張邦力

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 陜西西安 710043)

1 引言

車(chē)輛基地作為城市軌道交通的大宗性用地，占地規(guī)模較大，進(jìn)行物業(yè)開(kāi)發(fā)或以車(chē)輛基地為中心進(jìn)行TOD模式整體開(kāi)發(fā)建設(shè)成為了今后車(chē)輛基地設(shè)計(jì)趨勢(shì)[1]，不僅可提高土地資源的綜合利用率及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，優(yōu)化城市空間布局、塑造城市形態(tài)，也可增加財(cái)政收入，為城市軌道交通的發(fā)展提供了經(jīng)濟(jì)支撐與活力[2]。

車(chē)輛基地除了具有停車(chē)列檢、檢修維護(hù)、列車(chē)清洗、材料儲(chǔ)發(fā)等功能外，還承擔(dān)本線(xiàn)地鐵車(chē)輛的運(yùn)裝功能。一般地鐵車(chē)輛采用汽運(yùn)方式，運(yùn)至車(chē)輛基地內(nèi)露天設(shè)計(jì)的裝卸場(chǎng)處，通過(guò)雙臺(tái)汽車(chē)吊，協(xié)同操作進(jìn)行裝卸。通常裝卸場(chǎng)由不小于40 m×15 m的硬化場(chǎng)地及專(zhuān)用的裝卸股道組成[3]，裝卸區(qū)域范圍內(nèi)要求豎向凈空不小于18 m。

對(duì)于物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地來(lái)講，為了提高物業(yè)開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益及降低成本，蓋板面積都盡可能地大且板頂面高度一般控制在9～15 m之間[4]，使得其蓋下不具備采用常規(guī)的雙臺(tái)汽車(chē)吊方案設(shè)計(jì)條件。

另外，物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地蓋下柱網(wǎng)密集，懸吊設(shè)備、管線(xiàn)眾多，柱間距受梁截面經(jīng)濟(jì)合理性制約而無(wú)法設(shè)計(jì)成太大[5]，加之需考慮對(duì)上蓋業(yè)態(tài)布置的影響等，地鐵車(chē)輛運(yùn)輸流線(xiàn)、裝卸場(chǎng)布置、裝卸設(shè)備的選用等均受到限制，在蓋下如何實(shí)現(xiàn)地鐵車(chē)輛運(yùn)裝功能成為工程上亟待解決問(wèn)題。

2 運(yùn)裝流程及主要技術(shù)參數(shù)分析

2.1 運(yùn)裝流程分析

目前，國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)輛的運(yùn)輸主要有鐵路、公路兩種運(yùn)輸方式[6]，由于鐵路運(yùn)輸具有其局限性，地鐵車(chē)輛多采用公路運(yùn)輸方式。本文所研究分析的地鐵車(chē)輛運(yùn)裝方案也是基于汽運(yùn)方式，主要分析汽運(yùn)至車(chē)輛基地后的運(yùn)裝流程。

車(chē)輛基地內(nèi)運(yùn)裝流程:基地外運(yùn)輸→進(jìn)入車(chē)輛基地→運(yùn)輸至裝卸場(chǎng)→裝卸設(shè)備就位→安裝吊具→裝卸車(chē)輛→工程車(chē)牽引→車(chē)輛連掛→車(chē)輛離場(chǎng)。

2.2 車(chē)型及主要參數(shù)分析

地鐵車(chē)輛主要有工程車(chē)、電客車(chē)兩大類(lèi)[7]，經(jīng)分析得出影響運(yùn)裝方案主要車(chē)輛技術(shù)參數(shù)有車(chē)體長(zhǎng)度、車(chē)體寬度、車(chē)輛高度、自重，常用地鐵車(chē)輛車(chē)型的主要技術(shù)參數(shù)[8-9]如表1所示。

表1 常用車(chē)型的主要技術(shù)參數(shù)

2.3 裝卸場(chǎng)主要技術(shù)參數(shù)分析

地鐵車(chē)輛裝卸方式不同，所需裝卸場(chǎng)地大小各有差異，影響裝卸場(chǎng)大小的主要因素有運(yùn)輸流線(xiàn)設(shè)計(jì)、裝卸方案、車(chē)型、汽運(yùn)車(chē)尺寸、運(yùn)輸?shù)缆放c裝卸場(chǎng)間夾角等。裝卸場(chǎng)有效長(zhǎng)度:

