广州地铁APM线限界设计

彭金水

（广东交通职业技术学院，广东　广州　510650）

广州地铁APM线限界设计

彭金水

（广东交通职业技术学院，广东广州510650）

广州地铁APM线所采用的系统，与以往地铁的钢轮钢轨系统完全不同，其采用的是类似公交的胶轮和钢筋混凝土路面的自动旅客输送系统，因此，其限界设计的思路和方法与其他普通地铁线路截然不同，尤其是故障状态下的限界、道岔处的限界设计，车站屏蔽、站台板、有效站台内外等处的限界设计，都需要在普通轮轨系统限界设计方法的基础上作出与其相适应的特殊处理与设计，本文重点在上述方面作较为详细的介绍，对类似工程具有一定的借鉴意义。

广州地铁APM线；胶轮系统；限界设计；特殊处理

地铁限界设计在整个工程中起着非常重要和关键的作用，它涉及到地铁能否安全地运营，另外，合理的限只是设计可以尽可能地节省空间，减少土建工程量，从而节约工程投资和降低工程风险。

限界是限定列车运行及轨道区周围构筑物超越的轮廓线，分车辆限界、设备限界和建筑限界。限界设计工作较为复杂，涉及到很多专业及系统，需要协调限界空间内的各种设施、设备，影响限制限界设计最直接的因素，主要包括线路所采用的列车及系统类型，轨道类型，通信、信号等系统类型等。

广州市珠江新城旅客自动输送系统，简称广州地铁APM线，采用了与钢轮钢轨系统完全不同的胶轮—导向制式系统，走行面为钢筋混凝土路面，为加拿大的庞巴迪公司的CX100系列车辆，采用中间导向，可实现无人驾驶。由于该系统与以往线路有极大的区别，而且没有相应的标准和规范参考，给限界设计带来极大的困难，为了设计出既安全又经济的限界，在限界设计思路和方法上需要有所创新。本系统在限界设计方面需要考虑的特殊情况，主要包括：由于车辆采用的是胶轮，所以在最不利故障状态下，会出现一侧的轮胎爆胎，此时设备限界应该怎样考虑？本系统的道岔结构与普通轮轨系统的有很大的不同，道岔的限界怎样考虑和确定？线路的线形和轨道的超高设置完全不同，中间导向与轮轨导向区别极大，车站地段的限界，应考虑车辆怎样的故障状态进行屏蔽门、站台的限界设计？……本文就以上主要问题，结合限界设计过程进行相应解决方案的阐述，如图1所示。

图1　CX100车辆与道岔结构

2　本线路工程特点

2.1工程概况

线路起始于海珠区赤岗塔北侧，向北下穿珠江主航道到达海心沙，线路再次下穿珠江后到达天河区珠江新城核心区域，后线路沿规划珠江新城中轴线行进，之后线路继续往北，之后线路下穿黄埔大道，从人民日报社华南分社大楼西侧穿过天河南小区，下穿已运营一号线区间隧道，然后线路穿过宏城广场部分临时建筑，下穿天河路后进入体育中心，然后线路上穿已建三号线支线区间隧道、绕过体育中心体育馆和运动场，从已运营三号线主线区间隧道上方穿过，到达已运营三号线林和西站西侧，设林和西终点站。其线路走向示意如图2所示。

线路总长约3.94km，全部采用地下线路，共设9座车站，平均站间距473.4m。

停车与维修中心是系统和设备维修的重要场所，考虑到珠江新城区域为中央商务区，可采用地下停车场方式解决。利用电视观光塔南侧规划新城市中轴线广场设置地下停车场，担任全线的停车和维修任务。全线的控制中心设在赤岗塔站内。

