罗富荣:北京地铁技术研究

在《都市快轨交通》杂志社2005年理事会年会暨“节约型都市快轨交通与技术创新”学术会议上,北京轨道交通建设管理***罗富荣作了“北京地铁技术研究”的主题报告。

尊敬的施院士,各位专家,各位来宾,首先代表管理中心对都市快轨轨道对我们的发言的机会,前面施院士、广州的卢总、上海的朱总都做了非常精彩的报告,我自己特别受启发,下面我就北京地铁技术研究进行专题发言。我发言的题目是北京地铁技术研究,总体上我觉得,北京地铁包括国内其它城市,虽然呈现比较快速发展的时期,但是在技术这一块更多主题还是在引进吸收上,并结合国情或者是结合各个层次的特点进行创新。

管理公司作为一个企业,在技术上主要是这些年来做了基础研究工作,主要是这样三个方面,像管理类的、土建类、和设备类,为了更好把这三个方面做一个概括的汇报,首先把北京地铁建设概况简单说一下。

第一方面汇报内容北京地铁建设概况。北京地铁目前是144公里,这是一个近期的网络规划,目前是114公里,在建是五号、四号、十号、奥运支线和机场线,建设里程系93.

46公里。
管理和综合类,主要是九个方面,详细内容我就不一一介绍了。
接下来我重点汇报管理类的两个问题,一个就是地铁环境安全风险控制系统,刚才施院士在报告当中专门提到。另外,直线电机的问题,直线电机在北京机场线上的应用,其他的应用也是开展得不错的,比如像轨道交通与其他交通衔接方式以及标准化的研究工作。

第二部分是土建类的,我们汇总了一些主要的题目,大家比较关心盾构与潜埋暗挖,听说广州也在这做这方面的研究,装配式铺盖修建地铁车站的成套技术研究。
设备类研究也比较多,除了新技术之外,更多是给予目前成网之后资源共享专项研究工作。

接下来我想主要汇报一下关于环境安全技术控制。作为地铁主要的地下工程,应该说安全工程主要方面如何控制环境安全技术,基于这个思考,北京地铁在建设过程中应该说初步建立一套比较完整的环境安全风险技术管理体系,整个管理体系有九项工作构成。

首先是环境的调查、环境安全分级、工程环境现状评估、影响预测、工程变形标准制定,我们认为环境安全员进行了专项的设计和专项方面的研究,过程控制和工后评估和恢复处理。由于内容比较多,我就重点简单介绍一下这样几个方面,分级、评估、预测、标准制定方面。

大家知道,作为一个复杂的工程,每一条线规模都是非常大的,五长的三十多公里,短的十几公里,多条线同时开工建设,风险源控制非常困难,北京地铁做了环境安全等级的工作,不同的环境安全由不同的责任主体负责,对环境分级的原则采用定性和定量结合,最后由专家委员会进行审定的办法,总体操作性还是比较强的。

其次现场评估的工作。对环境安全控制做得非常基础的工作,对二级或者二级以上的环境安全员进行了评估,现状评完了之后变成一些能力,有一些非常科学的指导。
再就是预测。不同的施工工艺水平对变形的控制影响是比较大的,在确定采购某一种施工方法和综合施工措施之后,它到底能达到什么样的控制水平,这是我们所需要了解非常重要的工作,预测工作也是非常重要的。

根据预测和评估得出施工过程中确切的控制标准。最后就是做完之后恢复处理的方案,这是整个的处理。
下面结合工程实例大家理解一下过程的处理情况。这是北京地铁十号线过国贸站典型的案例,这是综合剖面图。从红颜色就是将要修建的地铁车站,这些柱子都是目前国贸桥的桥桩,整个车站在桥桩密集区建设,应该说难度是非常大的,这是剖面图,大家可以看出,桥和桩的关系。

整个的环境控制有一个完整的程序,大家从这个程序里面可以了解一下整个工作开展基本的思路。

这是我们通过研究给出这么一些主要的结果,通过评估,我们给出了桥梁允许的差异沉降的控制值,这是主要控制的指标,这是评估的结果。根据预测,我们得出一些地表的控制指标,根据预测我们得出桥墩的指标,根据预测值和控制值对比,我们得出控制的思路,由于工程比较复杂,控制指标不可能是一个,总体上采取分区、分级、分阶段过程控制,所谓分期主要是指根据桥梁上部形式分成不同的区域进行控制,分级主要是根据安全风险分成不同的等级,分成三个等级或者更多的等级。

分阶段主要是强调过程控制,一个地铁的施工从开工到完工有不同的工序完成的,工程控制更多强调过程控制而不是结果控制,如果是结果控制的话,应该说是后天的,我们采取分阶段控制的思路,把我们制定的控制标准分解到各个部序,在部序过程中间控制。我们把整个桥区的桥桩分成不同的等级进行控制,根据桥桩的状况和既有结构的关系,我们把整个桥区的桩,每一个桩都有一个安全控制的等级,根据这个等级进行过程控制。

