厦门市快速公交(BRT)1号线岛内段预留轨道交通条件设计综述

张清峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司道路交通设计研究院,武汉 430063)

高架快速公交系统(Bus Rapid Transit system,简称BRT)由于其全封闭全高架,没有地面BRT要不可避免地与地面上各种交通方式冲突的矛盾,系统服务水平高,而且可以在远期客流饱和时升级为轨道交通,并在近期为升级轨道交通培育客流。厦门快速公交(BRT)1号线岛内段为国内第一条也是目前唯一的全高架的BRT,而且是第一条土建预留升级城市轨道交通条件的BRT。厦门BRT 1号线岛内段起于第一码头枢纽站三层,沿厦禾路、莲前西路、县黄路,于县黄路与安墩路交叉口下地接BRT 1号线集美大桥段,线路长15.36 km,采用全线高架方案,设15座高架车站,桥面宽(含两侧防撞墙)10 m,桥下净空约9 m。简单介绍厦门BRT 1号线预留升级轨道交通设计内容。

1 总体定位及原则

厦门BRT 1号线岛内段总体定位为近期运营快速公交,远期升级直线电机轨道交通,土建预留远期升级轨道交通条件,所以其技术条件应为满足直线电机轨道交通和快速公交两种系统的合理取值。

BRT的车辆和道路条件等基本上都在城市范围,其技术条件应基本上按《城市道路设计规范》(CJJ37—90)(以下简称《城规》)执行[1]。

直线电机轨道交通在国内较少实施,仅在广州地铁4号线、北京机场线采用并投入运营,广州地铁5号线、6号线采用直线电机,但尚未通车。在2008年10月出了一版《直线电机轨道交通设计规范》(征求意见稿)[2](以下简称《直规》),至今尚未有正式版,以征求意见稿为参考讨论。

2 设计速度

1号线岛内段采用全线高架的形式,由于1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条件限制,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,1号线高架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车辆,最高行车速度为80 km/h[3～5]。

3 限界

BRT 1号线近期断面应满足远期轨道交通限界。

3.1 近期高架BRT所需断面

近期高架BRT所需断面如图1所示：双向两车道宽2×3.75 m,隔离对向行驶的双黄线宽0.5 m,两侧路缘带宽各0.5 m,桥面净宽合计9 m,加上两侧防撞墙各0.5 m,桥梁总宽共10 m。

BRT车辆按《城规》净高4.5 m,桥面铺装层最厚处0.275 m,故梁顶所需净空为4.775 m。

图1 1号线岛内高架段近期实施BRT断面(单位：cm)

3.2 远期运营轨道交通所需断面

(1)远期高架直线电机轨道交通区间需要的限界如图2所示：直线地段线间距采用4 100 mm,线路中心线距建筑限界外侧距离为2 100 mm(其中路中心线距设备限界1 600 mm,电缆槽宽度400 mm,间隙100 mm),两线路中间设疏散平台,宽900 mm,疏散平台距轨顶面800 mm,合计桥面宽8 300 mm。电缆采用支架敷设方式,疏散平台下部敷设弱电电缆,线路外侧敷设强电电缆。

所需净高自桥梁顶面起为：560+3 659=4 219 mm。

图2 远期直线电机轨道交通所需的高架区间限界(单位：mm)

(2)远期升级直线电机轨道交通车站需要的限界如图3所示：线间距4 100 mm,线路中心线至有效站台边缘距离为1 500 mm,站台面距轨顶面的高度为880 mm,安全门距线路中心线距离为1 595 mm,两侧安全门之间总宽7 290 mm。

所需净高自桥梁顶面起为：560+3 659=4 219 mm。

图3 远期升级直线电机轨道交通车站处需要的限界(单位：mm)

3.3 小结

近期高架BRT桥面净宽9 m,大于远期升级直线电机轨道交通区间所需桥面净宽8.3 m,大于远期高架直线电机轨道交通车站两侧安全门之间需要净宽7.29 m,满足远期轨道交通需求(图4)。

图4 远期升级直线电机轨道交通的桥梁区间限界(单位：mm)

关于断面加宽问题,半径在4 000 m以上,两者均不需要加宽；半径在4 000～250 m,城市道路不需要加宽,直线电机轨道交通线间距加宽值在0～0.23 m,小于0.7 m；半径≤250 m,《城规》加宽值比《直规》加宽值均大,对断面无影响。

近期高架BRT梁顶净高4.775 m，大于远期升级直线电机轨道交通所需梁顶净高4.219 m。

故近期高架BRT桥面净宽9 m,梁顶净高4.775 m适宜,且不论断面是否需要加宽,近期高架BRT断面均满足远期轨道交通需求。

4 路线技术条件

设计中针对高架BRT预留轨道交通建设条件,对《城规》和《直规》的技术条件进行对比,给出1号线相关平、纵面技术指标选取表,本文针对《城规》和《直规》差异比较大的地方如加宽、等详细说明,余略去,另平面技术指标选取详见笔者《预留轨道交通条件的厦门BRT 1号线岛内段平面技术指标选取》一文[6]。

