從限界角度分析北京地鐵五號線采用國家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車的可行性

王 鋒(北京城建設(shè)計(jì)研究總院線路所)

摘 要: 本文從限界角度，分析了目前施工設(shè)計(jì)階段,地鐵五號線各區(qū)間隧道、車站斷面以及原來預(yù)留好的隧道斷面條件下，由車高3.7m的現(xiàn)有北京鼓形車改為國家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車的可行性。
Adopt the possibility research of the national subway standard B type vehicle from gauge angle analysis Beijing subway line 5
Abstract: the article analyses the designing tunnel cross gauge and existent tunnel cross gauge of metro line 5 of beijing, to find if the china standard type B metro vehicle can run in the line 5.
北京地鐵現(xiàn)運(yùn)行的車輛，由于受既有線車站站臺限制，是在原寬2.6m車（C型車）基礎(chǔ)上，為增加載客量，從軌面以上高度1075mm起加寬形成鼓形車輛。該車最寬達(dá)到2.8m，此種車為非標(biāo)準(zhǔn)B型車，載客量較標(biāo)準(zhǔn)B型車少，并且由于受車型限制，站臺面與車廂地板面高差較大（135mm），對乘客（尤其是乘坐輪椅的殘疾人）上下車造成不便。
在北京地鐵新線設(shè)計(jì)評審中，專家也多次提出采用標(biāo)準(zhǔn)B型車的建議。目前,北京地鐵五號線（以下簡稱五號線）還未完全實(shí)施,地鐵四號線、十號線一期及奧運(yùn)支線、九號線工程正在待建之際，很有必要抓住這個(gè)機(jī)會，改進(jìn)車輛造型，對在北京地鐵新線上采用標(biāo)準(zhǔn)B型車是否可行進(jìn)行必要的研究。
五號線是連接北京地鐵車輛廠的唯一通道，軌道交通路網(wǎng)中規(guī)劃的其他線路均需通過五號線方可與北京地鐵車輛廠連通，因此，五號線的車輛限界決定了其它線路的車輛限界。目前，五號線正在開展施工設(shè)計(jì)，還未施工，具備采用標(biāo)準(zhǔn)B型車的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)B型車造型美觀，相對北京現(xiàn)有車輛來說，還可以增加載客量,另外,標(biāo)準(zhǔn)B型車的空調(diào)不必采用薄型空調(diào)。從增加載客量、車輛造型美觀、方便乘客上下車及車輛標(biāo)準(zhǔn)化角度出發(fā)，北京地鐵新線車輛應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)B型車。
一、 國家標(biāo)準(zhǔn)B型車簡介
為了推進(jìn)車輛國產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化，我國把地鐵車輛分為A、B兩種車型。標(biāo)準(zhǔn)A型車車寬3.0m,車高3.8m,車體有效長度22.1m,車輛定距15.7m,轉(zhuǎn)向架固定軸距2.5m；標(biāo)準(zhǔn)B型車車寬2.8m,車高3.8m，車體有效長度19.0m,車輛定距12.6m,轉(zhuǎn)向架固定軸距2.2～2.3m。標(biāo)準(zhǔn)B型車有一個(gè)建議車輛計(jì)算輪廓線，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)、外車輛實(shí)際情況，考慮應(yīng)具有較強(qiáng)包容性,綜合考慮計(jì)算得出一個(gè)車輛限界，該車輛限界是具有法定約束力的限界。車輛制造廠家在此車輛限界范圍內(nèi)，在不突破標(biāo)準(zhǔn)B型車的限界的基礎(chǔ)上，可以優(yōu)化車輛計(jì)算輪廓線、車輛制造輪廓線等，使車輛外形美觀。
