陕西韩城悬挂式单轨一期工程总体设计

2020-07-04余浩伟徐银光鄢红英

现代城市轨道交通 2020年6期

余浩伟徐银光鄢红英

摘要：总体设计是轨道交通勘察设计中的引领性工作，对项目的系统标准、工程方案、建设投资等有较大影响。陕西韩城悬挂式单轨一期工程是我国首条开展设计工作的商业运营线，在探索悬挂式单轨系统技术、工程方案以及建设模式等方面，对于国内新型轨道交通的发展具有重要的意义，是我国悬挂式单轨发展史上的里程碑。文章在设计实践经验的基础上，从总体设计的角度，对项目的技术特点和难点、功能定位、客流预测、行车组织、线路方案、景观打造、土建工程、机电系统等进行全面的分析、研究与总结，以期对国内后续悬挂式单轨项目的建设具有参考价值。

关键词：悬挂式单轨;总体设计;技术标准;工程方案

中图分类号：U232

1 研究背景

在我国铁路以及城市轨道交通建设项目勘测设计过程中，实行的是项目总体组制，总体设计对于项目系统标准、各专业工程方案、建设投资，甚至项目成败均起着至关重要的作用。一直以来，各大设计院均对总体设计预以高度重视，如朱颖、胡叙洪、吴彩兰等，简要总结了高速铁路总体设计应引起重视的主要内容;俞加康、沈秀芳等，对上海轨道交通明珠线二期工程的总体设计进行了研究;葛世平从运营角度对城市轨道交通的总体设计提出了相关建议;秦宝来以大秦铁路为背景，对重载铁路扩能总体设计中的关键技术问题进行了研究。

悬挂式单轨是在我国城市轨道交通发展到一定规模和覆盖面的情况下，兴起的中小运量新型轨道交通制式，客运能力为0.8～1.25万人次/h，平均运行速度大于20 km/h，最高行车速度不小于80 km/h;运行轨道位于列车上方，车辆除走行轮外，在转向架的两侧还有导向轮和稳定轮，其始终在箱形轨道内部，保证车辆沿轨道安全平稳地行驶。

陕西省渭南市韩城悬挂式单轨一期工程是我国首条开展设计的悬挂式单轨商业运营线，项目位于韩城市南部，起于拟建龙亭机场，途经司马迁祠，沿澽水河经澽水新城后，止于韩城古城附近，正线全长16.405 km，设置车站7 座，车辆基地1 处，线路方案如图1所示。

2 技术难点与重点

韩城悬挂式单轨一期工程在探索悬挂式单轨系统技术、工程方案以及建设模式等方面，对国内新型轨道交通的发展具有重要意义。本项目的技术特点和难点主要表现在悬挂式单轨特有技术、自然地形条件、景观打造以及投资控制4方面。

（1）项目于2016年初启动勘察设计工作之前，国内只有一條800余m的试验线正在建设，相关技术尚不成熟，缺乏大量的试验、测试数据支撑。同时，悬挂式单轨车辆也未最终定型，使得限界、轨道梁、道岔等相关方案存在较大不确定性。

（2）黄土高原典型的“台塬”地貌（图2）带来短距离内的巨大高差，以及项目周边丰富的文物及黄土陷穴给选线带来巨大困难。同时，特有的湿陷性黄土地质条件，也给采用单桩承力结构的悬挂式单轨的设计、施工带来一定的挑战。

（3）沿线属于韩城市全力打造的黄河景观旅游区，“高高在上”的悬挂式单轨如何与景区整体风格互相融合、互为景观，是项目设计需要着重解决的问题。

（4）根据具体情况，做到最优化设计，在满足客流需要与运营安全的同时，节省工程投资、提升项目经济效益，从而减小传统城市轨道交通项目对于财政补贴的过度依赖，保证项目的经济可行。

3 功能定位与主要技术标准

韩城市地处关中平原东北隅，历史悠久，文物古迹荟萃，有“文史之乡”和“关中文物最韩城”之美誉，旅游资源极为丰富，如司马迁祠、黄河龙门等众多著名景观均为国人所熟知。

本项目是在韩城市经济大转型的背景下提出的，主要目的是配合韩城市旅游开发和景区建设，改善交通条件、提升韩城市旅游要素质量、解决“不来韩城遗憾，来了韩城更遗憾”的旅游现状。结合项目周边城镇分布情况，经与韩城市多次沟通，确定本项目“以旅游为主、兼顾公共交通”的功能定位，悬挂式单轨作为韩城市公共交通的补充，为后续设计指明了方向。

本项目主要技术标准如表1所示。

4 客流预测与行车组织

4.1 客流预测

本项目客流可分成旅游客流、日常通勤客流和韩城城区通往机场客流3部分，通过采用Logit模型计算旅客选择本项目的比例，从而确定其客流量。图3为客流预测流程。

客流预测汇总结果如表2所示。从表中可以看出，本项目总体客运量较小，初、近、远期每日客运量分别为0.8万人次、2.2万人次及3.71万人次。研究年度内断面高峰系数为初期0.17、近期0.19、远期0.25，高峰的客流积聚现象特别明显，这与本项目处于景区与老城区之间相关，经过的地区大部分为旅游景区以及老城片区，高峰出行客流比例相对较高。从项目建设时序来看，随着时间的推移，延伸至老城，通勤出行比例逐渐上升，在研究年度内高峰系数应当呈现逐渐上升的趋势。

