李 強(qiáng)

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，610031，成都∥高級(jí)工程師)

直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)是國(guó)外20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種城市軌道交通運(yùn)載系統(tǒng)。目前，我國(guó)各大城市的軌道交通線路普遍采用傳統(tǒng)的輪軌車(chē)輛，僅廣州地鐵4號(hào)線、5號(hào)線和北京機(jī)場(chǎng)線采用直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)。其中廣州地鐵4號(hào)線是國(guó)內(nèi)首個(gè)建成的直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)地鐵線路，在直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了諸多探索。

1 廣州地鐵4號(hào)線新造車(chē)輛段設(shè)計(jì)概況

廣州地鐵4號(hào)線北起科學(xué)城東，南至南沙，全長(zhǎng)68.96 km，是聯(lián)接廣州市東部經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)與南沙的軌道交通干線。其中，大學(xué)城專(zhuān)線段工程為地鐵4號(hào)線首期工程，設(shè)置5座車(chē)站，1座車(chē)輛段，1座主變電站，1座后備控制中心。廣州地鐵4號(hào)線大學(xué)城專(zhuān)線段于2005年12月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，是我國(guó)首次采用直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)的城市軌道交通線路。

4號(hào)線新造車(chē)輛段位于番禺區(qū)新造鎮(zhèn)曾邊村蔡盒崗，承擔(dān)4號(hào)線車(chē)輛運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))、停放、維護(hù)，以及定修和以下修程檢修任務(wù)，并設(shè)維修中心和物資總庫(kù)，承擔(dān)地鐵4號(hào)線土建設(shè)施與機(jī)電設(shè)備維護(hù)，以及物資存儲(chǔ)任務(wù)。其設(shè)計(jì)規(guī)模為定修1列位、臨修1列位、檢查4列位、停車(chē)30列位。段內(nèi)房屋由綜合樓、運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)、綜合庫(kù)三大建筑組成，總建筑面積為61 209 m2。

2 直線電機(jī)車(chē)輛檢修修程的確定

目前，國(guó)內(nèi)A型車(chē)、B型車(chē)等地鐵車(chē)輛的運(yùn)用檢修已相對(duì)成熟，也有明確的車(chē)輛檢修制度。GB 50157—2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第 22.2.3 條對(duì)于車(chē)輛檢修修程的規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 車(chē)輛日常維修和定期檢修周期

根據(jù)表1，目前輪軌車(chē)輛的檢修周期主要分為廠修、架修、定修、月檢、列檢等5級(jí)修程。這是基于國(guó)內(nèi)A、B型地鐵車(chē)輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而制定的。

直線電機(jī)車(chē)輛沒(méi)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)和齒輪箱等傳動(dòng)裝置，車(chē)輛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其非粘著驅(qū)動(dòng)特性使得車(chē)輪和鋼軌的磨耗少，因此車(chē)輛系統(tǒng)維修量減少，車(chē)輛檢修周期加長(zhǎng)。如果仍然按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》制定的車(chē)輛檢修周期計(jì)算直線電機(jī)車(chē)輛檢修規(guī)模，勢(shì)必造成車(chē)輛段設(shè)計(jì)規(guī)模偏大，無(wú)法發(fā)揮直線電機(jī)車(chē)輛的優(yōu)越性。

目前，國(guó)外直線電機(jī)車(chē)輛應(yīng)用較多的國(guó)家主要是加拿大和日本。加拿大溫哥華空中列車(chē)車(chē)輛檢修周期和內(nèi)容見(jiàn)表2。日本大阪長(zhǎng)堀鶴見(jiàn)綠地線車(chē)輛檢修周期見(jiàn)表3。

