悬挂式单轨交通的勘察设计实践

张 爽

(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司，四川 成都 610081)

随着我国城市化进程的加快，城市布局多以中心城市为核心，发展分散组团，为轨道交通系统的发展提供了客观需求。城市轨道交通在国家轨道交通产业发展政策、财政政策等相关政策的支持下，各城市对轨道交通建设热情高涨，发展城市轨道交通能有效缓解城市交通拥堵，提升城市形象、构建高效绿色交通体系。

目前，全国已有44座城市的轨道交通获得批复，其中42座城市都在建设地铁，其余的1座在建设市域轨道交通，1座在建设跨座式单轨，且这些城市基本上是直辖市、省会城市和中东部的计划单列市、副省级城市。面对目前国内城市轨道交通产业“大运量地铁系统产业布局已基本完成，中低运量的轨道交通产业布局尚未形成”的现状，轨道交通制式趋于向多样化方向发展、新型轨道交通不断涌现的态势。继符合建设条件的大中城市规划建设地铁、轻轨之后，越来越多的中小城市、旅游景区迫切要求另辟途径，建设合适的轨道交通。

悬挂式单轨系统也借此机遇，凭借其线路适应性强、建设周期短、环境适应性好、运行安全可靠、建设成本低等自身特点，在国内新制式轨道交通系统中脱颖而出。悬挂式单轨最早起源于德国，并已在德国和日本得到成功应用，但在其他国家尚未得以推广应用，仍属于小众化轨道交通。自2012年起，国内多个城市持续开展悬挂式单轨规划等前期工作，国内的设计、钢梁及设备制造、车辆等相关单位开始进行悬挂式单轨研究。在悬挂式单轨制式的客观需求、商业利益的推波助澜及地方轨道交通产业发展诱惑的多重因素下，悬挂式单轨项目遍地开花，韩城市悬挂式单轨项目就是走在前列的、国内首条开展全阶段设计工作的商业运营线。

1 我国首条悬挂式单轨商业运营线设计概述

韩城市悬挂式单轨交通机场至古城段一期工程，是全国首条开展勘察设计工作的悬挂式单轨商业运营线，在全国悬挂式单轨片地开花的热潮下，该项目在设计阶段一直发挥着领头羊的作用。

项目位于陕西省韩城市南部，是连接司马迁祠景区、澽水河沿岸风景带及古城景区的旅游观光快速干线，承担沿线景区游客、居民的出行，同时也承担机场、高铁、汽车客运站的客流集散，作为新型公共交通，对于升级城市交通，提升旅游形象，引进新型产业，带动沿线经济开发具有积极意义。

线路起于芝水河北侧，经国家文史公园、澽水生态景观带、108国道夏阳段，止于拟建的古城游客中心附近。一期工程为全高架线路，双线全长10.7 km，平均站间距2.07 km，最大站间距3.09 km，最小站间距1.32 km；全线设置车站6座，均为路侧布置的高架侧式站台；车辆基地1处，出入段线按双线设计。投资总额约20亿元，建设工期18个月。

本项目主要设计历程：

(1)2016年3月，项目启动；5月，完成预可评审；7月，完成可研及批复；11月，完成PPP招标。

(2)自2016年12月起，同步开展初步设计及施工图设计工作。

(3)2017年5月，完成主要系统设备用户需求书；8月，完成第一版初步设计文件；9月，完成“三站两区间”土建部分施工图。

2 悬挂式单轨在设计实践中遇到的问题及解决措施

2.1 车辆基本参数不确定情况下，线路的适应性研究

作为全国首条悬挂式单轨商业运营线，国内尚无任何与悬挂式单轨有关的规范、标准，车辆参数、限界均未形成统一标准，车辆的设计制造及工程的设计均在同步研究。本项目开展设计的前半部分时间里，主要控制因素在于车辆参数不完整且未稳定。

