地铁设计规范 GB50157-2013
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6.3 线路纵断面

6.3.1 线路坡度设计应符合下列规定:
      1 正线的最大坡度宜采用30‰,困难地段最大坡度可采用35‰。在山地城市的特殊地形地区,经技术经济比较,有充分依据时,最大坡度可采用40‰;
      2 联络线、出入线的最大坡度宜采用40‰;
      3 区间隧道的线路最小坡度宜采用3‰;困难条件下可采用2‰;区间地面线和高架线,当具有有效排水措施时,可采用平坡。
    注:最大、最小坡度的规定,均不应计各种坡度折减值。
6.3.2 车站及其配线坡度设计应符合下列规定:
      1 车站宜布置在纵断面的凸型部位上,可根据具体条件,按节能坡理念,设计合理的进出站坡度和坡段长度;
      2 车站站台范围内的线路应设在一个坡道上,坡度宜采用2‰。当具有有效排水措施或与相邻建筑物合建时,可采用平坡;
      3 具有夜间停放车辆功能的配线,应布置在面向车挡或区间的下坡道上,隧道内的坡度宜为2‰,地面和高架桥上坡度不应大于1.5‰;
      4 道岔宜设在不大于5‰的坡道上。在困难地段应采用无砟道床,尖轨后端为固定接头的道岔,可设在不大于10‰的坡道上;
      5 车场内的库(棚)线宜设在平坡道上,库外停放车的线路坡度不应大于1.5‰,咽喉区道岔坡度不宜大于3.0‰。
6.3.3 坡段与竖曲线设计应符合下列规定:
      1 线路坡段长度不宜小于远期列车长度,并应满足相邻竖曲线间的夹直线长度不小于50m的要求;
      2 两相邻坡段的坡度代数差等于或大于2‰时,应设圆曲线型的竖曲线连接,竖曲线的半径不应小于表6.3.3的规定;

表6.3.3  竖曲线半径(m)
表6.3.3  竖曲线半径(m)

      3 车站站台有效长度内和道岔范围内不得设置竖曲线,竖曲线离开道岔端部的距离应符合表6.2.4-2的规定。
6.3.4 正线坡度大于24‰,连续高差达16m以上的长大陡坡地段,应根据线路平纵断面和气候条件,核查车辆的编组及其牵引和制动的动力性能,以及故障运行能力。长大坡段不宜与平面小半径曲线重叠;同时应对道床排水沟断面进行校核。
6.3.5 区间纵断面设计的最低点位置,应兼顾与区间排水泵房和区间联络通道位置结合,当排水管采用竖井引出方式时,地面应具有竖井实施条件。
6.3.6 竖曲线与缓和曲线或超高顺坡段在有砟道床地段不得重叠。在无砟道床地段竖曲线与缓和曲线重叠时,每条钢轨的超高最大顺坡率不得大于1.5‰。

