索轨交通的研究现状及发展趋势

索轨交通的研究现状及发展趋势

1索轨交通普通城市轨道交通基于普通客车轨道的悬索式新城市轨道交通（见图1）是在前人客车轨道的基础上发展起来的一座悬索式新城市轨道交通（见图1）。它也被称为空气动力学（aero）或空中运输（aerobs）。索轨交通在一般线路上,轨道采用柔性复合索轨,每条索轨由两根并列的缆索上部覆盖槽形铝合金轨道板构成,车轮行驶于轨道板上。在转弯区段、道岔段和车站段,索轨则改用钢型材焊接成的刚性轨道,即硬轨。在曲线段采用硬轨,可平衡离心力,增加车辆行驶的平稳度和轨道的耐磨能力。车站区段采用刚性硬轨是保证车辆在站内平稳停靠。索轨交通车辆的转向架置于车体顶部,车辆悬挂于索轨下方行驶,其导向轮和走行轮均为橡胶轮。车辆自身带有牵引动力系统,可采用多节车编组运行,能具有与一般城市轨道交通相近的运行速度和载客量,故被人们纳入了城市轨道交通序列。索轨交通与普通缆车相比,外形虽很相似,但其技术内涵及功能和在城市交通中所能起到的作用,是普通缆车索道远不能相比的。索轨交通可用于城市平原和各类地形特殊的地区,但曾采用或准备采用这种交通形式的城市,多用于地形复杂及跨越河、湖、丘陵等地形障碍较大的地方。2轨道运输的发展简史2.1年集体行动线路索轨交通在20世纪60年代由瑞士人吉尔德·缪勒(GerhardMuller)博士发明。索轨交通系统的研究工作始于1966年,缪勒博士后为完善其发明,于1969年在瑞士斯麦尼康(Smerikon)又建了0.6km的硬轨试验线,用每辆可载40人的车辆于其上试验运行。试验线路运行半年结束后,便拆除卖给了加拿大,安装在魁北克市一座公园内。线路由一座小山出发,跨越临近一处湖泊后和一个停车场连接,作为其间短途客运工具,线路长度为950m,由三个门型支架支撑。索轨交通系统通过这段时期的研究和试用,已初步获得成功并基本定型。2.2索轨交通系统1975年,德国曼海姆市(Mannheim)举办园艺博览会。博览会设有两个展区,分设在纳卡(Neckar)河的两岸,相距较远,为此在赫泽根尼公园(HerzogenriedPark)和路易森公园(LuisenPark)之间,建了一条索轨交通(称为空中客车系统,Aerobussystem),长3km,于1975年4月18日建成通车(见图2)。列车由9节车厢连接组成,载客60人,单向小时运量为1440人。这条线路于博览会结束后按预定计划拆除,总共运行6个月,期间共运送乘客258万人次。该系统是在研究开发阶段的索轨交通基础上经过多次试验改进后的产物,在整个使用期间没有发生过严重故障和停运事故,对缓解当时高峰时间拥挤的过桥客流起了很大的作用。这时期的索轨交通系统业内人士称其为第二代索轨交通。2.3曼海姆空中客车系统的调查与研究方法第二代索轨交通成功地试验使用,展现了作为新型城市轨道交通的乐观前景,因此许多方面对此表示极大的兴趣。美国交通部城市交通管理局(U.S.DepartmentofTransportationUrbanmassTransportationAdministration)于1979年首先组织专家对曼海姆的缪勒空中客车系统(MuellerAerobusSystem)进行了调查分析,并做了全面技术经济评价,评价内容包括线路、轨道、车站、车辆、供电、控制系统、安全与救护、工程造价、运营等各个方面。通过调查分析,在肯定这一系统的同时,还归纳整理出曼海姆空中客车在整个建设和运营中存在的许多问题,诸如运行速度不高、索轨“搓板”效应等,并准备在此基础上进一步研究改进,创建出新一代的索轨交通。随后,瑞士索轨交通界方面又按改进建议重新设计,并建设了一条0.84km的试验线路,对改进效果进行检验,试验达到了预期的目的。2.4索轨交通图18此后,一些国家的城市也对此做了探索研究或做了准备采用的前期工作。