悬挂式单轨旅游观光线路主要技术标准研究

欧成章 李晓飞

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

1 研究背景

悬挂式单轨交通系统的发展已逐渐成熟，该系统具有占地少、适应性强、投资少、工期短等突出优点，特别适合用于中小城市交通干线、大城市交通接驳线及旅游景区观光线路[1]。

目前，国内已建成多条悬挂式单轨试验线(均为车辆厂内试验线路)，尚无商业运营经验积累及成熟的技术标准体系。许多学者进行了相关研究：黄华玮对悬挂式单轨交通的最小曲线半径及曲线限速值进行了研究[2]；王建才基于倾斜时变率并借鉴轨道交通的理论，推导了悬挂式单轨缓和曲线长度计算公式[3]；李涛等通过理论计算，明确了线路标准的相关参数[4]；郭臣以最大倾斜角度6.5°、最高行驶速度50 km/h的悬挂式单轨车辆为例，对悬挂式单轨交通线路的技术标准进行了研究[5]。这些研究或采用理论分析、或参照传统轨道交通的经验，均取得了一定的成果，但没有结合旅游观光线路低速、高舒适性等要求，以及轨道梁的设计、制造和安装等因素进行综合研究。因此，开展悬挂式单轨旅游观光线路技术标准的分析和研究很有必要。

基于湖北恩施青云崖旅游观光线工程实践，结合我国中唐新能源空铁试验线、开封空铁示范段、中铁科工江夏试验线等悬挂式单轨试验线的经验，分析研究悬挂式单轨旅游观光线路主要技术标准的选取原则。

2 工程概况

湖北恩施青云崖度假区旅游观光线采用悬挂式单轨的形式，串联鹰嘴崖、向家山绝壁、悬壁酒店、神掌峰等景点。沿线地形、地物复杂，部分线路沿悬崖峭壁布设。线路正线全长2.1 km，均为高架线；设车站3座，车辆段1座。

3 线路平面主要技术标准

3.1 最小曲线半径

悬挂式单轨交通将车体悬挂于轨道梁下方，通过悬挂构件连接转向架和车体。车辆通过曲线时，离心力使车体产生倾斜，当倾斜到一定程度，限位止挡将限制车体继续倾斜，此时车体达到最大倾斜角。如通过速度继续增加，则离心力无法被车体地板反力的水平分量所平衡，未被平衡的离心加速度易使乘客感觉不适。

根据受力分析，曲线最小半径主要受列车最高运行速度、未被平衡的离心加速度及车体最大允许倾角控制。

(1)列车最高运行速度

目前，国内外尚无用于观光游览的悬挂式单轨商业运营线路，也无类似规范、案例可参考。基于旅游观光线路的功能定位，为使乘客拥有充裕的观景时间和丰富的观景体验，结合沿线地形、地物等条件，列车最高运行速度暂定为30 km/h，限速25 km/h运行。

(2)未被平衡的离心加速度

未被平衡的离心加速度对乘客舒适度的影响试验表明，速度在0.4～0.8 m/s2之间不会造成乘客不适。

本线为旅游观光线路，采用透明车体，且距地面较高，在一定程度上将加剧乘客的不适感觉。根据大唐试验线[6]、开封试验线[7]的设计经验及乘坐体验，确定未被平衡的离心加速度限值为小于0.4 m/s2。

(3)车体最大允许倾角

列车运行导向轨道的轨道梁一般采用钢结构，在缓和曲线段设置超高将造成轨道梁的制造、焊接过于复杂。根据车辆厂提供的车辆资料，悬挂式单轨列车最大允许倾角为6°(倾角6°相当于轮轨系统设置超高158 mm，已大于地铁的最大超高值120 mm)，故悬挂式轨道梁不再考虑设置超高。

根据对悬挂式单轨列车的受力分析，可得其通过曲线时的速度-半径关系

(1)

