上海地铁11号线高速试车方案研究

2010-01-26滕一陛

铁道标准设计 2010年3期

关键词：正线车辆段试车

滕一陛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

1 试车方案工程设计存在的主要问题

1.1 试车安全风险分析

根据上海申通地铁公司关于试车安全的运营反馈意见,以及本地区多个车辆基地的工程设计体会和回访成果,以及国内相关试车线典型项目的调研分析,对影响试车安全的风险因素进行了梳理,主要归结为以下几方面。

(1)试车线长度：试车线的理论计算长度和实际设计长度之间的差异,决定了安全裕度,是影响试车安全的关键因素。

(2)试车线曲线限速及超高。

(3)试车线防护措施。

(4)试车线轨道条件。

(5)轮轨黏着条件。

(6)试车试验大纲编制。

(7)试车司机工作状态。

(8)网压稳定性。

(9)信号联调。

1.2 设计规范试车相关条文规定

国家和上海地方标准地铁设计规范中试车相关条文规定在具体工程设计中可操作性不强,设计人员往往无从确定试车线长度及其安全性。国家标准《地铁运营安全评价标准》和《城市轨道交通安全预评价细则》、《城市轨道交通安全预验收评价细则》中也无车辆基地试车和正线试车的相关条文规定。

2 调研分析

2.1 已建成试车线的调研

(1)上海城市轨道交通试车线汇总见表1。

(2)国内其他城市轨道交通的相关案例见表2。

表1 上海城市轨道交通试车线汇总

表2 国内其他城市轨道交通的相关案例

(3)上海轨道交通运营反馈意见

依据上海城市轨道交通已建成车辆基地后评估专项工作中运营部门反映的意见,“建议工程设计中在力所能及的情况下,减少正线试车的情况发生”。

2.2 国内城市轨道交通车辆主要动力学性能参数

通过调研上海、广州、天津、北京、南京多个城市选用的地铁车辆参数,主要动力学性能参数：平均加速度(0～80 km/h或0～100 km/h或0～120 km/h)：≥0.5～0.6 m/s2；常用制动平均减速度(120～0 km/h或100～0 km/h或80～0 km/h,包括响应时间)：≥0.8～1.0 m/s2；紧急制动平均减速度(120～0 km/h或100～0 km/h或80～0 km/h,包括响应时间)：≥1.2～1.3 m/s2。

2.3 车辆调试试验大纲

通过分析上海地铁车辆调试试验大纲,其中：运行安全和运行平稳性试验、运行试验、牵引能力和电制动能力试验、制动试验、防滑试验、停放制动试验、运行阻力试验均为跟速度和试车线长度有关的敏感试验,也是在正线试车相关的主要试验。

3 试车线长度计算分析

3.1 城市轨道交通轮轨制式车辆牵引制动特性的主要特点

(1)分析地铁试车线需求长度最有价值的特性曲线是速度(v)—时间(t)和速度(V)—距离(s)。利用这两个曲线的特点比较直观的能分析出以下结论。

①从静止加速至最高运行速度列车走行距离,特性曲线法的数值比平均加速度估算法的数值要大。

②从最高运行速度减速至停止列车走行距离,特性曲线法的数值比平均加速度估算法的数值相差不大,在未获得车辆供货商的制动特性曲线资料之前,直接套用平均减速度估算法误差较小。

③在额定荷载工况下,达到最高运行速度的牵引距离或者始于最高运行速度的制动距离是研究试车线长度的关键参数。

(2)典型案例牵引距离和制动距离数据对比

根据广州3号线和上海地铁1号线等典型案例的车辆资料统计,一般情况下：牵引距离,特性曲线法的数值比平均加速度估算法的数值大160～210 m,直接套用平均加速度估算法将会有较大的误差；用平均减速度算法计算出来的制动距离接近特性曲线的数据,误差40～50 m。因此算法误差主要在牵引距离上，为安全起见,牵引距离计算一般取大值。同时可考虑通过计算公式的其他部分进行补偿。

