李 強

(中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都∥高級工程師)

直線電機運載系統(tǒng)是國外20世紀80年代發(fā)展起來的一種城市軌道交通運載系統(tǒng)。目前，我國各大城市的軌道交通線路普遍采用傳統(tǒng)的輪軌車輛，僅廣州地鐵4號線、5號線和北京機場線采用直線電機運載系統(tǒng)。其中廣州地鐵4號線是國內(nèi)首個建成的直線電機運載系統(tǒng)地鐵線路，在直線電機運載系統(tǒng)設計方面進行了諸多探索。

1 廣州地鐵4號線新造車輛段設計概況

廣州地鐵4號線北起科學城東，南至南沙，全長68.96 km，是聯(lián)接廣州市東部經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與南沙的軌道交通干線。其中，大學城專線段工程為地鐵4號線首期工程，設置5座車站，1座車輛段，1座主變電站，1座后備控制中心。廣州地鐵4號線大學城專線段于2005年12月開通運營，是我國首次采用直線電機運載系統(tǒng)的城市軌道交通線路。

4號線新造車輛段位于番禺區(qū)新造鎮(zhèn)曾邊村蔡盒崗，承擔4號線車輛運用(運營)、停放、維護，以及定修和以下修程檢修任務，并設維修中心和物資總庫，承擔地鐵4號線土建設施與機電設備維護，以及物資存儲任務。其設計規(guī)模為定修1列位、臨修1列位、檢查4列位、停車30列位。段內(nèi)房屋由綜合樓、運用(運營)庫、綜合庫三大建筑組成，總建筑面積為61 209 m2。

2 直線電機車輛檢修修程的確定

目前，國內(nèi)A型車、B型車等地鐵車輛的運用檢修已相對成熟，也有明確的車輛檢修制度。GB 50157—2003《地鐵設計規(guī)范》第 22.2.3 條對于車輛檢修修程的規(guī)定見表1。

表1 車輛日常維修和定期檢修周期

根據(jù)表1，目前輪軌車輛的檢修周期主要分為廠修、架修、定修、月檢、列檢等5級修程。這是基于國內(nèi)A、B型地鐵車輛的結構特點而制定的。

直線電機車輛沒有旋轉(zhuǎn)電機和齒輪箱等傳動裝置，車輛結構簡單，其非粘著驅(qū)動特性使得車輪和鋼軌的磨耗少，因此車輛系統(tǒng)維修量減少，車輛檢修周期加長。如果仍然按照《地鐵設計規(guī)范》制定的車輛檢修周期計算直線電機車輛檢修規(guī)模，勢必造成車輛段設計規(guī)模偏大，無法發(fā)揮直線電機車輛的優(yōu)越性。

目前，國外直線電機車輛應用較多的國家主要是加拿大和日本。加拿大溫哥華空中列車車輛檢修周期和內(nèi)容見表2。日本大阪長堀鶴見綠地線車輛檢修周期見表3。

表2 加拿大溫哥華空中列車車輛檢修周期和內(nèi)容

表3 日本大阪長堀鶴見綠地線車輛檢修周期

綜合分析國內(nèi)外地鐵車輛檢修修程，并與國外咨詢公司和車輛供貨商交流溝通后，在廣州地鐵4號線新造車輛段工藝設計中大膽突破了《地鐵設計規(guī)范》的車輛修程規(guī)定，通過簡化修程，延長檢修周期，創(chuàng)造性地制定了國內(nèi)第一個直線電機運載系統(tǒng)車輛的設計檢修修程。該修程實行大修、架修、定修、檢查2、檢查1共5級修程，檢修周期比普通輪軌車輛有所延長;與同等運量的旋轉(zhuǎn)電機車輛段相比，車輛段檢修規(guī)模約減少25%，有效控制了地鐵車輛段的設計規(guī)模。直線電機車輛與旋轉(zhuǎn)電機車輛檢修周期對照表見表4。

表4 普通旋轉(zhuǎn)電機車輛與直線電機(L型)車輛修程對照表

3 直線電機車輛段總平面布置

目前，國內(nèi)普通旋轉(zhuǎn)電機地鐵車輛段段內(nèi)線路普遍采用150 m曲線半徑和7號道岔，占地面積較大，定修車輛段占地指標一般為900 m2/輛。新造車輛段地處廣州大學城遠期發(fā)展區(qū)域，規(guī)劃用地控制在15 hm2，如采用普通旋轉(zhuǎn)電機車輛段占地標準，車輛段用地將遠超出規(guī)劃用地范圍。

