路，新車和檢修后的列車都要在試車線進行系統(tǒng)調(diào)試及性能試驗后才能上線運營。因此，對試車線的長度、曲線半徑、坡度等都有較高的要求。根據(jù)新車和檢修車的調(diào)試及試車要求，試車功能主要包括功能檢查，如車門、旁路開關(guān)、緊急按鈕等。在設(shè)置有屏蔽門的線路上，功能檢查還包括車門與屏蔽門的模擬試驗，牽引性能試驗和制動性能試驗，車載信號系統(tǒng)試驗等3大部分。

1.2 試車線要求

現(xiàn)行GB50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》對車輛段試車線的規(guī)定如下：

（1）試車線應(yīng)為平直線路，困難條件下允許在線路端部設(shè)部分曲線，其線路應(yīng)滿足列車試驗速度的要求，試車線的其他技術(shù)標準宜與正線標準一致；

（2）試車線有效長度應(yīng)根據(jù)車輛性能和技術(shù)參數(shù)以及試車綜合作業(yè)要求計算確定，試車線兩端宜設(shè)緩沖滑動式車擋；

（3）試車線應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置檢查坑和試車設(shè)備房屋，試車線檢查坑長度不應(yīng)小于1/2列車長度加5 m，檢查坑深度應(yīng)為1.2～1.5 m，坑內(nèi)應(yīng)有照明和良好的排水設(shè)施。

但是，受車輛段用地等條件的限制，上述規(guī)定在實際的工程設(shè)計中執(zhí)行困難，特別是試車線長度很多情況下無法滿足要求，關(guān)于試車線應(yīng)為平直線路的規(guī)定在設(shè)計中也很難執(zhí)行，在實際工程設(shè)計中試車線大量使用曲線。

鑒于有些車輛段由于受地形限制，無法按規(guī)定長度設(shè)試車線時，建標104-2008《城市軌道交通工程項目建設(shè)標準》規(guī)定，在困難條件下，因用地長度不足，試車線長度可按中速（50 km/h）進行車輛動力運行試驗，也可在正線上指定地段完成高速運行性能和有關(guān)信號的試驗。即，允許將試車線按2部分設(shè)計，段內(nèi)設(shè)試車線僅用于中速的常規(guī)試驗，在正線上指定地段完成高速試車。

在此必須指出，利用正線試車是迫不得已的。正線試車必須具備試車的條件，包括線路技術(shù)標準、供電、通信信號、生產(chǎn)房屋和工作人員工作及生活條件等，同時，還應(yīng)采取切實可靠的安全防護措施。根據(jù)上海市軌道交通運營公司反饋意見，建議工程設(shè)計中在力所能及的情況下減少正線試車。因此，當(dāng)車輛段用地?zé)o法滿足試車線長度要求時，除考慮在正線高速試車的方案外，應(yīng)結(jié)合工程實際情況，研究新建高架或地下試車線方案，解決地面試車線受用地限制等問題，并通過綜合比選優(yōu)化試車線方案。

2 試車線長度計算

列車在試車過程中包括起動階段、惰性運行階段、減速階段，最后列車停穩(wěn)，試車線總長度L可按照公式（1）計算：

式中，L1為列車加速運行距離；L2為列車惰性運行距離；L3為列車減速運行距離；L4為列車長度；L5為車檔安裝長度；L6為安全距離。

列車加速和制動運行距離可根據(jù)列車最高運行速度、起動/制動平均加速度（或列車牽引特性曲線）計算，惰性運行距離根據(jù)列車最高運行速度及惰性運行時間計算。安全距離除了考慮試車線兩端停車與車擋之間的空余距離外，結(jié)合國內(nèi)其他城市調(diào)試試驗經(jīng)驗，試車線一般還應(yīng)留有一定的安全余量，該安全余量可取1列列車的長度。

南京地鐵4號線車輛段試車線除了承擔(dān)4號線本線配屬列車的試車任務(wù)外，還承擔(dān)7號線和S5號線大修列車的試車任務(wù)，為線網(wǎng)性大架修基地。其中4號線和7號線最高運行速度分別為100 km/h和80 km/h，S5號線為都市圈軌道線，其最高運行速度存在120 k m/h的可能。根據(jù)《南京市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃車輛基地資源共享專業(yè)研究報告》（2012年12月），這3條線的列車選型均為B6，因此，南京地鐵4號線車輛段試車線長度應(yīng)按照最高試車速度Vm=120 km/h=33.33 m/s進行計算。試車線長度計算參數(shù)取值及具體計算如下：

