從限界角度分析北京地鐵5號(hào)線采用國(guó)家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車的可行性

摘 要: 本文從限界角度，分析了目前施工設(shè)計(jì)階段,地鐵五號(hào)線各區(qū)間隧道、車站斷面以及原來(lái)預(yù)留好的隧道斷面條件下，由車高3.7m的現(xiàn)有北京鼓形車改為國(guó)家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車的可行性。
北京地鐵現(xiàn)運(yùn)行的車輛，由于受既有線車站站臺(tái)限制，是在原寬2.6m車（C型車）基礎(chǔ)上，為增加載客量，從軌面以上高度1075mm起加寬形成鼓形車輛。該車最寬達(dá)到2.8m，此種車為非標(biāo)準(zhǔn)B型車，載客量較標(biāo)準(zhǔn)B型車少，并且由于受車型限制，站臺(tái)面與車廂地板面高差較大（135mm），對(duì)乘客（尤其是乘坐輪椅的殘疾人）上下車造成不便。
在北京地鐵新線設(shè)計(jì)評(píng)審中，專家也多次提出采用標(biāo)準(zhǔn)B型車的建議。目前,北京地鐵5號(hào)線（以下簡(jiǎn)稱5號(hào)線）還未完全實(shí)施,地鐵4號(hào)線、10號(hào)線一期及奧運(yùn)支線、9號(hào)線工程正在待建之際，很有必要抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，改進(jìn)車輛造型，對(duì)在北京地鐵新線上采用標(biāo)準(zhǔn)B型車是否可行進(jìn)行必要的研究。
5號(hào)線是連接北京地鐵車輛廠的唯一通道，軌道交通路網(wǎng)中規(guī)劃的其他線路均需通過(guò)五號(hào)線方可與北京地鐵車輛廠連通，因此，五號(hào)線的車輛限界決定了其它線路的車輛限界。目前，五號(hào)線正在開(kāi)展施工設(shè)計(jì)，還未施工，具備采用標(biāo)準(zhǔn)B型車的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)B型車造型美觀，相對(duì)北京現(xiàn)有車輛來(lái)說(shuō)，還可以增加載客量,另外,標(biāo)準(zhǔn)B型車的空調(diào)不必采用薄型空調(diào)。從增加載客量、車輛造型美觀、方便乘客上下車及車輛標(biāo)準(zhǔn)化角度出發(fā)，北京地鐵新線車輛應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)B型車。
一、 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)B型車簡(jiǎn)介
為了推進(jìn)車輛國(guó)產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化，我國(guó)把地鐵車輛分為A、B兩種車型。標(biāo)準(zhǔn)A型車車寬3.0m,車高3.8m,車體有效長(zhǎng)度22.1m,車輛定距15.7m,轉(zhuǎn)向架固定軸距2.5m；標(biāo)準(zhǔn)B型車車寬2.8m,車高3.8m，車體有效長(zhǎng)度19.0m,車輛定距12.6m,轉(zhuǎn)向架固定軸距2.2～2.3m。標(biāo)準(zhǔn)B型車有一個(gè)建議車輛計(jì)算輪廓線，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)、外車輛實(shí)際情況，考慮應(yīng)具有較強(qiáng)包容性,綜合考慮計(jì)算得出一個(gè)車輛限界，該車輛限界是具有法定約束力的限界。車輛制造廠家在此車輛限界范圍內(nèi)，在不突破標(biāo)準(zhǔn)B型車的限界的基礎(chǔ)上，可以優(yōu)化車輛計(jì)算輪廓線、車輛制造輪廓線等，使車輛外形美觀。標(biāo)準(zhǔn)B型車車輛計(jì)算輪廓線、車輛限界見(jiàn)圖1。

圖1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)B型車圖及坐標(biāo)

二、 五號(hào)線采用標(biāo)準(zhǔn)B型車可行性研究
1、 區(qū)間
北京地鐵五號(hào)線工程地下線主要有馬蹄形隧道、圓形隧道和總長(zhǎng)度約600m的矩形隧道三種隧道斷面形式。
(1) 圓形隧道
設(shè)計(jì)盾構(gòu)法施工圓形隧道雍和宮試驗(yàn)段時(shí)，依據(jù)北京城鐵車輛限界(車高3.7m)來(lái)確定的建筑限界,軌道建筑高度當(dāng)時(shí)定為800mm，圓形隧道建筑限界為直徑5100mm的圓，后地鐵公司領(lǐng)導(dǎo)考慮到車輛頂部的薄型空調(diào)供貨將來(lái)如果有問(wèn)題，則只能采用常規(guī)空調(diào)，那么車高就會(huì)超過(guò)3.7m，加之盾構(gòu)段施工經(jīng)驗(yàn)不足，需要留有一定余量，半徑方向外放了50cm，故最終建筑限界直徑定為5200mm。在開(kāi)展施工設(shè)計(jì)前，由于盾構(gòu)施工單位已經(jīng)確定，其盾構(gòu)機(jī)械也是按照建筑限界5200mm來(lái)選型的，施工設(shè)計(jì)時(shí)，如再變更建筑限界，土建設(shè)計(jì)及施工均是不可能的。故其余盾構(gòu)段線路建筑限界延續(xù)下來(lái)，仍定為直徑5200mm。施工設(shè)計(jì)階段，經(jīng)與軌道、接觸軌專業(yè)協(xié)商，對(duì)三軌墩布置型式進(jìn)行了優(yōu)化，軌道建筑高度可以由初步設(shè)計(jì)階段的800mm降為740mm，這樣，對(duì)于本線限界最緊張的曲線半徑400m曲線段，經(jīng)檢算限界凈空仍能滿足采用標(biāo)準(zhǔn)B型車行車安全需要，見(jiàn)圖2。