珠江新城集运系统的功能定位主要有两个：

1）作为珠江新城CBD地区和天河商贸区内部的公交骨干线，满足其内部、珠江新城与天河商贸区、观光塔的客流需求，以及旅游观光购物的出行需要；

2）与轨道交通线路形成快捷方便的连接，促进城市公共交通系统功能的充分发挥，如图2所示。

图2　线路走向示意图

2.2工程特点

广州地铁APM线所采用的系统为胶轮系统，结合其工程情况，总结主要特点如下：

1）自动化运行可以为乘客提供快速，舒适的服务。

2）自动化运行可以节省人力，降低运营成本。

3）自动化运行可以使行车计划的编排和行车调度具有更大的灵活性。

4）自动化运行可以提供优质的安全性。

5）自动化导向交通使用较小的车辆和较短的列车，其相应得基础建筑，如车站等，也可降低造价。

6）采用中间导向方式。

7）全地下线。

3　本线路限界设计难点及解决方案

3.1限界设计难点

本工程采用的车辆、轨道结构、导向系统、列车驾驶方式等与传统的地铁有着本质的不同，所以，限界设计也遇到了前所未有的困难，主要集中表现在以下几个方面：

1）国内没有相关的规范、规程可使用或参考。珠江集运系统采用胶轮－导轨运行系统，与传统的轨道交通系统有着很大区别，由于APM系统技术较新，且现存的技术种类较多，与传统地铁系统差别极大，而且APM系统在国内尚无使用运行，国内没有相关的规范、规程等技术文件可供使用或参考，给限界设计带来困难。

2）最不利故障状态下的限界设计难点。一般钢轮钢轨地铁列车通常有两系悬挂，即空气弹簧和钢弹簧，其最不利故障状态通，常可认为是钢轨、钢轮同时磨耗到限，以及空气弹簧泄气。广州地铁APM线采用胶轮系统，橡胶轮胎可视为一系弹簧，钢弹簧为二系簧，其最不利故障状态并不是轮胎磨耗到限，而是车辆某侧的轮胎爆裂，每辆车由4组轮胎组成，而每组轮胎为两个车轮，显然，若一侧的4个轮胎同时爆裂，设备限界为最大，但若以此作为设计，则设备限界非常大，建筑限界也比普通地铁线路大得多，这样不仅增加明、暗挖隧道的土建工作量及施工难度与风险，更为严重是其他地铁线路通用的内径为5.4m的盾构隧道将不能满足要求。因此，到底本系统的最不利故障状态按怎样的条件考虑，即能保证安全，又能使限界所需的空间经济，这是难点之一。

3）曲线段限界设计难点。与普通地铁线路相比，本工程在平面缓和曲线、最大超高值等均有较大的不同，给限界设计带来较大的困难。

普通地铁平面曲线的缓和曲线一般采用三次抛物线的线形，APM线则一般采用与道路相同的螺旋线的线形。

轨道最大超高方面，普通地铁线路一般为120mm（折算成百分比约为8%），允许的最大欠超高为61mm，而本工程的最大超高为10%。

4）道岔处限界设计难点。APM线道岔结构较为复杂，与普通地铁的道岔相比，主要有两个方面的不同，一是其导曲线半径特别小，只有22.8m，二是道岔的转辙设备是通过机械将整个机构进行移动，这给限界设计带来困难，如加宽量，以及需考虑的因素很多。

5）车站限界设计难点。车站限界设计难点主要表现在如下几个方面：首先是有效站台与非有效站台的衔接问题，以往地铁车站的站台均采用折线方案，即在有效站台起、终点处突变，但本工程当车辆轮胎爆裂时，若采取此方案则车辆难以通过车站；其次是站台高度、线路中心至站台边缘的距离、线路中心线至屏蔽门的距离怎样确定，才能适应车辆空、满载时地板面高差变化较大，以及车辆故障状态怎样顺利通过等问题，因为车辆与站台间高差与间隙过大，则会对乘客上下车造成极大的不便。

3.2解决方案

本工程还有一个比较特殊的情况，就是土建与花城广场地下空间统一设计，同步施工，而其施工工期受广州2010年亚运会的制约，十分紧迫，在本工程的系统还没有确定时，就要进行施工，因此，设计上要考虑兼顾可能的系统，又不能造成浪费。针对前述的各种设计难题及结合工程实际，经过各方努力，得到较为妥善的解决方案：

1）有关规范、规程的问题。对于此问题，采用现行的地铁设计规范、城市道路设计规范等作为参考，同时参照APM系统对应的最新技术标准，进行设计，这样，既不与国内主要相近的规范、规程相矛盾，又能适应本系统自身的技术特点，确定技术安全、经济合理。对应的最新技术标准主要为CX-100通用导轨设计标准等。