二、 五號線采用標(biāo)準(zhǔn)B型車可行性研究
1、 區(qū)間：
北京地鐵五號線工程地下線主要有馬蹄形隧道、圓形隧道和總長度約600m的矩形隧道三種隧道斷面形式。
① 圓形隧道
設(shè)計(jì)盾構(gòu)法施工圓形隧道雍和宮試驗(yàn)段時(shí)，依據(jù)北京城鐵車輛限界(車高3.7m)來確定的建筑限界,軌道建筑高度當(dāng)時(shí)定為800mm，圓形隧道建筑限界為直徑5100mm的圓，后地鐵公司領(lǐng)導(dǎo)考慮到車輛頂部的薄型空調(diào)供貨將來如果有問題，則只能采用常規(guī)空調(diào)，那么車高就會超過3.7m，加之盾構(gòu)段施工經(jīng)驗(yàn)不足，需要留有一定余量，半徑方向外放了50cm，故最終建筑限界直徑定為5200mm。在開展施工設(shè)計(jì)前，由于盾構(gòu)施工單位已經(jīng)確定，其盾構(gòu)機(jī)械也是按照建筑限界5200mm來選型的，施工設(shè)計(jì)時(shí)，如再變更建筑限界，土建設(shè)計(jì)及施工均是不可能的。故其余盾構(gòu)段線路建筑限界延續(xù)下來，仍定為直徑5200mm。施工設(shè)計(jì)階段，經(jīng)與軌道、接觸軌專業(yè)協(xié)商，對三軌墩布置型式進(jìn)行了優(yōu)化，軌道建筑高度可以由初步設(shè)計(jì)階段的800mm降為740mm，這樣，對于本線限界最緊張的曲線半徑400m曲線段，經(jīng)檢算限界凈空仍能滿足采用標(biāo)準(zhǔn)B型車行車安全需要。
② 馬蹄形隧道
對于馬蹄形隧道，由于初步設(shè)計(jì)階段確定的限界凈空有一定余量，加之對設(shè)備布置位置做一適當(dāng)調(diào)整后,可以留出一定安全空間，調(diào)整后，限界凈空相對圓形隧道緊張一些,通過對本線限界最緊張的500m曲線半徑段限界凈空檢算后，標(biāo)準(zhǔn)B型車也能滿足安全行車需要，也即對本線工程區(qū)間礦山法施工的馬蹄形隧道斷面，在不需要修改設(shè)計(jì)前提下，該限界斷面也能滿足標(biāo)準(zhǔn)B型車行車安全需要。
③ 矩形隧道
對于矩形隧道,由于原來是按照城鐵（車高3.7m，車寬2.8m）車輛設(shè)計(jì)，如采用標(biāo)準(zhǔn)B型車(車高3.8m)，側(cè)面凈空滿足限界要求,但頂部凈空不滿足限界要求,按照標(biāo)準(zhǔn)B型車限界，結(jié)構(gòu)頂板需要相應(yīng)抬高150mm才能滿足要求。由于地鐵五號線區(qū)間明挖矩形隧道十分短，全線只有宋家莊站前后大約400m及干楊樹站北側(cè)出洞口前200m左右，且都處于施工設(shè)計(jì)階段，現(xiàn)在立即修改設(shè)計(jì)，是完全可能的。因此，對于矩形隧道，只需對頂部凈高做下修改設(shè)計(jì)，就能滿足采用標(biāo)準(zhǔn)B型車限界要求。區(qū)間直線段標(biāo)準(zhǔn)B型車矩形隧道限界。
綜上所述，車輛如采用標(biāo)準(zhǔn)B型車，將只會引起區(qū)間矩形隧道斷面高度方向的修改設(shè)計(jì)，對其它地下區(qū)間（圓形隧道、馬蹄形隧道），不需要修改設(shè)計(jì)。
2、車站
標(biāo)準(zhǔn)B型車車寬為2.8m,車高為3.8m，車廂地板位置寬度也為2.8m。由于五號線目前（施工設(shè)計(jì)階段）是按北京城鐵車輛設(shè)計(jì)。
由于該車在軌面以上高度1075mm起局部鼓形，車輛限界決定了站臺的高度(965mm)和站臺邊緣距離線路中心線的距離。而該車車廂地板面距軌面為1100mm，導(dǎo)致站臺面與車廂地板面高差多達(dá)135mm，給乘客上下車帶來諸多不便，也不滿足限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50～100mm的規(guī)定。
