1、電氣(dinq)工程學院軌道交通規劃設計調研(dio yn)報告調研(dio yn)題目： 北京地鐵限界分析 姓 名： 組 員： 調研時間： 2014/5/24 B型車的限界分析報告限界：是指列車沿固定的軌道安全運行時，所需要的空間尺寸。城市軌道交通車輛在隧道內或高架上運行，一方面，隧道或高架要有足夠的空間，以供車輛通行；配置線路結構、通信、信號、供電、給排水等設備；另一方面，為了確保列車安全運行，凡接近城市軌道交通線路的各種建筑物及設備，必須與線路保持一定的距離。因此，限界主要分為車輛限界、設備限界、建筑限界、受電弓限界等，起控制作用的主要是設備限界和建筑限界。限界越大，安全度越高，但工程量

2、和工程投資業隨之增加。因此，合理限界的確定，既要考慮保證列車運行的安全，又要考慮系統建設成本。地鐵列車按車輛規格來劃分，分為A、B兩類。標準B型車車寬2.8m，車高3.8m，車體有效長度19.0m，車輛定距12.6m，轉向架固定軸距2.22.3m,北京城市軌道交通車輛大多采用6輛編組的B型車，對于B型車有一個建議車輛計算輪廓線。下面將對B型車輛限界加以分析。A型車為接觸網受流;B1型車為第三軌受流;B2型車為接觸網受流一、限界(xinji)概述地鐵(dti)限界 （metro gauges）：為保障地鐵安全運行、限制車輛斷面尺寸、限制沿線設備安裝尺寸及確定的建筑結構有效凈空尺寸的圖形成為限界。

3、根據不同的動能需求(xqi)，分為車輛限界、設備限界和建筑限界。以下是幾個重要的概念。車輛限界 （kinematic envelope）：計算車輛（不論是空車或者重車）在平直線的軌道上按照規定速度運行，計及了規定的車輛和軌道的公差值、磨耗量、彈性變形量，以及車輛的振動等正常狀態下運行的各種限定因素產生的車輛各部位橫向和豎向動態偏移后的統計軌跡，并以基準坐標系表示的界線。城市軌道交通車輛限界制定是限界標準編制工作中最基本關鍵環節之一。只有在準確科學的車輛限界計算基礎上, 才能合理確定設備限界和建筑限界, 形成完整的城市軌道交通限界標準。設備限界（equipment gauges）：基準坐標系在車

4、輛限界外加未計及因素和安全間距（包括一系或二系懸掛故障狀態）的界線。設備限界外安裝的任何設備（有效站臺長度內及接觸網（軌）設備帶電部分除外），包括安裝誤差值和柔性變形量在內，均不得向內入侵的界線。建筑限界（structure gauges）:位于設備限界外，并考慮了沿線設備安裝后的界線。任何沿線永久性固定建筑物，包括施工誤差值、測量誤差值及結構永久變形量在內，均不得向內侵入的界線。在行車隧道和高架橋等結構的最小橫斷面所形成的有效內輪廓線基礎上，再考慮其施工誤差、測量誤差、結構變形等因素，為滿足固定設備和管線安裝的需要而必須的限界。基準坐標系（normal coordinate system）：

5、垂直于直線軌道線路中心的二維平面直角坐標。橫坐標軸（X軸）與設計軌頂平面相切，縱坐標（Y軸）垂直于軌頂平面，該基準坐標系的坐標原點及規矩中心點。偏移及偏移量: 在基準坐標系內,車輛橫斷面上各點因車輛本身原因或軌道線路原因, 在運行中離開原來在基準坐標系中所定義的設計位置稱為偏移,偏移以毫米(mm) 為單位的量值稱為偏移量.在第 1坐標方向的偏移稱為一側橫向偏移, 在第 2 坐標方向的偏移稱為豎向( 向上、向下) 偏移。計算車輛: 制定限界時設定的一種車輛,包括各項構造參數、橫斷面輪廓尺寸及水平投影輪廓尺寸等,均是車輛限界設計計算的依據.計算車輛橫斷面上最外點的連線為計算車輛輪廓線。二、各種限界

6、的計算方法分析：（1）車輛限界計算方法：車輛限界以地鐵(dti)限界斷面外形的設計輪廓控制點坐標為基礎, 計及如下要素: 車輛的制造誤差值, 車輛的維修限度, 轉向架輪對處于軌道上最不利的運行位置, 轉向架構架相對于輪對的橫向位移量, 車體相對于轉向架構架的橫向位移量, 車體相對于軌道線路的最不利傾斜位置, 車輛的空重車撓度差及豎向位移量, 因車輛制造、載荷不對稱等引起的偏斜, 車輛一系懸掛及二系懸掛側滾位移量, 軌道線路的垂向及橫向幾何偏差、磨耗、維修限度及彈性變形量。分別計算出其橫向和垂向偏移量, 將設計輪廓控制點坐標加上( 或減去) 對應點的偏移量, 即可得到車輛(chling)限界控制