a) 圖2 標(biāo)準(zhǔn)B型車在區(qū)間400m曲線段圓形隧道斷面限界圖

(2) 馬蹄形隧道
對(duì)于馬蹄形隧道，由于初步設(shè)計(jì)階段確定的限界凈空有一定余量，加之對(duì)設(shè)備布置位置做一適當(dāng)調(diào)整后,可以留出一定安全空間，調(diào)整后，限界凈空相對(duì)圓形隧道緊張一些,通過(guò)對(duì)本線限界最緊張的500m曲線半徑段限界凈空檢算后，標(biāo)準(zhǔn)B型車也能滿足安全行車需要，也即對(duì)本線工程區(qū)間礦山法施工的馬蹄形隧道斷面，在不需要修改設(shè)計(jì)前提下，該限界斷面也能滿足標(biāo)準(zhǔn)B型車行車安全需要。見(jiàn)圖3。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)B型車在區(qū)間500m曲線段馬蹄形隧道斷面限界圖

(3) 矩形隧道
對(duì)于矩形隧道,由于原來(lái)是按照城鐵（車高3.7m，車寬2.8m）車輛設(shè)計(jì)，如采用標(biāo)準(zhǔn)B型車(車高3.8m)，側(cè)面凈空滿足限界要求,但頂部?jī)艨詹粷M足限界要求,按照標(biāo)準(zhǔn)B型車限界，結(jié)構(gòu)頂板需要相應(yīng)抬高150mm才能滿足要求。由于地鐵五號(hào)線區(qū)間明挖矩形隧道十分短，全線只有宋家莊站前后大約400m及干楊樹(shù)站北側(cè)出洞口前200m左右，且都處于施工設(shè)計(jì)階段，現(xiàn)在立即修改設(shè)計(jì)，是完全可能的。因此，對(duì)于矩形隧道，只需對(duì)頂部?jī)舾咦鱿滦薷脑O(shè)計(jì)，就能滿足采用標(biāo)準(zhǔn)B型車限界要求。區(qū)間直線段標(biāo)準(zhǔn)B型車矩形隧道限界見(jiàn)圖4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)B型車在區(qū)間直線段矩形隧道斷面限界圖

綜上所述，車輛如采用標(biāo)準(zhǔn)B型車，將只會(huì)引起區(qū)間矩形隧道斷面高度方向的修改設(shè)計(jì)，對(duì)其它地下區(qū)間（圓形隧道、馬蹄形隧道），不需要修改設(shè)計(jì)。
2、車站
標(biāo)準(zhǔn)B型車車寬為2.8m,車高為3.8m，車廂地板位置寬度也為2.8m。由于五號(hào)線目前（施工設(shè)計(jì)階段）是按北京城鐵車輛設(shè)計(jì)，其車站限界見(jiàn)圖5。

圖5 北京現(xiàn)有鼓形車在車站直線段斷面限界圖

由于該車在軌面以上高度1075mm起局部鼓形，車輛限界決定了站臺(tái)的高度(965mm)和站臺(tái)邊緣距離線路中心線的距離。而該車車廂地板面距軌面為1100mm，導(dǎo)致站臺(tái)面與車廂地板面高差多達(dá)135mm，給乘客上下車帶來(lái)諸多不便，也不滿足限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50～100mm的規(guī)定。如果本線采用標(biāo)準(zhǔn)B型車，其車站限界情況見(jiàn)圖6。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)B型車在車站直線段斷面限界圖