五號線采用標(biāo)準(zhǔn)B型車后，車站站臺限界需要變更,即車站站臺邊緣與線路中心線距離由1400mm變更為1500mm（即側(cè)站臺寬度減小100mm）,車站站臺面高度由965mm變更為1020mm（即車站站臺面抬高55mm）。由此涉及到以下問題:(1) 車站站臺寬度將減小100mm（側(cè)式站臺）或200mm(島式站臺)。（2）站臺面至其上吊頂高度是否滿足最小3000mm的建筑要求。（3）站臺邊緣與車站柱子邊緣距離是否滿足規(guī)范2.5m的要求。 經(jīng)調(diào)查研究,,由于設(shè)計(jì)時(shí)大多數(shù)車站有富余量，全線車站只有兩個(gè)車站有些困難，其余都不存在問題，但該兩個(gè)車站可以采取規(guī)范中允許在困難情況下采用的措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以滿足建筑規(guī)范要求，且對行車安全不會有影響。
對于車行道上方排熱風(fēng)道底面至軌面高度限界，原來按照車高3.7m預(yù)留的高度限界，如果采用標(biāo)準(zhǔn)B型車（車高3.8m），按規(guī)范要求，車行道上方排熱風(fēng)道底面至軌面高度限界需要抬高150mm，經(jīng)調(diào)查研究，大多數(shù)站頂部凈空有富余，少數(shù)站可以對管線設(shè)備做一調(diào)整，限界抬高不存在問題。
綜上所述，采用標(biāo)準(zhǔn)B型車對車站帶來的以上影響，在車站修改設(shè)計(jì)中都能得到解決，因此,對車站，采用標(biāo)準(zhǔn)B型車是可行的。
三、特殊地段的影響――雍和宮預(yù)留控制節(jié)點(diǎn)的研究
地鐵環(huán)線（2號線）雍和宮車站施工時(shí)，為地鐵五號線預(yù)留了一段隧道，該段隧道控制節(jié)點(diǎn)長25m。
隧道結(jié)構(gòu)頂板與底板原來按照4700mm預(yù)留的,經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)表明,結(jié)構(gòu)頂板和底板標(biāo)高相對原來設(shè)計(jì)標(biāo)高整體下沉約110mm，即頂板與底板凈高仍為4700mm。由于使用功能的要求，需要在預(yù)留節(jié)點(diǎn)頂部采取加固措施,頂板加固將占用270mm的頂部空間，實(shí)際結(jié)構(gòu)頂板到底板高度為4430mm。為保證行車安全，軌面至頂板高度最小需為4027mm。考慮到限界高度緊張，經(jīng)與線路專業(yè)協(xié)商，線路在此段可設(shè)計(jì)為平坡，通過如此調(diào)整后，在滿足行車高度限界4027前題下，軌面到結(jié)構(gòu)底高度實(shí)際為403mm。對于軌面以下高度（403mm），按常規(guī)做法，該高度將不滿足軌道正常設(shè)計(jì)和排水溝高度設(shè)置要求，經(jīng)分析研究，可采取如下特殊措施，即可使軌面以下高度減小，又能滿足軌道鋪設(shè)和排水需要：
① 軌道結(jié)構(gòu)的零部件特殊安裝。
② 水溝設(shè)置坡度和寬度加以調(diào)整。
四、采用標(biāo)準(zhǔn)B型車優(yōu)點(diǎn)與遺留問題
1、 優(yōu)點(diǎn)
（1） 車輛外形美觀。
（2） 充分利用了隧道凈空尺寸，尤其圓形隧道。
（3） 同一線車輛相比，可以增加載客量。
（4） 站臺面與車廂地板面高差減小，方便乘客上下車，并且該高差符合國家限界高差標(biāo)準(zhǔn)。
2、 遺留問題
(1) 標(biāo)準(zhǔn)B型車不能在目前已運(yùn)營線路（一線、環(huán)線、13號線）和八通線上運(yùn)營。
(2) 在新線建好而新線車輛未到時(shí)，借用目前運(yùn)營的舊車輛運(yùn)營，車站站臺邊緣與車輛邊緣縫隙偏大（約200mm），對乘客上下車存在不安全隱患，需要對站臺邊緣采取臨時(shí)處理措施（如在站臺邊緣貼橡皮層等）。
五、結(jié) 論
本文通過對以上隧道斷面的限界分析，北京地鐵五號線目前雖然已經(jīng)開始施工設(shè)計(jì)（局部地段已經(jīng)施工），但在基本不引起較大設(shè)計(jì)改動量和工期前題下，通過對車站站臺限界和500m左右的明挖矩形隧道高度做一修改設(shè)計(jì)，北京地鐵五號線采用國家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車是完全可行的。基于對北京地鐵五號線各隧道斷面限界進(jìn)行的分析，促使北京地鐵公司領(lǐng)導(dǎo)下定決心在地鐵五號線、四號線以及十號線上采用了國家地鐵標(biāo)準(zhǔn)B型車。