成都轨道交通18号线合江车辆段试车线方案探讨

罗程

[摘  要]：成都轨道交通18号线是国内首条设计时速为140 km/h的市域轨道交通线路，列车性能的可靠性和稳定性对确保运营安全尤为重要。试车线作为列车投入运营前进行动态调试和性能测试的线路，其设计非常关键。文章根据18号线列车性能参数，通过理论计算出满足全速试车要求的试车线长度，同时结合正线线路条件、车辆段总平面布置和段址地形，综合比较正线全速试车方案与段内全速试车方案，并考虑到18号线车辆段为线网性大架修段，提出了新建试车线隧道使其长度满足全速试车要求的试车线方案。

[关键词]：轨道交通; 长度; 数值计算; 试车线

U231.1A

1 项目概述

成都轨道交通18号线起于火车南站，经成都主城区、天府新区、东部新区，串联起火车南站、世纪城会展中心、西博城国际会展中心、川藏铁路天府站、天府国际机场等多个国际展览中心及特大型交通枢纽。全线采用最高速度140 km/h的A型车8辆编组，AC 25kV柔性架空接触网供电，设合江车辆段一处。合江车辆段定位为大架修段，近期承担成都18、19号线及邻近线路市域快线车辆大、架修任务，远期承担线网规划要求的18、19、20、37、38号线车辆大、架修任务[1]。

成都轨道交通18号线是国内第一条时速140 km/h的市域轨道交通兼机场线工程，国内尚无相应的标准和规范，也尚无成功的建设和运营经验。为保障线路顺利运营，列车的可靠性和安全性非常重要。试车线作为列车投入运营前进行动态调试和性能测试的线路，其设计显得尤为关键。

2 试车线的功能及要求

2.1 试车线的功能

试车线设置于车辆段内，是为新购列车和定期检修（包括定修、架修和大修）后以及重大临修（如更换转向架等）后的列车进行全面动态性能检测而设置的[2]。

新购列车和检修后的列车在正式上线运营前，必须要先在静调线上进行静态限界的测量与调整、电气系统、制动系统和车门及空调的静态测试，然后在试车线上进行动态调试及性能试验，检验列车是否达到相关要求。

列车动态调试和性能试验的主要内容有：动态限界的试验，车门、旁路开关、紧急按钮等的功能检查，车门与屏蔽门的模拟试验，噪声与振动试验，牵引和制动性能试验，运行平稳和安全试验，车载信号系统试验，轮缘润滑系统试验等[3]。

2.2 试车线的要求

2.2.1 地铁设计规范

现行GB 50157-2013《地铁设计规范》规定，试车线的技术标准宜与正线标准一致;线路应设计为平直线路，困难条件下线路端部可根据该段的试车速度设置适当的曲线;两端应设置缓冲滑动式车挡;线路有效长度应根据车辆技术参数和试车综合作业要求计算确定[2]。

GB 50157-2013《地铁设计规范》中虽然对试车线设计进行了基本的规定，但是在最关键的试车线长度计算上，并未明确具体的方法，计算的原理和参数取值也未统一标准。

要精确计算试车线的长度，应根据列车供应商提供的牵引特性曲线通过牵引计算确定。此外，国内一些设计院和地铁公司经过长期的研究和实践，总结形成了试车线长度理论计算公式，在没有牵引特性曲线时，可通过公式理论计算确定试车线长度。

2.2.2 城市轨道交通工程项目建设标准

现行建标104-2008《城市轨道交通工程项目建设标准》规定，轨道交通定修段及大架修段均应设置试车线，其长度应满足列车高速运行性能试验要求;困难条件下因用地长度不足，可在车辆段内设置满足中速试车要求长度的试车线，完成车辆动力运行试验;另外在相邻正线选定符合要求的地段完成高速运行性能和有关信号的测试[4]。

尽管建标104-2008《城市轨道交通工程项目建设标准》中提出可利用正线高速试车，但是在运营实践中，正线高速试车需要占用宝贵的“天窗时间”，影响正线的日常维护和检修工作;如果试车过程出现意外，甚至会影响第二天线路正常运营。因此还是要尽量在车辆段内设置满足高速试车要求的试车线，最大程度避免正线试车对维护检修、运营安全、组织和调度造成影响。

