现代有轨电车主要线路技术条件

王风云

(北京市轨道交通设计研究院有限公司　北京　100089)



现代有轨电车主要线路技术条件

王风云

(北京市轨道交通设计研究院有限公司北京100089)

对现代有轨电车、传统有轨电车以及轻轨的区别进行分析，给出现代有轨电车的定义。结合国内外现代有轨电车线路技术条件的现状，对现代有轨电车的主要线路平面技术条件(如最小曲线半径、车站间距、曲线车站最小曲线半径等)以及主要线路纵断面技术条件(如最大坡度、竖曲线、最短坡段长度等)进行研究。提出现代有轨电车的各项主要线路技术条件的具体取值或者计算方法。

现代有轨电车；传统有轨电车；轻轨；线路；技术条件

1　现代有轨电车概念

1.1与传统有轨电车的区别

现代有轨电车是在传统有轨电车的基础上发展起来的一种新型轨道交通模式，与传统有轨电车相比，现代有轨电车具有以下特点。

1) 采用了新型的车辆。相比传统有轨电车，现代有轨电车采用了模块化、低地板、铰接的现代化车辆，增加了运量,提高了速度及乘车舒适性。

2) 拥有更高的路权。相比传统有轨电车，现代有轨电车可以采用独立或者半独立路权，在条件允许的情况下，还可以享受路口优先，极大地提高了运行速度和服务水平。

3) 更好的景观效果。现代有轨电车采用流线型设计、绿化道床及低地板车辆，构成了现代都市一道亮丽的风景线，其景观效果要比传统有轨电车更好。

1.2与轻轨的区别

在CJJ/T 114—2007《城 市公共交通分类标准》(以下简称《标准》)中,将城市轨道交通分为地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和市域快速轨道系统[1],其中,轻轨系统与有轨电车系统是比较容易混淆的。《标准》中没有给出两者的明确定义，只是对两者的特征进行了描述，如表1所示。

表1　有轨电车及轻轨系统特征

从表1可以看出，相比轻轨系统而言，有轨电车的速度和运量更低，且以地面交通为主。

从国外的情况来看，一些主要的权威机构，如国际公共交通联合会(UITP)、美国公共交通协会(APTA)及欧洲交通运输部长会议(ECMT)等，都没有给出现代有轨电车的明确定义，但是基本上都将现代有轨电车视为轻轨的一种形式，APTA甚至认为轻轨就可以叫做有轨电车。

1.3现代有轨电车的定义

现代有轨电车的概念目前没有统一的规定，国外大多认为现代有轨电车是轻轨的一种形式，而国内通常把轻轨定义得比较高端。因此，为了显示现代有轨电车与轻轨及传统有轨电车的区别，笔者将“现代有轨电车”定义为是一种采用模块化的现代有轨电车车辆、具有多种路权方式、与地面交通方式以平交为主的中低运量的城市轨道交通系统。

2　现代有轨电车线路技术条件现状

2.1国内现状

目前国内已建成并运营现代有轨电车线路的城市有大连、沈阳浑南新区、苏州高新区等。另外，尚有北京、珠海等城市正在规划建设中。

从目前的状况来看，由于我国的现代有轨电车建设尚处于起步阶段，没有统一的规范标准，各地基本上都是各自为战，设计标准都各不相同。以苏州高新区有轨电车1号线和北京西郊线为例，两线线路设计标准存在较大差异，如表2所示[2-3]。

表2　有轨电车线路标准比较

技术标准的不一致给设备购置、工程建设带来诸多的问题。

2.2国外现状

在国外尤其是在欧洲，有轨电车历史比较悠久，现代有轨电车很多是在既有的有轨电车基础上发展而来的，因此其技术标准往往偏低。例如平面曲线半径，国内一般在100 m或150 m以上，非常困难的条件下才会到30 m，而对于欧洲有轨电车项目，30 m是作为正线正常的最小曲线半径，在困难情况甚至可以达到15～20 m。

不同的国情和发展阶段决定了我国不能完全套用国外的有轨电车标准，而目前国内又没有完善和统一的规范标准：因此，有必要对现代有轨电车的技术标准、技术条件进行研究，以促进我国现代有轨电车的建设发展。

3　线路平面条件

3.1最小曲线半径

现代有轨电车最小曲线半径的选取主要受车辆构造允许的最小转弯半径、行车速度以及道路条件影响。

3.1.1车辆构造允许的最小曲线半径

现代有轨电车主流产品都采取了模块化设计，集成度较高。目前世界上广泛使用的现代有轨电车主要有加拿大庞巴迪(Bombardier)公司的FLEXITY系列、法国阿尔斯通(Alstom)公司的Citadis系列以及德国西门子(Siemens)公司的Avenio系列,其性能参数如表3所示[4]。

