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限界讲义（倪昌）第一章限界概论一、定义由于车辆各个部件之间存在的间隙以及转向架弹性元件在不同承载条件和不同速度条件下产生的变形和振动，当列车在轨道上运行时，在车辆轮廓线外面形成了一条封闭的包络线，这条包络线称动态包络线。在列车正常运行状况下（由间隙、振动、挠度等组合）计算得到的包络线称车辆限界。在列车故障运行状态下（一条悬挂或二条悬挂失效）计算得到的包络线称设备限界。二、制定限界的主要因素1、车辆平、立、剖面图：一般取车辆端部、中部、转向架中心肖处及其它特殊部位的横断面，以其最外各点的连线作为计算基准点，进行车辆限界和设备限界计算。2、车辆基本尺寸1）车辆长×宽×高2）车辆定距3）轴距4）车厢地板面高度（距钢轨面）、塞拉门下端密封条高度（距钢轨面）5）受电弓落弓高度、工作高度6）受电靴受电线（碳滑板中心线）至转向架中心线水平距离7）接触轨工作面高度（距走行轨面）3、车辆限界主要计算参数1）轮轨间隙2）轮对横向制造误差3）轴箱、轴承游隙4）转向架和轮对横向间隙及垂向位移量5）车体和转向架之间横向间隙（位移）和垂向位移量6）车辆制造公差和维修限度（按维修规程）7）车辆空重车挠度及垂向位移量8）载荷不对称引起的偏斜9）因一系悬挂及二系悬挂侧滚引起的位移量10）轨道安装误差、允许磨损量（按维修规程）及弹性变形量11）横向加速度12）风荷载三、设备限界计算原理1、直线地段设备限界是一系或二系悬挂故障状态下的车辆限界。它的计算模式和车辆限界相仿。但需要考虑以下几点：1）一侧一系弹簧折损造成车体侧滚（不考虑空气弹簧）2）一个转向架上一对空气簧过充，造成车顶上翘3）一个转向架上一对空气簧泄漏，造成车体下沉4）竖曲线引起的加高（凸竖曲线在车端，凹竖曲线在车体中部）和降低（凸竖曲线在车体中部，凹竖曲线在车端）5）综合以上四种工况可获得直线地段设备限界2、曲线地段设备限界1）当列车在曲线地段运行时，车辆产生离心力，所以，必须设置轨道超高。理论上说，轨道超高应该平衡离心力。但由于列车速度的变化，速度大了，会产生未被平衡的离心力，我们称为欠超高；减速运行情况下，离心力小了，轨道超高过剩，我们称为过超高。过超高或欠超高都应该在曲线设备限界中计算。根据舒适度要求允许欠超高61mm（此时的未被平衡横向加速度0.4m/s2）。2）曲线几何偏移量横向加宽量：曲线外侧Ta=[Lo2—(l12+a2)]∕﹙8R﹚曲线内侧Ti=(l12+a2)∕﹙8R﹚3）曲线轨道参数（1）轨道横向弹性变形量曲直线之差Δde＝1.4mm（2）外轨磨耗R≥800mΔSa＝3mm800m＞R＞100mΔSa＝3+300/R（3）内轨磨耗R≥800mΔSi＝0800m＞R＞100mΔSi＝300/R（4）轨距加宽（仅加宽内轨）ΔtA型车B型车200m≥R＞150m105150m≥R＞100m1510（5）车辆参数在曲线段的变化（相对于直线段）一系簧横向位移Δq＝（1～4）mm二系簧横向位移Δw＝（1～15）mm（6）合计：横向外侧加宽量ΔXca＝Δde+ΔSa+Δq+Δw横向内侧加宽量ΔXci＝Δde+ΔSi+Δt+Δq+Δw4）综合以上三方面因素。取外轨和内轨的大值作为曲线设备限界四、各种工况下的车辆限界和设备限界1、工况分类：1）以载重分类：重车、空车2）以速度分类：正线按最高速度计算（曲线段按牵引计算值加5km/h瞬时超速值）车场线25km/h停车线、折返线35km/h联络线（行车专业提供）出入段线（行车专业提供）过岔速度（按道岔号数）3）以道床类型分类：整体道床碎石道床4）以车辆类型分类：A型车——车宽3000mm车高3800mm车体长度22100mm（不含车钩）定距15700mm轴距2500mmB型车——车宽2800mm车高3800mm车体长度19000mm（不含车钩）定距12600mm轴距2200~2300mm5）按受电方式分类：（1）受电弓受电：落弓高