预留轨道交通条件的厦门市BRT一号线岛内段平面技术指标选取

张清峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 湖北武汉 430063)

1 工程概况

厦门BRT一号线岛内段是国内第一条全封闭全高架的BRT专用线路,也是国内第一条土建预留升级轨道交通(采用直线电机车辆)的BRT线路。

厦门BRT一号线岛内段起于第一码头枢纽站三层停车场,沿既有厦禾路、莲前西路、县黄路布线,止于集美大桥前,线路长15.36k m,采用全线高架方案,设15座高架车站[1～3]。受既有道路条件限制,全线有5处曲线半径小于250 m,且线路最大纵坡超过35‰,采用普通钢轮钢轨车辆无法满足需要,所以考虑远期在一号线采用直线电机车辆[4]。

2 国内相关研究现状

徐康明介绍了快速公交在公共交通体系中可应用于地铁或轻轨的延伸,可作为今后建设地铁或轻轨的过渡交通方式,可与地铁和轻轨混合使用[5]。

陈剑伟在进行城市轨道交通和BRT特性比较和功能定位的基础上,分析了城市轨道交通与BRT线网规划协调的含义、重要性和研究内容,并对两者线网规划协调方案评价进行了研究,建立了评价指标体系[6]。

宋南南、陈学武通过对国外城市轨道交通换乘枢纽的分析和研究,提出枢纽发展趋势及BRT与轨道换乘枢纽的布局模式[7]。

目前，国内相关研究BRT和轨道交通的论文都是独自研究,也有部分论文提到BRT可以作为轨道交通的过渡方式,但如何在工程建设条件上预留尚未有表述,本文即是从平面技术指标上考虑预留升级轨道交通条件。

3 预留升级直线电机的线路技术指标分析

厦门市快速公交一号线总体定位为轨道交通过渡形式,遵循初期快速公交基础工程建设与远期实施轨道交通相结合的原则。因此,该项目建设技术条件需要将二者的技术条件加以合理融合。

快速公交系统(BRT)是利用现代化大容量专用公共交通车辆,在专用的道路空间快速运行的公共交通方式,具有与轨道交通相近的运量大、快捷、安全等特性,且建设周期短,造价和运营成本相对低廉。

快速公交路线路采用《城市道路设计规范》(CJJ37—90)(以下简称《城规》)。

直线电机轨道交通是采用直线电机非粘着驱动、钢轮/钢轨为支撑和导向的车辆运送轨道交通。

直线电机轨道交通在国内较少实施,仅在广州地铁四号线、五号线、北京机场线采用,广州地铁六号线采用直线电机,但尚未通车。在2008年10月颁布了《直线电机轨道交通设计规范》(征求意见稿)(以下简称《直规》),至今尚未有正式版,本文就以征求意见稿为参考讨论。

对BRT车辆和直线电机参数进行对比分析,对《城规》和《直规》进行综合比较,给出预留直线电机轨道交通的厦门BRT一号线平面技术指标。

3.1 BRT车辆和直线电机车辆技术参数

厦门BRT一号线BRT车辆和远期升级城市轨道交通拟采用的直线电机车辆主要技术参数见表1。

表1 厦门BRT一号线BRT车辆和远期直线电机车辆参数

3.2 设计速度

一号线岛内段采用全线高架的形式,此种形式《城规》未有表述,《公路与城市道路设计手册》“2.8高架路设计”一节：“高架路一般由高架与地面二个层面组成,高架道路层面为城市快速路标准,计算行车速度按《城市道路设计规范》取用80 km/h、60 km/h；地面道路层面为城市主干路标准,计算行车速度按《城市道路设计规范》,取用I级标准60 km/h、50 km/h,旧城道路拓宽改建,受特殊条件限制时,可取用Ⅱ级标准50 km/h、40 km/h”[8]。由于一号线岛内段是建在厦禾路、莲前路、县黄路等既有道路上,受既有道路及交叉口转弯的技术指标限制,如在莲坂转盘交叉口、农科所交叉口只能采用150 m曲线半径,考虑到运行速度的协调性以及BRT车辆运营的安全,一号线高架桥BRT设计速度采用60 km/h,部分地方限速40 km/h。