表3　目前现代有轨电车主流产品的性能参数

由表3可以看出，目前主流的现代有轨电车车辆构造允许的最小转弯半径为15～30 m。

3.1.2行车速度允许的最小曲线半径

1) 计算公式。车辆在通过曲线时将产生一定的离心加速度，为了维持车辆的平衡，需要给车辆提供相应的向心加速度。在轨道交通里一般设置外轨超高，使得车辆的重力加速度产生一个水平分量来平衡车辆的离心加速度，如图1所示[5]。

图1　车辆离心和向心加速度

根据受力平衡分析[6]可以推导出

(1)

式中：Rmin为最小曲线半径,m;hmax为最大超高,mm;hqy为允许欠超高,mm;v为行车速度,km/h。

可以看出，行车速度v一定时，最小曲线半径Rmin由最大超高hmax和允许欠超高hqy的取值决定。

2) 参数取值。当超高值过大时，列车在曲线上低速行驶或者临时停车就会有向内倾覆的危险。因此，为了保证行车安全，需要设定最大超高。根据我国铁道科学院的试验研究，当列车停在实设超高hmax=200 mm 的曲线上时，部分旅客感到站立不稳，行走困难，并有头晕感觉。因此，建议最大超高hmax不宜超过180 mm[6]。在实际运营中，我国铁路和地铁根据长期运营实践，分别采用了150 mm和120 mm的最大超高[7-8]。现代有轨电车由于运行速度较低，且无实际运营经验，建议最大超高与地铁保持一致，即hmax=120 mm。

当列车在以高于设计速度设置超高的曲线上行驶时，将会产生未被平衡的离心加速度α，即欠超高hqy。欠超高过大时，对列车通过曲线的安全性、舒适性和轨道横向稳定性都会造成影响，故应对欠超高hqy加以限制。根据国内铁路相关试验结果，未被平衡的离心加速度α、欠超高hqy与乘客舒适度的关系见表4[7]。

表4　乘客对不同α值或hqy的反应

在实际运营中，根据长期运营实践，我国铁路采用的欠超高值一般为70 mm,困难时为90 mm,既有线改造为110 mm,地铁采用的欠超高值为60 mm[8]。

由式(1)可以看出，在速度v一定的情况下，允许的未被平衡的离心加速度越大，可使用的曲线半径就越小，线路条件越灵活，但是乘客舒适度就越低。现代有轨电车由于大部分为地面线路，且采用了低地板的新型车辆，舒适程度比较高，相比地铁可以承受更高的未被平衡的离心加速度。因此，建议适当提高现代有轨电车允许的未被平衡的离心加速度值，一般取α=0.5 m/s2(hqy=80 mm)，困难条件下取α=0.7 m/s2(hqy=110 mm)。

3) 计算结果。将以上参数取值代入式(1)中计算可得：一般情况下Rmin=0.059v2,困难条件下Rmin=0.051v2;

以设计时速v=70 km/h计算，一般情况下Rmin=300 m，困难条件下Rmin=250 m;

以设计时速v=50 km/h计算，一般情况下Rmin=150 m，困难条件下Rmin=130 m。

3.1.3道路条件允许的最小曲线半径

现代有轨电车的最小曲线半径还受城市道路条件限制，CJJ37—2012《城市道路工程设计规范》对城市道路最小曲线半径的规定如表5所示[9]。

表5　城市道路最小曲线半径

由表5可以看出，城市道路的最小曲线半径是可以满足同等速度条件下的现代有轨电车曲线半径要求的。

此外，在通过十字路口时，过大的曲线半径会严重影响路口的道路交通，并造成大量的拆迁。我国一般的十字形交叉口路缘石的最小半径为：主干道20～25 m；次干道10～15 m；支路6～9 m。目前主流的现代有轨电车车辆构造允许的最小曲线半径为15～30 m。根据不同的道路等级和路面宽度，可采取合适的横断面布置形式和路口信号控制模式，这种最小转弯半径可适用于大部分主干道和次干道。因此，在通过十字路口时，最小曲线半径宜采用车辆构造允许的最小曲线半径，以减少对路口交通的影响、路口改造工程量及拆迁量。

