广州地铁4号线直线电机车车辆段设计特点

李 强

(中铁二院工程集团有限责任公司，610031，成都∥高级工程师)

直线电机运载系统是国外20世纪80年代发展起来的一种城市轨道交通运载系统。目前，我国各大城市的轨道交通线路普遍采用传统的轮轨车辆，仅广州地铁4号线、5号线和北京机场线采用直线电机运载系统。其中广州地铁4号线是国内首个建成的直线电机运载系统地铁线路，在直线电机运载系统设计方面进行了诸多探索。

1 广州地铁4号线新造车辆段设计概况

广州地铁4号线北起科学城东，南至南沙，全长68.96 km，是联接广州市东部经济开发区与南沙的轨道交通干线。其中，大学城专线段工程为地铁4号线首期工程，设置5座车站，1座车辆段，1座主变电站，1座后备控制中心。广州地铁4号线大学城专线段于2005年12月开通运营，是我国首次采用直线电机运载系统的城市轨道交通线路。

4号线新造车辆段位于番禺区新造镇曾边村蔡盒岗，承担4号线车辆运用(运营)、停放、维护，以及定修和以下修程检修任务，并设维修中心和物资总库，承担地铁4号线土建设施与机电设备维护，以及物资存储任务。其设计规模为定修1列位、临修1列位、检查4列位、停车30列位。段内房屋由综合楼、运用(运营)库、综合库三大建筑组成，总建筑面积为61 209 m2。

2 直线电机车辆检修修程的确定

目前，国内A型车、B型车等地铁车辆的运用检修已相对成熟，也有明确的车辆检修制度。GB 50157—2003《地铁设计规范》第 22.2.3 条对于车辆检修修程的规定见表1。

表1 车辆日常维修和定期检修周期

根据表1，目前轮轨车辆的检修周期主要分为厂修、架修、定修、月检、列检等5级修程。这是基于国内A、B型地铁车辆的结构特点而制定的。

直线电机车辆没有旋转电机和齿轮箱等传动装置，车辆结构简单，其非粘着驱动特性使得车轮和钢轨的磨耗少，因此车辆系统维修量减少，车辆检修周期加长。如果仍然按照《地铁设计规范》制定的车辆检修周期计算直线电机车辆检修规模，势必造成车辆段设计规模偏大，无法发挥直线电机车辆的优越性。

目前，国外直线电机车辆应用较多的国家主要是加拿大和日本。加拿大温哥华空中列车车辆检修周期和内容见表2。日本大阪长堀鹤见绿地线车辆检修周期见表3。

表2 加拿大温哥华空中列车车辆检修周期和内容

表3 日本大阪长堀鹤见绿地线车辆检修周期

综合分析国内外地铁车辆检修修程，并与国外咨询公司和车辆供货商交流沟通后，在广州地铁4号线新造车辆段工艺设计中大胆突破了《地铁设计规范》的车辆修程规定，通过简化修程，延长检修周期，创造性地制定了国内第一个直线电机运载系统车辆的设计检修修程。该修程实行大修、架修、定修、检查2、检查1共5级修程，检修周期比普通轮轨车辆有所延长;与同等运量的旋转电机车辆段相比，车辆段检修规模约减少25%，有效控制了地铁车辆段的设计规模。直线电机车辆与旋转电机车辆检修周期对照表见表4。

表4 普通旋转电机车辆与直线电机(L型)车辆修程对照表

3 直线电机车辆段总平面布置

目前，国内普通旋转电机地铁车辆段段内线路普遍采用150 m曲线半径和7号道岔，占地面积较大，定修车辆段占地指标一般为900 m2/辆。新造车辆段地处广州大学城远期发展区域，规划用地控制在15 hm2，如采用普通旋转电机车辆段占地标准，车辆段用地将远超出规划用地范围。

为克服这些设计难点，新造车辆段总平面布置充分利用直线电机车辆转弯半径小的技术优势，段内线路首次采用国内最小的5号单开道岔。由于5号道岔的导曲线半径较小，采用直线辙岔时，导曲线半径只能达到65 m，故段内采用了65 m的最小曲线半径，大大缩短了咽喉区长度，减少了咽喉区占地面积，车辆段占地指标仅为623 m2/辆。与普通旋转电机地铁车辆段相比，新造车辆段段内占地面积减少了约30%，节约了宝贵的土地资源。目前，该车辆段内地铁车辆通过情况良好。但由于5号道岔导曲线半径较小，工程车通过时道岔状态不易保持，钢轨磨耗较大，导致养护工作量较大。因此，在有条件的情况下，直线电机地铁车辆段可采用6号道岔，最小曲线半径为110 m。新造车辆段咽喉区布置见图1。

图1 新造车辆段咽喉区布置

新造车辆段总平面布置见图2。车辆段位于新造站——石碁站的区间中部，其出入段线采用“八”字型接轨。其中，入段线为地下线，出段线为高架线。出入段均按双进路设计，能力较大，且减少了接发车间的相互干扰，使用较为灵活;出入段线兼做列车调头线，解决了广州轨道交通线网车辆偏磨调头问题。

在段内房屋布置上，放弃了目前国内地铁车辆段普遍采用的按使用功能分散布置房屋的做法，采用了国际通用的房屋“大集中”方式。全段仅以运用(运营)库、综合库及综合楼3幢主要建筑为主体进行总平面布置，从而减少了占地面积，提高了土地利用率。