表2 加拿大溫哥華空中列車(chē)車(chē)輛檢修周期和內(nèi)容

表3 日本大阪長(zhǎng)堀鶴見(jiàn)綠地線車(chē)輛檢修周期

綜合分析國(guó)內(nèi)外地鐵車(chē)輛檢修修程，并與國(guó)外咨詢(xún)公司和車(chē)輛供貨商交流溝通后，在廣州地鐵4號(hào)線新造車(chē)輛段工藝設(shè)計(jì)中大膽突破了《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的車(chē)輛修程規(guī)定，通過(guò)簡(jiǎn)化修程，延長(zhǎng)檢修周期，創(chuàng)造性地制定了國(guó)內(nèi)第一個(gè)直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)車(chē)輛的設(shè)計(jì)檢修修程。該修程實(shí)行大修、架修、定修、檢查2、檢查1共5級(jí)修程，檢修周期比普通輪軌車(chē)輛有所延長(zhǎng);與同等運(yùn)量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛段相比，車(chē)輛段檢修規(guī)模約減少25%，有效控制了地鐵車(chē)輛段的設(shè)計(jì)規(guī)模。直線電機(jī)車(chē)輛與旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛檢修周期對(duì)照表見(jiàn)表4。

表4 普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛與直線電機(jī)(L型)車(chē)輛修程對(duì)照表

3 直線電機(jī)車(chē)輛段總平面布置

目前，國(guó)內(nèi)普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛段段內(nèi)線路普遍采用150 m曲線半徑和7號(hào)道岔，占地面積較大，定修車(chē)輛段占地指標(biāo)一般為900 m2/輛。新造車(chē)輛段地處廣州大學(xué)城遠(yuǎn)期發(fā)展區(qū)域，規(guī)劃用地控制在15 hm2，如采用普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛段占地標(biāo)準(zhǔn)，車(chē)輛段用地將遠(yuǎn)超出規(guī)劃用地范圍。

為克服這些設(shè)計(jì)難點(diǎn)，新造車(chē)輛段總平面布置充分利用直線電機(jī)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑小的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，段內(nèi)線路首次采用國(guó)內(nèi)最小的5號(hào)單開(kāi)道岔。由于5號(hào)道岔的導(dǎo)曲線半徑較小，采用直線轍岔時(shí)，導(dǎo)曲線半徑只能達(dá)到65 m，故段內(nèi)采用了65 m的最小曲線半徑，大大縮短了咽喉區(qū)長(zhǎng)度，減少了咽喉區(qū)占地面積，車(chē)輛段占地指標(biāo)僅為623 m2/輛。與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛段相比，新造車(chē)輛段段內(nèi)占地面積減少了約30%，節(jié)約了寶貴的土地資源。目前，該車(chē)輛段內(nèi)地鐵車(chē)輛通過(guò)情況良好。但由于5號(hào)道岔導(dǎo)曲線半徑較小，工程車(chē)通過(guò)時(shí)道岔狀態(tài)不易保持，鋼軌磨耗較大，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)工作量較大。因此，在有條件的情況下，直線電機(jī)地鐵車(chē)輛段可采用6號(hào)道岔，最小曲線半徑為110 m。新造車(chē)輛段咽喉區(qū)布置見(jiàn)圖1。

圖1 新造車(chē)輛段咽喉區(qū)布置

新造車(chē)輛段總平面布置見(jiàn)圖2。車(chē)輛段位于新造站——石碁站的區(qū)間中部，其出入段線采用“八”字型接軌。其中，入段線為地下線，出段線為高架線。出入段均按雙進(jìn)路設(shè)計(jì)，能力較大，且減少了接發(fā)車(chē)間的相互干擾，使用較為靈活;出入段線兼做列車(chē)調(diào)頭線，解決了廣州軌道交通線網(wǎng)車(chē)輛偏磨調(diào)頭問(wèn)題。

在段內(nèi)房屋布置上，放棄了目前國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)輛段普遍采用的按使用功能分散布置房屋的做法，采用了國(guó)際通用的房屋“大集中”方式。全段僅以運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)、綜合庫(kù)及綜合樓3幢主要建筑為主體進(jìn)行總平面布置，從而減少了占地面積，提高了土地利用率。