远期预留轨道交通采用直线电机,区间最高行车速度为80 km/h,列车不停站通过速度为60 km/h。

直线电机轨道交通圆曲线半径采用的数值较固定,正线曲线半径宜采用下列数值：5 000、4 000、3 000、2 500、2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、700、600、500、450、400、350、300、250、200、150 m。特殊困难条件下,可采用上列半径间10 m整倍数的曲线半径。城市道路平曲线半径根据需要,适当考虑取整,较轨道交通灵活性大,因此一号线曲线半径宜参照轨道交通平曲线半径系列采用值,方便远期升级。

《直规》规定:“线路不应采用复曲线，远期道岔应设在直线地段,道岔基本轨端部至曲线端部的距离不宜小于5 m”。

《城规》规定:“第5.1.3条道路的圆曲线半径应采用大于或等于表5.1.3规定的不设超高最小半径值。当受地形条件限制时,可采用设超高推荐半径值。地形条件特别困难时,可采用设超高最小半径值”[9]。60 km/h的设计速度对应的不设超高最小半径、设超高推荐半径、设超高最小半径分别为600 m、300 m、150 m。

圆曲线半径大于不设缓和曲线的最小圆曲线半径时,直线和圆曲线可以径向连接。60 km/h的设计速度对应的不设缓和曲线最小半径为1 000 m。

《直规》第6.2.1条规定:“线路平面最小曲线半径不得小于表2规定的数值”[10]。

表2 直线电机轨道交通最小曲线半径

行车速度60 km/h城市道路规范要求的最小圆曲线半径即设超高最小圆曲线半径为150 m；直线电机的轨道交通正线圆曲线半径一般150 m,困难100 m。

要同时满足两种系统的要求,圆曲线最小半径宜按150 m预留。

轨道交通双线采用的圆曲线为同心圆,有两个曲线半径。轨道交通所说的曲线半径一般指右线,而城市道路指的是中线,那么在最小半径为150 m时,实际上指的是中心线半径150 m,对于城市道路是满足规范要求的,但左右线总有一侧半径小于150 m,不满足直线电机轨道交通要求。因此,需在近期BRT线位的基础上画出轨道交通左右线位,看能否满足直线电机轨道交通要求。按城市道路要求,小半径曲线有加宽,一般可以在加宽断面内把轨道左右线配出来。如果不满足,则要调整中心线半径。一号线岛内段JD14(K5+412.446),曲线半径R=152.115 m,即是此种情况。另外一种方法是先确定轨道交通左右线,在此基础上拟合近期BRT线路的中心线。中心线拟合后按城市道路标准绘制横断面,复核是否满足远期轨道交通限界要求。

关于不设缓和曲线的最小半径,根据《直规》中“直线电机轨道交通缓和曲线长度表(最大超高120 mm)”规定,设计速度80 km/h,半径2 500 m不设缓和曲线；《城规》中60 km/h的不设缓和曲线最小半径是1 000 m,综合两者取2 500 m。

3.3 平曲线最大半径

(1)城市道路要求

《城规》对最大平曲线半径没有规定,可参考《线规》要求。《线规》规定“圆曲线最大半径不宜超过10 000 m”[11],驾驶者在大半径圆曲线上行驶时,方向盘几乎与直线上一样无须调整。当圆曲线半径大于9 000 m时,视线集中的300～600 m范围内的视觉效果同直线没有区别,因此圆曲线半径不宜过大。

(2)直线电机轨道交通要求

直线电机没有关于最大半径的规定,故参考《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)(以下简称《铁线规》)条文说明第3.1.1条。

曲线半径上限的确定考虑了利用反向曲线加宽线间距的需要和养护维修的需要。曲线半径大到一定程度,其欠超高和过超高已经很小,不会对舒适度和轮轨磨耗产生明显影响,但曲线半径过大,曲线过长,不利于养护维修[12]。

目前我国配备的轨检车在世界上属于较为先进之列,在经过大于8 000 m半径的曲线时常会报错,根据轨检车的研发专家分析,适当提高检测系统的处理功能,对12 000 m左右的曲线,其方向和曲率是可以准确检测的,《铁线规》取曲线半径上限为12 000 m。

综合城市道路和直线电机轨道交通两者要求,考虑到大多数轨检车的实际情况,预留直线电机轨道交通线路平曲线半径宜取8 000 m。

3.4 圆曲线最小长度

(1)城市道路要求

参见《城规》,60 km/h对应的圆曲线最小长度为50 m。

(2)直线电机轨道交通要求

轨道交通线路圆曲线长度短,对改善瞭望条件、减少行车阻力和养护维修有利。但最短不能小于车辆的全轴距,否则车辆将跨越在三种不同线形上,危及行车安全，降低列车的平稳性和乘客的舒适度。本工程选用的直线电机车辆,取20 m。