3 试车线长度理论计算

试车线长度对车輛段总平面布置方案和用地起关键作用。若长度过短，将无法满足列车动态调试要求和性能试验，从而无法保障试车安全;若长度过长，不仅增加工程投资，而且增大车辆段总体用地，造成地块切割和资源浪费。

在本工程实践过程中，车辆段总平面布置方案在初步设计修编时即需要稳定，但此时列车尚未招标，没有牵引特性曲线，同时本线140 km/h 的市域A型车系国内首次使用，没有类似的牵引特性曲线借鉴，因此只能根据列车的主要参数进行理论计算。

3.1列车主要性能参数

成都轨道交通18号线列车主要性能参数：

（1）列车长度为185.6 m。

（2）最高运行速度为140 km/h（即38.89 m/s）。

（3）定员情况下，在平直干燥轨道上，车轮为半磨耗状态，额定供电电压时，起动平均加速度为：

0～50 km/ha1≥1.0 m/s2

0～140 km/ha2≥0.5 m/s2

（4）定员情况下，在平直干燥轨道上，车轮为半磨耗状态，列车从最高运行速度到停车，制动平均减速度为：

常用制动减速度a3≥1.0 m/ s2

紧急制动减速度a4≥1.2 m/ s2

3.2 理论计算公式

列车在试车线上的动态调试过程可分为起动阶段、惰性运行阶段、制动阶段和最后的停稳阶段。试车线理论计算长度L可按照下列公式计算，且设计长度不应小于其理论计算值。

L=L0+L1+L2+L3+L4+L5

式中：L0为列车车长;L1为起动阶段长度;L2为惰性运行阶段长度;L3为制动阶段长度;L4为缓冲滑动式车挡安装距离;L5为距离车挡的安全距离。

列车起动阶段长度L1和制动阶段长度L3按最高试车速度、起动平均加速度和常用制动平均减速度计算确定;惰性运行阶段长度L2按列车最高试车速度和惰性运行时间计算确定。缓冲滑动式车挡安装距离L4按允许撞击速度25 km/h计算确定。距离车挡的安全距离L5结合国内其他城市类似经验确定。其中最高试车速度对试车线长度起决定性作用。

3.3 理论计算结果

合江车辆段试车线长度应按照最高试车速度Vmax=140 km/h=38.89 m/s进行计算。各参数取值和详细计算过程：

（1）列车车长L0。L0≈ 186 m。

（2）列车起动运行距离L1。

L11 =12V0t1=V202a= （13.89 ）2/ （ 2 × 1 ） ≈ 96 m

L12 =V0+Vmax2（t2-t1）

其中：从0加速到 50 km/h，按a1=1.0 m/s2，起动时间t1 = V0 / a1 =13.89 s。

起动平均加速度（0～140 km/h）a2=0.5 m/s2，起动时间t2 = Vmax / a2 =77.78 s。

起动平均加速度（50～140 km/h）a2′为变量，运行时间t2′= t2-t1= 63.89 s，则起动距离：

L12 = （50+140） ×63.89 / （2×3.6） ≈ 1686 m

起动运行距离L1= L11 + L12=96+1686=1782 m。

（3）惰性运行距离L2。（按10 s计算）

L2=Vmaxt=38.89×10≈389 m

（4）制动运行距离L3。（按2s计算）

L3=V2max/2a3+Vmaxt= （140/3.6）2 / （2×1.0） + 38.89×2≈834 m。

（5）缓冲滑动式车挡安装距离L4。

按照25 km/h撞击速度计算，取单个车挡长度25 m，L4=25×2=50 m。

（6）距离车挡的安全距离L5。

按照列车试车作业需要并考虑安全余量，取L5=10×2=20 m。

（7）试车线计算长度：L=186+1782+389+834+50+20=3261 m。

根据上述理论计算结果，满足140 km/h全速试车要求的试车线设计长度不应小于3 261 m，并在现场条件允许的情况下尽量加长。

4 合江车辆段试车线方案

4.1 段址概况

合江车辆段位于天府新区合江镇和永兴镇交界处，东侧紧贴龙泉山脚，占地面积约35.8 ha。该地块内主要为枇杷、梨及草莓种植地，以及部分民宅和农田。车辆段用地南北长约1 400 m，东西宽约350 m，地面高程490～535 m，相对高差约45 m。地块中部和南侧有3条自东向西流的排水沟，在地块西侧汇合，宽约2～6 m。