7、點的坐標。車輛限界的計算原則:a.列車在平直線(zhxin)整體道床的軌道上運行；b.曲線地段增加的附加因素不應在車輛限界內考慮, 而應在設備限界內加寬、加高；c.車輛限界的偏移量計算應按車體、轉向架、受電弓(受流器)3部分分別計算；d.不同的外部條件應合理選用不同的計算參數。（2）設備限界計算方法：a.車體肩部橫向間距應為100mm；車體下部梁橫向間距應為30mm；車體下邊梁向下間距為50mm；車下懸掛物向下應為50mm；b.車體頂部向上應為60mm(含豎曲線偏移量)；車頂與車體肩部的過渡線應相距60100mm構成設備限界，轉向架部分橫向及豎向間距應為1530mm。轉向架設備限界（輪對除外）

8、最低點離軌面凈距：A型車25mm、B型車15mm。水平曲線地段的設備限界應在直線設備限界的基礎上加寬和加高, 計及如下要素: 曲線幾何偏移引起設備限界的加寬和加高量, 過超高與欠超高引起設備限界的加寬和加高量, 曲線軌道參數及車輛參數變化引起設備限界的加寬和加高量。(3) 建筑限界計算方法：直線地段車站建筑限界應符合下列規定：1、（1）站臺至軌頂面高度：A型車10301080mm ；B型車10001050mm 。 （2）有效站臺范圍內，站臺邊緣與車廂地板面高度處的車輛限界之間的水平間隙不宜小于10mm，站臺邊緣與車廂地板面高度處的車輛輪廓之間的間隙不應大于100mm。（3）有效站臺范圍內的站臺

9、邊緣設備限界的安全間隙不宜小于50mm，有效站臺范圍外可設過渡線，過渡線長度不應大于20m。（4）車站范圍內有墻、柱處的建筑限界：當墻、柱上懸掛設備時，應按設備限界加400500mm空隙確定；當墻、柱上不安裝設備時，線路中心線至墻柱的建筑限界可按設備限界加200mm空隙確定；困難條件下不應小于100mm。（5）車站有效站臺范圍內的屏蔽門或欄桿與車輛限界之間的安全間隙不應小于25mm。（6）曲線站臺應按直線站臺車輛限界加曲線偏移量及安全留量確定，曲線站臺邊緣至車輛輪廓線之間的間隙不得大于180mm。（7）輔助線的水平曲線半徑小于正線水平曲線最小半徑時，其建筑限界應另行計算確定。（8）直線地段防淹

10、門和人防隔斷門建筑限界與設備限界之間的橫向間隙不應小于100mm，高度應與區間矩形(jxng)隧道相同。2、區間隧道建筑限界與設備限界之間的空間，應考慮(kol)從設備與管線安裝所需要的尺寸，并應預留安裝誤差值、測量誤差值和變形量，所需的安全間隙宜為2050mm。建筑(jinzh)限界和設備限界之間最小間距不宜小于200mm，困難條件下不應小于100mm。3、車輛段建筑限界應符合下列規定：（1）車輛段庫外連續建筑物至設備限界間距不得小于200mm;當設人行便道時宜為100mm。（2）車輛段庫外非連續建筑物（其長度不大于2m）至設備限界的凈距不得小于200mm；當設人行便道時宜為600mm。（3

11、）車輛段車庫大門與設備限界的橫向間隙不應小于100mm。（4）車輛段車庫大門最小高度應按車輛高度加不小于200mm安全間隙；當列車升弓進庫時，應按受電弓設備限界確定。（5）庫內檢修平臺不得侵入車輛限界。4、當兩線路間無墻、柱及其他設備時，；兩線路中心線水平間距應按兩設備限界之間的安全間隙不應小于100mm計算。5、道岔警沖標至相鄰兩線中心線的垂直距離，應按兩單線設備限界確定。6、高架線（或地面線）建筑限界與設備限界之間最小間隙應為500mm。三、與5號線有關的限界北京地鐵5號線在全國地鐵建設史上有著極其重要的歷史地位，是一條具有示范意義的典范工程。對于北京市軌道交通建設，更是一個重要的里程碑。

12、它是首條貫通北京市區南北向的軌道交通大動脈，大大縮短了沿線居民的出行時間，減輕了地面交通的壓力，節約了能源。 5號線南起豐臺區宋家莊交通樞紐，終點位于北端太平莊地區的天通苑北站。車站、車輛段總建筑面積達423846.52。相比于北京地鐵1號線，2號線的蘇聯老式隧道掘進方法，5號線第一次采用先進的盾構法施工，也第一次在北京成功實施在既有地鐵結構保持運營的情況下下穿暗挖施工新建車站，這種施工方法效率更高，同時精準度也有所提高；5號線在軌道鋪設上采用軌排架軌法。整體采用條VVVF交流牽引傳動方式標準B1型車，DC750V接觸軌上部受電。我們從限界的角度來對北京地鐵5號線進行了調研。5號線線路全長27

