交通设备概论-3城轨交通

第三章城市轨道交通设备第一节城轨交通概述第二节轨道与结构工程第三节城轨交通车站第四节城轨交通车辆第五节信号与通信系统第六节供电、环控与给排水系统2020/2/811972第三章城市轨道交通设备[重点掌握]城市轨道交通系统的发展历史，基本分类，不同轨道交通系统设备的基本功能特点，设备设计与运营要求。2020/2/81973第一节城轨交通概述一、历史与现状二、城市轨道交通基本形式2020/2/81974一、历史与现状全球地铁历史世界上最早的地铁是1863年元月10日在伦敦开通的一段6km长的线路。列车由蒸汽机车驱动，通风也很成问题；这条线路被人们称为“地沟铁路”。不过它运营几年后就电气化了。目前，伦敦已经建成了由12条线路组成、总长400余km的现代化城市轨道交通系统。2020/2/81975亚洲地铁历史亚洲最早的地铁是日本东京1927年12月开通的浅草-涩谷线。目前，日本有11个城市拥有城市轨道交通系统，东京50km圈内的轨道交通系统总长达2355km，其中高架铁路1985km，地铁及线性地铁273km。一、历史与现状2020/2/81976中国地铁历史我国最早的地铁是1969年建设的北京地铁。天津（1984）、上海（1995）、广州（1997）陆续建设了地铁香港的第一条地铁建成于1975年。到2001年底，已有20多个城市建成和正在建设轨道交通系统。一、历史与现状2020/2/81977城市交通问题近年来，随着社会与经济的发展，人口向城市的集中加快，这种城市化导致了城市内部以及城市与市郊之间的众多交通问题。一、历史与现状2020/2/81978现代城市交通的目标：1．使人与货物到商业区、学校、工作地等地点的可达性最大化即实现客货的位移需要，这也是交通运输最基本的目标。2．减少交通事故事故除了直接损失外，还产生了许多难以估计的外部费用。因此，降低交通事故成为所有发达国家与发展中国家共同关心的重要问题。3．使交通对环境的不利影响最小化随着人口密度的增加，交通引起的环境问题也越来越尖锐。一、历史与现状2020/2/819794．引导城市规划目标的实现交通对城市发展具有诱导作用，交通规划考虑了城市或地区的长期效益，具有较好的可持续性。5．保存稀缺资源，尤其是土地和石油要考虑人类生存和发展的长期后果，考虑发展的可持续性。6．使公众的代价最小化它反映了社会优化的观点。一、历史与现状2020/2/819710解决办法研究表明：有轨的、运输能力大的交通系统已经成为现代城市发展的重要基础设施。一、历史与现状2020/2/8197各种交通方式能耗比能耗比1111.85.94.1人公里能耗比2020/2/8197各种交通方式CO2排放量co2,轨道交通,1co2,公共汽车,2.7co2,私人汽车,8.3co2,,0列1,轨道交通,0列1,公共汽车,0列1,私人汽车,0列1,,0列2,轨道交通,0列2,公共汽车,0列2,私人汽车,0列2,,0co212人公里CO2排放量2020/2/819713轨道交通技术在以下三个领域内取得了较好发展：1、技术上较为复杂的高速铁路系统在全世界范围内得到了较好的认可和发展；2、发生在城市中心到民航机场之间。3、城市轨道交通系统的建设，这些发展很大程度上缓解了城市范围内的交通拥挤，尤其是在私人轿车上下班线路上的拥挤。一、历史与现状2020/2/8197北京地铁142020/2/819715城市轨道交通系统的设备包括:车辆、车站、线路、列车、控制以及通信信号系统等；它们的协同工作是为用户提供满意服务的保证。一、历史与现状2020/2/819716按能力分为：市郊铁路(SuburbsRail)地铁(Subway)轻轨(LightRailTransit)有轨电车(TrolleyBus)二、城市轨道交通基本形式2020/2/819717按构造分为：铁路地铁单轨导向轨道交通磁悬浮二、城市轨道交通基本形式2020/2/819718北美轨道交通系统则分为：快速轨道交通（RRT）轻轨交通（LRT）通勤铁路（CR）自动导向系统（AGT）二、城市轨道交通基本形式2020/2/819719主要服务于城市间客货运输早期的铁路由蒸气驱动的机车牵引现代铁路则主要有电力和内燃两种机车牵引形式，电力牵引采用高压交流供电方式。