4.1 平面技术指标

4.1.1 加宽

桥面净宽应同时满足高架BRT及直线电机轨道交通加宽要求。

(1)城市道路规定

《城规》规定：圆曲线半径小于或等于250 m时,应在圆曲线内侧加宽,每条车道加宽值见表1。

表1 圆曲线每条车道的加宽值 m

(2)直线电机轨道交通规定

轨道交通线路加宽主要为线间距加宽。线间距加宽有2种情况：曲线地段线间距加宽和道岔地段线间距加宽。

①曲线地段线间距加宽(表2)

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。

表2 曲线路段线间距加宽 mm

②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。

(3)小结

150 m的半径,《城规》中采用铰接车单车道加宽0.75 m,两个车道加宽1.5 m,《直规》中加宽值0.25 m；250 m半径,《城规》中采用铰接车加宽0.45 m,两个车道加宽0.9 m,《直规》中加宽值0.23 m,故圆曲线半径≤250 m时,采用《城规》值加宽满全满足远期升级需要。而半径在250～4 000 m,直线电机轨道交通加宽值在0～0.23 m,城市道路不需要加宽,但在限界一节有论述,高架BRT断面比直线电机轨道交通所需断面宽0.7 m,满足要求。

4.1.2 夹直线长度

(1)城市道路规定

《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”。

(2)直线电机轨道交通规定

《直规》规定：“第6.2.5条正线、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1个车辆的全轴距。车场线上的夹直线长度不得小于3 m”。

(3)小结

厦门BRT 1号线综合两者要求,相邻平曲线间夹直线的最小长度一般情况下采用《城规》值(同向曲线采用6V,360 m；反向曲线采用2V,120 m),但由于BRT线路在既有道路中心线上布设,受既有道路线型和拆迁影响,难以保证都满足6V和2V(V为车速，km/h),且《城规》明确对小于60 km/h地形条件困难的线路可不受此限制,故困难情况满足预留轨道交通要求20 m即可。

4.1.3 平面技术指标选取表

综合比较《城规》值和《直规》平面技术指标,结合厦门BRT 1号线实际,预留直线电机轨道交通条件的高架BRT平面技术标准选取见表3。

表3 预留直线电机轨道交通的BRT平面技术标准选取

4.2 纵断面技术指标

综合比较《城规》值和《直规》纵断面技术指标,结合厦门BRT 1号线实际,预留直线电机轨道交通条件的高架BRT纵断面技术标准选取见表4。

表4 预留直线电机轨道交通的厦门BRT 1号线纵断面技术标准选取

5 轨道

5.1 预留轨道对相关专业的要求

(1)高架段采用全超高,轨道结构高度按500 mm预留；地下线为明挖段,采用半超高,轨道结构高度按560 mm预留。

(2)桥梁专业应预留远期轨道的二期恒载,预留轻轨单线二期恒载为：直线地段18.27 kN/m(本数量仅考虑无砟轨道底座及以上的重力含钢轨、扣件、道床板、接触轨,未考虑桥梁连结处预埋连接底座钢筋和桥面保护层的重力)。

(3)对特殊减振地段,地下段轨道结构高度宜按750 mm预留。

5.2 预留轨道的施工

(1)破除既有沥青路面,高架地段采取在结构面后植钢筋的方法,保证结构与道床可靠性连结。

(2)短枕式整体道床采用“轨排法”施工,无缝线路的铺设采用直铺法,道岔铺设采用架轨法施工。

(3)钢轨焊接采用焊接效率高、节省焊轨基地的移动式接触焊接工法。

6 建筑

快速公交1号线预留了大部分轻轨车站条件,只需对快速公交1号线的车站进行适当的改造就可形成轻轨车站。

(1)车站为路中高架三层车站,采取下部架空的建筑形式确保城市地面公交通畅视线无阻,二层为站厅层,三层为站台层。

(2)站厅层设在路中二层,是集售票、检票、集散连接过街天桥和站台场所。站厅规模按一次设计到位考虑,长33.5 m,宽20 m左右,规模能满足远期轻轨客流的集散需要。闸机目前仅设4个进闸机和4个出闸机,同时预留远期轻轨增设闸机的空间。现阶段所需的设备管理用房均设在该层,仅考虑BRT的使用需要。

(3)站台层设在路中三层。近期按BRT车辆双车连发考虑站台长50 m,站台至桥面0.32 m；远期升级直线电机后,站台加长25 m(总长为75 m),站台加高后距轨顶0.88 m,同时预留有远期安装安全门的条件。

