韓秀輝,劉偉
(中國鐵路設(shè)計集團有限公司,天津 300308)
全自動運行(Fully Automatic Operation,F(xiàn)AO)系統(tǒng)是基于計算機、通信、自動控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實現(xiàn)列車運行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統(tǒng)[1]。停車列檢庫是地鐵車輛段最重要的設(shè)施之一,承擔著運用列車的停放、日常整備、技術(shù)檢查和一般性故障處理,是城市軌道交通系統(tǒng)中使用頻率最高、占用面積最大的單體建筑[2-5]。近年來,隨著我國各大城市對FAO系統(tǒng)的廣泛研究,停車列檢庫作為地鐵車輛段全自動運行區(qū)的主要設(shè)施,研究其工藝設(shè)計具有重要意義。
哈爾濱地鐵2號線一期工程起自呼蘭區(qū)松北大學(xué)城站,止于香坊區(qū)氣象臺站,線路全長約28.7 km,全線設(shè)車輛段1座(即哈北車輛段)。該車輛段位于線路北端哈爾濱北站西北側(cè)四環(huán)路外,占地約0.31 km2,設(shè)計停車列檢規(guī)模為40列位。以哈北車輛段為例,分析應(yīng)用FAO系統(tǒng)前后停車列檢庫的變化。
選用地鐵B2型車輛,最高持續(xù)運行速度80 km/h,初近遠期均為4 動2 拖6 輛編組,編組方式為:=Tc*Mp*M*M*Mp*Tc=。Tc為帶司機室(司機室不設(shè)門)拖車;Mp為帶受電弓動車;M為不帶受電弓動車;=為全自動車鉤;*為半永久牽引桿。設(shè)計考慮初期列車按照GoA3等級運行,待條件成熟后平滑過渡至GoA4等級。
圖1 常規(guī)停車列檢庫剖面圖
原設(shè)計為常規(guī)停車列檢庫,共設(shè)置5跨20股道(40列位),每跨股道均為4股,股道間距見圖1。庫內(nèi)每股道的前1列位均設(shè)柱式檢查坑,坑長138.0 m、總庫長276.0 m、庫寬101.4 m。車輛列檢采用“單日檢”規(guī)程。
應(yīng)用FAO系統(tǒng)后,停車列檢庫設(shè)計方案在庫長、停車列檢分區(qū)、庫內(nèi)分區(qū)、庫門聯(lián)鎖、車擋選型等方面發(fā)生了變化。
變化內(nèi)容:停車列檢庫庫長由276 m增至283 m。常規(guī)停車列檢庫庫長組成示意見圖2(a),常規(guī)停車列檢庫庫長=5+120+8+138+5=276 m。
FAO停車列檢庫庫長組成示意見圖2(b),庫后通道寬度為4.5 m;固定液壓式車擋安裝長度為3.0 m;車擋至車鉤距離為12.0 m;2列列車長度+停車誤差為120.0 m×2;前后2列車車鉤間距為15.0 m;庫前通道寬度為4.5 m;檢查坑邊沿至車鉤距離為4.0 m。FAO停車列檢庫庫長=4.5+3.0+12.0+120.0×2+15.0+4.5+4.0=283 m。
原常規(guī)車輛段停車列檢庫方案為人工駕駛,不考慮FAO信號防護距離,庫長276 m。采用FAO系統(tǒng)后,為保證自動停車安全防護距離和相關(guān)測試的長度要求,前后2列車車鉤間距15 m(考慮信號機安裝、瞭望距離和消防通道寬度),第2列車與車擋距離12 m,固定液壓式車擋安裝長度3 m,停車列檢庫庫長283 m,比原設(shè)計共加長7 m。該方案防護距離綜合考慮了信號設(shè)備的可靠性、可實施性,同時保證了土建條件的經(jīng)濟合理性。
由于常規(guī)停車列檢庫檢查坑長138 m,列車停放時,整車停放于庫內(nèi)標高-1.0 m低地坪對應(yīng)區(qū)域,低地坪兩端各10%坡度緩坡連至前后大庫橫向通道。工作人員在檢查坑立柱外側(cè)檢查轉(zhuǎn)向架時,主要檢查轉(zhuǎn)向架側(cè)面,為保證列車首尾兩端末的2個輪對位于低地坪區(qū)以便于檢修,故將檢查坑長度設(shè)計調(diào)整為128 m,緩坡坡度調(diào)整為12.5%,端車轉(zhuǎn)向架檢查作業(yè)示意見圖3。此設(shè)計在保證正常列檢需求的同時,考慮哈爾濱冬季嚴寒特點,節(jié)約了大庫建筑面積及冬季采暖費用。
變化內(nèi)容:常規(guī)停車列檢庫停車與列檢區(qū)劃分為A段列檢、B段停車(見圖4(a)),F(xiàn)AO停車列檢庫將停車與列檢按股道分上下2區(qū)布置,停車、列檢各10股道(見圖4(b)),停車列檢庫總寬度由101.4 m增至101.6 m。