4.2 行车组织

4.2.1 列车编组及输送能力

由于悬挂式单轨道岔系统相对传统轮轨较为复杂，动作时间更长，根据悬挂式单轨在国外成功运营的经验，高峰小时行车对数一般不超过24对。

考虑本项目主要为旅游服务，服务水平应高于传统城市轨道交通，站立标准采用4 人/m2，为避免列车编组变化引起的设备改造，根据远期最大单向断面客流预测结果，各设计年度均采用3辆编组方案。

远期高峰小时最大行车密度为20对/ h，系统设计最小行车间隔为3 min，最大输送能力为3360 人次/ h，满足预测客流量远期高峰小时单向最大断面2738 人次/ h 的要求，且留有22.7%的富余。

4.2.2 列车运行交路

本项目主要为旅游客流服务，兼顾龙亭机场的乘客，全线旅游景点分布均匀，无明显客流断面出现，如图4所示。

考虑龙亭机场为支线机场，平日航班有限，且航班时间固定，在非航班运行时段，机场无航空乘客出行需求。龙亭机场—司马迁祠站区间长约5.9 km，约占本工程的35.96%，且线路纵坡大，列车能耗大。因此考虑在司马祠站设置小交路，一般情况下只开行司马迁祠站—古城旅游中心站的列车运行交路，龙亭机场站—古城游客中心站的运行交路则根据龙亭机场的航班时间确定（图5），以便更合理地分配运能，尽量减少配属车辆总数（减少每日列车走行公里数和驾驶员的数量），提高列车满载率;减少列车空驶距离，降低运营成本。

4.2.3 配线设置

因悬挂式单轨道岔结构较为复杂，且成本较高，总体上应在保证运营安全及基本需要的基础上，适当预留部分运营灵活性，尽量减少配线的设置。本项目具体配线方案如图6所示：①在龙亭机场站设置折返线;②在司马迁祠站设置单渡线，满足折返功能;③在古城游客中心设置单渡线，满足折返功能;④在古城游客中心站设置出入段线。其折返能力、出入段能力以及区间追踪能力均满足系统要求。

5 线路及敷设方案

5.1 线路方案

线路起于龙亭机场，上跨魏长城遗址后，沿芝川台塬冲沟东侧展线，下穿G5京昆高速芝川特大桥后，上跨沿黄公路线位，后途经司马迁祠、国家文史公园东侧，沿澽水河西侧堤顶路行进，在规划的澽水河龙泉桥附近接入既有108国道，沿108国道东侧路侧行进，止于古城南门游客中心附近。

线路方案选择难点与重点在于龙亭机场站—司马迁祠站段：一方面，台塬地貌带来短距离内剧烈的地形起伏，使得3.5 km范围内的地形高差达到150 m，且存在众多的深切沟谷、塌陷洞穴、滑坡等不良地质;另一方面，该区段的文物古迹众多，如魏长城、挟荔宫遗址、司马迁祠等均是国家重点保护文物。设计中针对以上问题，通过多方案的技术经济比选，确定了合理可行的線路方案。

5.2 敷设方案

全线经过山地、河堤以及城市道路3种不同的自然环境，不同地段的敷设方案存在较大区别。

（1）龙亭机场站—司马迁祠站。线路为典型的山区路段，线路敷设方案主要取决于地面高程与线路设计高程。

（2）司马迁祠站—澽水新城站段。线路主要沿韩城市重点打造的澽水河河堤走行，考虑站点设置空间、河堤观景平台以及整体景观效果，线路选择沿澽水河背水侧坡顶路侧敷设，如图7所示。

（3）澽水新城站段。线路主要沿通往韩城古城的景观大道108国道敷设，考虑到既有道路两侧绿化带较宽，为减少既有道路改造以及对现有交通的影响，选择沿道路右侧敷设，如图8所示。

6 站点设置与景观打造

6.1 站点设置

全线共设置车站7座，预留车站4座，站位主要根据韩城市机场规划、澽水河生态景观带规划、道路交通、地形地貌条件等综合因素确定，车站分布情况如图1所示。

6.2 景观打造

6.2.1 车站装修设计

全线各车站建筑装修和景观设计风格整体上统一，以展现韩城市文化底蕴为主线;各车站景观设计与所处位置的环境背景相呼应，打造以车站为中心的不同景观段落带。例如，司马迁祠站和古城游客中心站效果分别如图9和图10所示。

6.2.2 区间景观

由于线路主要沿澽水河西侧河堤走行，以澽水河为代表对区间景观进行设计，如图11所示。由于澽水河规划景区只位于一侧，为保证行进中有景可观，临景区侧需采用退台式景观及植被林冠线，以扩大观景面。

