非常规地铁站台曲线半径及超高的设计与研究_黄定贵.pdf

都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 收稿日期:2022-03-09 修回日期:2022-11-02 第一作者:黄定贵，男，本科，工程师，主要从事城市轨道交通线路规划、设计和研究工作， 基金项目:广东省城市轨道交通工程建造新技术企业重点实验室资助项目(2017B030302009)引用格式:黄定贵，王瑞.非常规地铁站台曲线半径及超高的设计与研究J.都市快轨交通，2023，36(3)：91-95.HUANG Dinggui,WANG Rui.Design and research on curve radius and superelevation of unconventional subway platformsJ.Urban rapid rail transit,2023,36(3):91-95.91学术探讨URBAN RAPID RAIL TRANSITdoi:10.3969/j.issn.1672-6073.2023.03.015 非常规地铁站台曲线半径及超高的设计与研究 黄定贵，王 瑞（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510010）摘 要:针对广州地铁 11 号线如意坊站缓和曲线最小半径及曲线超高设置超过地铁设计规范规定的问题，对地铁站台最小曲线半径、曲线超高以及缓和曲线侵入站台长度等控制因素进行总结分析。通过对站台边缘与车门门槛最大间隙值、站台门与车门最大间隙值、缓和曲线长度、未被平衡离心加速度值、横向加速度最大值、站台范围内车辆倾斜度、车辆地板面与站台面高差值等控制性指标进行验证核查，结果表明，如意坊站有效站台范围内缓和曲线曲率半径小于规范要求最小值，并且曲线超高设置大于 15 mm 实际可行，并在节约投资、缩短工期方面取得较好效果，为后续类似工程设计分析提供参考。关键词:城市轨道交通；车站；曲线最小半径；曲线超高；站台曲线 中图分类号:U231 文献标志码:A 文章编号:1672-6073(2023)03-0091-05 Design and Research on Curve Radius and Superelevation of Unconventional Subway Platforms HUANG Dinggui,WANG Rui(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510010)Abstract:To address the issue of the minimum radius of the transition curve and superelevation at RuYiFang Station on Guangzhou Metro Line 11 exceeding the provisions of the Code for design of metro,this study summarizes and analyzes the controlling factors of the minimum curve radius,superelevation,and the length of the transition curve into the platform.We checked and verified the maximum clearance between platform edge and door threshold,maximum clearance between platform screen door and train door,length of the transition curve,unbalanced centrifugal acceleration,maximum transverse acceleration,inclination of trains within the platform range,and height difference between the train floor and platform surface.The results show that it is practicable to set the curvature radius of the transition curve less than the normative minimum value and the superelevation above 15 mm at RuYiFang Station.This approach aids in saving investment and shortening the construction period.The study offers a new method that can be used as a reference in similar projects.Keywords:urban rail transit;station;minimum curve radius;superelevation 1 研究背景 随着城市建设的发展，轨道交通建设不断推进，在城市中心区建设轨道交通时往往遇到线路设计和车站布置条件受限的情况，此时会出现缓和曲线侵入站台端部或者曲线站台。