《地铁限界标准》CJJ/T96-2018与CJJ96-2003对比分析

刘烁埼，李 科，袁艳萍，陈中杰，李 杨

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

随着城市轨道交通的发展，越来越多的城市开展地铁工程的建设以及地铁车辆的运用，而地铁限界是保障车辆运行安全的重要一环，对整个车辆设计与工程建设都具有重要意义。原《地铁限界标准》(CJJ96-2003)已用于指导国内地铁限界设计长达15年，为国内地铁工程建设提供有力的指导。为了适应地铁多样性发展，《地铁限界标准》(CJJ/T96-2018)已发布实施，用以替代原《地铁限界标准》(CJJ96-2003)。因目前大部分城市已运营线路的地铁限界均采用2003版标准进行指导设计，对于目前既有运营线路车辆的增购或线路的延长改造项目，须考虑增购车辆对既有线限界的适应性或延长线与既有线路的贯通运营。因此，从车辆设计角度开展对2018版与2003版《地铁限界标准》的对比，分析其对车辆限界计算所产生的影响，显得十分必要。

1 地铁限界标准对比分析

本文从基本定义、输入条件、计算公式等方面进行地铁限界标准的对比分析。《地铁限界标准》(CJJ96-2003)在本文中简称为03版标准，《地铁限界标准》(CJJ/T96-2018)在本文中简称为18版标准。

1.1 基本定义分析

18版标准与03版标准的定义对比如表1所示。18版标准较03版标准在基本定义中的最大不同点在于明确了车辆限界是考虑在最高运行速度基础上再附加10% 瞬时超速和悬挂故障因素产生的偏移量所形成的一种动态包络线，其充分考虑了现有地铁线路运行的实际状况。03版标准的设备限界至车辆限界之间放置一系或二系悬挂故障因素，通常控制车辆设计采用的是车辆限界，存在无法控制车辆悬挂故障带来的侵限风险；18版标准将一系或二系悬挂故障包含在车辆限界中考虑，将控制车辆悬挂故障带来的侵限风险，对车辆悬挂故障实施有效的限界控制。18版标准区间车辆限界由于定义的工况涵盖了瞬时超速及悬挂故障，相比03版标准，车辆限界将扩大。

表1 各类限界定义对比表

1.2 规定的输入条件

1.2.1 车辆限界输入条件

根据标准定义分析，18版标准与03版标准在车辆限界输入条件上的主要区别有以下几点。

1)18版标准的车辆限界兼顾了3种区间最高速度等级80 km/h、100 km/h、120 km/h及8辆编组停站进出站端最高速度70 km/h的广域性，按运行区域不同，分区间车辆限界和车站计算站台长度范围内附加车辆限界。而03版只针对单一的最高运行速度80 km/h，并且未考虑车站速度的特殊性及区间的瞬时超速，并且03版标准车辆限界按运行区间不同分为隧道内与高架(地面)工况。

2)18版标准中对区间与车站计算站台长度范围内的计算工况进行明确规定，要求应考虑一系或二系悬挂故障及最大允许运行侧风风压、车辆线路停放叠加地区实际线路强侧风；站台区域对于塞拉门车辆须考虑停站开门工况，而03版标准车辆限界只考虑车辆区间的正常工况，且无车站计算站台长度范围内附加车辆限界特殊工况的约定。

3)根据车辆限界定义以及规定，18版标准车辆限界的计算要素增加悬挂故障、隧道外侧风及曲线加宽校验补偿量，03版标准未有明确说明。18版标准车辆限界规定中考虑了03版标准未提及的车辆悬挂止挡对偏移量的限制作用。

4)18版标准将车辆偏移量的计算分为区间与车站计算站台区域，并明确提出车站计算站台长度范围内附加车辆限界的偏移量应以车体与站台及屏蔽门存在的相对位置关系的部分进行计算，对03版标准进行完善与补充。

从整体上看，18版标准车辆限界的输入条件的规定相比03版标准而言，考虑的影响因素更为全面，对于03版标准中未能正确处理的内容进行了补充，具体内容的解释也更为详细，适用范围更为广泛。从局部看，输入条件的变化会直接影响计算过程(参数、公式)与计算输出。

1.2.2 设备限界输入条件

18版标准已将悬挂故障工况纳入车辆限界内考虑，此时车辆限界与设备限界之间的安全间距仅为安全余量，则在安全间距取值上比03版标准小，故两版标准的设备限界轮廓基本相当。对于曲线地段的设备限界应在直线地段设备限界的基础上进行加宽、加高；相比03版标准加宽、加高计算时所需考虑的曲线几何偏移、超高与欠超高因素、曲线轨道参数及车辆参数变化，18版标准所考虑的因素为曲线几何偏移、曲线轨道参数变化，可见18版标准对于设备限界加宽与加高的计算减少了与车辆具体设计参数的关联，更符合工程设计施工的实际情况。

1.3 计算公式对比

通过对18版标准与03版标准中计算公式的对比，分析计算过程中相关定义以及输入条件的具体表达。现以车体的横向与竖向向上偏移量计算以及站台区域计算公式为例进行说明，其余部分计算公式可参照分析，计算参数的定义详见标准说明。

1.3.1 区间运行偏移量计算公式对比

1)车体横向偏移量计算。当车体横向平移与车体倾角所产生的横向偏移方向相同时，18版标准计算公式如下：

03版标准计算公式如下：

2)车体竖向的偏移量计算。18版标准计算公式如下：

03版标准计算公式：

由以上偏移量计算公式对比分析可知，18版标准相较03版标准关于区间各部分偏移量的计算中有以下几点变化。

3)计算参数的增加。在车体与构架竖向偏移计算中均增加因悬挂故障而引起的各部分横向/竖向偏移量的影响参数ΔXt-xgpx、ΔXB-xgpx、ΔYB-xgpx1、ΔYB-xgpx2、ΔYt-xgpx1(由于悬挂故障引起的横向/竖向偏移)，考虑由于曲线几何偏移所导致车辆加宽量超出标准加宽量的情况，超出部分须作为偏移的补偿量考虑，计算公式中引入曲线加宽校验补偿量ΔX′。