為克服這些設計難點，新造車輛段總平面布置充分利用直線電機車輛轉(zhuǎn)彎半徑小的技術優(yōu)勢，段內(nèi)線路首次采用國內(nèi)最小的5號單開道岔。由于5號道岔的導曲線半徑較小，采用直線轍岔時，導曲線半徑只能達到65 m，故段內(nèi)采用了65 m的最小曲線半徑，大大縮短了咽喉區(qū)長度，減少了咽喉區(qū)占地面積，車輛段占地指標僅為623 m2/輛。與普通旋轉(zhuǎn)電機地鐵車輛段相比，新造車輛段段內(nèi)占地面積減少了約30%，節(jié)約了寶貴的土地資源。目前，該車輛段內(nèi)地鐵車輛通過情況良好。但由于5號道岔導曲線半徑較小，工程車通過時道岔狀態(tài)不易保持，鋼軌磨耗較大，導致養(yǎng)護工作量較大。因此，在有條件的情況下，直線電機地鐵車輛段可采用6號道岔，最小曲線半徑為110 m。新造車輛段咽喉區(qū)布置見圖1。

圖1 新造車輛段咽喉區(qū)布置

新造車輛段總平面布置見圖2。車輛段位于新造站——石碁站的區(qū)間中部，其出入段線采用“八”字型接軌。其中，入段線為地下線，出段線為高架線。出入段均按雙進路設計，能力較大，且減少了接發(fā)車間的相互干擾，使用較為靈活;出入段線兼做列車調(diào)頭線，解決了廣州軌道交通線網(wǎng)車輛偏磨調(diào)頭問題。

在段內(nèi)房屋布置上，放棄了目前國內(nèi)地鐵車輛段普遍采用的按使用功能分散布置房屋的做法，采用了國際通用的房屋“大集中”方式。全段僅以運用(運營)庫、綜合庫及綜合樓3幢主要建筑為主體進行總平面布置，從而減少了占地面積，提高了土地利用率。

停車棚與檢查庫合并設置貫通式車庫，列車可從兩端出入庫，作業(yè)靈活、方便。洗車機與走行線平行布置在兩個咽喉區(qū)之間，洗車能力大，工藝流程順暢，不影響前后咽喉區(qū)的作業(yè)。試車線布置在車輛段東側邊緣，列車從后端咽喉區(qū)出入試車線，對調(diào)車作業(yè)影響較小。調(diào)機庫、工程車庫及材料總庫集中設置在車輛段后端，便于工程車輛的管理及工程材料的裝卸，工程車出入段作業(yè)也很順暢。

圖2 新造車輛段總平面布置圖

4 直線電機車輛段廠房組合

4.1 根據(jù)不同工藝流程和作業(yè)性質(zhì)進行廠房組合

廠房組合設計是車輛段工藝設計的核心?？紤]到直線電機車輛結構簡單，檢修工作量小，為適應車輛狀態(tài)修、在線修的發(fā)展趨勢，廠房組合設計重點強化了車輛檢查作業(yè)設施的配置，按運用(運營)庫和綜合庫兩大類廠房分別進行。

運用(運營)庫長264 m，寬86 m，由停車棚、檢查庫、定修庫、鏇輪庫等組成，設30個停車列位，4個檢查列位，2個定修列位。運用(運營)庫設置在段中部，為貫通式布置，采用大跨度鋼網(wǎng)架屋面結構。新造車輛段運用(運營)庫廠房組合見圖3。

綜合庫長96 m，寬102 m，由臨修庫、靜調(diào)庫、調(diào)機庫、工程車庫、材料庫等組合而成。根據(jù)直線電機車輛的結構特點，工藝設計簡化了電機部分檢修作業(yè)，重點設置電子器件、空調(diào)等關鍵部件的檢修車間，適應了直線電機車輛檢修作業(yè)的趨勢。