（一）铁路系统2020/2/819720目前，铁路主要是沟通城市边缘与远郊区的手段。由于服务于人口密度相对稀疏的郊区，站间距比较大，它使得列车的运行速度可以提高许多。目前城市间高速铁路的商业速度已达到250km/h以上，一般地，市郊铁路线路的最高速度可以达到100km/h以上。市郊铁路主要为通勤者提供运输服务，故有时也称通勤铁路或地区铁路。（一）铁路系统2020/2/819721北京市郊铁路2020/2/819722为土地紧张的城市中心区提供的一种交通形式，每小时单向最大运送能力可达5万人次以上。地铁建设投资大，周期长(四到五年)。现代地铁的牵引多采用电力驱动的动车组方式，供电方式多为直流。各国地铁系统的建设标准不完全相同。（二）地铁系统2020/2/819723日本还建设了另一种小断面地铁，即线性地铁。特点：断面较一般地铁要小，可降低建设成本，此外，它可以采用较小的曲线半径和较大的坡道，也可高架，维护较易，目前在日本已有几条线路建成投产。线性地铁能力略低于一般地铁系统。（二）地铁系统2020/2/8197242020/2/819725（三）轻轨系统目前各国采用较多的是形式比较灵活的城市轻轨运输系统（LightRailTransit或LightRapidTransit）。轻轨系统的雏形是城市有轨电车，后者由于与道路交通间的冲突而被淘汰和改造为与道路交通具有一定程度隔离的轻轨系统。2020/2/819726Metrolink列车在车站轻轨铁路2020/2/819727（三）轻轨系统一般地，轻轨要求有至少40%的股道与道路完全隔离，以避免拥挤，这也是它区别于有轨电车之处。轻轨运输系统可以在地面、地下或高架建设，其最大运送能力根据列车编组确定，每列车2节编组时每小时单向能力可达13500人。2020/2/819728（四）特殊形式的轨道交通1．单轨系统最早的单轨系统一般可以追溯到1821年的英国人Palmer开发单轨所获得的发明专利。世界上第一条单轨运输线路是1824年在伦敦船坞修建的那条木轨线路，比蒸汽铁路还早，不过它是用马来牵引的。2020/2/819729（四）特殊形式的轨道交通1888年法国人在爱尔兰铺设的、长约15km的跨座式独轨蒸汽铁路可以被认为是单轨铁路的先驱，它也是有动力单轨铁路走向实用的标志。1893年，德国人Langen发明了悬挂式单轨车辆1901年，一条13.3km的悬挂式单轨铁路投入运营，它也是利用街道上空建设单轨铁路的开始。2020/2/819730现代单轨系统有跨座式和悬挂式两种类型。单轨铁路一般使用道路上部空间，故土地占用较少。大多数单轨系统采用橡胶轮胎，可以适应急弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。同时，单轨系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。单轨系统每小时单向最大运送能力在8400人至25200人，适用于对速度和运输需求较低的场合。（四）特殊形式的轨道交通2020/2/819731跨座型单轨系统2020/2/819732悬挂型单轨系统2020/2/8197332．自动导向系统（AGT）自动导向系统（AutomaticGuidewayTransit）是一种通过非驱动的专用轨道引导列车运行的轨道交通。在日本，较早的AGT系统是1981年开通的两条线路：一是神户新交通公司开通的三宫-中公园线路，全长6.4公里；二是大阪市住之江公园-中埠头间的6.6公里线路。2020/2/819734自动导向系统2020/2/8197352．自动导向系统（AGT）目前这两条线路均采用无人驾驶的ATO系统，运营速度22~27km/h，最大速度达到60km/h；高峰期最小间隔达到了3min左右，能力与单轨系统大致相同。