开展施工图设计的前提条件是——准确的限界资料。在车辆参数不完整且未稳定的情况下，限界专业无法提供准确的车辆限界、设备限界等相关资料，导致线路专业无法确定线间距。基于项目正线为双线设计，区间结构采用“Y”型墩、全钢结构的特点，为满足项目工期要求，促进项目往前推进，经综合研究后，线路设计采取“左+中+右”三线模式定线：

(1)在线间距无法明确的情况下，为推动项目尽快开展定测相关工作，避免后期因线间距调整而重新进行线路测量，考虑以“中”线开放测量专业开展工作，且便于桥梁专业以“中”线布跨，实现双益。目前悬挂式单轨列车的制造是多方并举，各车辆制造企业均在独自研发，依托项目推广自家车辆，并希望在悬挂式单轨这个国内新型轨道交通领域脱颖而出，最终占领悬挂式单轨的市场。在此种车辆研发未能形成合力、规格不统一情况下，修建单轨的设计标准和技术规范同样达不到统一，因此悬挂式单轨在国内尚未成熟应用前，采用“中线”定线方式，应该是能较好解决测量定线问题，今后其他悬挂式单轨项目，可参考本项目线路设计模式。

(2)在完整的车辆参数情况下，限界专业计算后，直线段与曲线段线间距是不等的，为便于桥梁墩柱及轨道梁设计、加工及施工的便利，经综合比较，在投资变化不明显的情况下，采取统一区间线间距(取大值)设计且曲线采用同心圆，以“中”线配设“左、右”线。

设计时需考虑到悬挂式单轨区间结构的特点(钢结构工厂预制)，在选用曲线半径时，尽量减少选用半径的多样化，规格3种以内较佳，便于墩、梁的模块化生产。同心圆设计时可采用如下公式计算，配设缓和曲线长度，使曲线段“Y”型墩左、右对称，达到最佳受力状态。

式中：R——曲线半径(m)；L——缓和曲线长度(m)。

2.2 关于安全线的设置问题

本项目的列车供电方式为正、负极接触轨在轨道梁内分两侧布置，根据行车专业提供的配线方案，车辆基地接轨方案为古城游客中心站单侧双出入段线接轨方式(需立交设置入段线)，且出入段线均设置安全线。

图1 车站配线示意图

由于本项目车辆基地选址及古城站站址的因素，按照目前设计方案，出入段线在不改变接轨站站位的情况下是无法设置安全线的。改变古城接轨站站位后，与原地方提出的空轨古城站和拟建游客集散中心集约设置要求不符，且按具备设置安全线条件移动后，将引起大量的房屋拆迁工程；另由于本工程的特殊性，钢结构的道岔梁是非常复杂的成套系统，需经技术经济综合必选后设置，此处线路临近国道，如按设置安全线方案布置，大部分道岔梁及车挡将横跨国道，存在一定的安全风险。据此总体组行车、线路、信号、车辆等相关专业对古城车辆基地出入段线与正线连接侧线路设置安全线的必要性进行了专题研究。

为确保行车安全，地铁设计规范中关于设置安全线的条款主要有两条：

(1)列车从支线或车辆基地出入线进入正线前应具备一度停车条件，经过核算不能满足信号安全距离要求时，应设置安全线。

(2)车辆基地出入线，在车站接轨点前，线路不具备一度停车条件，或停车信号机至警冲标之间小于50 m时，应设置安全线。

基于本项目线路条件，出段线采用约600 m平坡接入正线，参照地铁设计规范可不设置安全线；入段线采用大坡度上跨接入正线，正常情况下，入段线作为单一的入段功能使用，可不设置安全线。

出段线故障情况下，如果入段线不设安全线且作为出段功能使用时，若列车失去制动力，列车将从大下坡处溜下，冲入正线，可能与正线上行方向的列车发生冲撞。为了避免失去制动力的下溜列车对正线上行方向列车造成安全隐患，经过车辆专业针对本项目列车以20 km/h初速度从坡道56‰的坡顶自由滑行(坡长120 m)至零速的运行距离的计算，在3种工况下的计算结果为：