而缓和曲线侵入站台范围的长都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 92 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 度主要受最小曲线半径及曲线超高两个因素影响。基于满足地铁设计规范（GB 501572013）对最小曲线半径和站台范围内曲线超高规定值1的情况下，朱礼佳2针对缓和曲线可侵入站台范围长度开展初步研究；周虎利3针对地铁站端平面曲线布置与设计速度关系进行了研究；多位学者4-11结合实际工程、建筑限界、列车与站台(站台门)间隙等因素研究了曲线站台的最小曲线半径的情况。而对于缓和曲线侵入站台端部的曲率半径小于规范最小值及曲线超高大于 15 mm 的设计研究相对较少。本文结合上述因素和工程实例，从线路、曲线超高、限界、行车速度、车站装修等方面分析缓和曲线侵入站台端部、曲率半径小于规范最小值及曲线超高设置大于 15 mm 的实际可行性，以期达到节约工程投资、降低施工风险、简化对外沟通协调、缩短工期的目的。2 控制因素分析 2.1 站台范围内最小曲线半径控制因素分析 根据地铁设计规范及条文说明，有效站台范围内的线路最小半径主要受站台边缘与车门门槛的间隙宽度(W1)以及站台门与车辆的间隙宽度(W2)控制(见图 1)。实际工程中，缓和曲线侵入车站站台的情况较曲线车站多，而缓和曲线的曲率半径取值主要受缓和曲线侵入站台长度的影响，因此可从缓和曲线侵入站台的长度来分析最小曲率半径是否满足上述控制因素。图 1 站台、站台门与车辆轮廓关系示意 Figure 1 Schematic of the relationship between platform，platform door,and vehicle outline 2.2 站台范围内超高控制因素分析 根据地铁设计规范及条文说明，站台范围内超高不应大于 15 mm 的主要目的是车辆在站台内不能有太倾斜的感觉以及控制车辆地板面与站台面的高差。实际上曲线实际超高主要受曲线半径、行车速度、超高顺坡率等因素的影响，因此可从曲线半径、行车速度、超高顺坡率、车站装修等方面来分析站台范围内曲线超高设计值是否满足上述控制因素。3 最小曲线半径与缓和曲线侵入站台的长度分析 地铁设计规范 中规定，站台有效长度范围的线路曲线最小半径应符合表 1 所示。表 1 车站曲线最小半径 Table 1 Minimum radius of station curve m 车型 A 型车 B 型车 无站台门 800 600 有站台门 1 500 1 000 表 1 中最小半径是用凹形站台的站台边缘与车门门槛的间隙宽度(W1)、站台门与车辆的间隙宽度(W2)，并考虑站台门制造公差、安装公差、测量误差等因素，采用比较宽松的公差值作为限制条件计算得出，表 1中最小半径值是有余量的，而对于凸形站台余量值更大。因此在满足表 1 中最小半径的条件下，缓和曲线侵入站台的长度(l侵)与曲线半径的关系如下：rl侵=Rl缓(1)式中，R为线路平面曲线半径，m；l缓为缓和曲线长度，m。结合式(1)、车型、车站曲线最小半径可以推导缓和曲线侵入车站长度l侵=R lr缓，若实际工程中，缓和曲线侵入车站长度大于l侵值，则需核查W1和W2的取值是否满足地铁设计规范相关的要求。如图 2所示。图 2 有效站台与平面曲线关系示意 Figure 2 Schematic of the relationship between the effective platform and plane curve 非常规地铁站台曲线半径及超高的设计与研究 93URBAN RAPID RAIL TRANSIT4 超高与缓和曲线侵入站台的长度分析 地铁设计规范 中规定，未平衡超高允许值不大于 61 mm，困难时不应大于 75 mm，站台有效长度范围内曲线超高不应大于 15 mm，则有 211.8cVhR=(2)式中，h 为超高值，mm；Vc为列车通过速度，km/h；R 为曲线半径，m。