1.3.2 站台区域车辆限界偏移量的计算

1)过站附加车辆限界横向偏移量计算公式如下：

2)停站开门附加车辆限界偏移量计算公式如下：

由区间与站台区域的横向偏移量计算公式对比可知：与在区间按最高速度并附带10%的瞬时超速时车辆的临界稳定状态相比，过站时按规定的速度运行，此时车辆处于随机稳定状态，即将一系与二系弹簧的影响进行均方根值合成。

出于对站台与车辆轮廓之间间隙的控制，以及实际项目执行时车辆在停站开门过程中的实际对中状态，18版标准不考虑车辆处于最不利位置对车辆横向偏移的放大作用。

2 差异对比总结

通过从基本定义、输入条件、计算公式(含参数)等方面对18版标准与03版标准进行了对比分析，18版标准较03版标准在以下方面有所改变。

1)适用范围更广。其基本定义中的车辆限界兼顾了3种区间最高速度等级80 km/h、100 km/h、120 km/h及8辆编组停站进出站端最高速度70 km/h的广域性，按运行区域不同，分区间车辆限界和车站计算站台长度范围内附加车辆限界，且18版标准适用车型更广，特别是引入鼓型车，并对其限界的确定进行了说明，适应了城市轨道交通建设发展多样性的趋势。

2)补充完善了车辆限界适应工况。在18版标准中考虑了区间实际运行中的瞬时超速及过站运行，将一系、二系悬挂故障包含在车辆限界中考虑，从而对车辆悬挂故障实施有效的限界控制；增加车站计算站台长度范围内的附加车辆限界相关特殊工况的约定。

3)对参数的细化及计算公式进行了优化。考虑到各参数对于偏移量实际产生的影响，18版标准进行了细化，如本文所提到的重力倾角附加系数S细化为只含一系影响的S1以及只含二系影响的S2，以及前文所述的部分随机变量与非随机变量之间的调整，由于标准定义及限界计算所规定的计及因素的增加引入新参数，使整个限界计算过程更完整，计算公式更符合车辆运行实际状态。

4)对03版标准中未说明处理的问题进行了补充。18版标准增加了对车站计算站台长度范围内计算工况的说明，对上版未处理的车辆悬挂止挡对偏移量的限制作用，18版标准中也进行了补充，从整体上看其在计算工况方面的说明较03版标准也更为详细具体。

3 实践应用分析

根据以上所述两版标准的差异与变化，对于车辆设计而言，18版标准由于考虑了车辆悬挂止挡对于偏移量的限制作用，通过计算分析实现了原03版标准隧道与地面/高架车辆限界的统一，更有助于外部接口的一致性以及工程施工的便利性。

3.1 标准相互适应性说明

由于18版标准与03版标准对车辆限界定义的不同，03版标准将故障工况包含在设备限界中考虑，而18版标准则定义其包含于车辆限界中，这必然将使18版标准车辆限界轮廓将大于03版标准车辆限界轮廓，两版标准中车辆限界框对比如图1所示。对于采用03版标准的既有线或延长线项目的车辆设计而言，若采用18版标准则存在超既有线车辆限界的情况。为解决由于新旧标准定义的差异所引出的新老车辆限界符合性矛盾，通常的处理方法有两种：①车辆设计继续沿用与既有线相同的限界标准。②若需要采用18版标准，则根据18版标准定义，设计车辆故障工况下动态包络线与既有线设备限界进行校核，且其计算结果与既有线设备限界之间的安全余量一般须满足18版标准中所规定的间距要求。

图1 两版《地铁限界标准》车辆限界框对比

3.2 计算运用分析

对于具体限界计算而言，采用18版标准计算须注意以下几点：①鼓型车限界的等量扩宽处理：由于18版标准中未包含鼓型车限界，须根据鼓型车辆的轮廓基于标准限界对局部鼓点处进行等量扩宽处理。②车辆悬挂止挡限制作用的判断：根据具体的工况初步核实止挡位置处的位移以判断是否止挡接触，以充分考虑车辆自身结构对偏移量的限制作用。③对于一系、二系横向弹性变形量的合理取值：可根据簧系的特性以及车辆的受力(风压以及横向振动加速度所产生的横向力)理论计算出各工况下一、二系的横向位移量，并可结合建模开展动力学仿真求得相关值进行参考，进一步保证取值的安全性，后续可通过实际线路的动力学试验以及动态限界试验进一步验证，以掌握车辆的实际运行状态，并储备相关数据以供类似项目借鉴。④站台区域车辆计算部分的确定：站台区域的计算主要校核车辆与站台以及屏蔽门的相对位置关系，计算轮廓主要为车门或车辆侧墙部分，其余部分一般按区间考虑，具体可根据计算工况需要选取确定。

4 结语

本文通过从基本定义、输入条件、计算公式(含参数)等方面对18版标准与03版标准进行了对比分析，得到了18版标准较03版标准对车型的适用性更广、计算工况考虑因素更全面、计算参数与公式设置更合理的结论。并结合18版标准在具体执行项目的实践运用，对18版标准实际运用时的注意项点进行了说明。经过具体执行项目验证，18版标准的运用从车辆限界的角度实现了对车辆故障工况以及站台处间隙的有效控制，后续将继续通过项目运用对18版标准的使用情况进行跟踪检验。