市域轨道交通纵断面设计研究

研究目的:随着我国城市化进程的加快,城市空间不断扩展,为满足市区与郊区之间的客流集散,缓解城市交通压力,我国越来越多的城市都规划建设有市域轨道交通线路,在以往的市域轨道交通线纵断面设计中多参考城市轨道交通纵断面"V"型节能坡的设计理念。经过多年发展,城市轨道交通纵断面"V"型节能坡设计理念较为成熟,但由于城市轨道交通速度低、站间距小,而市域轨道交通速度高、站间距大,纵断面设计若采用节能坡存在埋深过大、区间排水泵站实施困难、地质变化大等问题,因此有必要基于市域轨道交通线路的特点,对纵断面设计采用"W""V"型坡进行研究比选,探索更为合理的设计理念。研究结论:本文通过"W"型坡与"V"型节能坡牵引计算图的对比分析,发现采用"W"型坡列车单位能耗在正常范围内,综合比选工程实施的经济性、安全性等方面,市域轨道交通纵断面设计中"W"型坡适应性更好:(1)"W"型坡的能耗与"V"型坡相比略有增加,但是区间埋深、排水泵房实施较合理;(2)采用"W"型纵断面能减少区间的埋深,对区间排水泵房及相关设施的实施有更好的安全及经济性;(3)本研究成果适用于市域轨道交通速度高、站间距大的区间纵断面设计。     

地铁线路区间纵断面节能设计优化模型

线路纵断面形式是影响地铁列车牵引能耗的重要因素之一。在给定线路平面设计方案和车站位置的前提下,考虑地铁设计规范要求和线路地理条件限制等现实约束,构建以上、下行列车总牵引能耗最小为目标的区间纵断面设计优化模型,并采用遗传算法求解区间坡度和坡长的最优组合序列。案例分析表明,与实际设计方案相比,采用本文模型得到的纵断面设计方案可节约5%左右的列车牵引能耗;当区间衔接的两车站高程相差较大时,采用先缓上坡后陡上坡(反方向先陡下坡后缓下坡)的单向坡设计形式较为节能;当车站高程相近时,采用先下坡后上坡的V型纵断面设计形式有利于牵引节能。     

轨道交通中的节能坡及其工程应用

采用二维控制模型，阐明了轨道交通中节能坡的最优控制原理。总结了节能坡在轨道交通工程应用中的主要原则：列车再生制动功能不能代替节能坡；有条件的区间都应设计成节能坡，且遵循“高站位，低区间”的设计原则；应尽量符合列车运行规律；必须结合工程实际，且与施工方法相结合。节能坡的设计思想主要体现在地下线和高架线上。     

市域轨道快慢车组合运营线路节能坡方案优化探讨

针对快慢车组合的市域快线节能坡优化开展研究。首先提出市域轨道节能坡优化的总体框架,开展列车节能运行操纵策略实验和标准三站两区间的节能坡数值实验,得到设计规律。在此基础上,结合广州地铁18号线实际工程数据,对全线节能坡方案进行优化探讨。结果表明,快慢车组合运营线路的节能坡设计主要受快慢车比例和快车跨站限速影响,当快车比例较大、跨站限速高时采用小站缓坡更加节能。方案理论上节能效果显著,证明了方法的有效性。     

基于离散微区间工况选择的列车节能运行优化方法

列车节能运行优化可降低列车的运行能耗，从而降低轨道交通运营成本，但对于坡度、坡长、限速等条件多变的线路，既有节能优化方法难以给出合理的工况组合方案，因此提出基于离散微区间工况选择的列车节能运行优化方法。首先，将列车运行区间离散为等距的微区间，建立节能运行优化模型；其次，通过考虑相邻2个迭代最优解之间差异的启发效应，对蚁群系统算法（ACS算法）进行改进，提出改进的蚁群系统算法（ACSd算法）；然后，采用ACSd算法在微区间中直接选择运行工况；最后，将节能和准时的要求同时纳入目标函数和算法的启发因子，并提出调节信息素浓度的时间补偿机制处理时间误差。以北京亦庄地铁线某个多坡段区间为例，将所提方法与既有能量分配法的优化结果进行对比，并对分别采用ACSd算法和ACS算法选择运行工况所获得的优化结果进行对比。结果表明：基于微区间工况选择的优化方法较能量分配方法降低能耗29.1%；采用ACSd算法进行列车节能运行优化较ACS算法降低能耗9.9%。     

