贵阳轨道交通1号线长大连续坡道及运营安全研究

何建枝

(中铁二院工程集团有限责任公司 成都 610031)

1 项目概况

根据贵阳市轨道交通线网规划和建设规划，1号线为贵阳市城市轨道交通骨干线。线路起于金阳新区西侧的下麦西，沿林城西路东行，高架过云潭路后转入地下，过行政中心站、会展中心站后线路上跨小湾河，沿210国道、景观大道敷设，在贵阳北站与大铁路实现换乘。线路出贵阳北站后沿小关水库西侧拐向北，于小关水库北端跨过小关峡谷，并于雅关村处中部设雅关站后向南至蛮坡设站，到老城区后经省政府沿中华路、遵义路南行，线路下穿火车站，经朝阳洞路、珠江路南下，上跨西南环线后达到1号线终点站场坝村站。线路平纵断面见图1。

线路全长33.60 km，共设车站23座(含换乘车站5座)，其中地下站18座，高架站5座。1号线于下麦西设金阳车辆段及综合基地，场坝村设小河停车场，在金阳大道站附近设控制中心1处，在朱家湾站及贵阳火车站附近各设主变电所1处。

1号线为大运量城市轨道交通线路，采用地铁制式B型车，最高运行速度80 km/h，初期、近期、远期均采用6辆编组，远期设计行车量为24对/h，系统规模按30对/h预留。

图1 1号线线路平纵断面

2 地形地貌

贵州省是国内“喀斯特”地貌最为集中的地区之一，贵阳市地处云贵高原，具有地势起伏大，主城区道路狭窄、人口居住高度集中等特点。贵阳市城市老城区位于群山之中的盆地之内，全市地形起伏较大，地质条件相对复杂，山地、丘陵占全市土地面积的88%。最高海拔1 762 m，最低海拔506 m，老城区、小河片区、新天片区、龙洞堡片区和花溪片区平均海拔在1 070～1 090 m，金阳新区、三桥马王庙片区、白云片区平均海拔在1 170～1 300 m。低纬度、高海拔、地形多样是贵阳地理的显著特征。由于受地形条件限制，城市只能以组团式布局扩展城市空间。贵阳城市地理环境特征见图2，各片区发展用地平均高程见图3。

图2 贵阳城市地理环境特征

图3 贵阳各片区发展用地平均高程

结合城市地形地貌、地质条件，轨道交通1号线线路选线、纵剖面设计难度大于一般平原城市轨道交通设计。1号线从金阳到主城区高差220 m，且主要集中在贵阳北站到扁井区间，该区间直线距离3.7 km，高差161 m，自然坡度达54‰，超过了直线电机车辆的爬坡能力，即使采用直线电机车辆也需要展线1 km多。1号线采用钢轮钢轨的B型车，线路设计需采用展线方式，展线模型示意见图4。

图4 展线模型

3 展线设计

线路从贵阳北站轨面海拔高度1 230 m到蛮坡站轨面海拔高度1 110 m，落差120 m，按B型地铁列车的爬坡能力无法直接下来，需要拉长线路克服落差，在黔灵山中兜一圈。在可研阶段，本区段纵坡采取贴着规范上限34‰的展线方案，从运营安全出发，专家评审建议做28‰展线方案。

结合现状地形条件和周边用地情况，按28‰展线方案，线路展线经过雅关片区，雅关村周围有大片待开发地块，规划性质大部分为居住用地，有少量的商业金融用地及文化娱乐用地，土地面积约为100 hm2(1 500亩)，土地开发价值极高，地块规划见图5。1号线出贵阳北站后线路经小关大桥后向北展线至雅关，于雅关村西侧跨过小关峡谷后设雅关站，通过合理的线路设计和车站设计，方便展线范围内居民出行和带动用地开发。

图5 雅关片区地块规划

展线至雅关的方案由于线路长度增加了2.2 km，坡度相对比较平缓，且无高桥长隧控制工程，后期的运营风险较小。

根据线路的优化，并结合贵阳市总体规划，增设雅关站。车站站位处于金阳新城与旧城之间大片林地区域，周边群山环抱，临近小关水库，自然环境条件十分优越。据贵阳市总体规划图，雅关区域为贵阳市未来城市的公共“绿心”之一，绿心附近地块亦配套规划有居住及其商业、文化配套用地(见图6)。当然，如何在此“绿心”规划建设一条“经济、环保、美观、高效”的高架轨道交通是非常重要的课题，也是贵阳轨道交通建设的特色。轨道在山中穿行，站外风景的引入，这是有别于其他城市的独有特色，同时也使设计面临新的挑战。

图6 雅关站构想

1号线设站于此，将彻底改变雅关区域交通不便的状况。轨道交通的快速、便捷、大运载能力，极易为雅关吸引来至新旧城的双向客流。交通的便捷也大幅提升雅关区域土地开发的可能性，站址附近为雅关村自然村落，迁建相对容易，土地整理后极具开发价值。按总体规划预计容积率1.6开发强度，总计320万m2建筑面积，能够解决至少3万户家庭的居住问题，发挥展线的经济效益，同时带动周边商业发展，解决就业问题，可谓一举多得。