考虑未平衡超高后的侵入站台平面曲线的实际超高顺坡率如下：61(75)hil-=或实缓(3)式中，h实为曲线实际超高值，mm；i为超高顺坡率。根据(3)式、地铁设计规范的规定值和曲线实际超高相关要素，可推导出缓和曲线侵入站台范围内的最大超高值公式如下：,max lhhl=侵台实缓(4)式中，h台,max为站台范围内的最大超高，mm；h实为曲线实际超高值。从上述计算过程及结论可知，缓和曲线侵入站台的长度不仅仅考虑最小曲线半径值，还需要考虑超高值、超高顺坡率和列车通过曲线速度等因素。5 缓和曲线侵入站台限界加宽计算方法 根据地铁限界标准 地铁设计规范以及广州地铁工程实践与设计经验，总结出了曲线进入车站有效站台范围全加宽及曲线超高引起的加宽计算公式。5.1 曲线全加宽计算公式 A,31593 15wR=+曲(5)B,24 675 15wR=+曲 (6)式中，wA,曲为A型车全加宽量，mm；wB,曲为B型车全加宽量，mm。5.2 曲线超高引起全加宽计算公式 A,1080 1500hw=超(7)B,1050 1500hw=超(8)式中，wA,超为A型车曲线超高引起全加宽量，mm；wB,超为B型车曲线超高引起全加宽量，mm。应用公式(5)、(6)时，应注意以下细则：1)计算缓和曲线上某点加宽值，可根据上述全加宽量值的基础，结合曲线地段限界加宽规定计算得出，详见图3。图 3 站台曲线地段加宽规定示意 Figure 3 Schematic of the widening regulations for the curved section of the platform 2)以上述全加宽量值为基础，站台位于曲线内侧，需另考虑10.5 m的超高加宽量12。6 工程实例 广州地铁11号线目前土建工程已累计完成超过84%，线路条件按8辆编组A型车、速度为80 km/h设计。受区间线路和车站布置条件的制约，全线有14座车站平面曲线侵入有效站台，其中如意坊站的平面曲线侵入有效站台范围长度达18.3 m。中山八站至如意坊站区间采用“S”形曲线下穿荔湾湖以及医院交通桥，医院明确不同意对交通桥进行拆桥重建或桩基托换的施工方案。经多方案比选后，采用半径R=355 m，缓和曲线长度l缓=60 m的平面曲线避让交通桥桩基，平面净距约为0.7 m，结合地质情况已满足盾构实施最小净距。若加大净距则缓和曲线侵入站台范围更长，具体方案如图4所示。如意坊站的换乘节点已实施完成，且西端与过江隧道工程合建，有效站台无法向西移动。右线为了避让交通桥桩基，缓和曲线侵入站台长度为l侵=18.3 m。根据式(1)计算得出，缓和曲线进站的最小曲线半径r1 200 m，不满足地铁设计规范的要求。若根据地铁设计规范规定，站台有效长度范围内曲线超高不应大于15 mm以及超高顺坡率不宜大于2的要求，计算出缓和曲线侵入站台段的轨道超高顺坡率i侵=hl台侵=0.824，从而推算出曲线的超都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 94 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 高值h曲=i侵l缓50 mm。又根据式(2)计算得出曲线的通过速度c(75)R/11.861.3 km/hVh=+=曲。而该曲线全长为660 m，若以61.3 km/h的速度通过曲线，与70 km/h的速度相比，整个区间行车旅行时间增加约7 s。图5为行车速度牵引比选示意。图 4 中如区间与交通桥关系示意 Figure 4 Schematic of the relationship between Zhongshanba Station and Ruyifang Station and the traffic bridge 图 5 行车速度牵引比选示意 Figure 5 Schematic of driving speed towing ratio 从上述分析可知，因为站台范围内曲线超高控制在15 mm之内对整个区间限速较严重，所以需要提高行车速度至70 km/h。又根据(2)、(3)式以及未平衡超高取75 mm，计算出曲线的实际超高h实88 mm，又根据(4)式计算出站台范围最大超高h台,max=26.8 mm，不满足地铁设计规范的要求。由于缓和曲线进站的最小曲线半径值和站台范围内的曲线超高值都不满足地铁设计规范的要求，对方案进行以下核查分析。6.1 关于缓和曲线曲率半径限界加宽的核查 根据式(5)计算得出曲线在站台范围内的全加宽量w=31593R+15104 mm。6.1.1 对站台边缘与车门门槛最大间隙值的核查 缓和曲线侵入车站的长度l侵=18.3 m，最小曲线半径r1 200 m，结合站台曲线地段加宽规定计算得出站台端头处加宽量 10lwwl=-侵台缓38 mm，因此站台边缘至车门门槛最大间隙值W台,max=100+w台=138142 mm，满足地铁设计规范条款说明5.3.9条的要求。