式中，Lt為汽運(yùn)拖車(chē)長(zhǎng)度；Lc為地鐵車(chē)超出拖車(chē)長(zhǎng)度；Ls為裝卸設(shè)備占用長(zhǎng)度；La為安全距離。

裝卸場(chǎng)有效寬度:

式中，Kt為汽運(yùn)車(chē)占用寬度；Kt為裝卸設(shè)備占用寬度；Kd為作業(yè)操作距離；Ka為安全距離。

3 蓋下運(yùn)裝方案研究

3.1 運(yùn)輸流線(xiàn)研究

物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地內(nèi)影響運(yùn)輸流線(xiàn)設(shè)計(jì)的主要因素有:車(chē)輛基地內(nèi)道路寬度、道路坡度、汽運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑、運(yùn)輸?shù)缆穬艨?、裝卸場(chǎng)布置等。

道路寬度根據(jù)車(chē)輛基地內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)輸及消防所需進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般主干道設(shè)計(jì)寬為7 m，次干道設(shè)計(jì)寬為4 m，車(chē)輛基地內(nèi)道路坡度不大于8%，在條件許可的情況下盡量在運(yùn)輸流線(xiàn)上避免設(shè)置坡度。

通過(guò)模擬得汽運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑與道路寬度、運(yùn)輸流線(xiàn)夾角關(guān)系如圖1所示，可知，汽運(yùn)車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑不小于20.68 m。

圖1 汽運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑模擬

一般蓋下裝卸場(chǎng)布置受到蓋板高度、柱網(wǎng)跨度、股道布置等諸多因素制約，較難實(shí)現(xiàn)與運(yùn)輸流線(xiàn)平行且毗鄰布置，存在一定的夾角，此夾角越大越不利于運(yùn)輸流線(xiàn)設(shè)計(jì)，會(huì)增加裝卸場(chǎng)與運(yùn)輸?shù)缆分g的聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)度、寬度及轉(zhuǎn)彎半徑，增大連接口處通道兩側(cè)的柱間距，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難、增加造價(jià)，且不利于蓋上業(yè)態(tài)布置?？紤]到汽運(yùn)車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑、汽運(yùn)車(chē)人工操作的難易程度及柱網(wǎng)布置等因素，經(jīng)分析得此夾角取值范圍宜為45°～60°，夾角大小的確定需結(jié)合裝卸股道布置、柱網(wǎng)布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跨度經(jīng)濟(jì)性等綜合分析確定。

影響運(yùn)輸?shù)缆穬艨罩饕蛩赜衅\(yùn)車(chē)拖車(chē)高度(走行軌頂面高)、地鐵車(chē)輛高度等。

運(yùn)輸?shù)缆穬艨?

式中，Ht為汽運(yùn)車(chē)拖車(chē)高度；Hc為地鐵車(chē)輛高度；Ha為安全距離。

3.2 裝卸設(shè)備方案分析

物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地蓋下裝卸方案研究需考慮所選裝卸設(shè)備與蓋板經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì)高度的匹配性問(wèn)題。經(jīng)分析，可用于裝卸的設(shè)備有汽車(chē)吊[10]、龍門(mén)吊[11]以及雙梁橋式起重機(jī)等，各方案分析如表2所述。

表2 蓋下裝卸設(shè)備方案對(duì)比

經(jīng)對(duì)上述三種裝卸設(shè)備方案綜合比較分析后，得出在物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地蓋下采用雙梁橋式起重機(jī)裝卸方案具有較大優(yōu)越性。

4 蓋下運(yùn)裝方案設(shè)計(jì)及分析

4.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)分析

(1)地鐵車(chē)輛參數(shù)

為使所設(shè)計(jì)的蓋下車(chē)輛運(yùn)裝方案具有包容性，經(jīng)分析后選取調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)(電力)的自重、A型車(chē)的車(chē)體長(zhǎng)度、鋼軌打磨車(chē)的車(chē)輛高度等參數(shù)作為所研究的運(yùn)裝方案設(shè)計(jì)輸入。

(2)汽運(yùn)車(chē)參數(shù)

