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      城市軌道交通車輛段站場(chǎng)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐

      2021-08-20 09:20:24羅偉釗
      現(xiàn)代城市軌道交通 2021年8期
      關(guān)鍵詞:站場(chǎng)車輛段號(hào)線

      羅偉釗

      (中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津 300308)

      車輛段是城市軌道交通運(yùn)營的后備、后勤及綜合管理基地,通常包含停車列檢庫、定臨修庫、大/架修庫、綜合維修中心、物資總庫、培訓(xùn)中心及必要的生產(chǎn)生活設(shè)施[1],是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分。在站場(chǎng)設(shè)計(jì)中,確定車輛段的選址、場(chǎng)坪高程、總平面布置等核心要素,是確保車輛段滿足各項(xiàng)功能需求、后期正常生產(chǎn)運(yùn)營的基礎(chǔ),是設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合深圳市軌道交通14號(hào)線工程昂鵝車輛段設(shè)計(jì)實(shí)例,探討車輛段場(chǎng)坪高程設(shè)計(jì)、全自動(dòng)化運(yùn)行車場(chǎng)總平面布置、車輛段道路設(shè)計(jì)等站場(chǎng)設(shè)計(jì)問題,以期為類似工程項(xiàng)目車輛段站場(chǎng)設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

      1 工程概況

      深圳市軌道交通14號(hào)線工程全長50.3 km,是一條全自動(dòng)化運(yùn)行、設(shè)計(jì)速度為120 km/h的城市軌道交通快線,全線設(shè)車輛段和停車場(chǎng)各1座。其中,昂鵝車輛段與終點(diǎn)站沙田站接軌,位于坪山區(qū)坑梓街道沈海高速公路以北、沙田北路以西、李屋路(規(guī)劃)以南、廖田路(規(guī)劃)以東區(qū)域內(nèi),占地面積40.04 hm2。場(chǎng)地東側(cè)、南側(cè)為既有廠房、民房,西南側(cè)多為魚塘,中部區(qū)域?yàn)槎淹羺^(qū)、空地、荒地,北側(cè)主要為林地。該車輛段為地面設(shè)置,并預(yù)留上蓋物業(yè)開發(fā)條件。其功能定位為線網(wǎng)大/架修車輛段,承擔(dān)14號(hào)線及規(guī)劃21號(hào)線車輛的大/架修任務(wù),以及14號(hào)線車輛的定修、部分臨修、雙周/三月檢、停車列檢任務(wù),共設(shè)置停車列檢20線40列位(其中4線8列位為預(yù)留),大/架修5.5列位[2]。

      2 車輛段場(chǎng)坪高程設(shè)計(jì)

      2.1 影響因素

      場(chǎng)坪高程設(shè)計(jì)是確保車輛段運(yùn)營安全的基礎(chǔ),是保證車輛段路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性的重要前提,也是控制車輛段填挖方量、支擋工程量和投資的重要因素,需要綜合考慮段址區(qū)域的百年一遇洪澇(潮)水位、線路條件、地形地貌、場(chǎng)地雨水排放、周邊道路連接及工程投資等多方面的因素。

      (1)防洪防澇要求。車輛段站場(chǎng)線路的路肩高程應(yīng)根據(jù)段址區(qū)域的百年一遇洪澇(潮)水位高程確定??紤]洪水影響和防淹要求,沿海或沿江河地區(qū)車輛段與綜合基地的線路路肩設(shè)計(jì)高程不應(yīng)小于百年一遇洪澇(潮)水位高程、波浪爬高值和安全高度之和。

      (2)線路條件。出入線連接正線和車輛段,通常從地下過渡到地面,需要設(shè)置縱向坡度以克服較大高差;此外,其設(shè)置還會(huì)受到各種控制因素的影響。根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]要求,出入線最大縱坡為35‰;車場(chǎng)內(nèi)的庫線宜設(shè)在平坡道上,咽喉區(qū)道岔坡度不宜大于3‰。

      (3)地形地貌。車輛段場(chǎng)坪高程的確定應(yīng)綜合考慮段址范圍內(nèi)及周邊的地形和地貌,與周邊地形高程協(xié)調(diào),與城市規(guī)劃匹配,不影響周邊景觀[4]。