6.1.2 对站台门与车门最大间隙值的核查 结合站台曲线地段加宽规定计算出站台第1道站台门端部的缓和曲线侵入长度 l门=l侵3.4=14.9 m 此处曲线半径 r门=R ll缓门1 430 m 加宽量 w门=10lwl-门缓31 mm 因此站台门与车门最大间隙值 W门,max=130+w门=161165 mm 满足 地铁设计规范 条文说明5.3.8条第3款的要求。图6为站台层与线路中心线关系。图 6 站台层与线路中心线关系 Figure 6 Relationship between the platform level and line center line 非常规地铁站台曲线半径及超高的设计与研究 95URBAN RAPID RAIL TRANSIT因此站台板边缘与车辆(车门处)的间隙宽度以及控制站台门与车辆的间隙宽度满足 地铁设计规范 要求。6.2 关于站台范围内车辆倾斜度超 1%的核查 站台范围内的曲线最大超高h台,max=26.8 mm，计算得出车辆倾斜度i车=max 1500h台,=1.8%。虽然该值不满足地铁设计规范条文说明6.2.1条第2款第6条的要求，但结合已经运营的广州地铁同福西站(倾斜度为2.3%)的实际情况，目前车辆倾斜度大于1%对乘客无不良反应。6.3 关于车辆地板面与站台面高差值的核查 地铁设计规范条文说明6.2.1条第2款第6条说明中，站台范围内曲线超高限制不大于15 mm的另外一个目的是控制车辆地板面略高于站台面，但不大于10 mm。而如意坊站的缓和曲线侵入车站长度l侵=18.3 m，最大超高h台,max=26.8 mm，按照内插法计算得出曲线超高值大于15 mm的缓和曲线长度 l超=18.3 max15 lh侵台,=8.1 m 为了确保满足地铁设计规范的要求，适当增加相应范围内站台板装修完成面的标高，控制车辆底板面高于站台面(不超过10 mm)，具体方案如图7所示。图 7 站台板装修完成面范围示意 Figure 7 Schematic of the scope of the completion surface of the platform board decoration 综上分析，区间线路为了避让交通桥桩基，导致站台范围内缓和曲线曲率半径小于1 500 m及曲线超高大于15 mm的方案是可行的。且仅对站台板装修完成面抬高的简单措施，可给工程投资约200万元，工期缩短约14个月，施工风险和协调难度大大减少。7 结语 本文通过分析站台曲线最小半径和曲线超高的控制因素，结合工程实例论证了站台范围内侵入站台端部的缓和曲线曲率半径小于规范最小值以及曲线超高大于15 mm的可行性。现对城市轨道交通设计提出以下建议，为建设提供参考。1)本文通过工程实例论证说明了缓和曲线侵入车站站台的曲率半径突破了 地铁设计规范 的规定，而站台边缘与车门门槛的间隙宽度(W1)和站台门与车辆的间隙宽度(W2)是满足地铁限界标准要求的，从而进一步说明了地铁设计规范中站台有效长度范围线路曲线最小半径的规定值是有余量的。2)站台范围内缓和曲线曲率半径小于 地铁设计规范的最小值时，先根据地铁限界标准计算出W1和W2值是否满足限界要求，再核查曲线超高大于15 mm时对车辆倾斜度和车辆地板面与站台面高差值的影响。参考文献 1 地铁设计规范:GB 501572013S.北京:中国建筑工业出版社,2014.2 朱礼佳.关于缓和曲线可侵入站台范围长度的初步研究J.交通与运输,2016,32(S2):68-71.ZHU Lijia.Research on the length of the transition curve that can invade in the platformJ.Traffic&transportation,2016,32(S2):68-71.3 周虎利.地铁站端平面曲线布置与设计速度关系研究J.铁道标准设计,2020,64(8):33-36.ZHOU Huli.Study on the relation between plane curve layout and design speed of metro stationJ.Railway stan-dard design,2020,64(8):33-36.4 焦丽莉.小半径曲线及缓和曲线侵入车站对设计和施工影响的分析J.地下工程与隧道,2011(1):45-48.JIAO Lili.Influence on design and construction from small radius curve 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