式中R——线路曲线半径/m；

g——重力加速度/(9.8 m/s2)；

ν1——列车纵向通过速度/(m/s)；

ν2——列车纵向通过速度/(km/h)；

αy未——未被平衡的离心加速度/(m/s2)；

αmax——车体横向偏移的最大倾角/(°)。

根据对最小曲线半径影响因素的分析，结合本线列车最高运行速度、未被平衡的离心加速度、车体最大倾角，确定线路正线最小曲线半径为50 m。

3.2 缓和曲线设置

为保持列车曲线运行的平稳性，在曲线与直线之间设置缓和曲线，以承担曲率半径、轨道超高、轨距加宽等过渡任务。

悬挂式单轨车体能自由摆动，以适应离心力的变化，当曲线半径大于或等于150 m时，按限速25 km/h计算，此时离心加速度对舒适度影响不大，故曲线半径R≥150 m时可不设缓和曲线。

悬挂式单轨不存在超高及轨距加宽，缓和曲线长度主要受未被平衡横向加速度的时变率β控制，根据试验线的乘坐体验，时变率β取0.3 mm/s3较为适宜，缓和曲线长度按式(2)选取，即

(2)

式中L——缓和曲线长度/m；

ν——列车最高运行速度/(km/h)；

R——曲线半径/m。

为降低轨道梁的设计、制造和安装难度，提升乘客舒适度，应避免一根轨道梁上存在三种线形，故缓和曲线的最小长度为20 m，圆曲线及夹直线最小长度也应参照该原则设置。

4 线路纵断面主要技术标准

4.1 正线最大坡度

线路最大坡度取决于车辆性能，根据国内车辆厂提供的资料，国内悬挂式单轨车辆的爬坡能力均可达到100‰。

平面转弯半径小是悬挂式单轨的主要优点之一。由于采用橡胶轮胎，通过小半径曲线时列车附加力增大。因此，应对线路最大坡度进行适当折减。

大唐新能源空铁试验线的列车最高运行速度为60 km/h，线路最大纵坡为60‰。该试验线总计20 000 km的安全运行实践验证了最大坡道采用60‰是适宜的[9]。

本线最高运行速度为30 km/h，速度较低，沿线为复杂的山地地形，结合试验线的实践经验，确定正线最大坡度为60‰。

4.2 竖曲线设置

在变坡点处设置圆曲线型竖曲线将有效改善变坡点处的竖向舒适度。舒适度由竖向加速度指标进行评价，有

(3)

式中av——竖向加速度/(m/s2)；

V——行车速度/(km/h)；

Rsh——竖曲线半径/m。

根据国外资料，竖向加速度av的取值范围较宽，为0.08 ～0.31 m/s2。

为打造最佳的乘车体验，竖向加速度取0.08 m/s2，此时Rv=V2，经计算，竖曲线最小半径为1 000 m。

两相邻坡段之间是否设置竖曲线主要受变坡点处修正值的控制。《地铁设计规范》(GB50157)规定，两相邻坡段的坡度代数差≥2‰时，应在变坡点设置圆曲线型的竖曲线[10]，而代数差<2‰时，变坡点的修正值可忽略不计。

结合旅游观光线性质，从提升乘客舒适度及观景体验的角度，当两相邻坡段的坡度代数差≥2‰时，应在变坡点设置圆曲线型的竖曲线。

4.3 坡段长度

为使列车长度范围内只有一个变坡点，避免列车通过变坡点时的附加力叠加和频繁变化，坡段最小长度应大于远期列车长度，并保证相邻竖曲线间有足够的夹直线长度。在设计中，坡段长度往往受夹直线长度控制。

根据试验线的经验，一节轨道梁存在三种线形将增加制造和安装的难度，因此，确定相邻竖曲线间夹直线的最小长度为20 m。

5 结束语

(1)平面曲线最小半径应根据列车最高运行速度、未被平衡的离心加速度及车体最大允许倾角计算确定。

(2)悬挂式单轨线路中的缓和曲线仅承担曲率半径由R-∞的过渡；当离心加速度不大时，可不设缓和曲线，以方便轨道梁的设计及制造。设置缓和曲线时，其长度根据未被平衡横向加速度的时变率计算确定。

(3)根据车辆性能并考虑曲线折减后，线路正线的最大坡度采用60‰是合理的。

(4)两相邻坡段的坡度代数差≥2‰时，应在变坡点设置圆曲线型的竖曲线，竖曲线半径按V2(V为最高运行速度/(km/h))计算确定。

(5)坡段最小长度应大于远期列车长度。

(6)平面圆曲线、缓和曲线、夹直线及纵断面夹直线的最小长度按一节轨道梁不出现三种线形的原则确定。