7 土建工程

7.1 桥梁

7.1.1 轨道梁

轨道梁一般采用标准跨度为20～30m的钢箱截面简支轨道梁，经工程经济对比分析，直线梁采用30m简支轨道梁作为常用跨度，曲线梁区间采用25m简支轨道梁作为常用跨度，轨道梁内部标准尺寸为净宽0.78m×净高1.1 m。下翼缘钢板厚30 mm，兼作轨道。

全线由590跨简支梁、3座连续梁以及5个道岔梁构成，其中25 m简支梁357跨，30 m简支梁231跨，23m

和27 m简支梁各1跨，道岔梁跨度为20 m。根据地形情况，全线共设置3座连续梁，孔跨布置分别为（40 + 80 + 40）m、（40 + 60 + 60 + 40）m和（40 + 60 + 40）m。

7.1.2 桥墩及基础

正线均采用T形桥墩，出入线单线采用倒L形桥墩，道岔梁或正线采用T形桥墩，有困难的地段采用门形框架桥墩。为方便运输，T形桥墩和门形桥墩通常在墩顶附近断开，利用法兰通过高强螺栓与墩立柱连接，如图12所示。

桥墩一般采用矩形空心截面的钢结构桥墩。当墩高超过15 m时，采用钢墩与混凝土墩结合的方式，自墩顶至轨面以下10 m范围内采用钢墩，其余部分墩身采用钢筋混凝土矩形实心墩。

7.1.3 桥墩与轨道梁以及基础的连接方式

轨道梁和桥墩通过支座连接。其中，轨道梁由梁部牛腿通过盆式橡胶支座与桥墩顶部水平悬挑梁向下伸出的牛腿对接实现墩与梁连接，如图13所示;盆式橡胶支座为三向可调整支座，以便调整墩和梁制作安装引起的误差。

简支梁墩与基础（或实心钢筋混凝土桥墩）采用M48直钩锚栓连接，锚栓插入基础范围内设置4道

16 mm钢筋网片。墩底设置30 mm厚的钢板，锚栓沿钢板四周对称布置，锚栓之间设置竖向加劲肋，如图 14所示。

7.2 道岔

采用倒T形辙叉道岔方案，道岔系统主要由道岔梁、可动轨、可动轨导向板、修正轨、动力系统、控制系统、锁闭机构等组成。

单开道岔采用单圆曲线线型，曲线半径R = 50m，曲线出岔，转辙角为11°18′36″，道岔区全长为19.951m，道岔梁实际长度可结合轨道梁孔跨布置适当调整至20m，线型示意图如图15所示。道岔侧向的最大通过速度为15 km/h，直向通过速度与直线区间相同。

单渡线道岔采用圆曲线-直线-圆曲线线型。线间距为4.8 m，曲线半径R = 50m，转辙角为11°18′36″，夹直线长度为14.573 m，道岔区全长为39.902 m，道岔梁实际长度可结合轨道梁孔跨布置适当调整至40 m。道岔采用连续梁或简支梁结构，夹直线中点区域设置门形墩。道岔侧向的最大通过速度为15 km/h，直向通过速度与直线区间速度相同。

8 机电系统

机电系统重点在以下几个方面开展了设计。

（1）供电负荷等级根据项目具体情况合理确定，考虑本项目主要为旅游服务的特点，在保证安全的前提下，供电中断虽会对系统运营产生影响，但不会造成类似于地铁的较大社会影响，尽量减少I级负荷等级，取消双回路供电方案。

（2）引入先进的4G LTE宽带移动通信技术作为无线通信综合平台，打造城市轨道交通领域首个同时承载信号系统、调度通信、图像和视频多媒体业务的商用综合宽带无线通信系统。

（3）考虑本项目位于黄河边，多年来最大平均风速为18 m/s，设计独立的大风实时监测系统，确保悬挂式单轨车辆在运行过程中的安全及稳定性。大风实时监测系统由现场级和中心级2级构成，能实时采集线路周边的风速、风向及风角，通过中心级对现场采集的数据进行存储和报警判断。

（4）车票种类分为单程票、储值票（兼容韩城“城市一卡通”）和旅游通票，前2种主要针对通勤客流，后者主要针对旅游客流，分别采用不同的票制与票价，且旅游通票可与周边景区门票联合销售，形成一种能多次乘坐悬挂式单轨交通同时又可单次进出各个景区的综合型旅游通票。

（5）由于悬挂式单轨车厢悬挂在空中，救援工作更加复杂，尤其在突发火灾条件下逃生及救援极为困难。为此，根据专项科研成果，从安检、车辆、工程等方面共同着手，开展了防灾救援体系设计。

9 结语

韩城悬挂式单轨一期工程是国内首条悬挂式单轨商业运营线试验线，在多方联合科研攻关以及中车四方悬挂式单轨试验线建设实践经验的基础上，圆满完成了项目总体设计工作，可为国内后续悬挂式单轨项目的建设提供经验与参考。

参考文献

[1] 朱颖. 致力打造具有中国自主知识产权的高速铁路——遂渝线无砟轨道综合试验段总体设计[J].铁道工程学报，2008（z1）：182-191.

[2] 庞林，陶奇，郑晓龙. 地震作用下悬挂式单轨结构动力学特性研究[J].现代城市轨道交通，2019（3）：40-43.