世界首条永磁磁浮轨道交通试验线总体设计研究

2024-03-27耿晓婷李晓飞

高速铁路技术 2024年1期

耿晓婷李晓飞

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

1 系统概况

永磁磁浮轨道交通系统“红轨”由江西理工大学于2014年首次提出。2022年8月，世界首条永磁磁浮轨道交通试验线——兴国工程试验线在江西省赣州市兴国县竣工。该新型轨道交通系统是一种能够适应复杂地形的中低运量品质化、个性化、智能化交通运输方式，适用于中小运量交通线路，可作为地铁、轻轨等大运量交通方式的末端接入，也可作为城区站点、城乡连接的新载体。该系统由稀土永磁悬浮模块、直线电机牵引驱动模块、智能定位与通信信号模块、运行控制与安全保障模块、轨道支撑与牵引供电系统、车辆装备系统等6大部分组成［1-2］。

永磁磁浮轨道交通系统属于悬挂式单轨与磁浮技术的创新融合，是一种悬挂式单轨交通系统，车辆悬挂于轨道梁下方行驶，利用永磁材料同性相斥的原理，在竖向保持悬浮状态［3-4］。

该轨道交通系统具有生态、智能、安全、经济四大特点［5］。

1.1 生态

系统节能环保无污染。系统少占地、少拆迁，对地面交通影响小，通过稀土永磁阵列实现“零功率”悬浮，动力系统采用直线电机驱动，无废气排放，系统悬浮运行，节能、噪音小且易维护，是一种节能环保型的轨道交通系统。

1.2 智能

系统运行智能化。行驶过程采用无人驾驶技术，由运行控制单元进行智能化运输组织与调度；各种运行数据通过无线网络进行实时传输，由中央控制单元进行数据处理与分析，并命令相关执行模块进行相应操作，实现无人驾驶及智能化运输组织。

1.3 安全

系统运行安全可靠。系统采用半封闭轨道梁和防脱轨设计实现了系统的安全运行；永磁磁浮轨道交通系统采用的永磁体是静态磁场，无磁污染；永磁磁浮轨道交通的精确定位和状态监测对系统运行车辆进行实时安全管理；列车设有多重救援及逃生装置，确保乘客安全。

1.4 经济

系统经济适用性好。单位建设成本与地铁、轻轨、中低速磁浮相比具有较大优势；系统没有平交道口，对现有的交通系统干扰少，施工周期短，选线灵活；采用永磁悬浮技术，运行阻力较小，能耗较低；系统简单可靠，大幅降低了运营、维护费用和全生命周期成本。

2 主要设计原则及标准

2.1 主要设计原则

（1）本工程近期为试验线，线路、桥梁按近期试验要求实施，为远期预留运营条件。

（2）本工程采用单线设计，预留双线条件，远期线路延伸后，静调库拆除、工艺设备重新利用，试验道岔作为远期列车折返渡线的一部分使用。

（3）设备系统紧密结合试验线、非运营线的基本特征进行设计；根据近期试验功能要求，设备系统仅考虑供电、通风空调、给排水及消防、动力照明系统，其余系统进行预留。

（4）始终坚持安全可靠、功能合理、经济适用的基本原则。

（5）系统和设备选型应立足国产化，工程设计应符合国家、行业及地方有关规范、规定的要求。

2.2 主要设计标准

根据试验大纲，结合线路条件及行车速度，本试验线系统制式采用悬挂式单轨（永磁磁浮）制式，主要技术标准如下［6］：

（1）正线数目：单线，预留双线条件。

（2）车辆最高运行速度：70 km／h。

（3）站台计算长度：21 m。

（4）线路平面最小曲线半径：50 m。

（5）竖曲线最小半径采用1 500 m。

（6）车辆编组形式：试验／运营期间均为2辆编组，悬挂式单轨（永磁磁浮）车辆。

（7）供电方式：DC750V接触轨。

3 工程总体设计

3.1 线路

本工程位于赣州市兴国县，试验线设计范围内地势平缓，线路呈南北走向，南起兴国西站，沿现状站前大道东侧走行，在黄金坪附近接入静调库。线路长度0.8 km，均为高架线。共设兴国西站1座，为地上二层侧式站台车站。

兴国西站站前设置道岔一处，岔后线路长度约 80 m，岔线最小曲线半径50 m［7］，此道岔近期用以检验道岔及小曲线半径的通过性能。

本线设静调库1座，位于黄金坪附近，由线路终点接入。

3.2 车辆与限界

本线试验车型为新研发车型，目前配属1辆列车，采用2辆编组。本次试验线研究确定了区间高架建筑限界、车站建筑限界、静调库建筑限界和道岔地段限界加宽值。根据永磁磁浮悬挂式单轨交通特点，通过动力学分析，提出了管线和设备的布置原则。

其中，区间直线地段水平方向建筑限界为1 800 mm。车辆底部建筑限界距离箱梁最底面为3 950 mm。车站直线地段站台有限范围内，站台边缘距线路中心直线限界1 186 mm，箱梁最底面距离站台面的高度为 3 270 mm，线路中心线距离站台门限界为1 280 mm。曲线段建筑限界应在直线段建筑限界基础上另行加宽。当建筑限界侧面或者顶面没有设备或管线时，建筑限界和设备限界之间的安全间隙不小于200 mm。当有设备和管线时，轨旁设备和管线与设备限界应保持不小于50 mm的安全间隙。区间直线地段双线桥梁建筑限界，如图1所示。

图1 区间直线地段双线桥梁建筑限界图

3.3 道岔

悬挂式单轨（永磁磁浮）道岔组成结构复杂，涉及桥梁、车辆、供电和信号等专业。正线设置左开道岔 1组，用于车站内左右线换线。本次设计道岔直向通过速度70 km／h，侧向20 km／h。根据线路布置，按 4号小号码道岔线形布置，因列车通过侧股曲线行驶速度较低，道岔侧股采用单圆曲线线型。4号道岔几何线形，如图2所示。

图2 道岔几何线形示意图（mm）

道岔作用时间包括转辙指令发出、解锁、转辙、锁定、位置状态信息生成，总转辙时间不大于25 s。转辙结构采用单回转点替换梁式道岔，该道岔转辙角设置简单，转辙灵活，结构原理简洁，便于保养维护，转辙时间短。

道岔设计主要由机械装置和控制装置两大部分组成，其中机械部分主要由道岔梁、门墩、驱动装置、走行机构、锁定装置等组成；控制装置由控制柜、锁闭电机、驱动电机、限位开关等组成。道岔具有集中控制、现场控制、手动控制方式，并具有系统检测、故障诊断保护和报警功能。当道岔控制电路发生故障时，由人工手动控制完成解锁、转辙和锁定。

3.4 桥梁

本项目位于兴国西站高速铁路站附近，行人车辆相对较多，考虑到城市景观、环保和施工要求，全线采用高架桥梁，桥梁线性与线路线性相吻合。由于车辆行驶在轨道梁下方，因此本工程轨道梁采用下部开口的钢箱结构。轨道梁的设计同时应满足列车磁轨布置、导向走行要求和通信、信号及供电等系统在箱梁内的安装要求。

全线高架桥采用简支结构体系，标准跨径为 25 m，曲线段梁部根据曲线半径，跨径采用25 m、20 m和16 m，在跨越防护堤和路口处采用特殊设计的30 m简支梁。桥墩采用矩形截面钢结构桥墩或者钢结构+混凝土混合结构桥墩，全线在预留双线段采用Y形墩，单线段采用倒L形墩，跨路口或道岔梁两侧采用门式墩。L形墩和Y形墩钢结构如图3所示。