（1）加速運行距離L1。取列車平均加速度a1=0.5 m/s2，則有L1=V2m/ (2a1)=33.332/(2×0.5)=1 111.11 m；

（2）惰性運行距離L2。取惰性運行時間t2=5 s，L2=Vmt2=33.33×5=166.65 m；

（3）減速運行距離L3。取列車平均減速度a2=1.0 m/s2，則有L2=V2m/ (2a2)=33.332/(2×1.0)=555.56 m；

（4）列車長度L4。按照B型車6輛編組進行計算，L4=20×6=120 m；

（5）車擋安裝長度L5。按照滑動車擋考慮，取單個車擋長度15 m，L5=15×2=30 m；

（6）安全距離L6。取停車位與車擋之間的空余距離為10 m，同時考慮到試車線一般留有不小于列車長度的安全余量，在此安全余量取120 m，因此L6=120+10×2=140 m。

3 青龍車輛段試車線方案

南京地鐵4號線青龍車輛基地位于龍泉山陵園及既有西崗公路以東、江南水泥廠鐵路專用線以北、規(guī)劃三環(huán)路以西、仙林大道以南的狹長地塊內(nèi)，規(guī)劃占地37.76 ha。該地塊內(nèi)現(xiàn)有水田、菜地、林地及少量的水塘、水渠，地勢起伏較小，地塊長約1 300 m、寬約300 m，地面高程約在11.2～12.3 m。咽喉區(qū)有幾條高壓線。車輛段內(nèi)地面試車線長度最大可達到1 200 m，無法滿足高速試車要求，因此，需重點研究如下2個種試車線方案：

（1）車輛段內(nèi)中速試車+正線高速試車方案；

（2）新建地下或高架高速試車方案。

3.1 正線高速試車方案

青龍車輛段內(nèi)設(shè)置1.2 km長的地面試車線，可滿足列車中速試車需要（試車速度小于60 km/h）。對于高速試車選擇在正線區(qū)間進行，其基本原則如下：

（1）區(qū)間長度大于試車線要求最小長度，并盡量選擇長的區(qū)間；

（2）區(qū)間線路盡量平直，即，線路曲線半徑盡量大、坡度盡量小，以滿足列車最高運行速度要求；

Alyn Wallace曾經(jīng)研修天文學(xué)、工程學(xué)與物理學(xué)，現(xiàn)在是一位全職天文攝影師，他在家附近的威爾士及其他地區(qū)開辦攝影講習(xí)班。

（3）正線試車區(qū)間距離車輛段出入段線接軌站的里程盡量短，以方便試車過程中的調(diào)車作業(yè)。

根據(jù)正線高速試車區(qū)間選擇的基本原則及南京地鐵4號線一期工程線路基本條件，選擇如下2個相對較優(yōu)的正線高速試車區(qū)間：

（1）東流—青龍區(qū)間。該區(qū)間長2.46 km，最小曲線半徑800 m，最大坡度10.1‰，坡度相對較小，試車區(qū)間距離車輛段接軌站約5.4 km；

（2）青龍—樺墅區(qū)間。該區(qū)間長2.61 km，最小曲線半徑500 m，最大坡度22.6‰，區(qū)間最小曲線半徑及最大坡度段靠近青龍站一側(cè)，對正向試車影響相對較小，但區(qū)間端部大坡度、小半徑曲線線路不利于反向試車制動性能的測試。該區(qū)間距離車輛段接軌站約2.79 km。

3.2 新建高速試車線方案

圍繞車輛段用地新建地下高速試車線，將其布置于車輛段用地范圍東側(cè)，規(guī)劃三環(huán)路西側(cè)。該試車線方案在地面試車線的基礎(chǔ)上，將試車線改為地下線，向北延伸下穿既有仙林大道，沿規(guī)劃三環(huán)路西側(cè)敷設(shè)，試車線總長度可達2.2 km。試車線方案平面上設(shè)置1 000 m半徑曲線1處，全線坡度采用2.0‰的單面坡，以滿足地下區(qū)間排水需要。同時，為了將試車線與車輛段咽喉區(qū)線路連接起來，設(shè)置試車線聯(lián)絡(luò)線，并采用33.0‰最大坡度。新建地下高速試車線平面布置示意圖如圖1所示。

圖1 新建地下高速試車線平面布置示意圖

4 試車線方案比較分析

4.1 正線高速試車方案優(yōu)缺點

正線高速試車方案只需在車輛段內(nèi)設(shè)置滿足中速試車長度的地面試車線即可，高速試車在正線區(qū)間完成，工程投資較為節(jié)省。存在的主要問題包括如下幾個方面：