      (4)場(chǎng)地雨水排放。車輛段需要做好排水設(shè)計(jì)。站場(chǎng)路基宜采用重力自流排水方式,并設(shè)置合理的排水出口,以保證排水通暢。為避免周邊雨水匯入車輛段,車輛段場(chǎng)坪宜略高于周邊場(chǎng)地;當(dāng)場(chǎng)坪局部低于周邊時(shí),應(yīng)在用地邊界處設(shè)置截水措施。

      (5)周邊道路影響。車輛段選址周邊應(yīng)存在既有市政道路或者規(guī)劃道路,并設(shè)置出入口與其連接。因此,車輛段場(chǎng)坪高程的確定需綜合考慮段內(nèi)道路與市政道路連接的平縱條件,以及電力、通信、燃?xì)獾裙艿赖囊搿?/p>

      (6)工程投資。在條件允許的情況下,車輛段場(chǎng)坪應(yīng)避免高填和高挖,土石方需合理調(diào)配利用,并減少支擋工程,以節(jié)約投資。

      2.2 昂鵝車輛段場(chǎng)坪高程設(shè)計(jì)

      根據(jù)水文資料,昂鵝車輛段百年一遇洪澇(潮)水位高程為25.19 m。車輛段東側(cè)為沙田北路,高程約為31.5~33.7 m;北側(cè)現(xiàn)狀為山丘,高程約為33.0~40.0 m,并規(guī)劃有市政次干路李屋路,規(guī)劃高程未定;南側(cè)現(xiàn)狀為民房、廠房及部分綠地,高程約為21.7~30.4 m;西側(cè)現(xiàn)狀為苗木種植林地,高程約為20.5~30.0 m,并規(guī)劃有市政次干路廖田路,規(guī)劃高程未定。現(xiàn)狀地形為東側(cè)、北側(cè)高,西側(cè)、南側(cè)低。車輛段選址詳見圖1。

      圖1 昂鵝車輛段選址示意圖(單位:m)

      根據(jù)百年一遇洪澇(潮)水位計(jì)算,車輛段場(chǎng)坪高程取25.19 + 0.5 = 25.69 m即可滿足要求。然而,考慮到北側(cè)、西側(cè)規(guī)劃道路高程及建設(shè)時(shí)間均未定,初期應(yīng)按照現(xiàn)狀地形進(jìn)行場(chǎng)區(qū)排水設(shè)計(jì)的情況,以及車輛段東側(cè)、北側(cè)地面高程分別達(dá)到31.5~33.7 m和33.0~40.0 m的現(xiàn)狀,為避免車輛段陷入洼地,并為規(guī)劃道路高程設(shè)定預(yù)留出較大自由度,應(yīng)進(jìn)一步提高場(chǎng)坪高程。此外,由于車輛段出入線進(jìn)入場(chǎng)區(qū)前下穿沈海高速公路,受其高程限制,入口處軌面高程最高可達(dá)30.14 m,因此咽喉區(qū)采用3‰的上坡。綜合考慮上述因素,最終確定車輛段主場(chǎng)區(qū)軌面高程為31.33 m,場(chǎng)坪高程為30.70 m,低于車輛段東側(cè)和北側(cè)地面高程,但高于該區(qū)域百年一遇洪澇(潮)水位及西側(cè)、南側(cè)地面高程,雨水可從西側(cè)、南側(cè)排入附近溝渠。經(jīng)過核算,采用上述設(shè)計(jì),車輛段的填方及挖方量均為90萬m3左右,填、挖方基本可平衡,經(jīng)濟(jì)性較好;車輛段出入道路可通過小坡度與周邊現(xiàn)狀道路順接。由此可知,該場(chǎng)坪高程設(shè)計(jì)較為合理。

      3 全自動(dòng)化運(yùn)行車場(chǎng)總平面布置

      3.1 布置要求

      深圳市軌道交通14號(hào)線采用無人值守的列車全自動(dòng)運(yùn)行(GoA4-UTO)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),車輛段需滿足列車全自動(dòng)化運(yùn)行要求,實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)出庫、回庫、清洗、調(diào)車等作業(yè)[5]。在設(shè)計(jì)常規(guī)車輛段時(shí),對(duì)于段內(nèi)各條軌道線路、檢修庫區(qū)的組合和分布并沒有嚴(yán)格的規(guī)定,可以根據(jù)場(chǎng)地條件和功能要求布置;而在引入全自動(dòng)化技術(shù)后,站場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮以下方面。