5號(hào)線采用標(biāo)準(zhǔn)B型車后，車站站臺(tái)限界需要變更,即車站站臺(tái)邊緣與線路中心線距離由1400mm變更為1500mm（即側(cè)站臺(tái)寬度減小100mm）,車站站臺(tái)面高度由965mm變更為1020mm（即車站站臺(tái)面抬高55mm）。由此涉及到以下問(wèn)題:(1) 車站站臺(tái)寬度將減小100mm（側(cè)式站臺(tái)）或200mm(島式站臺(tái))。
（2）站臺(tái)面至其上吊頂高度是否滿足最小3000mm的建筑要求。（3）站臺(tái)邊緣與車站柱子邊緣距離是否滿足規(guī)范2.5m的要求。 經(jīng)調(diào)查研究,,由于設(shè)計(jì)時(shí)大多數(shù)車站有富余量，全線車站只有兩個(gè)車站有些困難，其余都不存在問(wèn)題，但該兩個(gè)車站可以采取規(guī)范中允許在困難情況下采用的措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以滿足建筑規(guī)范要求，且對(duì)行車安全不會(huì)有影響。
對(duì)于車行道上方排熱風(fēng)道底面至軌面高度限界，原來(lái)按照車高3.7m預(yù)留的高度限界，如果采用標(biāo)準(zhǔn)B型車（車高3.8m），按規(guī)范要求，車行道上方排熱風(fēng)道底面至軌面高度限界需要抬高150mm，經(jīng)調(diào)查研究，大多數(shù)站頂部?jī)艨沼懈挥啵贁?shù)站可以對(duì)管線設(shè)備做一調(diào)整，限界抬高不存在問(wèn)題。
綜上所述，采用標(biāo)準(zhǔn)B型車對(duì)車站帶來(lái)的以上影響，在車站修改設(shè)計(jì)中都能得到解決，因此,對(duì)車站，采用標(biāo)準(zhǔn)B型車是可行的。
三、特殊地段的影響――雍和宮預(yù)留控制節(jié)點(diǎn)的研究
地鐵環(huán)線（2號(hào)線）雍和宮車站施工時(shí)，為地鐵五號(hào)線預(yù)留了一段隧道，該段隧道控制節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)25m，詳見(jiàn)圖7。

圖7 雍和宮車站預(yù)留控制節(jié)點(diǎn)限界示意圖

隧道結(jié)構(gòu)頂板與底板原來(lái)按照4700mm預(yù)留的,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,結(jié)構(gòu)頂板和底板標(biāo)高相對(duì)原來(lái)設(shè)計(jì)標(biāo)高整體下沉約110mm，即頂板與底板凈高仍為4700mm。由于使用功能的要求，需要在預(yù)留節(jié)點(diǎn)頂部采取加固措施,頂板加固將占用270mm的頂部空間，實(shí)際結(jié)構(gòu)頂板到底板高度為4430mm。為保證行車安全，軌面至頂板高度最小需為4027mm。考慮到限界高度緊張，經(jīng)與線路專業(yè)協(xié)商，線路在此段可設(shè)計(jì)為平坡，通過(guò)如此調(diào)整后，在滿足行車高度限界4027前題下，軌面到結(jié)構(gòu)底高度實(shí)際為403mm。
對(duì)于軌面以下高度（403mm），按常規(guī)做法，該高度將不滿足軌道正常設(shè)計(jì)和排水溝高度設(shè)置要求，經(jīng)分析研究，可采取如下特殊措施，即可使軌面以下高度減小，又能滿足軌道鋪設(shè)和排水需要。 1. 軌道結(jié)構(gòu)的零部件特殊安裝（詳見(jiàn)圖8）。

圖8 雍和宮控制節(jié)點(diǎn)軌道零部件特殊安裝圖

2. 水溝設(shè)置坡度和寬度加以調(diào)整。(詳見(jiàn)圖9).

圖9 雍和宮控制節(jié)點(diǎn)水溝設(shè)置示意圖

采取以上特殊措施后(水溝寬度見(jiàn)圖8)，該預(yù)留控制節(jié)點(diǎn)處限界仍能滿足行車安全需要。
四、采用標(biāo)準(zhǔn)B型車優(yōu)點(diǎn)與遺留問(wèn)題
1、 優(yōu)點(diǎn)
（1） 車輛外形美觀。
（2） 充分利用了隧道凈空尺寸，尤其圓形隧道。
（3） 同一線車輛相比，可以增加載客量。
（4） 站臺(tái)面與車廂地板面高差減小，方便乘客上下車，并且該高差符合國(guó)家限界高差標(biāo)準(zhǔn)。
2、 遺留問(wèn)題
(1) 標(biāo)準(zhǔn)B型車不能在目前已運(yùn)營(yíng)線路（1號(hào)線、2號(hào)線、13號(hào)線）和八通線上運(yùn)營(yíng)。
(2) 在新線建好而新線車輛未到時(shí)，借用目前運(yùn)營(yíng)的舊車輛運(yùn)營(yíng)，車站站臺(tái)邊緣與車輛邊緣縫隙偏大（約200mm），對(duì)乘客上下車存在不安全隱患，需要對(duì)站臺(tái)邊緣采取臨時(shí)處理措施（如在站臺(tái)邊緣貼橡皮層等）。
五、結(jié) 論
本文通過(guò)對(duì)以上隧道斷面的限界分析，北京地鐵五號(hào)線目前雖然已經(jīng)開(kāi)始施工設(shè)計(jì)（局部地段已經(jīng)施工），但在基本不引起較大設(shè)計(jì)改動(dòng)量和工期前題下，通過(guò)對(duì)車站站臺(tái)限界和500m左右的明挖矩形隧道高度做一修改設(shè)計(jì)，北京地鐵五號(hào)線采用國(guó)家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車是完全可行的。基于對(duì)北京地鐵五號(hào)線各隧道斷面限界進(jìn)行的分析，促使北京地鐵公司領(lǐng)導(dǎo)下定決心在地鐵五號(hào)線、四號(hào)線以及十號(hào)線上采用了國(guó)家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車。