圖3 新造車輛段運用庫廠房組合

4.2 根據(jù)直線電機車輛特點優(yōu)化檢查坑數(shù)量

目前，國內(nèi)旋轉(zhuǎn)電機地鐵車輛段停車列檢庫內(nèi)股道多按整體道床設計，并在列檢列位設置檢查坑用于車輛列檢作業(yè)，土建投資較大。在新造車輛段工藝設計中，設計人員根據(jù)直線電機車輛結構相對簡單、故障自診斷系統(tǒng)完善的特點，學習國外先進的車輛檢修理念，弱化傳統(tǒng)列檢作業(yè)內(nèi)容，強化了檢查1、檢查2兩級作業(yè)，將車輛走行部檢查作業(yè)全部集中在檢查庫，列檢作業(yè)僅考慮列車的日常功能性檢查而無需設置檢查坑，庫內(nèi)股道全部采用碎石道床。此項設計減少檢查坑1 170 m，節(jié)省土建工程投資約1 200萬元。新造車輛段庫內(nèi)停車列位見圖4。

圖4 新造車輛段庫內(nèi)停車列位

5 直線電機車輛段感應板敷設特點

5.1 檢查庫內(nèi)設置局部感應板

直線電機車輛依靠車上直線電機與軌道上感應板相互作用產(chǎn)生的電磁力運行，故感應板的設計是車輛段設計的重要內(nèi)容。檢查庫內(nèi)的檢查坑對感應板的設置構成了限制，如何解決庫內(nèi)車輛走行是直線電機車輛段遇到的新問題。

根據(jù)調(diào)研，馬來西亞吉隆坡格蘭那再也線直線電機車輛段檢查庫內(nèi)不設感應板，采用人工方式推送車輛入庫，作業(yè)既不方便，也存在安全隱患。借鑒日本的經(jīng)驗，結合現(xiàn)場作業(yè)情況，新造車輛段采用了在檢查庫高架檢查坑內(nèi)設局部感應板的方案。設置原則是:車輛在庫內(nèi)任何位置均可起動，并綜合考慮列車在任意位置的牽引力值及車輛下部檢查作業(yè)空間大小等因素。對局部感應板的設置位置、長度進行多方案研究，經(jīng)系統(tǒng)計算，最終確定了庫內(nèi)局部感應板的安裝位置和設置長度:庫內(nèi)平均每股道設5塊感應板，感應板長度18～25 m;利用鋼支座將感應板安裝在高架檢查坑內(nèi)，以調(diào)整好的鋼軌為基準進行感應板安裝，嚴格保證感應板的安裝精度。

檢查坑內(nèi)安裝局部感應板，列車可直接入庫進行檢查作業(yè)，作業(yè)完成后可在庫內(nèi)任何位置起動出庫，使檢查作業(yè)方便安全，效率大大提高。新造車輛段庫內(nèi)局部感應板布置見圖5。

圖5 新造車輛段庫內(nèi)局部感應板布置

5.2 配置感應板檢查專用工裝設備

(1)針對直線電機(LIM)，采用了LIM的氣隙檢測、氣隙調(diào)整，以及LIM的拆裝工藝，配置了相應的設備及設施。

(2)針對徑向轉(zhuǎn)向架，在設計檢修工藝時重點考慮了一系懸掛垂直和橫向剛度的測量，搖枕及其附屬機構的檢修，帶有制動盤的外置車輪的鏇輪，帶有制動盤、車軸軸承、外置車輪的拆卸與壓裝等問題。

(3)為適應直線電機車輛地板面較低的特點，將所有檢查坑的深度加深200 mm，以滿足檢查作業(yè)要求。

(4)在國內(nèi)首次采用了直線電機車輛在線間隙檢測系統(tǒng)。檢測探頭布置在段內(nèi)走行線和檢查庫線上，當列車在段內(nèi)低速通過時，檢測系統(tǒng)通過激光檢測，可顯示通過列車的所有直線電機的最小氣隙值，并按設定的直線電機最小氣隙數(shù)值實現(xiàn)故障或超限的預警、報警，有效保證直線電機列車運行安全。

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［2］張慶.廣州地鐵4號線直線電機軌道系統(tǒng)的設計特點［J］.鐵道標準設計，2006(增刊):147.

［3］范瑜，李文球，楊中平，等.國外直線電機輪軌交通［M］.北京:中國科學技術出版社，2010.

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