长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程限界研究

戴能云 ，戴 旺 ，邱 冰 ，邓娟红 ，侯喜快

（1. 湖南省交通规划勘察设计院有限公司，长沙 410200；2. 湖南省轨道勘察设计有限公司，长沙 410021）

中低速磁浮作为一种新型的轨道交通制式，具有运行平稳、转弯半径小、爬坡能力强、运行噪声小等优点。中低速磁浮限界包括车辆限界、设备限界和建筑限界。国内学者对磁浮限界进行了研究，文献[1]参照地铁车辆限界标准，结合中低速磁浮车辆结构，对中低速磁浮车辆限界进行了研究和计算。文献[2]参考限界计算标准及方法，针对磁浮车辆的结构、运行特点，对中低速磁浮车辆限界和设备限界进行了研究，提出了计算截面的确定方法并推导出了限界计算公式。文献[3]在参考CJJ/T 96-2018《地铁限界标准》的基础上，结合磁浮自身特点，对设备限界进行了研究，以磁浮车辆通过曲线时的几何关系制定曲线地段设备限界内外侧加宽公式，计算出相应的加宽量，并提出了在小曲线半径地段内外侧非对称加宽量。文献[4]结合长沙南至机场中低速磁浮工程，从车辆、线路和轨道相关技术参数入手，详细介绍了车辆限界、设备限界的计算因素和计算结果，并给出了典型地段建筑限界图。文献[5]对低速磁浮车辆限界方法进行了研究，重点对车辆限界涉及的因素进行了讨论，提出对随机因素的影响不能直接进行累加，要按照概率论的方法进行处理。文献[6]结合中低速磁浮车辆及道岔的结构特点，提出了宽体和窄体两种计算道岔区设备限界的方法，并得出了宽体模型计算结果更准确的结论。

综上所述，国内磁浮限界研究主要集中在车辆限界、设备限界以及高架区间建筑限界等方面，在磁浮盾构区间建筑限界、地下车站建筑限界等领域，国内还没有学者对其进行研究。盾构区间隧道建筑限界直接影响盾构管片的选型，科学、合理地确定盾构区间隧道建筑限界对保证运营安全、降低建设成本是十分必要的[7-12]。笔者依托长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程，参照《地铁限界标准》，结合磁浮车辆结构特点，对磁浮地下区间限界进行了研究，为本工程实施提供技术支撑，为后续磁浮隧道工程建设提供参考。

1 长沙磁浮东延线工程概况

长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程由长沙大道与临空大道西北侧长沙磁浮快线引出，到长沙黄花机场T3 航站楼交通中心(Global Translator Community，GTC)截止。线路全长4.454 km，其中高架段长0.173 km，地下段长4.256 km，过渡段长0.025 km，全线共设2 座车站，均为地下站，站间距为3.263 km，其中T2 站与T2 航站楼接驳，T3 站与地铁6 号线、地铁10 号线、渝长厦高铁换乘。初近期利用长沙磁浮快线车辆段与综合基地、运行控制中心(OCC)，不新增车辆段与综合基地、运行控制中心(OCC)。

线路从长沙大道与临空大道西北侧长沙磁浮快线接出，以高架形式上跨临空大道，之后线路从机场管理集团北侧山包入地，向东敷设，依次下穿机场大道(高架)、机场内水渠，至T2 航站楼西南侧停车场，设T2 站；出站后沿第一跑道西侧走行，至第一机场跑道南端折向东走行，之后接入T3 航站楼，设T3 站，车站东西向布置，与地铁6 号线、地铁10 号线、渝长厦高铁换乘，T3 站预留延伸至浏阳的条件。

2 限界计算主要技术参数

2.1 线路、轨道参数

长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程正线线路最小平面曲线半径为200 m，最小竖曲线半径2 000 m，最大纵坡为49‰，轨距为1 860 mm。线路及轨道具体技术参数[13]详见表1。

表1 线路、轨道技术参数 Table 1 Technical parameters of the line and track

2.2 车辆参数

长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程列车采用3 辆编组，每辆车配备5 个悬浮架单元。车辆最高运行速度为100 km/h，计算限界时采用的最高速度为110 km/h，过站计算速度为60 km/h，车辆主要技术参数详见表2[13-14]。

表2 车辆主要技术参数 Table 2 Main technical parameters of the vehicle

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3 设备及管线布置

1) 地下区间隧道内信号机、弱电电缆、区间电话、消防水管、排水管、电源箱等布置在线路行车方向右侧；强电电缆、照明灯具布置在线路行车方向左侧。

2) 地下岛式车站，强电电缆设置在站台板下墙体外侧，弱电电缆设置在站台对侧的边墙上。

3) 紧急疏散平台设在线路行车方向左侧，疏散平台至轨面垂直距离为680 mm，平台面上高度2 000 mm范围为人员疏散区域，设备、电缆等管线安装避开此区域。

4 车辆限界

车辆限界是车辆在平直线路上按区间最高速度等级并附加瞬时超速、规定的过站速度运行，计及了规定的车辆和轨道的公差值、磨耗量、弹性变形量以及车辆的振动等正常状态下运行的各种限定因素，而产生的车辆各部位横向和竖向动态偏移后形成的动态包络线，并以基准坐标系表示的界线[15]。本工程包括高架段、地下段两部分，笔者重点研究地下段限界。车辆轮廓线坐标值见表3，隧道内直线地段车辆限界计算结果见表4，车站车辆限界计算结果见表5，限界计算参照《湖南省中低速磁浮交通设计标准》(DBJ43/T007-2017)附录中的计算方法。