2）最不利故障状态下的限界设计方案。经过与车辆供应商的多次反复讨论，并结合世界各国各APM线多年的运营经验，认为车辆一侧的四个轮胎同时爆破或没气的概率非常小，目前运营的线路没有发生过类似的情况，因此，最不利状态按照一侧同时只有两个轮胎（两个轴各一个）的情况是合理的，符合实际的，这样，既在很大程度上可保证安全，也可以做到设计经济比较合理。

3）曲线段限界设计方案。深入研究发现，虽然本工程的超高比普通地铁线路的大，但其最高行车速度较低 （60km/h）、走行面中心的距离较大（2032mm），因此经过计算，其最大欠超高可满足相关规范的要求；对于平面和竖曲线的线型，经过与车辆供应商协调，为简化设计，同时适应工务养护习惯，可按普通地铁线路的进行设计，可满足列车运行的要求，即平面缓和曲线采用二次抛物线、竖曲线采用圆曲线。

4）道岔处限界设计方案。对道岔处的限界加宽问题，经过详细分析，主要解决思路是：分成三个主要部考虑，逐个进行计算分析，一是物理加宽量，可根据实际导曲线半径和车辆平面投影尺寸进行计算；二是道岔构造引起的加宽量，即根据道岔结构特点，对所有可能引起加宽点进行详细分析，并进行量化计算；三是根据车辆构造特点及其行经道岔时，可能额外增加的加宽量。将上述有一种情况的加宽量按照对应的位置进行叠加，即得到道岔的总加宽量。

5）车站限界设计方案。车站限界：车辆供应商方案：在车辆正常状态的静态轮廓线的基础上，按美国标准取车辆边缘与站台边缘的间隙为38mm，线路中心线至站台边缘的距离为1422.5mm+38≈1460mm；设计采用方案：现取车辆边缘与站台边缘的间隙为50mm，线路中心线至站台边缘的距离为1472mm。

站台边缘的作法：车辆供应商方案：由于故障状态下的车辆轮廓包络线侵入站台，庞巴迪要求在站台边缘加贴40mm的橡胶条，橡胶边缘至线路中心线的距离为1460mm，车站站台与区间的的过渡区采用1：10的斜角（也贴橡胶条），保证列车在故障状态下过站时，车体与站台边紧贴而不受损。设计采用方案：考虑在站台边缘设置橡胶条，站台与区间的过渡采用1：10的斜角。站台板边缘至线路中心线的距离为1507mm，线路中心线至橡胶条边缘的距离为1472mm，屏蔽门边缘至线路中心线的距离为1524mm。

站台板高度：车辆供应商方案：车辆地板面至运行面的高度为1092mm，要求站台面高度与车辆地板面平（考虑了2mm的装修误差，取1090mm），以方便乘客上下车，而且空气弹簧可以通过自动调节弥补轮胎气压变化引起高度偏差。设计采用方案：根据相关规范，考虑站台面比车辆地板面低42mm，故运行面至站台面的高度为1050mm。

轨项排风道高度：车辆供应商方案：由于车辆的空调、受电设备全部设于车厢底部，车顶上方无特殊的通风要求，隧道顶部的设备布置高度在最大车辆限界的基础上加上安全距离即可。

经计算，轨项排风道底板离运行面的最小高度为：3581+50=3631mm。设计采用方案：轨项排风道底板离运行面的高度为4300mm。

图3　车站矩形断面限界图

4　结语

广州地铁APM线所采用的胶轮—导向制式系统，与其他普通钢轮-钢轨地铁线路在很多方面都有着极大的不同，加上国内还没有相应的设计规范、标准可参考，给整个系统的各专业设计带来极大的困难，限界专业也不例外，为了解决限界中存在的各种难题和问题，就要先理清思路，找出重要的关键点所在，逐个攻破，解决了主要问题，其他次要问题自然就迎刃而解了。

［1］ 施仲衡.地下铁道设计与施工［M］.西安：陕西科学技术出版社，1997.

［2］ GB50157-2013地铁设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［3］ 广州地铁APM线限界设计.

［4］ 倪昌.论车辆限界计算方法［J］.地铁与轻轨，2002，04（6）：31-34.

［5］ 张春飞.地铁限界设计分析［J］.北方交通，2008（08）：160-162.

［6］ 王锋.关于地铁车站站台限界的探讨［J］.铁道标准设计，2009（02）：81-82.

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