3.1.4结论

综上所述，现代有轨电车的最小曲线半径一般情况下要满足行车速度的要求，即R≥0.059v2,困难条件下R≥0.051v2。

在特殊困难情况下(如通过十字路口)，可采用现代有轨电车车辆允许的最小转弯半径作为最小曲线半径。根据所采用的车型可选择15～30 m。

3.2车站间距

现代有轨电车的车站应根据所在位置周围的环境条件及城市规划部门对车站布局的要求，在主要客流集散点如商业网点、公交站点、风景园林区出入口等场所，因地制宜进行合理布置。

考虑到交叉口处的道路一般都有增加进口道、加宽交叉口等既有措施，因而无需拓宽或者少拓宽交叉口即可满足车站的道路用地，同时乘客利用交叉口行人过街设施即可到达、离开车站。因此，车站应尽可能布置于交叉路口附近，以减少道路拓宽，并充分利用交叉口行人过街设施，方便各方向乘客乘坐。

车站之间的距离选定应根据具体情况确定，站间距太短虽然能方便乘客，但是会降低运营速度，增加乘客旅行时耗，并增大能耗,同时，由于多设车站也增加了工程投资和运营成本。站间距若太长，会使乘客感到不便，降低对客流的吸引程度。现代有轨电车的运营速度介于地铁和公共汽车之间。根据GB 50157—2003《地铁设计规范》规定：地铁车站间距一般在城市中心区和居民稠密地区宜为1 km左右，而根据CJJ 15—87《城市公共交通站、场、厂设计规范》规定：城市公共电、汽车中途站平均站距宜在500～600 m[10]。在采用混行路权时，现代有轨电车的运营更趋向于公交化，因此可在CJJ 15—87《城市公共交通站、场、厂设计规范》要求的基础上适当提高，车站间距宜在500～700 m；而采用专用路权时，现代有轨电车的运营速度相对较快，应适当增大站间距，宜在700～1 000 m。

4　线路纵断面条件

4.1最大坡度

现代有轨电车线路的最大纵坡主要受车辆爬坡性能和城市道路条件影响。

1) 车辆爬坡性能。从表3可以看出目前现代有轨电车主流产品的最大爬坡基本上在50‰～80‰之间。

2) 城市道路条件。我国的城市道路条件根据CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》的要求，城市道路机动车车行道最大纵坡度推荐值与限制值如表6所示[9]。

表6　城市道路最大纵坡度

此外，积雪或冰冻地区的快速路最大纵坡不应大于3.5%，其他等级道路最大纵坡不应大于6.0%。

3) 结论。有轨电车一般以地面线形式敷设于城市道路上，线路最大纵坡由其所采用的车辆爬坡性能和敷设的城市道路纵坡决定。从以上分析可以看出，大部分现代有轨电车的车辆最大纵坡在50‰～80‰之间，而我国城市道路的最大纵坡推荐值均在80‰以下:因此，在已建成的城市道路上修建现代有轨电车线路时，可根据城市道路的实际情况选择车辆。按照城市道路的既有坡度敷设线路即可满足要求，最大坡度不超过80‰；在积雪或冰冻地区的最大纵坡不超过60‰；在准备新建或者规划的城市道路上修建现代有轨电车时，考虑到大部分现代有轨电车的车辆最大纵坡在50‰～80‰，为了能适应大多数车辆的性能，建议最大坡度不超过50‰。

综上所述，建议现代有轨电车线路最大坡度为50‰，困难条件下不超过60‰，特殊困难条件下，例如既有道路改造代价巨大且车辆性能允许的情况下，可采用不超过80‰的坡度，但需考虑与本城市其他线路车辆类型相配套问题。

4.2竖曲线

4.2.1竖曲线线型

为了缓和变坡点坡度的急剧变化，使车辆通过变坡点时产生的附加加速度不超过允许值，相邻坡度差大于一定数值时，应该在变坡点处设置竖曲线。

常用的竖曲线有两种线型。一种是抛物线型，即用一定坡率的20 m短坡段连接起来的竖曲线；另外一种是圆弧形竖曲线。因圆弧形曲线测设、养护方便，目前国内外铁路、地铁均采用了这种竖曲线形式。因此，建议现代有轨电车也采用圆弧形竖曲线。

4.2.2竖曲线半径

参照GB 50157—2003《地铁设计规范》，车辆通过变坡点时产生的竖向加速度ay、竖曲线半径Ry与行车速度v的关系[6]为

(5)