表3 车辆轮廓线坐标值 Table 3 Vehicle contour coordinate value mm

表4 隧道内车辆限界坐标值 Table 4 Coordinate value of the vehicle gauge in the tunnel mm

表5 车站车辆限界坐标值 Table 5 Coordinate value of the vehicle gauge in the station mm

续表

5 设备限界

设备限界是在车辆限界基础上外加未计及因素和安全间距(包括一系或二系悬挂故障状态)而形成的界线[15]。设备限界包括直线地段设备限界和曲线地段设备限界。曲线地段设备限界计及的主要因素包括：1)曲线 几何偏移引起的偏移量；2)轨道超高或欠超高(未平衡离心加速度)引起的车辆倾斜；3)曲线上轨道参数及车辆参数变化引起的附加偏移量[2]。隧道内直线段设备限界计算结果见表6，隧道内直线地段车辆轮廓线、车辆限界、设备限界见图1，车站车辆限界见图2。

表6 隧道内直线段设备限界坐标值 Table 6 Coordinate value of the equipment gauge of a straight line section in the tunnel mm

图1 隧道内直线地段车辆轮廓、车辆限界、设备限界 Figure 1 Vehicle outline, vehicle gauge, and equipment gauge in the straight section of the tunnel

图2 车站车辆限界 Figure 2 Station vehicle gauge

6 建筑限界

本工程建筑限界包括直线地段盾构区间建筑限界、曲线地段盾构区间建筑限界、直线地段明挖区间建筑限界、曲线地段明挖区间建筑限界、直线地段高架区间建筑限界、曲线地段高架区间建筑限界、地下车站建筑限界等。笔者重点研究盾构区间建筑限界(包括直线和曲线区间两种工况)、直线地段明挖区间建筑限界、地下车站建筑限界等典型建筑限界。

6.1 盾构区间建筑限界

盾构区间建筑限界按全线盾构法施工地段的最小平面曲线半径200 m、轨道最大横坡角6°进行设计。轨道面距离道床面高度为520 mm，车辆高度为4 430 mm，采用直径5 800 mm 的限界圆，直线段设备限界与建筑限界最小间距尺寸为281 mm，曲线段设备限界与建筑限界最小间距尺寸为218 mm，满足规范要求。隧道结构内径为6 100 mm，净空面积26.20 m2，车辆横截面积10.08 m2，车隧阻塞比为0.38，本工程最高运行速度为100 km/h，符合《地铁快线设计标准》(CJJ/T 298-2019)中对100 km/h 以上列车阻塞比不大于0.45和《市域快速轨道交通设计规范》(T/CCES 2-2017)中120 km/h 列车阻塞比不大于0.4 的要求。为保证隧道内部的消防疏散，区间两条单线区间隧道之间应设联络通道[14]，相邻两联络通道距离不应大于600 m，联络通道内应设置甲级防火门，本工程共设置5 处联络通道，保证在发生火灾等紧急情况下乘客疏散安全。在线路行车方向左侧设置疏散平台，疏散平台顶面距轨面高度为680 mm，平台面上高度2 000 mm 范围为人员疏散区域，不安装其他系统设备、电缆等，平台下方布置强电电缆管线。行车方向右侧布置弱电电缆、信号机、通信设备箱、给排水管等管线。直线地段盾构区间建筑限界详见图3，曲线地段盾构区间建筑限界详见图4。

图3 直线地段盾构区间建筑限界 Figure 3 Straight-line section shield tunnel construction gauge

图4 曲线地段盾构区间建筑限界 Figure 4 Curve section shield tunnel construction gauge

6.2 直线地段明挖区间建筑限界

直线地段明挖区间采用单洞单线矩形隧道，轨顶面至结构顶板底净空高度4 050 mm，线路中心线至行车方向左侧边墙距离为2 600 mm，至行车方向右侧边墙距离为2 100 mm。在线路行车方向左侧设置疏散平台，考虑到本工程疏散平台距离道床面比传统地铁高，为提高疏散效率，保障乘客疏散安全，将疏散平台宽度设为1 000 mm。直线地段明挖区间建筑限界详见图5。

图5 直线地段明挖区间建筑限界 Figure 5 Straight-line section open-cut section construction gauge

6.3 地下车站建筑限界

本工程地下车站为岛式车站，有效站台区域边缘距离线路中心线为1 500 mm，非有效站台区域边缘距线路中心线1 800 mm，站台装修完成面距轨面840 mm，站台门边缘距线路中心线1 530 mm。地下车站建筑限界详见图6。

图6 地下车站建筑限界 Figure 6 Underground station building gauge

7 结语

长沙磁浮东延线接入T3 航站楼工程区间隧道长度为4.256 km，属于地下长大区间，需要考虑通风排烟、乘客疏散、乘客乘坐舒适度等问题。目前国内还暂时缺乏磁浮交通采用地下线的埋设方式以及穿越长大地下区间隧道的实践案例积累和经验总结。笔者参照《地铁限界标准》及《中低速磁浮交通设计规范》，结合磁浮车辆结构特点，对盾构区间建筑限界等几种典型建筑限界进行了研究，并给出了详尽的典型地段建筑限界图。研究表明：采用盾构内径为6.1 m 的隧道能够满足隧道阻塞比及磁浮列车安全平稳运行要求，并具有一定的经济性。长沙磁浮东延线接入T3航站楼工程已开工建设，建筑限界设计安全、经济、合理，为后续磁浮隧道工程建设提供参考和借鉴。