巡航模式下地铁纵断面节能坡优化研究

地铁列车运行常采用巡航模式来保证运营的安全、舒适和准点,而人工纵断面线形设计较难契合列车的巡航状态、不适应设计条件的多变,无法做到有效节能。以变坡点里程和高程为变量,以列车双向运行牵引能耗为目标建立纵断面线形节能优化模型,采用差分进化算法进行模型求解。优化策略包括初始方案搜索和整正两个阶段,初始方案搜索阶段依据区间长度假定适当多的变坡点进行优化,方案整正阶段将删除初始方案上坡度代数差极小的变坡点得到优化方案。优化结果表明：巡航模式下,节能坡坡度值越大,中间坡度越缓,列车双向能耗越小。灵敏性分析表明：惰行距离较长时,宜设置较长的节能坡;车站高差增大时,宜缩小低位车站节能坡的长度和坡度值,增长高位车站节能坡的长度。     

紧邻地铁区间隧道深基坑工程的设计和实践

研究目的:随着城市轨道交通的快速发展,中心城区的深基坑工程经常紧邻正在运营的地铁区间隧道,深基坑开挖需确保邻近地铁区间隧道严格的变形保护要求,基坑工程设计由强度控制转变为变形控制。结合上海典型软土地层中紧邻地铁区间隧道深基坑工程的设计和成功实践,总结相关设计方法和措施,给类似深基坑工程设计提供参考。研究结论:针对基坑开挖对邻近地铁盾构区间隧道附加变形<20 mm的严格保护要求,在紧邻上海地铁2号线区间隧道的南京西路1 788地块基坑工程中,采用中间设置临时隔断地下连续墙将基坑一分为二、"分区顺作"的设计方法,并采取了数值模拟分析和专项保护措施,在工程实施过程中对基坑工程和区间隧道进行了详尽的基坑监测。监测结果表明,基坑本身安全、对邻近地铁区间隧道的影响都在安全可控的范围内。     

地铁折返线段相邻小净距隧道施工技术

结合工程实例,介绍南京地铁2号线苜蓿园站—小卫街站隧道区间折返线段相邻最小间距30.9 cm的小净距隧道施工及监控技术,并初步对两小净距隧道开挖时的施工效应进行研究,小净距隧道段衬砌结构应力的监测结果验证了设计和施工方法的可靠性。     

盾构区间隧道水平近距离施工方案研究

研究目的：盾构区间隧道水平近距离施工在国内尚无成熟的技术方案,对其进行研究,为同类工程的设计与施工提供借鉴和参考。研究方法：结合天津地铁2号线工程,采用结构平面有限元数值模拟计算与数据分析,并同国内相似工程的经验进行类比。研究结果：分析了盾构区间隧道水平近距离施工存在的风险,研究得到了相邻隧道开挖前后的结构内力、变形及其分布特征,以及沉降曲线,并提出安全施工方案。研究结论：盾构水平近距离施工时需加长对盾构周边土体的加固范围,在相邻两隧道之间设置隔离桩,同时在施工过程中需严格控制施工参数并加强监测。     

盾构长距离下穿湖底的设计方案研究

苏州轨道交通1号线星港街站～会展中心站区间隧道长约2 350 m,其中约1 850 m下穿金鸡湖,是苏州地区第一条湖底盾构隧道,同时也是目前国内最长的湖底盾构隧道。该区间隧道所处的地层为含有微承压水的粉细砂地层,且隧道最小覆土厚度仅为7.4 m,隧道结构与防水设计难度高,施工风险大。结合该工程,对地铁区间长距离下穿水域的设计方案进行了探讨。