从式(5)可以看出，在速度v一定的情况下，竖向加速度ay越大，可采用的竖曲线半径就越小，线路条件越灵活，但是乘客的舒适度就越低。

对于竖向加速度ay的取值，GB 50157—2003《地铁设计规范》中规定：在正线取值范围为0.1～0.154 m/s2，困难条件下为0.17～0.26 m/s2。而对于现代有轨电车目前国内尚无更多的经验值可借鉴，参照北京西郊线的建设经验，竖向加速度ay一般情况下取0.154 m/s2，困难情况下取0.24 m/s2，经计算可得:当v=50 km/h时,Ry≥1 200 m，困难条件下Ry≥800 m；当v=70 km/h时,Ry≥2 500 m，困难条件下Ry≥1 600 m。

4.2.3道路条件

现代有轨电车的竖曲线设置还受城市道路条件限制，CJJ37—2012《城市道路工程设计规范》对城市道路最小竖曲线半径的规定如表7所示[9]。

表7　城市道路最小竖曲线半径

由表可以看出，城市道路的最小竖曲线半径是可以满足同等速度条件下的现代有轨电车竖曲线半径要求的。

4.2.4结论

现代有轨电车在坡度发生变化处采用圆弧形竖曲线连接相邻坡段，最小竖曲线半径Ry可由式(5)计算得出。ay一般情况下取0.154 m/s2，困难情况下取0.24 m/s2。

4.3最短坡段长度

列车通过变坡点时要产生附加力和附加加速度，从行车平稳考虑，宜设计较长的坡段，但是为了适应线路高程的变化，坡段长度也不能太长，否则容易发生较大的工程量，给施工带来困难。因此，应综合考虑两者的影响来确定最短坡段长度。

GB 50157—2003《地铁设计规范》指出，为了保证行车平稳，线路最小坡段长度应不小于远期列车长度，这样可以使一列车范围内只有一个变坡点，避免变坡点附加力的叠加和附加力的频繁变化对行车平稳造成的不利影响。

现代有轨电车车辆为模块化铰接车辆，单列车辆全长较短，一般不超过40 m，两列连挂长度一般也不超过70 m:因此，建议现代有轨电车一般情况下，线路最短坡段长度不小于远期列车长度，可以使整列车范围内只有一个变坡点，避免变坡点附加力的叠加和附加力的频繁变化，以保证行车的平稳。另外,坡段长度还应满足竖曲线既不相互重叠又能相隔一定间距的要求，这样有利于列车运行和线路维修养护。

5　结语

现代有轨电车作为一种清洁环保、快捷舒适的公共交通方式，必将拥有广泛的应用前景。笔者对现代有轨电车主要线路条件进行了分析，为今后进行类似的研究提供了借鉴。

[1] CJJ/T 114—2007 城市公共交通分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]上海市城市建设设计研究院.苏州高新区有轨电车1号线工程可行性研究报告[R].苏州,2011.

[3] 法国SYSTRA(上海)公司.北京现代有轨电车西郊线工程可行性研究重点技术审查咨询报告[R].北京，2009.

[4] 北京市基础设施投资有限公司.现代有轨电车系统研究与实践[R].北京,2011.

[5] 易思蓉.铁路选线设计[M].成都:西南交通大学出版社,2005.

[6] GB 50157—2003 地铁设计规范[S].北京: 中国计划出版社, 2003.

[7] 北京市市政工程设计研究总院.北京新机场快线轨道系统研究报告[R].北京，2013.

[8] GB 50090—2006铁路线路设计规范[S].北京:中国计划出版社，2006.

[9] CJJ 37—2012 城市道路工程设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[10] CJJ 15—87城市公共交通站、场、厂设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1988.

(编辑：王艳菊)

Technological Conditions of Main Lines of Modern Tram

Wang Fengyun

(Beijing Rail and Transit Design & Research Institute Co., Ltd., Beijing 100089)

This paper analyzes the differences among modern tram, traditional tram and light rail and puts forward the definition of modern tram. By reviewing the present conditions of technology adopted by main lines of domestic and foreign modern tram, we studied condition of the planar technology, such as minimum radius of curve, station distance, and minimum radius of curve of station, and that of the vertical technology, such as maximum gradient, vertical curve and the shortest slope length in modern tram. Specific value or calculation method of the technological conditions of main lines was put forward.

modern tram; traditional tram; light rail; line; technology conditions

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.01.017

2014-01-17

2014-03-05

王风云，男，工程师，从事轨道交通线路设计与研究，18935577@qq.com

U482.1

A

1672-6073(2015)01-0072-05