度3810mm升弓高度范围175~1600mm（2）受电靴受电：电压范围：直流750V直流1500V授流方式：上授流下授流侧授流2、用途1）车辆限界——用以制定站台、屏蔽门限界和库内高架检修平台2）设备限界——用以制定区间及辅助线建筑限界3、计算注意事项1）空车用于计算上部偏移量2）重车用于计算下部及两侧偏移量3）站台计算长度范围内V≤60km/h，匀减速或匀加速4）车场线计算条件：V=25km/h，碎石道床、空车5）车库内：V=5km/h，整体道床、空车6）停车线、折返线计算条件：V=35km/h，整体道床、空车7）联络线计算条件：速度由行车专业提供，整体道床、空车8）出入段线：速度由行车专业提供，整体道床、空车4、制定各种车辆限界、设备限界的目的1）对于库内高架检修平台、用精确计算的车辆限界可使平台与列车之间的间隙减少，保证高空作业工人的安全。2）对于停车线、折返线，用精确计算的设备限界以及根据实际需要的轨旁设备和线缆，使停车线、折返线内的墙、柱布置变得更加合理。3）站台计算长度范围内站台建筑限界的设计更加合理。第二章限界与土建概述轨道区的建筑断面，应该符合限界要求，以确保行车安全。所以，无论是区间、车站或车辆基地，都必须有建筑限界设计规定。反之，区间、车站或车辆基地的有关设计图也必须得到限界专业的会签认可。一、区间1、地下区间1）圆形隧道：按照全线最小曲线半径设计圆形隧道建筑限界；2）马蹄形隧道：按照全线最小曲线半径设计马蹄形隧道建筑限界；3）矩形隧道：按照直线地段设备限界制定直线地段矩形隧道建筑限界；曲线地段圆形隧道和马蹄形隧道相对于线路中心线应采用移动圆心的方法补偿轨道超高产生的附加偏移量，水平方向移动量公式为x’=ho·h/1506；垂直方向由于移动量很小（毫米级）可忽略不计。圆曲线地段矩形隧道应按照曲线设备限界和轨道超高计算确定隧道断面；缓和曲线地段的加宽方法可参照《铁路隧道设计规范》实施；但该规范中使用的参数是大铁路车辆尺寸，应用在地铁中应按照地铁A型车或B型车的尺寸进行置换。隧道高度在曲、直线地段均采用相同尺寸。架空接触网供电时采用4500mm，接触轨供电时采用4200mm。2、高架区间1）双线高架区间：线间距的确定是制定双线高架区间建筑限界的关键。线间距受有无疏散平台、平台宽度的影响最大。当两线之间不设疏散平台时，线间距按两线设备限界加不小于100mm安全间隙确定。直线地段线间距通常A型车不小于3700mm，B型车不小于3500mm。当两线之间设置疏散平台时，线间距受疏散平台宽度制约：直线地段线间距等于（2×设备限界+平台宽度+100mm）。由于平台高度受车厢地板面高度制约，通常取（空车车厢地板面高度—210）mm，（式中210mm取自自动扶梯一个梯级高度）。所以，A型车的平台高度（至轨顶面）可取900～920mm；B型车的平台高度850～890mm；L型车的平台高度720～800mm；则平台面到道床面的净高分别为900+500=1400mm、850+500=1350mm、800+500=1300mm，（式中500为高架桥道床高度）这个净高使乘客行走时缺乏安全感，所以，修编中的《地铁设计规范》，规定平台宽度不小于900mm，相匹配的线间距为4000mm，曲线地段线间距加宽。但这种平台宽度无法安装扶手；另一种作法是将平台宽度加宽至1050～1250mm，相匹配的线间距4400mm，中间可作扶手。在深圳3号线试用后得到业主的肯定。若两线之间设置架空接触网立柱，疏散平台宽度在立柱两侧的通道空间被削减，按照德国Bostrab标准规定，立柱两侧最小净空不小于450mm，故疏散平台宽度应为1300～1400mm。线间距为4600mm。这一方案已在东莞地铁中得到应用。2）高架区间单渡线地段。道岔转辙机可布置在两线之间，桥面宽度不必加宽。3）高架区间交叉渡线地段，有一组道岔转辙机必须布置在两线外侧，桥面宽度因此而加宽。4）线路外侧宽度：在曲直线设备限界外应布置的构筑物为声屏障、接触网立柱（若有的话）、护栏。