汽運(yùn)車(chē)自重12～14 t；額定載荷50 t；車(chē)總長(zhǎng)27 m、寬3 m，拖車(chē)軌頂面至地面距離1.2 m。

4.2 運(yùn)裝工藝方案設(shè)計(jì)

地鐵車(chē)輛運(yùn)裝方案需與車(chē)輛基地其他功能布置進(jìn)行統(tǒng)籌綜合整體設(shè)計(jì)，本文以廣州地鐵21號(hào)線(xiàn)鎮(zhèn)龍車(chē)輛段為例，闡述運(yùn)裝方案的具體設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)的分析及確定。

鎮(zhèn)龍車(chē)輛段為廣州地鐵21號(hào)線(xiàn)車(chē)輛段及14號(hào)線(xiàn)知識(shí)城支線(xiàn)停車(chē)場(chǎng)共址合建的帶有上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的混合型基地，除了承擔(dān)車(chē)輛基地相關(guān)功能，還承擔(dān)21號(hào)線(xiàn)及14號(hào)線(xiàn)部分地鐵車(chē)輛的運(yùn)裝任務(wù)。在總圖設(shè)計(jì)前，對(duì)各功能進(jìn)行了綜合分析后，將裝卸場(chǎng)與材料堆場(chǎng)合建，裝卸線(xiàn)與材料裝卸線(xiàn)L-38、L-39共用，不但可實(shí)現(xiàn)資源共享，節(jié)約占地面積，降低工程投資，也能提高設(shè)備利用率。

鎮(zhèn)龍車(chē)輛段蓋下裝卸場(chǎng)布置及運(yùn)輸流線(xiàn)如圖2所示，汽運(yùn)車(chē)由段主出入口進(jìn)入后，沿段內(nèi)7 m寬主干道平直進(jìn)入裝卸場(chǎng)附近。由圖1分析可知，汽運(yùn)車(chē)在10 m寬運(yùn)輸通道轉(zhuǎn)彎時(shí)，其運(yùn)輸?shù)缆穬?nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑模擬值為20.68 m，綜合蓋下柱網(wǎng)布置、結(jié)構(gòu)跨度及汽運(yùn)車(chē)操作便捷性等分析后，主干道內(nèi)邊緣與裝卸場(chǎng)聯(lián)絡(luò)通道外邊緣的道路連接轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計(jì)為25 m，聯(lián)絡(luò)通道寬度設(shè)計(jì)為10 m。

圖2 蓋下裝卸場(chǎng)及運(yùn)輸流線(xiàn)布置

通過(guò)對(duì)股道L-38、L-39布置、柱網(wǎng)跨度、梁截面經(jīng)濟(jì)性研究分析后，裝卸場(chǎng)與運(yùn)輸流線(xiàn)夾角設(shè)計(jì)為47°，運(yùn)輸流線(xiàn)采用“人”字形倒入式。

4.3 雙梁橋式起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)分析

裝卸場(chǎng)上方設(shè)置同軌的兩臺(tái)具備聯(lián)鎖功能的雙梁橋式起重機(jī)協(xié)調(diào)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)裝卸功能。

(1)設(shè)備選型

雙梁橋式起重機(jī)總起重量選取調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)(電力)自重，同時(shí)應(yīng)考慮到吊具重量、調(diào)機(jī)重心偏心問(wèn)題、起重機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大小等因素，建議選用結(jié)構(gòu)尺寸較小的電動(dòng)歐式雙梁橋式起重機(jī)。

(2)軌長(zhǎng)分析

雙梁橋式起重機(jī)走行軌長(zhǎng)度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮車(chē)輛的起吊點(diǎn)間距、起重機(jī)占用長(zhǎng)度等因素，其長(zhǎng)度為:

式中，Nd為起吊點(diǎn)間距；Nz為起重機(jī)占用長(zhǎng)度；Nc為止車(chē)檔占用長(zhǎng)度；Na為安全距離。

(3)軌距分析

雙梁橋式起重機(jī)走行軌距設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮裝卸場(chǎng)有效寬度、軌道布置、限界、柱截面大小等因素。