3.2 试车线长度计算公式

基于前面的调研和分析,研究了4种测算方法：

(1)测算方法一

试车线长度=车挡工作距离+列车距离车挡安全距离+启动段列车长度+静止加速到最高速度走行距离(特性曲线法)+最高速度保持8 s走行距离+平均减速到静止走行距离+列车距离车挡安全距离+车挡工作距离

注：平均减速度按照技术要求的参数,最高速度保持时间最小取值5 s,可适度延长至10 s,以提供安全裕度,建议取8 s。特性曲线法的牵引距离根据相似工程项目车辆的数据引用。

(2)测算方法二

试车线长度=车挡工作距离+列车距离车挡安全距离+启动段列车长度+平均加速到最高速度走行距离+最高速度保持5 s走行距离+平均减速到静止走行距离+进入速度为最高运行速度的紧急制动距离(安全防护)+列车距离车挡安全距离+车挡工作距离

(3)测算方法三

试车线长度=车挡工作距离+列车距离车挡安全距离+启动段列车长度+平均加速到最高速度走行距离(考虑性能老化和防滑效率0.85,列车平均加速度折算)+最高速度保持5 s走行距离+平均减速到静止走行距离(考虑性能老化和防滑效率0.85,列车平均减速度折算)+进入速度为最高运行速度的紧急制动距离(安全防护)+列车距离车挡安全距离+车挡工作距离

(4)测算方法四

试车线长度=车挡工作距离+列车距离车挡安全距离+启动段列车长度+静止加速到最高速度走行距离(特性曲线法)+最高速度保持10 s走行距离+平均减速到静止走行距离+进入速度为最高运行速度的紧急制动距离(安全防护)+列车距离车挡安全距离+车挡工作距离

注：紧急制动距离仅作为安全防护距离,与最高速度保持时间共同保障安全裕度。

3.3 验算

分别对上海地铁1号线8辆编组A型车(最高运行速度80 km/h)和天津滨海9号线4辆编组B型车(最高运行速度100 km/h)试车线长度和工程设计结果进行了验算。验算显示以上4种算法得出的数据能够为确定试车线长度提供有价值的参考。经多年运营实践检验,其试车线是相对安全的。

3.4 建议

根据工程设计条件灵活选择试车线长度测算方法,一般情况下测算方法二有较高的安全裕度,建议首选。正线试车区段建议首选方法四。方法一测算数据仅供作为比选的基数。

测算数据仅供设计取值参考,应结合工程设计的边界(限制)条件、工程投资等综合考虑。

4 上海地铁11号线正线试车区段工程设计研究

4.1 100 km/h车辆高速试车方案研究必要性

(1)根据工程惯例和车辆试验大纲,进行最高运行速度100 km/h相关运行试验是必须的。

(2)根据以上不同试车线长度测算方法的比较分析,出于安全考虑,测算出进行100 km/h运行试验时,试车线长度约为2 010 m。

本工程赛车场车辆段目前设计的试车线：长1 400 m,只能满足80 km/h及以下速度相关试验的基本需求,不能满足100 km/h的运行试验需求。

因此,需要对高速试车线进行专题研究,主要研究思路如下：

①在1 400 m试车线基础上加长；

②在车辆段附近重选试车线；

③在正线寻找试车区段。

经过诸多方案的详细比选和技术经济分析,前2条研究思路在赛车场车辆段附近不具备工程实施条件,基本不可行。

4.2 正线试车区段

研究思路：选取车辆段内中低速试车与正线高速试车补充验证相结合的方案。

本次研究在正线线路上选取了2个试车区段,并经过比选选定静宁路站—白银路站区间下行线。

试车区段选取：从白银路站出站下行线开始约750 m平坡道(有R=3 500 m、l=40 m、长约217 m的曲线,不限速)+5‰上坡道220 m+5.976‰下坡道251 m(有R=4 500 m、l=35 m、长约230 m的曲线,不限速)+约800 m平坡道(无曲线),长约2 021 m,如果再加3‰下坡道200 m+约350 m平坡道,总长可达2 571 m。