这是环境安全体系整个的问题。
第二部分,北京地铁直线电机综合技术研究。主要分为四个方面,首先是机场线基本情况,不同制式的技术比较,直线电机牵引车辆的优点,直线电机原理和特点。这是机场线的基本情况,大家可以看出来,从东直门一直到机场,T2和T3两个点,主要的功能为了航空服务的功能,就是这么一个简单的定位,这是线路平面。

从这个线路平面大家可以看出来,有几个指标是比较困难的,一个指标是平面曲线是200米,另外最大的坡度是35,应该说整个线按轮轨技术标准还是比较困难的。这是线路的局部,东直门这一段曲线最小这一段,再一个就是坡度控制点的基本情况。

总体上机场线线路技术指标分为四个方面,线路最小曲线半径、最大坡度、竖曲线最小半径,行车速度,这几个指标在线路和工程过程中主要的技术路线。这是T3车站一些设计情况,这是机场高架的设计方案。
对于机场线的要求经过很长时间,不过制式的研究。

首先01年左右重点放在轮轨交通模式上,另外就是对中低速磁悬浮也进行了研究,再一个就是01年同时对轮轨模式进行比较,03年对直线电机客运模式进行研究,04年完成了整个机场线可研报告。

这是不同模式的照片。首先是高速磁悬浮,然后是中低速磁悬浮,例子比较少,再一个传统的轮轨模式,应该说这是最成熟的一个技术,再一个直线电机的交通模式,这是四种主要目前轨道交通主要的模式。

最后机场线推荐采用直线电机,很大的原因一方面基于整个线路的条件,另外基于直线电机自身固有的优点的考虑。
对主要的技术指标,我们就三大系统做了一些比较,各位专家可以简单了解一下,大概四个方面,一个方面就是主要的技术指标,传统的轮轨、直线电机和低速磁悬浮是这样几个方面,最大的爬坡能力,大家可以看出来数值有比较大的差异,再一个最小的曲线半径,最小已经有用到60的,一般情况下是80,我们机场线最小是200,应该说线路条件还是不错的,另外最高设计速度也有差异的,机场线特定的工程里边研究,不同模式需要的耗时有一个简单的时间对比,再一个就是运能。

另一方面就是工程造价,这只是在同等条件下进行的估价,从总体来看直线电机还是稍微低一点。

另外就是运营费用,由于这方面的资料不是特别多,对维修的费用进行定性的描述,对耗电量的资料,大家可以了解一下,大概直线电机比传统的轮轨要低5%左右。
再一个就是环境的影响,从噪声和电磁污染三个方面进行比较,都可以看出,直线电机在环境影响方面还是有它独特的优势。

另外对国内外主要的直线电机已经运营的线路我们做了一个统计。应有一些很成功的应用,而且该说直线电机已经这几年都在不断地建设当中,从85年到03年二十年的时间,应该说直线电机还是非常成熟的技术,实际上在世界范围内总体还是成熟的技术,而不是一个新技术。
这是线路的照片,这是温哥华的,这是日本的。

直线电机的优点,实际上在前面几位专家报告里边不同程度提到,归纳起来是五个方面:1、隧道断面小;将来土建规模比较小,土建费用还是比较省的。2、爬坡腾空。3、转弯半径,这两个指标对于工程是非常有利的,特别是在城市里边,这两个指标往往起到制约的作用。

4、维护费用低、车辆寿命长,全寿命周期成本是比较低的。5、环保性能好。
对这五个方面有一个简单的说明。由于直线电机采用是扁平的结构,整个断面还是小,如果用盾构的话,这是轮轨,这是直线电机,如果矩形这是轮轨,这是直线电机,要求结构的规模还是小一些。

第二个方面爬坡能力。刚才通过介绍和掌握的情况,两个差距还是比较大的,大概差了一倍,主要是基于直线电机传动,主要是利用直线电机,直线电机安装车辆和安装在车辆之间的感应板,统过梁者之间的电磁感应产生推理,而不是传统轮轨的牵引,所以整个的爬坡能力是比较强的。

第三个方面,转弯半径。转弯半径小主要基于转向架特殊的设计。
另外维修费用低。实际上跟牵引模式也是有直接关系的,大家从这里面可以看出来,之所以维修费用低,还是由于轮轨之间不传递牵引力,车辆的牵引不需要防空转,另外电制动不需要防滑,这样可以减少车辆擦伤延长车辆使用寿命。

再一个环保的性能。这是车厢内,这是车厢外的,远远低于轮轨目前噪声控制要求。
简单汇报一下直线电机原理。从这个图可以比较形象看出来,从旋转电机向直线电机展示的情况,这里边最主要就是说,直线电机与传统电机在于直线运动制动代替旋转。

另外,驱动方式。驱动方式不是通过轮轨之间机械驱动,主要是通过车辆直线电机和轨道线感应板之间的电磁感应驱动。
三大核心系统,直线电机与传统轮轨相比有三大核心技术:直线电机、感应板、转向架。
谢谢大家!