停车棚与检查库合并设置贯通式车库，列车可从两端出入库，作业灵活、方便。洗车机与走行线平行布置在两个咽喉区之间，洗车能力大，工艺流程顺畅，不影响前后咽喉区的作业。试车线布置在车辆段东侧边缘，列车从后端咽喉区出入试车线，对调车作业影响较小。调机库、工程车库及材料总库集中设置在车辆段后端，便于工程车辆的管理及工程材料的装卸，工程车出入段作业也很顺畅。

图2 新造车辆段总平面布置图

4 直线电机车辆段厂房组合

4.1 根据不同工艺流程和作业性质进行厂房组合

厂房组合设计是车辆段工艺设计的核心。考虑到直线电机车辆结构简单，检修工作量小，为适应车辆状态修、在线修的发展趋势，厂房组合设计重点强化了车辆检查作业设施的配置，按运用(运营)库和综合库两大类厂房分别进行。

运用(运营)库长264 m，宽86 m，由停车棚、检查库、定修库、镟轮库等组成，设30个停车列位，4个检查列位，2个定修列位。运用(运营)库设置在段中部，为贯通式布置，采用大跨度钢网架屋面结构。新造车辆段运用(运营)库厂房组合见图3。

综合库长96 m，宽102 m，由临修库、静调库、调机库、工程车库、材料库等组合而成。根据直线电机车辆的结构特点，工艺设计简化了电机部分检修作业，重点设置电子器件、空调等关键部件的检修车间，适应了直线电机车辆检修作业的趋势。

图3 新造车辆段运用库厂房组合

4.2 根据直线电机车辆特点优化检查坑数量

目前，国内旋转电机地铁车辆段停车列检库内股道多按整体道床设计，并在列检列位设置检查坑用于车辆列检作业，土建投资较大。在新造车辆段工艺设计中，设计人员根据直线电机车辆结构相对简单、故障自诊断系统完善的特点，学习国外先进的车辆检修理念，弱化传统列检作业内容，强化了检查1、检查2两级作业，将车辆走行部检查作业全部集中在检查库，列检作业仅考虑列车的日常功能性检查而无需设置检查坑，库内股道全部采用碎石道床。此项设计减少检查坑1 170 m，节省土建工程投资约1 200万元。新造车辆段库内停车列位见图4。

图4 新造车辆段库内停车列位

5 直线电机车辆段感应板敷设特点

5.1 检查库内设置局部感应板

直线电机车辆依靠车上直线电机与轨道上感应板相互作用产生的电磁力运行，故感应板的设计是车辆段设计的重要内容。检查库内的检查坑对感应板的设置构成了限制，如何解决库内车辆走行是直线电机车辆段遇到的新问题。

根据调研，马来西亚吉隆坡格兰那再也线直线电机车辆段检查库内不设感应板，采用人工方式推送车辆入库，作业既不方便，也存在安全隐患。借鉴日本的经验，结合现场作业情况，新造车辆段采用了在检查库高架检查坑内设局部感应板的方案。设置原则是:车辆在库内任何位置均可起动，并综合考虑列车在任意位置的牵引力值及车辆下部检查作业空间大小等因素。对局部感应板的设置位置、长度进行多方案研究，经系统计算，最终确定了库内局部感应板的安装位置和设置长度:库内平均每股道设5块感应板，感应板长度18～25 m;利用钢支座将感应板安装在高架检查坑内，以调整好的钢轨为基准进行感应板安装，严格保证感应板的安装精度。

检查坑内安装局部感应板，列车可直接入库进行检查作业，作业完成后可在库内任何位置起动出库，使检查作业方便安全，效率大大提高。新造车辆段库内局部感应板布置见图5。

图5 新造车辆段库内局部感应板布置

5.2 配置感应板检查专用工装设备

(1)针对直线电机(LIM)，采用了LIM的气隙检测、气隙调整，以及LIM的拆装工艺，配置了相应的设备及设施。

(2)针对径向转向架，在设计检修工艺时重点考虑了一系悬挂垂直和横向刚度的测量，摇枕及其附属机构的检修，带有制动盘的外置车轮的镟轮，带有制动盘、车轴轴承、外置车轮的拆卸与压装等问题。

(3)为适应直线电机车辆地板面较低的特点，将所有检查坑的深度加深200 mm，以满足检查作业要求。

(4)在国内首次采用了直线电机车辆在线间隙检测系统。检测探头布置在段内走行线和检查库线上，当列车在段内低速通过时，检测系统通过激光检测，可显示通过列车的所有直线电机的最小气隙值，并按设定的直线电机最小气隙数值实现故障或超限的预警、报警，有效保证直线电机列车运行安全。

［1］庞绍煌，高伟.广州地铁4号线直线电机车辆［J］.都市快轨交通，2006，19(1):77.

［2］张庆.广州地铁4号线直线电机轨道系统的设计特点［J］.铁道标准设计，2006(增刊):147.

［3］范瑜，李文球，杨中平，等.国外直线电机轮轨交通［M］.北京:中国科学技术出版社，2010.

［4］魏庆朝，蔡昌俊，龙许友.直线电机轮轨交通概述［M］.北京:中国科学技术出版社，2010.

［5］劳建江.广州地铁4号线直线电机车辆柔性转向架［J］.电力机车与城轨车辆，2008，31(4):44.