美国新奥尔良市(NewOrleans)在1980年考虑到1984年该市将举办世界博览会,因此准备建一条索轨交通线。该市市政当局于1980年12月委托凯撒工程咨询公司(KaiserEngineers,Inc.)编制了可行性研究报告,报告于1982年1月完成。拟建的新奥尔良市索轨交通由阿姆斯创公园站(ArmstrongParkStation)至前街站(FrontStreetStation),除首末站外,尚有3座中间站,线路全长1.75英里(2.815km)(见图3)。轨道线路为全高架式,纵向基本为平坡,仅在车辆去维修基地一段,采用了8%的纵向坡度。车辆最高速度为40km/h,平均速度为19km/h,单向小时运力为3000人次。设计还计划采用2min的行车间隔,使单向小时运力达3800人次。1985年马来西亚首都吉隆坡市,曾完成一条长13.7km的索轨交通的设计,单向小时运力为5600人次,后因经费问题而未能付诸实施。美国休斯敦(Houston)空中客车公司,在1986年从瑞士购进全部专利技术,对索轨系统和车辆又进行了重大改进,使系统进一步完善。主要改进的部分有弱化索轨结构的“搓板”效应,提高行车速度和安全性。在车辆方面,改进了传动方式和悬挂结构,以及采用新材料减少车辆重量和提高车辆性能、可靠性等。此外,信号控制系统也有很多改进,使索轨交通的使用条件得到进一步改善。该公司目前正在配合一些城市筹划建设新的索轨交通。香港为了解决不能直接搭乘地铁的地区交通问题,曾于20世纪80年代,准备采用索轨交通连接地铁,以接驳运输方式解决这些地区交通,当时曾考虑的线路有5条(见表1)。其中由于新蒲岗至尖沙嘴线路测算客流较大,准备优先考虑。但以上只是计划,至今未见实施。我国山城重庆,地处长江、嘉陵江汇合处,两江穿行于城市之间,将重庆主城区和江北区及南岸区分隔成三块,山城各区之间,地形起伏大、高差悬殊,相互间通行需要横跨宽阔的江面,上坡、下坝交通极为不便,为此重庆市拟在朝天门地区建设索轨交通跨越江面连接三岸,并于1997年完成可行性研究报告。重庆的索轨交通线路以主城区朝天门为起点,设朝天门站,跨越嘉陵江与江北区的觐阳新站连接,再折转跨长江到南岸通向线路终点弹子石站,线路全长2.6km(见图4)。线路最大坡度为5.6%,最小平面曲线半径为40m,支架间的最大跨度为528m。列车拟采用7节车厢编组,每列车载280人,高峰小时单向可运5400人次。该项工程现仍处于继续研究中。我国山东威海市,由市区跨海至相邻的刘公岛,目前也在进行前期规划研究工作(见图5)。3运行速度低由缆车索道技术基础发展起来的索轨交通,完全摆脱了普通缆车索道的运行速度低,车辆无动力不能自动运行,索道的缆索垂度大,以及难于通过弯道等低技术水平状态。索轨交通是普通索道在技术上的一种突破性发展,技术上的改进与创新使其具备了纳入城市轨道交通序列的基本条件。3.1轨道交通的主要优势1钢结构截面车辆走行的索轨及悬吊索轨的缆索,其主件和配件均可在工厂生产,在现场快速组装。支架一般都采用箱形截面的钢结构组成,构造比较简单,架设技术也不复杂,支立很快。又由于支架间距大,数量少,所以索轨交通建设速度很快。据国外资料介绍,一般支立一处支架不超过4天,10km的索轨交通的轨道系统可以在10个月内建成,而且施工时对地面交通和城市居民生活的干扰也非常小。2经济文化跨度积分法索轨交通由于轨道悬吊于承重索下,承重索又具有高承拉力,因此索轨交通支架间可以采用较大的跨度,两支架间的一般距离,标准的经济跨度为300m,需要时也可以增至450m,最大跨度可达800m。因此,索轨交通可以从空中跨过江河、湖泊、丘陵、山谷以及地面低层结构和其他障碍物,建设时不会受到这些自然和人工地形及建筑物的阻隔。