城市轨道交通结构设计与施工之限界

1、城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit第三章 限界目录第一节 限界的分类第二节 限界制订的原则第三节 制订限界的主要技术参数第四节 设备限界的计算第五节 建筑限界定义：限界（Gauge）是指限定车辆运行或轨道周边构筑物超越的轮廓线,也是列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。制定限界目的：就是要确定一个既能保证列车运行安全，又不增大桥隧或路基断面的经济空间，以防止车辆在直线或曲线上运行时与各种建筑物及设备发生接触、碰撞。评价标准：评价轨道交通的限界是否合理，一般以有效面积比来衡量。第一节：限

2、界的分类 确定依据：轨道交通的限界是根据车辆外轮廓线及技术参数、轨道特性、各种误差和变形，并考虑列车的运动状态等因素，经分析计算确定。 分类：车辆限界、设备限界和建筑限界等 A型车直线地段限界图（隧道内）B1型车直线地段限界图（隧道内）（a）A型车直线段车辆轮廓线坐标值（mm）注：表中第013点是车体上的控制点；第1315点是转向架上的控制点；第1619点是车轮上的控制点，22、23两点为连接在车轴上的齿轮箱点，20、21、24、25点为连接在转向架构架上的信号接受设备的最低点，2629为信号灯预留位置，第0s4s点为隧道内受电弓控制点,0k2k是车顶空调控制点。（b）A型车直线段车辆限界坐标

3、值（mm） 车辆限界：车辆在平直轨道上按规定速度运行，计及车辆和轨道的公差、磨耗、弹性变形及振动等正常运行状态下的一条最大动态包络线，是限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓图形。 （c）A型车直线段设备限界坐标值（mm）设备限界：车辆在故障运行状态下所形成的动态包络线，用以限制轨道区的设备安装界限。补充几个限界的定义 1“设计截面”是指标称车辆截面的投影轮廓。它不包括任何诸如悬挂、高度、宽度及挠度等制造及安装公差。它是“ 限界图”中的“ 车辆轮廓线”。2“静态限界”是指已经造好的、新的、空载的、停在平直轨道上的车辆截面的投影轮廓, 是由设计截面加上制造和安装误差而来的, 即加上悬挂误差, 挠度,

4、高度与 宽度误差, 不对称的角度等。3“动态限界”是车辆在直线轨道上按规定速度运行时在计及车辆如悬挂部件的位移、车辆允许范围内的磨耗、外部侧风等因素的影响的情况下, 车辆各部位偏离轨道基准中心所允许的程度, 车辆运行时各点必须在此空间范围内。在限界图中为车辆限界。4“动态包络线”是车辆在平直轨道上正常运行时,在各种因素作用下, 计入所有允许的轨道结构公差、维修公差及磨耗, 车辆各点偏离轨道基准中心所连成一个包络空间, 它不包括车辆在水平及垂直曲线的偏移。5“扫掠包络线”是动态包络线的扩大, 它包括垂直和水平曲线对车辆中央和端部的偏移的影响。第二节 限界制订原则（1）限界应保证列车安全、正常运行

5、。（2）限界应根据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、 受电方式、设备及管线安装、施工方法等因素，进行 综合分析后由计算确定。（3）限界一般按平直轨道的条件制定。（4）设备限界与车辆限界之间的间隙主要为安全预留量， 应全面考虑横向安全留量和竖向安全留量。（5）建筑限界和设备限界之间应充分考虑建筑物上的设 备和管线安装位置，在宽度方向上设备和管线与设 备限界之间应留出2050mm安全间隙。（6）建筑限界中不包括施工误差、测量误差、结构沉降、 变形等因素。第三节 制定限界的主要技术参数序号项目名称单位车 型A型车B型车B1型B2型上部受流下部受流1车体计算长度mm22100190002车体最大宽度

6、mm300028003车辆最大高度mm380038004车辆定距m向架固定轴距mm2500220023006客室地板面距轨顶面高度mm113011007受电弓落弓高度mm3810-38108受电弓最大工作高度mm5410-54109受流器工作点至转向架中心线水平距离750Vmm-1417.51401-1500V-144410受流器工作面距走行轨面高度750Vmm-140160-1500V-200 城市轨道交通车辆基本参数表 1.线路与轨道参数 线路最小曲线半径：因列车在高速通过弯道时由于离心力作用向弯道的外侧产生横向力，会对钢轨产生挤压，外翻。为了保证列车的行驶安全，