(1)考虑V=0 km/h时(即最小阻力情况)，列车基本阻力Fw=6.726 72(KN)，运行距离s=824.5(m)；

(2)考虑V恒等于20 km/h时(恒定阻力情况)，列车基本阻力Fw=7.173 44(KN)，运行距离s=773.2(m)；

(3)考虑V初始情况等于20 km/h时(变化阻力情况)，运行距离s=729.4(m)。

由于3种工况下计算出的运行距离均不大于古城游客中心站前一区间线路长度1.3 km，最后得出如下结论：

①古城车辆基地出入段线配线不设置安全线。

②出段线故障情况下，利用入段线作为出段功能使用时，列车在出段下坡段运行过程中，必须满足：下坡段列车最高运行速度不超过20 km/h；澽水新城站～古城游客中心站的上行区间及两站上行站台均无列车占用。信号专业根据上述两点要求采取相应措施控制列车运行。

图2 调整后车站配线示意图

悬挂式单轨系统作为国内新制式轨道交通之一，在无规范、标准的情况下，其他制式的标准、规范可以作为参考，借鉴其经验、教训，但需根据悬挂式单轨项目的自身特点，充分研究出一套适合悬挂式单轨的技术方案，为进一步制定行业标准提供准备。

2.3 在新制式轨道交通及PPP合作模式下，设计与投资的协同困境

悬挂式单轨作为新型轨道交通，设计上尚无可借鉴、参考项目，而本项目又同时采用了PPP模式，设计过程中又遭遇了材料价格的大幅上涨。在诸多因素影响下，项目后期的开展举步维艰。

项目自可研批复后，随即便开展施工图相关设计工作，满足项目先期开工段的建设工期要求，初步设计工作同时进行。据2017年3月调研，韩城空轨项目因材料上涨及设计前置基础条件变化引起的变更，预计项目建设投资将超工可投资估算总额约2亿元，根据PPP项目合同“项目初步设计投资额不能超过项目投资估算，项目实际投资额以项目竣工决算后审计金额为准”的条款，此问题将对工程建设成本控制、项目施工及采购分包、项目可行性缺口补助重新测算及政府履约能力造成较大风险。

受此影响，后期设计一直围绕优化方案、控制投资开展工作。投资控制措施主要有以下几类：

(1)工程优化

首先考虑优化土建工程部分，其中区间结构部分费用约占整个项目工程费用的50%，因此主要优化区间轨道梁、墩、基础结构。

(2)降低服务标准

在保证安全的原则下，进行项目投资控制，主要工程内容有：降低线路标高、降低站房装修标准、弱化系统设备相关服务型功能。

为了控制投资，反复优化方案、结构，耗费了大量的精力、人力，且最终效果并不理想。针对此类PPP模式承建项目，要在制定设计标准及原则的同时，充分考虑到投资因素，根据投资确定项目如何开展，且工经专业应改变原传统项目的做法(在初步设计概算中留有较大余地，只要满足不超批复投资估算的10%，能顺利通过审查，得到批复即可)，应在项目设计初期就开始介入，随时预测、评估各专业设计投资上的变化情况及实时材料价格波动，便于掌控项目如何开展设计的方向。同时各专业也需及时将方案上的调整等情况反馈给工经专业，保持信息的畅通。PPP项目的概算编制要求更加精细化，要注意从量价组合过程中的定额选用、取费标准、费用开项各方面控制概算。

3 结束语

悬挂式单轨作为国内的新制式轨道交通之一，目前暂未形成统一的设计规范，需通过各科研机构、设计单位、车辆研发等人员的共同努力，经过试验线、运营线的设计实践，储备相关科研成果和技术，以制定悬挂式单轨行业标准为目标，为悬挂式单轨设计提供指导。

本文通过参与悬挂式单轨项目的勘察设计实践，从线路设计、行车配线、工程投资等方面，提出了开展悬挂式单轨项目中一些问题的解决措施及积累的部分经验，供大家参考。