停車(chē)棚與檢查庫(kù)合并設(shè)置貫通式車(chē)庫(kù)，列車(chē)可從兩端出入庫(kù)，作業(yè)靈活、方便。洗車(chē)機(jī)與走行線平行布置在兩個(gè)咽喉區(qū)之間，洗車(chē)能力大，工藝流程順暢，不影響前后咽喉區(qū)的作業(yè)。試車(chē)線布置在車(chē)輛段東側(cè)邊緣，列車(chē)從后端咽喉區(qū)出入試車(chē)線，對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)影響較小。調(diào)機(jī)庫(kù)、工程車(chē)庫(kù)及材料總庫(kù)集中設(shè)置在車(chē)輛段后端，便于工程車(chē)輛的管理及工程材料的裝卸，工程車(chē)出入段作業(yè)也很順暢。

圖2 新造車(chē)輛段總平面布置圖

4 直線電機(jī)車(chē)輛段廠房組合

4.1 根據(jù)不同工藝流程和作業(yè)性質(zhì)進(jìn)行廠房組合

廠房組合設(shè)計(jì)是車(chē)輛段工藝設(shè)計(jì)的核心。考慮到直線電機(jī)車(chē)輛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修工作量小，為適應(yīng)車(chē)輛狀態(tài)修、在線修的發(fā)展趨勢(shì)，廠房組合設(shè)計(jì)重點(diǎn)強(qiáng)化了車(chē)輛檢查作業(yè)設(shè)施的配置，按運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)和綜合庫(kù)兩大類(lèi)廠房分別進(jìn)行。

運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)長(zhǎng)264 m，寬86 m，由停車(chē)棚、檢查庫(kù)、定修庫(kù)、鏇輪庫(kù)等組成，設(shè)30個(gè)停車(chē)列位，4個(gè)檢查列位，2個(gè)定修列位。運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)設(shè)置在段中部，為貫通式布置，采用大跨度鋼網(wǎng)架屋面結(jié)構(gòu)。新造車(chē)輛段運(yùn)用(運(yùn)營(yíng))庫(kù)廠房組合見(jiàn)圖3。

綜合庫(kù)長(zhǎng)96 m，寬102 m，由臨修庫(kù)、靜調(diào)庫(kù)、調(diào)機(jī)庫(kù)、工程車(chē)庫(kù)、材料庫(kù)等組合而成。根據(jù)直線電機(jī)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電機(jī)部分檢修作業(yè)，重點(diǎn)設(shè)置電子器件、空調(diào)等關(guān)鍵部件的檢修車(chē)間，適應(yīng)了直線電機(jī)車(chē)輛檢修作業(yè)的趨勢(shì)。

圖3 新造車(chē)輛段運(yùn)用庫(kù)廠房組合

4.2 根據(jù)直線電機(jī)車(chē)輛特點(diǎn)優(yōu)化檢查坑數(shù)量

目前，國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛段停車(chē)列檢庫(kù)內(nèi)股道多按整體道床設(shè)計(jì)，并在列檢列位設(shè)置檢查坑用于車(chē)輛列檢作業(yè)，土建投資較大。在新造車(chē)輛段工藝設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)直線電機(jī)車(chē)輛結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、故障自診斷系統(tǒng)完善的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的車(chē)輛檢修理念，弱化傳統(tǒng)列檢作業(yè)內(nèi)容，強(qiáng)化了檢查1、檢查2兩級(jí)作業(yè)，將車(chē)輛走行部檢查作業(yè)全部集中在檢查庫(kù)，列檢作業(yè)僅考慮列車(chē)的日常功能性檢查而無(wú)需設(shè)置檢查坑，庫(kù)內(nèi)股道全部采用碎石道床。此項(xiàng)設(shè)計(jì)減少檢查坑1 170 m，節(jié)省土建工程投資約1 200萬(wàn)元。新造車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)停車(chē)列位見(jiàn)圖4。

圖4 新造車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)停車(chē)列位

5 直線電機(jī)車(chē)輛段感應(yīng)板敷設(shè)特點(diǎn)