声屏障和接触网立柱可以立于护栏之上，信号机、通信漏缆也可以安装在护栏上面，护栏内侧应安装有强电电缆，电缆可采用支架敷设或电缆槽敷设；若采用接触轨授电（B1型车），接触轨宜布置在两线外侧。轨旁设备和构筑物与带电体之间应遵守电气绝缘距离的规定。北京机场线在高架区间取消了维修插座箱及连接电缆。在维修中心备用一台移动式发电机，在高架线占主流的地铁中，这是一种好的创举。信号天线和照明灯具可以布置在疏散平台，也可以布置在护栏侧。5）当采用岛式高架车站时，车站两端都设有高架单线桥，若设置疏散平台，平台设于行车方向左侧。平台净宽不小于700mm，外侧必须设置安全扶手。二、车站1、车站计算长度范围内的站台建筑限界按采用A型车还是B型车，车门是塞拉门还是滑动门而定，1）线路中心线至屏蔽门门槛边缘水平距离（简称水平距离），见下表水平距离（mm）A型车B型车塞拉门16001500滑动门15701470注：采用塞拉门时，在每个门槛处安装防踩空橡胶条2）站台板至站台支承墙水平距离；架空接触网和750V直流供电：500mm；1500V直流供电：600mm；3）站台高度（至轨顶面）以新车、空车的车厢地板面高度为基准，下降50mm作为站台装修面高度。2、车站计算长度范围外的站台建筑限界按区间设备限界另加不小于50mm安全间隙计算，但计算不宜太精确。3、车站计算长度范围外的设备房外墙建筑限界由于设备房外墙上一般不走电缆（环网电缆安装在站台板下或电缆廊道）。所以，设备房外墙建筑限界按设备限界加200mm安全间隙设计。4、有折返线车站的建筑限界加宽有折返线的10m岛式站台是宽度最小的车站，也是限界设计难度最大的车站。以B型车为例，9号道岔内侧岔心处加宽量456mm为最大，岔心往岔尖方向和基本轨方向各约23m处加宽量为0，其间加宽量按线性方向变化；9号道岔外侧，自岔心往岔尖方向3.8m处为加宽起点，27m处为加宽终点。外侧加宽量按130mm计算。当左、右线线间距13m时，正线与折返线的线间距依次为4.2—4.6—4.2m，线路之间宜采用中隔墙分隔。左线至中隔墙净距1.8m内，不能安装管线。折返线至中隔墙2.1m，可容纳道岔外侧加宽量130mm，剩余净距2.1—0.13=1.97m。可安装悬挑250mm强电电缆支架；折返线内管线减少，无环网电缆、通信电缆；只有少量信号电缆；若有射流风机，则有动力电缆。还有直流上网电缆。道岔转辙机若布置在中隔墙侧，每台转辙机可在隔墙上开孔。5、屏蔽门限界列车进站停车后，屏蔽门与车体之间间隙应尽量小，以站不下一个人体为原则。经计算，并考察了香港地铁屏蔽门之后，确定这一间隙不大于130mm。因此，A型车的屏蔽门限界为1630mm，B型车的屏蔽门限界为1530mm，这一参数不必另加屏蔽门弹性变形量。6、车站建筑限界高度：自轨顶结构风道底板至轨顶面高度1）架空接触网：4500mm2）接触轨：4250mm（屏蔽门安装要求）7、折返线地段建筑限界高度车站建筑限界高度+轨顶结构风道高度=折返线建筑限界高度，这个高度可以安装射流风机。三、车辆基地1、车场线1）接触网立柱离线路中心线距离，应符合设备限界要求。2）接触轨供电，应注意车辆集电靴与平交道路牙之间的安全间隙。2、车库1）应区别列车带电进库还是不带电进库。接触轨进库时，应特别注意裸露集电靴的安全间隙要求；2）高架检修平台与车顶间隙，应满足限界要求并确保工人在车顶作业时的安全。第三章各设计阶段限界设计文件组成与内容一、工程可行性研究阶段1、区间直线地段圆形隧道建筑限界图2、区间直线地段马蹄形隧道建筑限界图3、区间直线地段矩形隧道建筑限界图4、区间直线地段高架双线建筑限界图5、车站直线地段矩形隧道建筑限界图6、车站直线地段高架站台建筑限界图二、总体设计阶段1、设计说明2、附图1）区间直线地段隧道内车辆限界、设备限界图2）区间直线地段隧道外车辆限界、设备限界图3）区间直线地段圆形隧道建筑限界图4）区间直线地段马蹄形隧道建筑限界图5）区间直线地段矩形隧道建筑限界图6）区间直线地段高架双