（1）正線區(qū)間線路條件。正線試車區(qū)間小半徑曲線較多，且坡度往往較大，線路的平直性較差，這與GB 50157-2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求有一定的差別，不利于列車的調(diào)試及各項性能參數(shù)的測定；

（2）對運營的影響。運營期間列車在正線高速試車只能利用夜間正線天窗作業(yè)時間，在該時間內(nèi)既要完成試車作業(yè)，又要完成正線設(shè)備的檢修，天窗時間較為緊張，且列車正線試車過程中，一旦出現(xiàn)故障可能會影響第2天正常運營，存在一定的潛在風(fēng)險；

（3）試車過程中的調(diào)車作業(yè)。正線試車區(qū)間與車輛段之間有一定的距離，試車時列車調(diào)車走行里程較長，頻繁安排正線試車造成運營組織和調(diào)度工作量加大；

（4）試車速度與線路條件的匹配性。對于在線網(wǎng)性大架修車輛段試車線，試車速度不僅應(yīng)滿足本線最高運行速度要求，還應(yīng)滿足共享大架修資源的其他線路最高運行速度要求，當(dāng)其他共享檢修資源線路的試車速度大于本線試車速度時，存在試車速度與本線設(shè)備配置、曲線半徑、限界等線路條件不匹配的問題。

4.2 新建高速試車線方案優(yōu)缺點

新建高速試車線方案的主要優(yōu)點是，可以按照不同線路列車最高試車速度要求進行設(shè)置，試車過程中列車調(diào)車作業(yè)里程短，作業(yè)順暢，不會對正線運營造成不利影響，且線路可采用大半徑曲線及單面小坡，路況平直，方便試車過程中各項性能參數(shù)的測試。

新建高速試車線方案的主要缺點是，需要建造滿足試車速度要求的試車線，當(dāng)試車線較長、車輛段用地受到限制時，地面試車線往往難以實現(xiàn)，需要考慮采用高架或地下試車線方案，需要增加試車線區(qū)間的工程投資。

4.3 試車線方案綜合比選

南京地鐵4號線青龍車輛段作為線網(wǎng)性的B型車大架修基地，除承擔(dān)本線列車的大架修、定臨修等檢修工作外，還承擔(dān)7號線和S5線的車輛的大架修任務(wù)，試車線使用頻繁，測試任務(wù)繁重，對試車線要求較高。車輛段內(nèi)如果沒有足夠長度的試車線，將會對未來車輛調(diào)試、檢修、車輛段運作和正線運營造成較大的影響。

另外，如果考慮4號線正線區(qū)間高速試車，由于S5號線最高運行速度按照120 km/h考慮，大于4號線100 km/h的最高運行速度，這就存在4號線正線區(qū)間試車速度大于區(qū)間正常條件下的最高運行速度的問題，即，試車速度與線路條件的不匹配問題，需要對正線試車區(qū)間土建工程、設(shè)備設(shè)施等進行特殊設(shè)計。

因此，本文推薦南京地鐵4號線青龍車輛段試車線按照全地下高速試車線方案考慮，試車線長度滿足4、7、S5號線中120 km/h的最大試車速度要求。

5 結(jié)束語

試車線作為新車和檢修后的列車進行系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及性能試驗的線路，對保障列車安全和可靠運營具有十分重要的作用。

用地條件允許時，試車線的設(shè)計應(yīng)盡可能滿足列車最高運行速度的要求，并使線路盡量平直，特別是對于線網(wǎng)性的車輛大架修基地，設(shè)置滿足要求的試車線尤為重要。當(dāng)用地條件受控，試車線長度或曲線半徑無法滿足列車高速試車要求時，可在考慮車輛段功能定位的情況下，通過綜合比較正線高速試車方案及新建地下或高架試車線方案的優(yōu)缺點，最終確定車輛段試車線方案。

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責(zé)任編輯 朱開明

Study on Test Track Scheme for Depot on Nanjing Metro Line 4

Wang Ning

Vehicle depot test track is very important for ensuring the safety and reliable operation of trains. Based on the analysis of line features and requirements of the test track in the vehicle depot of Nanjing Metro line 4, through comprehensive comparison of the advantages and disadvantages of the schemes for mainline high-speed vehicle test scheme and the new underground high-speed vehicle test, and taking into account of the Line 4 vehicle depot as the track and network heavy repair and medium repair depot, the paper puts forward the new program for the underground high-speed test track with the consideration of the vicinity on the Line 4 depot surrounding conditions.

metro vehicle depot, test track, scheme study

U231.94

2015-03-13

王寧：南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，工程師，江蘇南京 210017