(4)远期站房

远期满足轻轨使用功能的设备管理用房暂考虑设在路侧地块内,管线通过天桥与路中车站主体连接。

7 高架结构

7.1 桥梁结构

7.1.1 桥梁结构设计标准

桥梁结构分别采用BRT车辆活载及直线电机B型车辆活载进行双重检算,并满足各自的设计规范,取最不利的情况来控制设计。

7.1.2 区间桥梁结构的处理

针对预留升级轨道交通条件,设计应综合考虑近、远期相结合,节约工程成本,将废弃量降低至最小。

(1)区间桥桥面预留

在箱梁顶板预埋承轨台与箱梁顶板的连接钢筋,以方便远期升级轨道交通时承轨台的铺设。

(2)防撞墙

在防撞墙内预埋管道,为远期升级轨道交通的智能、通讯等留足空间。

7.1.3 车站桥梁结构的处理

本线高架车站大多位于路中,结构形式为单柱墩大挑臂结构。大挑臂结构后期在长度、宽度等方面改造的成本高,施工风险及影响大,总体技术难度也很大,因此高架车站主体结构一次建成。现阶段的设计必须为将来轻轨阶段的设备、管线预留位置及通道,并考虑在主体结构上预埋必要的装修及管线等后期设施的预埋件。

针对客流量增加的需要,远期系统要进行升级改造,车站规模也需相应扩大,站台长度由近期的53.8 m加长至75 m。为此,对车站梁的设计也进行了相应的结构预留。

行车道部分则将近期桥面铺装的沥青混凝土及现浇混凝土调平层进行铲除,扶正箱梁表面预埋的承轨台钢筋,施工轻轨承轨台及铺设钢轨。

7.2 车站结构

车站结构预留措施如下。

(1)车站结构考虑由于升级为直线电机而尺寸变大的相关结构及设备的荷载。如楼梯、扶梯在升级为轻轨后均须加长。

(2)部分结构构件如高架车站站台雨棚,尽可能考虑轻轨所需要的净空尺寸。

8 车场

初、近期厦门新站设BRT车辆停车场及维修保养场1处,负责1号线及成功大道线部分BRT车辆的停放,并承担整个厦门地区BRT车辆的中修、大修任务。由于1号线远期客流增大,将改建为采用直线电机车辆的轨道交通模式,本设计将在原厦门新站BRT车辆停车场及维修保养场预留用地处新建车辆段与综合维修基地1处,负责1号线轻轨车辆的维修、日常保养和停放；将原第一码头站高架BRT停车场改建为1号线轻轨停车场,负责1号线部分轻轨车辆的停放,以方便早班发车。

9 供电系统

预留轨道交通的规模和技术标准按远期预测客流确定,选用直线电机车辆,车辆受流标称电压为直流750 V,三轨供电,四轨回流。线路技术标准、土建结构等满足直线电机系统要求,预留设备、管理用房面积,条件形成时升级为轨道交通系统。

改建为轨道交通线路时,将对线路进行改造,改造时将在BRT线路上铺设钢轨、安装直线电机感应板、铺设供电接触轨以及回流接触轨。同时将对车站进行改造,建设适合轨道交通功能需求的站台、附属用房及设备用房。

10 通信系统

厦门市BRT 1号线设专用通信系统,主要由传输系统、通信电源系统和通信线路组成,BRT升级为轻轨后,以上各子系统均纳入轨道交通通信系统,系统设备通过扩容、升级和整合后,可以全部利用。另需增设公务电话系统、无线通信系统、专用电话系统、时钟系统、信息网络系统、集中告警系统等子系统,需预留以上各子系统的设备用房和设备安装条件。

11 给排水与消防

第一码头停车场远期按轻轨站扩建后,给排水及消防设施基本可利用既有；厦门新站远期新建车辆段水源可利用维修保养站水源,在维修保养站污水处理场预留远期新建车辆段污水接入处理条件,远期新建车辆段消防设施按轨道交通消防设计原则进行。

12 控制中心

控制中心是对车辆运行、电力调度、车站设备管理、防灾报警、票务管理实行统一调度指挥的监控中心。并在非常情况下,也是对各类事件处理的指挥中心和全线所有相关运营管理信息的集散地和交换枢纽。

控制中心的设置应符合厦门城市总体规划和厦门交通路网规划,位置宜选择在城市干道、靠近BRT交通车站、接近监控管理对象的中心地带,方便与城市其他线网连接,并考虑与其他BRT交通线路的资源共享。

厦门BRT控制中心近期设在第一码头枢纽站,远期升级轨道交通后设在农科所枢纽站。

13 结语

厦门BRT自2008年8月31号正式通车运营来,其承载了大量运力,而建设费用较轨道交通低廉,工程预留远期升级轨道交通条件,受到广大市民和专家学者的好评。在我国虽规划有轨道交通,但近期财力和客流不适宜建设轨道交通的城市有很多,而把高架BRT作为轨道交通的过渡和客流培育,既避免和地面交通交织带来安全隐患,又不会建成轨道交通却没有足够客流,未尝不是一个新的选择。

[1]北京市市政设计研究院.CJJ37—90 城市道路设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1991.

[2]中华人民共和国建设部.建标104—2008,2008城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京：中国计划出版社，2008.

[3]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)1号线岛内段及联络线初步设计[Z].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司,2007.

[4]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[Z].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司,2007.

[5]厦门市城市规划设计研究院.厦门市快速公交(BRT)5条线路客流预测[Z].厦门：厦门市城市规划设计研究院，2008.

[6]张清峰.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[J].铁道勘察与设计，2009(6).