7、在铁路的设计和建造时，国家修规对不同速度等级的铁路规定了车辆可以安全通过的圆曲线的最小半径，就是线路的最小曲线半径。 轨道最大超高值：列车在曲线上运行时,产生离心力,使曲线外轨承受较大的压力,外轨磨损加重,增加行车阻力,严重时,会造成车轮脱轨.为了平衡离心力,把曲线外轨抬高,使车辆内倾,以车辆重力向内分力,来抵消减轻离心力的影响,使内外轨所受的压力相等,保持行车安全。超高值越大，列车所能通过的速度越快。 轨道结构强度:轨道具有的承载能力 道岔:使列车由一组轨道转到另一组轨道上去的装置2.车辆参数 车辆定距：车辆定距指车体两端支撑处之间的距离。有转向架的车辆为两心盘中心线之间的水平距离。转向架：

8、把两个或几个轮对用专门的构架(侧架)组成一个小车，称为转向架，车体支承在前后两个转向架上第四节设备限界的计算 限界的确定步骤： 以车辆的设计截面为基础, 加上制造安装误差向外拓展得出车辆的静态限界; 以静态限界为基础, 考虑车辆的弹性部件的位移、允许范围内的磨耗和侧风等得出车辆的动态限界; 在动态限界的基础上加上轨道线路原因( 建设公差、维护限度和磨耗) 造成的车辆偏移, 得出车辆的动态包络线; 以动态包络线为基础, 加上适当的安全距离( 车辆故障情况下未考虑的因素所需空间) , 从而可以确定车辆的设备限界; 根据设备限界, 加上设备安装所需要的空间得出建筑限界。 一、直线段设备限界的确定直线

9、段设备限界是在车辆限界的基础上，采用基准坐标系确定直线段设备限界的坐标。直线地段设备限界坐标计算公式为： （3-1）式中： 车辆限界坐标值； 轨道横向最大可能容许偏差； 轨道竖向最大可能容许偏差； i轨道倾斜度； 安全间距。二、曲线段设备限界的计算1. 平面偏移平曲线地段设备限界应在直线地段设备限界基础上，进行加宽和加高处理。（1）车体曲线外侧： （3-2）曲线内侧： （3-3） 曲线加宽加高 列车在曲线上运行，转向架可以转动，但其为刚性结构，不能随轨道而弯曲，车体纵向轴线与轨道中心线不相吻合，致使车体两端向轨道外侧突出，车体中部向轨道内侧偏入，使车体与建筑接近限界间的净空减少。另外，由于曲线

10、外轨设置超高，车体向曲线内侧倾斜，也会影响内侧限界示。故，曲线限界需加宽加高。车辆轴线车辆长度L车辆前后转向架间距l线路中线曲线半径d内1d外d外车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。二、曲线段设备限界的计算1. 平面偏移平曲线地段设备限界应在直线地段设备限界基础上，进行加宽和加高处理。（1）车体曲线外侧： （3-2）曲线内侧： （3-3）（2）转向架曲线外侧： （3-4）曲线内侧： （3-5）式中：m计算断面至相邻轴的距离（mm）。A型车代入参数后，为Tba=820/R，Tbi=780

11、/R。2.过（欠）超高引起的设备限界加宽量和加高量的计算（1）车体横向加宽量 曲线内侧： （3-6） 曲线外侧： （3-7）（2）车体竖向加高量 曲线内侧： （3-8）曲线外侧： （3-9）上述各式中参数应根据不同车型取值，可参看地铁限界标准。 3.曲线轨道参数变化及车辆参数变化引起的设备限界加宽量（1）车体及转向架横向曲线外侧加宽量：整体道床： （3-10）碎石道床： （3-11） （2）车体及转向架横向曲线内侧整体道床： （3-12）碎石道床： （3-13） 式中： 曲线外轨磨耗（mm）。与车辆无关，当R800m时为3mm，800R200m时为3+300/R）；l曲线轨道横向弹性变形增量（

12、mm），取1.4 mm；车辆一系及二系弹簧横向位移在曲线及直线的差值（mm），车体取9mm，转向架取4mm；曲线轨距加宽及内轨磨耗（mm），当R800m时为0， 800R200m时为300/R）。车体横向加宽和过超高（或欠超高）偏移方向相同时曲线外侧： （3-14） （3-15）曲线内侧： （3-16） （3-17）车体横向加宽和过超高（或欠超高）偏移方向相反时平衡离心力所需的超高大于实设超高，说明超高不足，其差值称为欠超高平衡离心力所需的超高小于实设超高，说明超高过大，其差值称为过超高曲线外侧： （3-18） （3-19）曲线内侧： （3-20） （3-21）曲线地段设备限界坐标值即为直线地