综合两者规定,取50 m，同时满足两者要求。

3.5 夹直线长度

(1)城市道路要求

《城规》规定：“计算行车速度大于或等于60 km/h时,同向曲线间的最小直线长度(m)宜大于或等于计算行车速度(km/h)数值的6倍,反向曲线间的最小直线长度(m)宜大于或等于计算行车速度(km/h)数值的2倍。当计算行车速度小于60 km/h,地形条件困难时,直线段长度可不受上述限制,但应满足设置缓和曲线最小长度的要求”。按《城规》夹直线长度同向曲线宜大于等于360 m,反向曲线宜大于等于120 m。

(2)直线电机轨道交通要求

《直规》第6.2.5条规定：“正线、车站配线、辅助线的圆曲线和两相邻曲线间的无超高夹直线(不含超高顺坡及轨距递减段的长度)的最小长度,当最高行车速度不大于80 km/h时不宜小于20 m,当最高行车速度大于80 km/h时不宜小于40 m,在困难情况下不得小于一个车辆的全轴距。车场线上的夹直线长度不得小于3 m”。一号线远期最高行车速度80 km/h,夹直线不宜小于20 m,困难情况下不小于一个车辆的全轴距。

厦门BRT一号线线路基本沿既有地面道路敷设,而既有道路设计速度50 km/h,不受6 V和2 V的限制,一号线线位很难做到都满足6 V和2 V,故在运营中限速60 km/h,一旦车辆达到60 km/h,就会蜂鸣报警,这样一号线不受6 V和2 V控制。

综合两种系统要求,同时考虑道路实际条件,一号线相邻平曲线间夹直线的最小长度一般情况下采用城市道路规范值(同向曲线采用6 V,360 m；反向曲线采用2 V,120 m),困难情况满足预留轨道交通要求的不小于一个车辆的全轴距(一号线为20 m)即可。

3.6 缓和曲线

(1)城市道路要求

直线与圆曲线或大半径圆曲线与小半径圆曲线之间应设缓和曲线。缓和曲线采用回旋线。缓和曲线长度应大于或等于规定值。一号线设计速度60 km/h,对应的缓和曲线最小长度50 m。

(2)直线电机轨道交通要求

《直规》规定：“线路平面圆曲线与直线之间应根据曲线半径、超高设置及设计速度等因素设置缓和曲线,其长度可按表6.2.2-1和表6.2.2-2的规定采用”。

轨道交通采用三次抛物线形缓和曲线。

缓和曲线最小长度为20 m,主要是从不短于一节车辆的全轴距考虑的,目前我国的地铁车辆的全轴距最大不超过20 m。

城市道路设计缓和曲线采用回旋线,轨道交通设计采用三次抛物线。因此,近期BRT高架桥采用城市道路标准,按中线设计,缓和曲线为回旋线,桥面净宽应满足远期轨道交通布置左右线,缓和曲线为三次抛物线的布线要求。轨道交通缓和曲线长度按车速与半径对应列表,城市道路缓和曲线满足最小长度的条件下取值不固定。因此,考虑到远期预留直线电机,缓和曲线长度在满足城市道路规范的前提下，尽量按轨道交通缓和曲线长度表中长度取用。

3.7 加宽

(1)城市道路要求

城市道路圆曲线半径小于或等于250 m时,应在圆曲线内侧加宽。单机车长12 m按普通汽车取值,18 m单铰车按铰接车取值。

(2)直线电机轨道交通要求

轨道交通线路加宽主要为线间距加宽。线间距加宽有两种情况：曲线地段线间距加宽和道岔地段线间距加宽。

曲线地段线间距加宽：列车在曲线上运行,因为车体为刚性结构，不能随线路曲度而弯曲,车体纵向中心线与线路中心线不相吻合,使车体两端向线路外侧偏移,车体中部向线路内侧偏移；同时，由于曲线外轨超高使车体倾斜也产生向曲线内侧偏移。为满足车辆、设备、建筑限界需要,并保障列车会车安全要求,双向并行区间曲线地段线间距应在其两端的直线地段最小线间距基数上予以加宽。其加宽量根据车辆选型、曲线半径、外轨超高等计算确定。