4 运营安全

根据《地铁设计规范》，正线的最大坡度宜采用30‰，困难地段可采用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‰。贵阳轨道交通1号线采用34‰或28‰的线路最大纵坡都满足地铁规范的要求，但贵阳1号线从金阳新区的贵阳北站到老城区的北京路站10 km线路连续下坡，长大连续坡道段一旦遛车，如果不采取适当的安全防范措施，势能转换成动能，模拟计算速度超过110 km/h，存在巨大的安全隐患。

4.1 车辆适应性

列车在长大坡道上下坡时，需要施加制动力来限制列车运行速度。列车制动时所产生的能量通常由回馈电网、制动电阻吸收和车轮闸瓦摩擦吸收3种方式。当列车正常运行时，由3种方式分担制动产生的能量。紧急制动时，所有的制动能量需由车轮闸瓦摩擦来吸收，将引起车轮和闸瓦的温升。考虑到本线长大坡道的线路特点，根据安全运营需要，车辆上设置制动电阻，车站预留设置能量吸收装置的条件，下阶段进一步研究在车站或区间设置能量吸收装置的必要性。空气制动有闸瓦制动系统和轮盘制动系统两种形式，轮盘制动系统的热容量要优于闸瓦制动系统。

车辆应综合考虑制动系统的可靠性，充分发挥再生制动、电阻制动的效能，车辆基础制动系统应采用轮盘制动。这样多管齐下，从源头上、主动防护上把安全措施做够，基本没有发生遛车的可能性。另外，为防止工程车遛车，也增设ATP装置。

4.2 行车组织与运营安全保障

为保证长大坡道上的列车运营安全，同时考虑到上、下行两个方向均能使用，结合工程实施条件，在全线坡道最大的末端站——雅关站东端的两条正线之间设置一条安全线，配线方案如图7所示。

图7 雅关站配线示意

停车线的坡度与贵阳北站—雅关站的坡度是反向的，形成V字型坡道，纵断面如图8所示。

图8 长大坡道区段纵断面示意

4.3 信号系统安全保障

如图9所示，在雅关站站后设置安全线，平时1#道岔的开向安全线，将经道岔侧向进入安全线的区段作为列车进站的保护区段。当由贵阳北站方向行驶来的列车运行至雅关站停车，在信号系统判断相关条件(列车速度为0等条件)满足后，在列车停站时间内解锁1#道岔，再将1#道岔转换至反位，办理至下一个区间的进路。这样列车失控运行至雅关站站后的安全线，不会继续溜向下一区间。

图9 雅关站站后设置安全线

4.4 大坡道挡车器设计

《地铁设计规范》对挡车器提出了正线挡车器设计撞击速度15 km/h的要求。若正线末端为高架桥、重要建筑物或人流密集区域，则应考虑提高额定撞击速度标准，如广州地铁3号线、5号线，正线高架桥末端挡车器额定撞击速度均采用了25 km/h。因此，本线安全线考虑在列车自动控制局部失控、在实施人工控制后列车剩余速度提高到25 km/h撞击挡车器，推荐采用制动能力优良的滑移式液压缓冲挡车器(见图10)。另外，为进一步确保安全，在线路的终端加装与滑移式液压缓冲挡车器配套使用的固定式挡车器，以确保行车安全。预留挡车器滑移长度30 m。

4.5 防灾救援措施

轨道交通是个系统工程，为确保运营安全，针对长度坡度隧道区间特点，从机电方面要做好防灾救援系统的方案。

10 滑移式液压缓冲挡车器及固定式挡车器

1)防排烟系统为避免线路大坡度所形成的“烟囱效应”，采用“隧道高点排烟、隧道低点送风”的通风运行模式。

2)采用设置纵向疏散平台的侧门疏散和救援方式，疏散与救援原则按邻侧区间疏散、低点车站救援执行。

3)结合长区间的特点，优化相应的防灾广播、消防报警装置、应急照明、区间消火栓、通信火灾定位等措施。

5 结语

针对贵阳喀斯特地貌地区线路的大落差特点，从线路方案、车辆、系统配置、客流吸引、土地利用等方面综合考虑，1号线采用28‰限坡雅关设站方案。立足于线路设计、车辆制动系统配置等主动安全措施，同时采取安全线、信号系统、车档等被动安全措施，确保在连续长大坡道段的运营安全。另外，在线路投入运营前，做好长大连续坡道运营各种预案，从管理制度、人员培训、维修维护等方面对该段线路进行有针对性的布置，认真做到思想上重视、制度上有保障。

［1］GB 50157―2003地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003:21-26.

［2］建标104-2008城市轨道交通工程项目建设标准［S］.北京:中国计划出版社，2008:7-22.

［3］GB/T 50438—2007地铁运营安全评价标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2007:5-25.

［4］何建枝，张海波，王刚，等.贵阳轨道交通1号线工程可行性研究报告［R］.成都，2010:63-75.

［5］姜传治，张学军.山地城市轨道交通线路选线有关问题探讨［J］.城市轨道交通研究，2010(12):15-21.