13、段设备限界坐标值加上上述加宽加高值后得到的坐标值。 第五节 建筑限界一、区间建筑限界 二、区间曲线段建筑限界三、道岔区建筑限界 四、车站限界 一、区间建筑限界 轨道交通的区间一般包括地下区间、高架区间、地面线区间和过渡段。各种区间结构根据不同的施工方法有不同的限界断面。 1.地下线建筑限界 区间建筑限界分为： 2. 高架线桥面建筑限界 3. 地面线建筑限界区间直线段矩形隧道建筑限界（A型车）A型车单圆隧道建筑限界 区间直线段双圆隧道建筑限界（A型车）区间直线段双线高架桥面建筑限界（B1型车）二、区间曲线段建筑限界1.圆形隧道和马蹄形隧道圆形隧道和马蹄形隧道在曲线超高地段，采用隧道中心向线路基准

14、线内侧偏移的方法，解决轨道超高引起的内外侧不均匀位移量，位移量计算公式如下： （3-22） 式中：轨道超高角度，=sin-1（h/s）；h0直线段圆心距轨面高度（mm）；h轨道超高值（mm）；s内外轨中心距离（mm），一般取1500mm。2.矩形隧道曲线地段矩形隧道建筑限界，应在曲线地段设备限界基础上，按下列公式计算确定：曲线地段建筑限界外侧宽度（ ）： （3-23）曲线建筑限界内侧宽度（ ）： （3-24）曲线建筑限界高度（ ）应按下式计算确定： （3-25） （3-26）式中: h轨道超高值（mm）； 右侧、左侧设备或支架最大安装宽度值（mm）；（ ）、 （ ） 、（ ）曲线地段设备限界控

15、制点坐标值（mm）； 设备安装误差和安全间隙（mm）； 受电弓工作高度（mm）； 接触网系统高度（mm）； 轨道结构高度（mm）。对于缓和曲线地段，一般有图解法和公式法等方法。目前采用较多的则是图解与公式相结合的方法，将内、外侧加宽分开计算。（1）内侧加宽量 （3-27） （2）外侧加宽量 （3-28） 式中： X2、X3分别为计算断面处距缓和曲线起点的长度 （mm）；C=Rl0，l0为缓和曲线长度； x=sin-1（hx/s），hx为缓和曲线地段计算断面处的超高值（mm）。根据车辆所处的不同工况，将建筑限界内外侧加宽量绘制成图，即常用圆曲线和缓和曲线地段建筑限界加宽量图，这样可方便使用。3.

16、竖曲线地段建筑限界竖曲线:为了缓和纵断面上坡度的突然变化,设置在变坡点处平滑连接两相邻坡段的竖向曲线。 竖曲线地段建筑限界在直线地段上根据公式（3-29）和（3-30）进行加高。（1）凹形竖曲线 （3-29）（2）凸形竖曲线 （3-30）式中： R1、R2分别为凹凸形竖曲线的半径（mm）。 对于轨道交通线路而言，由于一般竖曲线半径都比较大，根据上述公式计算得出的竖曲线加高值很小，故可以忽略不计。竖曲线半径很小时，可根据需要进行核算。三、道岔区建筑限界60kg/m钢轨9号单开道岔内、外侧加宽量图 道岔：使列车由一组轨道转到另一组轨道上去的装置四、车站限界1.地下车站直线段矩形隧道岛式车站建筑限界

17、2.高架车站轨道交通的高架车站根据车站形式的不同，分为侧式车站和岛式车站。（1）侧式车站 A=（a0+站台宽度）2+l0 （3-31）（2）岛式车站 A=b02+l0 （3-32）式中： a0线路中心线至站台边缘距离（mm），A型车为1600mm；l0线间距（mm）；b0线路中心线至护栏柱内侧距离。直线段高架侧式车站桥面建筑限界（A型车、接触网供电）3. 屏蔽门与安全门建筑限界 车站屏蔽门与安全门的建筑限界，一般按屏蔽门与安全门的安装尺寸在不考虑弹性变形状态下，屏蔽门（安全门）最外突出点至车站地段车辆限界之间应有不小于25mm的安全间隙考虑。4.曲线车站 设在曲线上的车站，应在直线地段车站的有关限界基础上，包括曲线内侧加宽和曲线外侧加宽。其中平面曲线偏移量可分别按凹形站台和凸型站台进行计算。对于凹形站台，加宽量: （3-33）对于凸形站台，加宽量 : （3-34）式中： l1 车辆定距（mm）; L车体计算长度（mm）； a转向架固定轴距（mm）； R站台段圆曲线半径； 、分别为凹形站台和车辆中部，凸形站台和车辆端部的间隙增加量，如设导轨超高还需考虑因超高引起的加宽量。 曲线车站站台与车辆间隙示意图缓和曲线地段站台限界的加宽可按公式（3-35）（3-36）进行计算。内侧加宽： EH内=ep内+Nh内 （3-35）