5 正线高速试车需解决的主要问题

根据国内的调研情况及上述11号线正线高速试车方案的分析,正线试车存在以下主要问题,需要采取措施解决。

(1)由于正线试车区间在平坡和上、下坡,为了保证数据的准确性,列车必须在平坡段进行性能试验,人为因素对试验的准确性影响很大,增加了司机对标操作的难度,稍有疏忽,必须退回,重新试验,延长了试验时间。

(2)由于正线试车区段的线路的运行条件低于试车线,因此单线往返运行试车测试的数据有所偏差,对测试分析人员技术要求提高。

(3)提高了各专业施工协调的难度,对运营方统筹协调的要求有所增加。

(4)由于正线试车区段承担着试车及正线运营的双重责任,因此对接触网、信号、线路等的设备维护等级及维护周期的要求有所提高,需要维护的时间也较长,这与由于夜间试车而能提供保养的时间明显减少发生了很大的矛盾。

(5)在试运营期间,列车调试时万一发生列车异常情况,造成比较严重的故障(如挤岔、信号设备、线路损坏等),若不能及时修复,将对次日的正常运营带来很大的影响。

(6)在正线试车期间万一列车发生异常情况,需要赛车场车辆段派出救援机车或者救援列车牵引回基地,作业效率较低。

(7)正常运营后,试车时间均在夜间,试车时对区段的照明比较暗,建议提供一定的辅助照明,便于司机观察试车区段的安全防护标志和标段标志,提高试车效率。

(8)由于正线试车只能在运营结束后进行,时间约在晚间11：00以后。这样要保证参加试验的司机必须休息好,避免司机疲劳驾驶、反应滞缓而发生事故。

(9)由于正线运营以后,正线试车只能选择在凌晨到早上这段时间,且由于试车过程中频繁的制动等操作,噪声较大,干扰附近居民休息。

6 11号线正线高速试车相关技术对策研究

针对11号线正线高速试车的需求及存在的问题,研究了如下对策。

6.1 降低正线试车作业频率

采用中低速试车在车辆段内试车线进行,高速试车在正线进行的组合方式,可以大大降低正线试车的作业频率。

6.2 试验项目的合理分工

在车辆段试车线完成80 km/h及以下的速度所有运行试验(特别是制动试验)及相关试验,列车考核达标后方可进入正线进行100 km/h相关的运行试验及相关试验。这样,在正线试车的工作量最多不会超过所有试验项目的15%。

正线试车区段主要进行：最高运行速度100 km/h运行安全和运行平稳性试验、运行试验、牵引能力和电制动能力试验、制动试验。而对于与其他子系统的联调试验必须在整个正线上进行。

6.3 试验数据数理统计分析

为使得试验数据更为准确,提高试验结果的可信度,一般采用往返多组试验数据取平均值的方法,这样可以减少曲线半径、上下坡道对试验结果的影响。另外,通过往返试验获得的试验数据经数理统计得到接近真实情况的数据。

6.4 做好相关技术配套设施

为保障试车安全和正常使用，还应在轨道、供电、通信、信号、声屏障等设计中采取技术措施。建立健全运营管理、安全防护等配套措施。

7 研究结论及建议

7.1 结论

(1)若有条件,在车辆段单独设置长度满足100 km/h试车需求的试车线仍为首选。在车辆段内设置符合长度要求的平直试车线是试车线的基本设计原则。

(2)经过大量的方案研究,根据11号线现实条件,在车辆段内及车辆段外邻近位置设置试车线的难度较大。

(3)为满足车辆验收及运营检修的试验需求,创造一个相对理想、安全的试车环境,提出赛车场车辆段设置长度不小于1 400 m的试车线,满足80 km/h及以下速度运行试验及相关试验需求,在静宁路～白银路站正线区间(约3 900 m站间距)选取2 010 m长区段兼做最高运行速度100 km/h的补充验证试验区段。