5.1 檢查庫(kù)內(nèi)設(shè)置局部感應(yīng)板

直線電機(jī)車(chē)輛依靠車(chē)上直線電機(jī)與軌道上感應(yīng)板相互作用產(chǎn)生的電磁力運(yùn)行，故感應(yīng)板的設(shè)計(jì)是車(chē)輛段設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。檢查庫(kù)內(nèi)的檢查坑對(duì)感應(yīng)板的設(shè)置構(gòu)成了限制，如何解決庫(kù)內(nèi)車(chē)輛走行是直線電機(jī)車(chē)輛段遇到的新問(wèn)題。

根據(jù)調(diào)研，馬來(lái)西亞吉隆坡格蘭那再也線直線電機(jī)車(chē)輛段檢查庫(kù)內(nèi)不設(shè)感應(yīng)板，采用人工方式推送車(chē)輛入庫(kù)，作業(yè)既不方便，也存在安全隱患。借鑒日本的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，新造車(chē)輛段采用了在檢查庫(kù)高架檢查坑內(nèi)設(shè)局部感應(yīng)板的方案。設(shè)置原則是:車(chē)輛在庫(kù)內(nèi)任何位置均可起動(dòng)，并綜合考慮列車(chē)在任意位置的牽引力值及車(chē)輛下部檢查作業(yè)空間大小等因素。對(duì)局部感應(yīng)板的設(shè)置位置、長(zhǎng)度進(jìn)行多方案研究，經(jīng)系統(tǒng)計(jì)算，最終確定了庫(kù)內(nèi)局部感應(yīng)板的安裝位置和設(shè)置長(zhǎng)度:庫(kù)內(nèi)平均每股道設(shè)5塊感應(yīng)板，感應(yīng)板長(zhǎng)度18～25 m;利用鋼支座將感應(yīng)板安裝在高架檢查坑內(nèi)，以調(diào)整好的鋼軌為基準(zhǔn)進(jìn)行感應(yīng)板安裝，嚴(yán)格保證感應(yīng)板的安裝精度。

檢查坑內(nèi)安裝局部感應(yīng)板，列車(chē)可直接入庫(kù)進(jìn)行檢查作業(yè)，作業(yè)完成后可在庫(kù)內(nèi)任何位置起動(dòng)出庫(kù)，使檢查作業(yè)方便安全，效率大大提高。新造車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)局部感應(yīng)板布置見(jiàn)圖5。

圖5 新造車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)局部感應(yīng)板布置

5.2 配置感應(yīng)板檢查專(zhuān)用工裝設(shè)備

(1)針對(duì)直線電機(jī)(LIM)，采用了LIM的氣隙檢測(cè)、氣隙調(diào)整，以及LIM的拆裝工藝，配置了相應(yīng)的設(shè)備及設(shè)施。

(2)針對(duì)徑向轉(zhuǎn)向架，在設(shè)計(jì)檢修工藝時(shí)重點(diǎn)考慮了一系懸掛垂直和橫向剛度的測(cè)量，搖枕及其附屬機(jī)構(gòu)的檢修，帶有制動(dòng)盤(pán)的外置車(chē)輪的鏇輪，帶有制動(dòng)盤(pán)、車(chē)軸軸承、外置車(chē)輪的拆卸與壓裝等問(wèn)題。

(3)為適應(yīng)直線電機(jī)車(chē)輛地板面較低的特點(diǎn)，將所有檢查坑的深度加深200 mm，以滿(mǎn)足檢查作業(yè)要求。

(4)在國(guó)內(nèi)首次采用了直線電機(jī)車(chē)輛在線間隙檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)探頭布置在段內(nèi)走行線和檢查庫(kù)線上，當(dāng)列車(chē)在段內(nèi)低速通過(guò)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)激光檢測(cè)，可顯示通過(guò)列車(chē)的所有直線電機(jī)的最小氣隙值，并按設(shè)定的直線電機(jī)最小氣隙數(shù)值實(shí)現(xiàn)故障或超限的預(yù)警、報(bào)警，有效保證直線電機(jī)列車(chē)運(yùn)行安全。

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