      (1)將段內(nèi)各功能區(qū)按自動(dòng)化與非自動(dòng)化運(yùn)行2類進(jìn)行分區(qū)布置,2個(gè)區(qū)域的劃分界限應(yīng)清晰,不宜相互穿插,并配有物理隔離措施[6]。

      (2)自動(dòng)化與非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)之間配置轉(zhuǎn)換軌,可轉(zhuǎn)換作業(yè)。

      3.2 昂鵝車輛段車場(chǎng)總平面布置

      在車輛段內(nèi),自動(dòng)化與非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)是列車在區(qū)域內(nèi)的軌道線路上是否實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)工藝要求,昂鵝車輛段軌道線路的自動(dòng)化與非自動(dòng)化運(yùn)行分區(qū)情況見表1。

      表1 昂鵝車輛段軌道線路的自動(dòng)化與非自動(dòng)運(yùn)行分區(qū)

      昂鵝車輛段的停車列檢線和雙周/三月檢線合并設(shè)置為運(yùn)用庫,與出入線、洗車線一起劃入自動(dòng)化運(yùn)行區(qū);調(diào)機(jī)、特種車線合并設(shè)置為工程車庫,吹掃、靜調(diào)、臨修、編組、大/架修線合為聯(lián)合檢修庫,與鏇輪線、試車線、卸料線等線路一起劃入非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū);牽出線作為轉(zhuǎn)換區(qū)。自動(dòng)化區(qū)與非自動(dòng)化區(qū)分開設(shè)置,采用橫列式布置,詳見圖2。

      圖2 昂鵝車輛段車場(chǎng)總平面布置

      自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)與非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)之間設(shè)置隔墻或隔離柵欄,運(yùn)用庫、洗車庫前平交道兩側(cè)設(shè)置隔離門禁,防止工程車輛及人員進(jìn)入,影響車場(chǎng)正常運(yùn)營。

      3.3 轉(zhuǎn)換軌設(shè)置

      列車由運(yùn)用庫進(jìn)入聯(lián)合檢修庫檢修時(shí),需由自動(dòng)化運(yùn)行模式切換至非自動(dòng)化運(yùn)行模式,反之亦然。這種運(yùn)行模式的切換利用牽出線實(shí)現(xiàn),通過在牽出線上設(shè)置轉(zhuǎn)換軌,實(shí)現(xiàn)調(diào)車和列車運(yùn)行模式切換2項(xiàng)功能,詳見圖 3。

      圖3 轉(zhuǎn)換軌設(shè)置

      4 車輛段道路設(shè)計(jì)

      4.1 車輛段道路功能需求

      車輛段道路連通外部市政道路與內(nèi)部各個(gè)功能分區(qū),是車輛段運(yùn)輸、消防的重要載體。昂鵝車輛段道路應(yīng)滿足如下功能需求。

      (1)車輛通行需求。主要包括3類:①職工通勤及普通貨車通行;②消防車通行;③負(fù)責(zé)運(yùn)輸和裝卸大件材料、地鐵新車的特種車輛通行。

      (2)與市政景觀相協(xié)調(diào)的需求。車輛段通常位于城市市區(qū)或市區(qū)邊緣,大多有物業(yè)開發(fā)需求,為提高開發(fā)品質(zhì),道路設(shè)置需與市政景觀相協(xié)調(diào),外觀方面應(yīng)參照市政道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

      4.2 昂鵝車輛段道路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      目前,城市軌道交通車輛段道路設(shè)計(jì)沒有專門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可參考,一般參照CJJ 37-2012《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]和GBJ 22-1987《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]執(zhí)行。這兩本規(guī)范分別針對(duì)城市道路和廠礦道路的設(shè)計(jì)做出規(guī)定,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不匹配,更缺乏地鐵車輛運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)規(guī)定,因此不能滿足昂鵝車輛段道路設(shè)計(jì)需兼顧站場(chǎng)運(yùn)輸功能和市政道路標(biāo)準(zhǔn)的高要求[9]。如果道路設(shè)計(jì)要素選擇不恰當(dāng),易導(dǎo)致場(chǎng)段內(nèi)交通不順暢、城市軌道交通新車運(yùn)輸困難、景觀不協(xié)調(diào)的問題。下面將對(duì)昂鵝車輛段道路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

      4.2.1 道路路面

      車輛段道路路面可采用瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面[10]。2種路面結(jié)構(gòu)適應(yīng)性對(duì)比見表2。