条文说明
6.3.1 第1款 最大坡度:
    1)线路最大坡度主要根据地形条件和车辆性能取舍。根据近年来的车辆性能和运行情况,原定线路设计正线最大坡度30‰,困难条件下35‰,联络线、出入线40‰的规定,基本可用。
    2)在山地城市的特殊地形地区,经技术经济比较,有充分依据时,最大坡度可采用40‰,是根据当前西部地区出现的实际情况,根据当前车辆生产水平提出的。
    3)在实际工程中,对于每一条线路的最大坡度是有一定区别,应综合工程实际需要,结合采用的车辆性能的可靠性和造价的合理性,结合工程和运行的经济性进行综合论证。如果在工程上是合理的,运行上是安全的,应该允许有所突破。
    第2款 最小坡度:
    1)隧道的线路最小坡度设定,主要为排水畅通,避免积水,由于隧道内水沟属于现场施工的道床水沟,比较粗糙,故规定最小坡度宜采用3‰a,困难条件下可采用2‰;
    2)地面和高架桥区间正线处在凸形断面时,在理论上,在平坡地段的水沟不会积水,但实际施工证明,平坡是难以做到,故需要横向汇集,分段排出的辅助措施。
6.3.2 第1款 车站布置在纵断面的凸形部位上,有利出站下坡加速,进站上坡减速,符合节能坡理念。但进出站的坡度、坡长和变坡点应予合理设置,应从牵引计算反馈验证。
    第2款 车站站台范围内的线路应设在一个坡道上,是保证线路轨面与站台的高差是一条直线关系;坡度宜采用2‰,是使站台纵向坡度没有明显感觉,接近水平状态。同时具有排水坡度。
    当与相邻建筑物合建时,可采用平坡;是照顾车站的柱网等高,有利与相邻建筑物的衔接,车站平坡是局部长度,仍要做好排水处理。
    第3款 地铁车辆经试验,在2‰坡道上,可以停止不溜车。在3‰坡道上,不制动即溜车。故选择停放车辆功能的配线为20‰,也能满足排水要求。地面和高架桥上,考虑风力影响,故坡度适当减小,不应大于1.5‰
    第4款 道岔在坡度上的最大问题是担心尖轨爬行,影响使用安全。这主要决定于尖轨根端的接头,是活动接头,还是固定接头,当前正线道岔均采用曲线尖轨,固定接头,无道床,基本消除上述缺陷,故坡度可以放大至10‰的坡道上。
    第5款 车场内的库(棚)线宜设在平坡道上,有利车辆停车和检修处于平直状态。库外停放车的线路不做检修作业,但不能溜车,故坡度不应大于1.5‰。咽喉区道岔坡度允许加大至3.0‰,有利站场排水和竖向设计。
6.3.3 第1款 线路坡段长度受两种因素制约:一是不宜小于远期或客流控制期列车长度,二是满足两个竖曲线之间的夹直线长度。都是为了一列车运行线路不会出现两种以上坡段、坡度及竖曲线,改善运行列车条件。其中50m夹直线就是相当于振动衰减的时间距离。
    第2款 1)列车通过变坡点时,会产生突变性的冲击加速度,对舒适度有一定影响。在变坡点处设置圆曲线型竖曲线是为改善变坡点(突变点)的竖向舒适度。
    2)竖向加速度a属于舒适度的标准,与竖曲线半径R(m)与行车速度V(km/h)有关。
a=V2/R=0.077V2/R(m/s2)▪R=0.077V2/a
    3)a的取值:根据国外资料,a值适应范围较宽,为0.08m/s2~0.3m/s2但未见对舒适度的实测数据和感觉的评价。
    当a=0.08m/s²时,即:R=V2
    当a=0.16m/s²时,即:R=0.5V2
    当a=0.3m/s²时,即:R=0.25V2
    4)参照上述数据分析,竖曲线R的计算值如表8:下列数据随速度的平方值变异,计算结果相差较大。在实际应用中,应当注意竖曲线半径对坡段长度影响较大,对纵断面设计灵活性影响较大。若相邻坡度代数差为60‰时,当R=5000m时,竖曲线长度为300m,若R=10000m,则竖曲线长达600m,在实际工程设计中,地铁站距均在1.0m~1.5m,坡段划分长度较短,因此使用过大竖曲线半径对纵断面设计的灵活性具有较大影响,对规避不良地质地层的灵活性较差,需要合理把握。
表8 竖向加速度a、竖曲线半径R(m)与行车速度V关系
表8 竖向加速度a、竖曲线半径R(m)与行车速度V关系
    5)对于最小竖曲线半径,在架轨灌注混凝土道床时,发现凹形竖曲线,半径为2000m时,施工曾经遇到轨道依靠自重下凹确有困难,故规定最小为2000m。同时考虑地铁坡段短的实际情况,R不宜太大。
    6)线路适应速度范围:按舒适度要求,缓和变坡点的突变点,简化工程适应条件,取R=(0.5~1)V2基数为宜。当正线最高运行速度为80km/h,实际运行最高速度在70km/h左右,因此区间线路竖曲线半径,宜采用5000m~2500m。当100km/h的实际运行速度在90km/h左右。区间线路竖曲线半径,宜采用8000m~4000m。但未见速度与竖曲线半径对舒适度的实际测试和直观评价。为此,根据国内工程和运营实际情况,可以沿用原规范规定:正线区间竖曲线半径为5000m,困难时为2500m。车站端部列车进站速度为55km/h,宜采用3000m,困难地段为2000m(受工程条件限制)。