13、.6km，共設23座車站，地下16座，地面及高架車站7座，地下線16.9km，占全線長度的61%，地面及高架線10.7km，占全線長度的39%。工程地下線主要有馬蹄形隧道、圓形隧道和總長度約600m的矩形隧道三種隧道斷面形式。針對這三種隧道形式分別有以下三種限界。 馬蹄形隧道由淺埋暗挖法施工形成，圓形隧道盾構施工形成，矩形隧道由明挖法施工形成。概況：（1）隧道設計盾構法施工圓形隧道雍和宮試驗段時,由于考慮到車輛頂部的薄型空調設備故障問題,加之盾構段施工經驗不足,需要留有一定余量,故最終建筑限界直徑定為5 200 mm。軌道建筑高度由初步設計的800mm降為740mm。車站站臺邊緣與線路中心距離

14、為1500mm,車站站臺面高度為1020mm。(2) 站臺面至其上吊頂高度滿足3000mm 的建筑要求。(3) 站臺邊緣與車站柱子邊緣距離滿足規范2.5m的要求。車行道上方排熱風道底面至軌面高度限界需要抬高150mm,大多數站頂部凈空有富余,少數(shosh)站可以對管線設備做一些調整,限界抬高不存在問題。 1、 B1型區間直線地段(ddun)矩形隧道建筑限界2、 B1型區間直線地段圓形隧道(sudo)建筑限界馬蹄形隧道由淺埋暗挖法施工形成，圓形隧道盾構施工形成，矩形隧道由明挖法施工形成。3、 B1型區間直線地段馬蹄形隧道(sudo)建筑限界四、有關限界(xinji)的簡單計算以下為以確定的計

15、算車輛輪廓線控制點坐標為基礎，考慮上述車輛限界各個計算要素，根據偏移量計算公式， 計算出橫向和垂向偏移位移， 將輪廓線控制點坐標加上 （或減去） 對應點的偏移位移量，即可得到車輛限界控制點坐標。為預留將來鼓形車的發展需要(xyo)，一般考慮車體側部車輛限界加寬 50 mm。由于車體運動時會產生向左或向右側滾，因此，應對該種工況分別計算，并取計算結果大者為最終車輛限界。車輛限界簡單估算：設第 6 點車輛輪廓線坐標值為X1 318 mm，Y 3 315 mm，當車體橫向偏移和車體傾角產生的橫向偏移方向相同時，計算得其橫向偏移量為 134 mm，垂向向上偏移量為-2 mm，則相應的車輛限界坐標為 X

16、1 452 mm，Y 3 313 mm ；當車體橫向偏移和車體傾角產生的橫向偏移方向相反時，計算得其橫向偏移量為 -4mm，垂向向上偏移量為60mm，則相應的車輛限界坐標為 X = 1314 mm，Y3375 mm。由于第一工況計算得到的坐標值能包絡后者，故取前者為該點最終車輛限界，所以為X1 452 mm，Y3375 mm。對照下表數據發現，雖然我們計算得出結果有些誤差、出入，但是寬度總是是大于表中的數據的，說明我們計算出的橫、縱向偏移量有些出入而已，仍在可接受范圍內。B1型隧道內車輛輪廓線、車輛限界(xinji)、設備限界圖設備限界簡單估算：設備限界與車輛限界之間，應留安全間距。主要是考慮

17、車體在故障狀態下運行的需要， 如車輛彈簧的失效（包括空氣彈簧的 “過充” 和“失氣”） ， 使得車體傾側， 直到受到限位器的限制為止。在這種情況下，如果再遇上軸箱彈簧的失效，車體傾側將更大。為了防止諸如此類的極端情況出現時， 車體不與設備或建筑物相碰，需留有一定的安全裕量。平曲線和豎曲線地段的設備限界應根據統一公式計算，在直線地段設備限界的基礎上加寬和加高。直曲線限界在上面已闡述過。計算時需注意車體橫向加寬和過超高（或欠超高）的偏移方向。B1型車隧道內直線地段第6點設備限界坐標為 X1433mm， Y3347 mm，當車體橫向加寬和過超高 （或欠超高）的偏移方向相同時，計算得其橫向偏移量為 1

18、88 mm，垂向向上偏移量為 -43 mm，則相應的曲線地段設備限界坐標為X 1621mm，Y 3304mm；當車體橫向加寬和過超高（或欠高）的偏移方向相反時，計算得其橫向偏移量為40 mm ，垂向向上偏移量為 43 mm，則相應的曲線地段設備限界坐標為X 1473mm ，Y3390 mm。由于第一工況計算得到的坐標值能包絡后者，故取前者為該點曲線地段最終設備限界。總結：當然，界限的計算遠比這個計算要復雜的多，我們僅僅從簡化的公式來粗略的計算了車輛和設備限界，體會到了設計一條地鐵要考慮很多很多的因素，但是最終目的都是為了使地鐵能安全的運行，所以問題考慮越全面也就越安全。但是限界越大，安全度越高，工程量和工程投資業隨之增加。因此，合理限界的確定，既要考慮保證列車運行的安全，又要考慮系統建設成本。附錄(fl)1：北京地鐵1號線復興門站隧道