下图是几类典型的AGT系统。2020/2/8197362020/2/819737第二节轨道与结构工程一、土质路基的轨道结构二、隧道内的轨道结构三、高加桥上的轨道结构四、结构工程2020/2/819738概述轨道结构是城市轨道交通系统的重要组成部分，一般由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔及其他附属设备组成。为保证列车运行的安全，轨道结构应具有足够强度和稳定性、耐久性、绝缘性及适量弹性，且养护维修量小，以确保列车安全运行和乘客舒适。2020/2/819739轨道交通在土质路基上一般宜采用混凝土枕碎石道床，并尽可能敷设无缝线路。一、土质路基的轨道结构2020/2/819740目前的钢轨形式有三种：一是槽形钢轨，多用于街道轨道，即路面与钢轨轨面在同一平面的场合，如香港屯门轻铁。第二种是19世纪应用很广，但目前已经很少采用的双头钢轨，这种钢轨在英国还能见到。第三种是目前广泛采用的平底钢轨。（一）钢轨2020/2/819741（一）钢轨槽型钢轨平底钢轨2020/2/819742我国国家铁路的钢轨主要有50kg、60kg与75kg三种类型。年通过总重在15Mt－25Mt时，采用50kg/m钢轨；在25Mt－50Mt时，采用60kg/m钢轨；在大于50Mt时，采用60kg/m或750kg/m钢轨。（一）钢轨2020/2/819743从技术性能上分析，60kg/m钢轨重量只增加17.7%，而允许通过的总重量可增加50%。重型钢轨不仅能增加轨道的稳定性，减少养护维修工作量，而且还能增加回流断面，减少杂散电流。（一）钢轨2020/2/819744城市轨道交通在经济条件允许下，无论地面线、地下线或高架线，运营正线宜选用重型钢轨。对车场线来说，由于主要是供空车运行，速度又低，考虑到经济性，选用50kg/m或43kg/m钢轨均是可行的。（一）钢轨2020/2/819745轨枕是轨道的基础部件，其功能是支撑钢轨，保持轨距及方向，并将钢轨压力传递到道床。轨枕的种类按构造有横向轨枕、纵向轨枕、短轨枕和宽轨枕四种；按铺设部位有适用于区间线路的普通轨枕、道岔区的岔枕和无碴桥上的桥枕；按制造材料可分为木枕、混泥土枕及钢枕三种。（二）轨枕及扣件2020/2/819746一般情况下，碎石道床的轨枕应尽可能采用常规铁路所使用的预应力混凝土枕。对采用第三轨受电方式的系统，在安装三轨托架的地方还需使用特殊加长的混凝土枕。（二）轨枕及扣件2020/2/819747预应力混凝土枕（二）轨枕及扣件第三轨2020/2/819748扣件是联结钢轨与轨枕间的中间零件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距并阻止钢轨的横纵向移动。有碴轨道的钢轨扣件可采用弹条I型扣件（二）轨枕及扣件2020/2/819749扣件2020/2/819750道床是指路基之下、轨枕之上的部分。一般分为道碴道床（有碴道床）和无碴道床两大类。常见的道碴道床有碎石道床。（三）道床2020/2/819751土质路基上一般采用碎石道床。碎石道床结构简单，容易施工，减振、减噪性能较好，造价低；不足之处是轨道建筑高度较高，轨道维护工作量大。（三）道床2020/2/819752（一）扣件1.扣件技术性能（1）调整量整体道床通过扣件调整轨距和高度轨距：+8/-12mmm,高低：±10mm(2)抗横向力曲线半径200m,v=50km/h,F=37KN(3)扣压力北京地铁：12kN，防爬行二、隧道内的轨道结构2020/2/819753（一）扣件1.扣件技术性能（4）绝缘性能工作电阻：10^8欧(5)垂向、横向静刚度垂向静刚度：200-290KN/cm横向静刚度:220-600KN/cm(6)强度200-300万次疲劳试验二、隧道内的轨道结构2020/2/819754整体道床整体性能好，坚固稳定、耐