      由表2可知,瀝青混凝土路面行車舒適度高,產(chǎn)生噪聲小,外觀更美觀,且便于維修養(yǎng)護(hù)[11],可較好地滿足車輛通行、物業(yè)開發(fā)和市政景觀方面的要求,因此昂鵝車輛段采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)層情況詳見表3[12]。

      表2 瀝青混凝土路面與水泥混凝土路面適應(yīng)性對(duì)比

      表3 昂鵝車輛段瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層

      4.2.2 道路寬度

      考慮錯(cuò)車便利,昂鵝車輛段主要道路采用寬度為7 m的雙向兩車道;次要道路采用寬度為4 m的單車道。

      4.2.3 道路轉(zhuǎn)彎半徑

      道路轉(zhuǎn)彎半徑是車輛段道路能否滿足大型特種車輛通行要求的主控因素。但段內(nèi)道路通常距離庫房較近,較大半徑的道路平面曲線將影響轉(zhuǎn)彎處的房屋布置,故段內(nèi)道路轉(zhuǎn)彎半徑需根據(jù)具體通行車輛確定。

      (1)普通路段。普通路段的轉(zhuǎn)彎半徑需滿足消防車通行的要求。目前,我國普通消防車的轉(zhuǎn)彎半徑為9 m,登高車的轉(zhuǎn)彎半徑為12 m,一些特種車輛的轉(zhuǎn)彎半徑為16~20 m[13]。參考目前深圳市所轄消防車輛的具體情況可知,12 m的道路轉(zhuǎn)彎半徑即可滿足深圳市消防車通行的要求。因此,昂鵝車輛段普通道路轉(zhuǎn)彎半徑采用12 m,詳見圖4。

      圖4 普通路段轉(zhuǎn)彎半徑示意圖(單位:m)

      (2)城市軌道交通新車運(yùn)輸路段。因昂鵝車輛段未設(shè)置國鐵聯(lián)絡(luò)線,14號(hào)線新車需通過汽車運(yùn)輸至車輛段,再在裝卸場(chǎng)吊裝至軌道上,連掛編組。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),國內(nèi)不少車輛段出現(xiàn)了新車在段內(nèi)運(yùn)輸困難的問題,只能通過臨時(shí)拆改門衛(wèi)室、圍墻,或者碾壓道路側(cè)綠化帶的方式解決,見圖5。其主要原因在于段內(nèi)道路轉(zhuǎn)彎半徑太小。因此,城市軌道交通新車運(yùn)輸路段的道路轉(zhuǎn)彎半徑需特殊設(shè)計(jì)。14號(hào)線采用A型車,車輛長度約為24.4 m;運(yùn)輸車采用“牽引車+平板車”車組模式,車組長度約為30.46 m,寬度約為2.99 m。經(jīng)過分析模擬,對(duì)于7 m寬道路,道路轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置為25 m即可滿足運(yùn)輸車組通過的要求。因此,昂鵝車輛段的地鐵新車裝卸場(chǎng)設(shè)置于車輛段東側(cè)開口處,鄰靠沙田北路,以便于運(yùn)輸,運(yùn)輸路徑內(nèi)2個(gè)道路轉(zhuǎn)彎處的轉(zhuǎn)彎半徑均采用25 m,詳見圖 6。

      圖5 新車運(yùn)輸案例

      圖6 地鐵新車運(yùn)輸路段轉(zhuǎn)彎半徑示意圖(單位:m)

      5 結(jié)論

      城市軌道交通車輛段設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,站場(chǎng)設(shè)計(jì)是確保車輛段各項(xiàng)功能順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以深圳市軌道交通14號(hào)線為例,對(duì)車輛段站場(chǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)問題進(jìn)行了探討,得出以下結(jié)論:車輛段場(chǎng)坪高程應(yīng)結(jié)合百年一遇洪澇(潮)水位、線路條件、地形地貌、場(chǎng)地雨水排放、周邊道路連接及工程投資等因素確定;進(jìn)行全自動(dòng)化運(yùn)行車場(chǎng)總平面布置時(shí),應(yīng)合理劃分自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)和非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū),2個(gè)分區(qū)不宜相互穿插,應(yīng)實(shí)現(xiàn)物理分隔,并設(shè)置轉(zhuǎn)換軌;在設(shè)計(jì)車輛段道路時(shí),應(yīng)根據(jù)道路功能需求合理選擇車輛段道路路面、寬度及轉(zhuǎn)彎半徑。

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