(4)軌面高度分析

雙梁橋式起重機(jī)走行軌面高度設(shè)計(jì)主要考慮汽運(yùn)車(chē)拖車(chē)高度、地鐵車(chē)輛最大高度、吊具有效高度、起重機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸等因素，其高度為:

式中，Gd為吊具長(zhǎng)度；Gk為起吊高度；Gx為吊鉤極限位置與走行軌面間距；Ga為安全距離。

4.4 效益分析

車(chē)輛基地采用常規(guī)兩臺(tái)協(xié)同操作的汽車(chē)吊裝卸地鐵車(chē)輛時(shí)，自運(yùn)輸車(chē)進(jìn)入裝卸場(chǎng)始至車(chē)輛卸載完成，所需時(shí)間為90～110 min/輛，費(fèi)用約為1萬(wàn)元/輛。

所研究設(shè)計(jì)的物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地蓋下新車(chē)運(yùn)裝方案經(jīng)陜西省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究院科技查新，此卸車(chē)工藝設(shè)計(jì)方案在國(guó)內(nèi)物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛段蓋下應(yīng)用尚屬首次[12]。經(jīng)在廣州地鐵21號(hào)線(xiàn)鎮(zhèn)龍車(chē)輛段實(shí)踐應(yīng)用，測(cè)得需時(shí)間為50～60 min/輛，費(fèi)用約為0.1萬(wàn)元/輛。

廣州地鐵鎮(zhèn)龍車(chē)輛段承擔(dān)著廣州地鐵21號(hào)線(xiàn)及14號(hào)線(xiàn)知識(shí)城支線(xiàn)的地鐵車(chē)輛的新車(chē)裝卸任務(wù)，兩線(xiàn)配屬車(chē)輛共計(jì)504輛，均在鎮(zhèn)龍車(chē)輛段蓋下完成運(yùn)裝。則鎮(zhèn)龍車(chē)輛段地鐵車(chē)輛蓋下裝卸較傳統(tǒng)汽車(chē)吊裝卸方案節(jié)省費(fèi)用約453.6萬(wàn)元，節(jié)約時(shí)長(zhǎng)約336 h。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)模擬得出車(chē)輛基地內(nèi)汽運(yùn)車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑與路寬、運(yùn)輸流線(xiàn)與裝卸場(chǎng)夾角關(guān)系，建議運(yùn)輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎半徑設(shè)計(jì)取值為25 m，夾角取值范圍為45°～60°，夾角大小的確定需結(jié)合裝卸股道布置、柱網(wǎng)布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跨度經(jīng)濟(jì)性等綜合分析確定。

(2)為確保蓋下柱網(wǎng)布置、柱間距、結(jié)構(gòu)跨度經(jīng)濟(jì)合理，及便于蓋下運(yùn)輸?shù)缆放c裝卸場(chǎng)銜接順暢，提出蓋下運(yùn)輸流線(xiàn)采用“人”字形倒入式。

(3)采用雙臺(tái)具備自動(dòng)聯(lián)鎖功能的雙梁橋式起重機(jī)在蓋下裝卸地鐵車(chē)輛工藝設(shè)計(jì)方案，有效解決了物業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)輛基地蓋下新車(chē)運(yùn)裝的技術(shù)難題。

(4)分析計(jì)算得出蓋下運(yùn)輸?shù)缆穬艨詹粦?yīng)低于5.6 m；裝卸場(chǎng)大小需根據(jù)車(chē)型具體計(jì)算確定，對(duì)于A型車(chē)，建議裝卸場(chǎng)有效長(zhǎng)、寬分別不小于49 m、9 m。

(5)裝卸設(shè)備可選電動(dòng)歐式雙梁橋式起重機(jī)，有效降低蓋板高度及對(duì)上蓋業(yè)態(tài)布置影響；考慮車(chē)輛重心偏心問(wèn)題，建議總起重量大于車(chē)輛自重6～8 t；走行軌長(zhǎng)及走行軌距需根據(jù)相關(guān)影響因素具體計(jì)算分析確定，建議走行軌高設(shè)計(jì)取值為10.5 m，裝卸場(chǎng)區(qū)蓋板頂面高可設(shè)計(jì)為14.5 m。

(6)與常規(guī)采用的汽車(chē)吊裝卸方式相比，裝卸效率提高40%，費(fèi)用降低90%，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。