4.2 总平面布置

合江车辆段采用顺向并列式布置，运用库和检修主厂房并列布置于车辆段的南端。

在检修主厂房北侧设调机工程车库以及材料装卸线;在检修主厂房与和调机工程车库之间的空白地块内分别布置了空压站、牵引混合变电所和消防站;在检修主厂房的南侧设置杂品库和蓄电池间。

在调机工程车库北侧设置厂前区，由南向北依次布置有材料堆场、材料棚、综合维修中心、物资总库、食堂和公寓和综合楼。试车线设置于厂前区用地东侧，通过联络线与咽喉区牵出线相连。合江车辆段总平面布置见图1。

4.3 试车线方案

受用地南侧龙泉山的阻隔，当试车线只采用路基形式敷设时，试车线长度为1 215 m，只能进行60 km/h的中速试车，无法进行140 km/h的全速试车，因此，需进一步研究满足全速试车要求的试车线方案。

4.3.1 方案一：段内中速试车和正线全速试车结合

根据现有车辆段总平面布置，试车线采用常规路基形式敷设，长度为1 215 m，可满足列车中速试车要求;另外在车辆段接轨站的邻近正线区间选择合适区段进行全速试车。正线试车区段选择的基本原则：

（1）试车区段的长度不应小于满足全速试车要求的最小长度。

（2）试车区段的线路平面应尽量为直线，不受小半径曲线的限制，线路坡度应尽量平缓。

（3）试车区段应尽量靠近车辆段接轨站，减少车辆往返的时间。

（4）试车区段应尽可能只占用一个供电区段，利于缩短供电安全防护距离，将有限的正线资源留给建设期的系统联调以及运营期各级维修工作使用[5]。

根据上述基本原则及成都轨道交通18号线正线线路条件，车辆段接轨站天府新站与兴隆站之间的区间可作为正线全速试车区间，该区间长约5.2 km，中间有一段区段长约3.5 km，最小曲线半径R=1200 m，最大坡度8‰，列车全速试车可考虑在该段区间进行。

4.3.2 方案二：段内全速试车

将原长度为1 215 m的试车线往东南方向延伸至龙泉山内，新建试车线隧道2 060 m，使试车线全长为3 275 m。试车线全部为直线，仅在隧道部分设置2%的纵坡便于排水，满足列车全速试车的要求。新建全速试车线平面布置见图2。

4.4 方案比较分析

表1从线路条件、对运营维护的影响、调车作业难度、对线网适应性和工程投资等几方面对方案一和方案二进行综合分析比较。

4.5 方案综合比选

成都轨道交通18号线为成都市首条最高时速为140 km/h的市域轨道快线，相比普通最高时速80 km/h的轨道交通线路，列车上线运营前的调试更为重要，需要有一条各项技术参数均符合要求的试车线。

此外合江车辆段是线网性的市域A型车大架修基地，未来还将承担19、20、37、38号线列车的大架修任务，试车作业必将非常频繁。如果没有配置满足全速试车要求的试车线，将对未来列车的调试和检修工作造成较大的影响，极大增加车辆段和正线运营的难度。因此，经综合比选，成都轨道交通18号线合江车辆段试车线按照方案二考虑，试车线长度满足140 km/h的最大试车速度要求。

5 结束语

试车线长度、线路平面和纵断面等条件对列车调试试验起决定性影响，而调试试验的成功与否决定了列车能否安全和可靠地上线运营。在相关条件允许的情况下，试车线的设计应尽量满足列车全速试车的要求，尤其是对线网性的车辆大架修段。当采用常规形式敷设的试车线长度、曲线半径等无法满足全速试车要求时，可根据车辆段的功能定位、总平面布置、正线线路条件、周边规划条件等，对正线高速试车方案或新建地下、高架或隧道试车线方案进行经济技术比较，确定最终的试车方案。

參考文献

[1] 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司.成都轨道交通18号线一期工程合江车辆段初步设计修编文件 [R].杭州：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，2017.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157―2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 张雄，李剑虹.论地铁车辆段试车线的功能及设计要求[J].铁道工程学报，2008（6）：101-105.

[4] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国发展和改革委员会.城市轨道交通工程项目建设标准：建标104-2008[S].北京：中国计划出版社，2008.

[5] 张喻.轨道交通试车线长度计算及正线试车设计要求[J].地下工程与隧道，2017（2）：6-9.