    联络线、出入线和车场线的竖曲线半径规定采用值为2000m。
    第3款 1)车站站台有效长度内需要车辆地板面和站台面保持一个等高度,以保证乘客上下车的安全。道岔范围内,尖轨部分是移动轨,需要保持平直线状态,无法实施竖曲线。在道岔辙叉部分刚度较大,且“鼻尖”部分是存在“有害空间”,是运行安全的敏感区,在辙叉后的长岔枕铺设范围的4条钢轨,同在一排轨枕上也不宜设置竖曲线。以上因素,均需要道岔保持平直线状态。
    2)为保证上述范围均不得设置竖曲线,因此将竖曲线保持一定距离—5m,作为铺轨等工程实施误差。
6.3.4 本条说明如下:
    1)长大坡度对运行不利,需要对不同运行状态分析。主要是对车辆故障时,在大坡道上车辆的编组和动力(牵引和制动)性能以及列车的制动停车和再启动能力,及其互救能力等。其次要评价:在正常情况下,上坡运行时对于速度发挥效率和旅行速度;下坡运行时对速度的限制和有效制动的安全性能。
    2)根据车辆的规定:车辆的编组和动力(牵引和制动)性能,在定员(AW2)工况下,应满足在长大陡坡线路上正常安全运行,并应符合下列故障情况时运行的原则要求:
    ①当列车丧失1/4或1/3动力时,列车仍能维持运行至线路终点。
    ②当列车丧失1/2动力时,列车仍能在正线最大坡道上启动,并行驶至就近车站,列车清客后返回车辆(场)。
    ③当列车丧失全部动力时,在粘着允许的范围内,应能由另一列相同空载列车(AWO)在正线最大坡道上牵引(或推送)至临近车站,列车清客后被牵引(或推送)至就近车站配线——停车线临时停放,或返回车辆段(场)。
    上述②和③是对长大坡度和坡长检算的基本条件。
    3)F=f+ma=m(av²+bv+c)+ma.式中:F一为列车总牵引力;f一为列车运行基本阻力,是速度平方的函数;ma一是列车加速力。上述公式原理说明,列车在长大坡道上运行,随速度不断提高,基本阻力逐渐加大,直到与牵引力平衡,加速度为0时,可以计算出运行的距离和末速度,这时候的坡度和坡长,基本属于正常运行状态。其中,对于长大坡度长度,可按列车损失1/2动力的故障运行状态时,上坡运行加速度为0时,计算速度不小于30km/h(接近故障车推行速度)为宜,不使过分影响后续列车正常运行。由于各条线路条件和车辆动力配置均有差异,暂无统一规定,可在车辆订购时提出要求。
    经粗框计算,24‰坡道上坡方向,基本适应上述条件。故采取坡段高差16m的门槛,作为长大陡坡的概念,但不是限制坡度的规定,是从改善运行条件考虑。尽量避免设计长大陡坡和曲线重叠。
6.3.5 区间纵断面设计的最低点位置,应兼顾与区间排水泵房和区间联络通道位置结合,有利两条隧道的排水汇集一处,设置一个排水站,其排水泵房和区间联络通道位置结合,有利横通道与排水井工程同步实施。
    在线路区间纵断面设计的最低点选择时,应重视区间排水井的水如何排出至地面,并接入市政排水系统。如果排水管采用竖井引出方式时,一定要注意在地面具有实施竖井的条件。否则只能排入车站排水站。
6.3.6 本条说明如下:
    1)曲线超高应在缓和曲线内完成,故缓和曲线也是超高的顺坡段,因此缓和曲线的起终点即是超高的顺坡坡度段的起终点,也是该坡段的变坡点。实际上在这变坡点必定有竖曲线顺接。只有顺坡坡度甚小,其竖曲线甚短,竖曲线改正值甚小,才能可以忽略。如顺坡坡度为2‰,按线路纵断面设计规定,两坡度代数差大于等于2‰时,必须设置圆曲线竖曲线。纵断面变坡点的竖曲线,有凹有凸,若与超高点的凹凸形态不符,则难以实施。这种超高顺坡点的竖曲线与正线竖曲线的叠加,对轨道铺设具有难度,是难以把握。从上述观点,在宏观概念上判断,缓和曲线的起终点应与纵断面的竖曲线不应重叠。但从微观分析,当缓和曲线的起终点的超高顺坡率小于2‰时,则可规避。
    2)对于轨道曲线超高的顺坡率规定,一般为不大于2‰,困难地段为3‰;对超高实施方法,规定在有砟道床地段按曲线外轨单侧抬高超高,在隧道内混凝土道床地段,按1/2超高半抬半降方法实施。
    3)在有道床地段按曲线外轨单侧抬高超高,必定存在外轨超高顺坡点的竖曲线,应与线路纵断面变坡点的竖曲线规避,使两种竖曲线不得重叠。若采用一侧超高,按3%递变率,按3000m半径设竖曲线,切线4.5mm,其竖向改正值为3mm。其凹凸形态也不能忽略。
    4)在隧道内混凝土道床地段,按1/2超高半抬半降方法实施,即使按3‰实施,但由于曲线段的两根钢轨是分别按1.5‰的顺坡率实施,其竖曲线长度和改正值均甚小,即1.5‰,按3000m半径设竖曲线,切线2.25m,竖向改正值仅0.8mm。可以忽略不计,故允许与线路纵断面变坡点的竖曲线重叠。
    5)城市内选线,往往是地下线路曲折和站间距不大的情况,为设计节能坡,与平面曲线重叠虽应尽量避免,但也是难以避免的,采用按1/2超高半抬半降方法,是给予一种灵活的选择。
 
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