3索轨交通工程建造的费用比后,隧道索轨交通工程结构是一种构造简单的悬索系统,不像其他城市轨道交通,在地面要建设庞大而笨重的钢筋混凝土桥梁,在地下要建造费用很高的隧道。同时,索轨交通工程在建造时,极少会引起地面建筑和地下管网的拆迁,而且占地极少,因此建造费用比后两者低得多。据美国20世纪80年代的统计资料,每一公里索轨交通的综合造价为0.1亿～0.2亿美元,相似的条件同期建设的轻轨交通,包括地面和高架线路,每公里的综合造价为0.48亿美元,处于地下的地铁工程为1.53亿美元,即索轨交通的造价约分别为后两者的1/3和1/10。4车内噪声相对较低索轨交通采用电力驱动,不会产生废气污染大气。索轨交通的驱动和走行系统产生的噪声都很小,其驱动的动力为采用分散在各节车厢顶部的小型电动机,比集中采用大型电动机噪声低得多,也就是驱动系统没有大的噪声源;此外,走行系统采用充气橡胶车轮,在金属板轨面上行驶也非常安静。根据对曼海姆空中客车线路的噪声实测,常速运行时为60dB(A),最大速度为74dB(A)。同时,车辆又是行驶在柔性轨道上,几乎对周围环境不会产生振动影响。因此,索轨交通实为一种“环保型”城市轨道交通。5悬索桥和悬索桥一座横跨城市江河两岸的悬索桥,其优美轻盈的曲线造形,会十分具有诗意地增添城市的美感。同样,索轨交通结构形态,与悬索桥十分相近,在弧状的缆索下悬挂着平直简结的轨道系统,于其上行驶着动态的车辆,只要支架结构选型得当和注意车辆造型和色彩设计,索轨交通同样不仅不会影响城市景观,而且会为城市增添新的景色。此外,索轨交通轨道纤细,支架间跨距大,柱式结构很少,不会像一般高架城市轨道交通,大板桥面和林立的柱体会给城市景观和生态环境带来某些负面影响。6有小半径的情形由于系统构造和配置的动力特性,索轨交通的最大爬坡能力可以达到7%,短距离(200m)的坡度可高达9%,其平面曲线半径正线一般不小于300m,最小半径可为50m。但使用小半径时,和其他城市轨道交通一样,需减速通过。索轨交通由于具备上述爬大坡、拐小弯的性能,所以能顺利通过各种复杂的地形,以及可沿城市干道走行和避免不必要的建筑拆迁。7可以延长建设期索轨交通构造简单,施工简便、速度快,干扰少,易于扩建和移迁。当线路需要扩建延长时,可以在很少受到客观条件限制下,快速地予以延建;或当需要拆除或移建它处时,也非常方便,而且这种移建也不会造成过大的损失。这种工程建设具备的很大灵活性,是其他城市轨道交通难于与之相比的。3.2速度不同的分析据国外一些空中客车公司提供的资料,列车设计速度可达每小时45英里(即73km/h),平均速度为40km/h。但在曼海姆索轨交通开通时,原采用的速度为40km/h,后为安全考虑,又改为20～25km/h。因此,对于这种类型的交通工具,虽然国外资料说经研究可以采用近80km/h的速度,但是未见有实践检验,只有在确证其安全可靠时,方宜在实际工程中采用。2跨间索轨较柔索轨使用均匀分布的吊索,将其固定在上面的承重悬索上。索轨与吊索连结的节点处刚度较大,而跨间索轨较柔,列车近似走行在波形索上,因此当列车快速驶过各节点时,乘客会有颠簸感觉,犹如行走在洗衣的搓板上。但研究表明,采用加密吊索,改变吊索与轨索连接方式,可大大弱化这种影响。采用在索轨上覆盖槽形金属轨面,也是有效处理这种影响的措施。3当风速较大时因索轨交通车辆悬吊在空中,运营会受风速和雷电影响。当风速较大时,不仅会引起车身摇晃,而且也不安全,故索轨交通规定当风速大于80km/h时,必须停运,同样有雷电天气也不宜运行。4单轨交通与另一侧线路的连接索轨交通高悬于城市上空,又是基本行驶在柔性轨道上,万一列车在区间发生断电、机械故障或其他灾害时,救援工作比较困难,虽然可采用类似单轨交通遇事故停留区间的救援方式。但是,在同一线路采用与救援车对接或与另一侧线路上救援列车通过门对门搭桥等方式疏散乘客,由于索轨交通用的是柔性悬索结构,故较其他固定式承重