常規(guī)車輛列檢采用“雙日檢”,停車和列檢規(guī)模按1∶1分開。FAO停車列檢庫對列檢區(qū)按每2股道之間設(shè)隔離網(wǎng),相應(yīng)線間距和大庫總寬度需加寬,為了盡量縮小加寬量,將停車和列檢分股道分區(qū)設(shè)置,停車列檢庫有關(guān)部位最小尺寸宜符合GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求[6](見表1)。
圖3 端車轉(zhuǎn)向架檢查作業(yè)示意圖
常規(guī)停車列檢庫各股道間距受列檢車輛最小間距4.6 m控制,停車列檢庫總寬度101.4 m。采用FAO系統(tǒng)后,若仍按A段列檢、B段停車設(shè)計,停車列檢庫需加寬約8.0 m。經(jīng)研究,停車列檢庫按停車、列檢各10股道分庫布置,1線2列位,列檢區(qū)每股道2列位均為列檢列位并設(shè)檢查坑,加設(shè)隔離網(wǎng),需在原股道間距基礎(chǔ)上加寬,而停車區(qū)前后2列位僅用作停車,各股道間距按4.2 m控制即可,停車列檢庫總寬度101.6 m,與常規(guī)停車列檢庫寬度相比僅增加0.2 m。
變化內(nèi)容:FAO停車列檢庫增加隔離網(wǎng),將列檢區(qū)10股道按2跨4-6布置,每2股道劃分成1個隔離防護分區(qū),共5個分區(qū);將停車區(qū)10股道按2跨6-4布置,并按3-3-4劃分進行隔離。同時庫中間增加地下通道和門禁(見圖5—圖7)。
方案分析:常規(guī)停車列檢庫列車入庫采用人工駕駛模式,列車由司機操控,能及時發(fā)現(xiàn)列車進路上的
圖4 停車列檢庫分區(qū)圖
人員情況。采用FAO系統(tǒng)后,車輛在無司機監(jiān)控的情況下自動進出庫,為保證庫內(nèi)檢修人員作業(yè)安全,工作人員到達作業(yè)區(qū)都需通過地下通道和門禁,同時為提高檢修效率,降低故障處理影響范圍,停車列檢需進行分區(qū)[7]。
表1 停車列檢庫有關(guān)部位最小尺寸 m
圖5 列檢區(qū)防護分區(qū)示意圖
圖6 地下通道剖面圖
圖7 地下通道及分區(qū)門禁設(shè)置平面圖
根據(jù)運行經(jīng)驗進一步分析,若按原設(shè)計4股道1跨進行分區(qū),發(fā)車時若列車發(fā)生故障,檢修人員需進入防護分區(qū)檢修,開啟分區(qū)內(nèi)的防護開關(guān),影響分區(qū)內(nèi)最多8列車發(fā)車;收車時,需等待至少8列車回段才能開展列檢作業(yè),壓縮了列檢作業(yè)時間。因此,對列檢區(qū)按每2股道劃分成若干個獨立分區(qū),保證列車列檢及故障處理的靈活性,提高作業(yè)效率[8]。
考慮工作人員進入停車區(qū)作業(yè)的特殊情況(如庫內(nèi)機電設(shè)備維護等),為方便運行組織,在盡量減小停車列檢庫寬度的條件下,將停車區(qū)10股道按3-3-4進行隔離。
將停車列檢庫進行分區(qū)隔離后,列檢人員進入分區(qū)如果僅從庫后門禁處通行,繞行距離較遠,同時,司乘、清掃人員應(yīng)有專用通道直接登車,因此在庫中消防通道下方設(shè)專用地下通道(邊跨設(shè)入口,分區(qū)設(shè)出口及門禁),出口與登車梯通過走廊連接,司機、清掃人員可直接登車;走廊一側(cè)開門設(shè)門禁,列檢人員解鎖門禁并開啟防護開關(guān)后方可進入列檢分區(qū)。
變化內(nèi)容:庫門增加與信號聯(lián)鎖接口[9-10]。
方案分析:原車輛段采用常規(guī)運行方式,列車運行受司機操控,司機通過目視直接判斷各庫門是否開啟以及開啟到位,如庫門沒有完全打開,司機可及時控制列車停車。
采用FAO系統(tǒng)后,列車受信號系統(tǒng)控制代替司機駕駛運行。庫門開閉需要專人根據(jù)列車出入庫時刻表提前操控并確認,如發(fā)生特殊情況,庫門管理人員與指揮中心溝通不及時,列車沒有及時停車,就會發(fā)生撞車等安全事故,因此需設(shè)置庫門與信號的聯(lián)鎖。在信號系統(tǒng)采集庫門開閉狀態(tài)信息后,判斷列車進路是否安全,從而控制列車運行。將庫門納入信號聯(lián)鎖,庫門狀態(tài)及時反饋給指揮中心和列車,更能保證行車安全性。
變化內(nèi)容:月牙式車擋改為固定液壓式車擋。
方案分析:采用FAO系統(tǒng)后,列車端車下部配置排障器,用于排除列車運行過程中軌道上的雜物,而排障器距軌面較低,若采用月牙式車擋,會損壞排障器。另外,由于入庫速度提高,為減小突發(fā)情況下車擋對車輛的破壞,停車列檢庫采用固定液壓式車擋。
全自動運行是城市軌道交通發(fā)展的趨勢,停車列檢庫的設(shè)計是地鐵場段實現(xiàn)全自動運行的關(guān)鍵。設(shè)計過程中,結(jié)合哈爾濱市實際情況,綜合考慮工藝合理性、工程經(jīng)濟性等,研究停車列檢庫應(yīng)用FAO系統(tǒng)前后設(shè)計方案的變化,對相關(guān)FAO停車列檢庫設(shè)計提供參考。