道岔地段线间距加宽：轻轨车站两端常因铺设单渡线、交叉渡线、车辆停留线、交路折返线及部分区间设渡线需要,须铺设道岔,根据其布置形式,对线间距有相应的要求。各种道岔对应线间距根据《直规》要求确定。

桥梁净宽应同时满足城市道路以及直线电机轨道交通加宽要求。建议土建工程宜一次到位,以避免将来升级改造对地面交通造成的影响。

150 m的半径,《城规》中采用铰接车双车道加宽值1.5 m,《直规》中加宽值0.25 m；250 m半径,《城规》中采用铰接车双车道加宽值0.9 m,《直规》中加宽值0.23 m,故圆曲线半径小于等于250 m时,采用《城规》值加宽完全满足远期升级需要。而半径在250～4 000 m间,直线电机轨道交通加宽值在0～0.23 m之间,城市道路不需要加宽,但高架BRT正常断面比直线电机轨道交通所需断面宽0.7 m,满足要求[4]。

3.8 超高

在升级轨道交通时,其超高可以通过轨枕调节,故近期只需考虑BRT的超高即可。

3.9 车站站台计算长度段曲线半径

(1)城市道路要求

城市道路规范对车站处无最小曲线半径要求。BRT车辆和站台之间的间距一般为10～15 cm,而乘客水平乘降一步两脚之间的距离一般为25 cm左右,那么在BRT车辆两端和站台之间的间距一般为10～15 cm的情况下,最不利的中间车门距离站台增加的距离为15～10 cm。

根据远期采用的不同BRT车辆的车长(分别取12 m、18 m)和最不利的中间车门距离站台增加的距离(分别取0.1 m和0.15 m),整理出曲线车站处的最小平曲线线半径(见表3)。

(2)直线电机轨道交通要求

车站站台计算长度段应设在直线上,并且曲线引起的建筑限界加宽不宜进入站台计算长度范围内,特殊困难地段，车站可设在曲线上,曲线上半径不小于600 m。

表3 曲线车站处最小平曲线半径

综合两者要求,取其中要求更苛刻的600 m,BRT车站可完全参照轨道交通设在直线或不小于600 m半径的曲线上。厦门BRT远期采用18 m单铰车,一辆18 m长的车,在半径为600 m的曲线上,弦高即车辆距离站台的距离最大多了6.8 cm,满足安全要求。

4 结论

综上所述,预留直线电机轨道交通的BRT一号线岛内段平面技术标准选取见表4。

表4 预留直线电机轨道交通的BRT一号线岛内段平面技术标准选取

国内已有多个城市开通地面BRT系统。鉴于城市轨道交通昂贵的造价、建成后的维护费用和复杂的批复程序,会有越来越多的城市考虑把快速公交系统作为城市轨道交通的过渡和前期客流培育。本文详细阐述了国内第一条预留升级轨道交通的高架BRT线路平面技术指标选用过程,可为预留直线电机或其他轨道交通制式的BRT设计借鉴。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.厦门市快速公交系统(BRT)一期工程总体设计[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司,2007

[2] 铁道第四勘察设计院.厦门市快速公交系统(BRT)一号线岛内段及联络线初步设计[R].武汉：铁道第四勘察设计院,2007

[3] 铁道第四勘察设计院.厦门市快速公交系统(BRT)一号线岛内段及联络线施工图设计[R].武汉：铁道第四勘察设计院,2007

[4] 王玉泽，等.快速公交系统(BRT)规划设计指南[M].北京：人民交通出版社,2010

[5] 徐康明.快速公交系统——可持续车功能是交通发展之路(二)[J].交通与运输,2003(4)：10-12

[6] 陈剑伟，冉茂平.城市轨道交通与BRT线网规划协调研究[J].城市公共交通，2008(1)：31-34

[7] 宋南南，陈学武.快速公交(BRT)与轨道交通换乘模式[J].交通科技与经济,2008，10(5)

[8] 黄兴安.公路与城市道路设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2005

[9] CJJ37—90 城市道路设计规范[S]

[10] 直线电机轨道交通设计规范(征求意见稿)[S]

[11] JTG D20—2006 公路路线设计规范[S]

[12] GB50090—2006 铁路线路设计规范[S]