2　構(gòu)造特點(diǎn)　

　與常規(guī)鐵路相類(lèi)似,跨座式單軌交通系統(tǒng)也是由線路、車(chē)輛系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、車(chē)輛段及綜合維修基地等部分組成,同時(shí),作為一種技術(shù)先進(jìn)的城市軌道交通,單軌鐵路某些部分的構(gòu)造又有其獨(dú)特之處,其構(gòu)造的特殊性主要在于線路和車(chē)輛系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1　跨座式單軌軌道梁與車(chē)輛斷面圖/ｍｍ

2．1　線路

跨座式單軌鐵路通常采用全封閉的高架系統(tǒng),它的線路部分包括軌道梁、支柱、高架車(chē)站及單軌道岔。其中軌道梁和線路道岔具有非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)型式。(1)軌道梁跨座式單軌的軌道梁有預(yù)制混凝土軌道梁和鋼制軌道梁兩種。大多數(shù)跨座式單軌鐵路都采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制混凝土軌道梁,跨度為20ｍ～22ｍ,斷面一般采用工字型中空截面,高度為1．5ｍ,寬度為0．85ｍ[3,5]。軌道梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土(ＰＣ),全部由專(zhuān)用模板制成,具有較高的精度。當(dāng)跨度大于22ｍ或軌道梁建筑高度很高時(shí),原則上采用鋼制軌道梁。鋼制軌道梁斷面一般采用箱型截面。(2)單軌道岔跨座式單軌道岔是有一定長(zhǎng)度的道岔梁,一端可以移動(dòng),每片道岔梁均固定在一個(gè)支承臺(tái)車(chē)上,由臺(tái)車(chē)上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),操作安全、可靠?？缱絾诬壍啦砜梢苑譃閮煞N類(lèi)型:一類(lèi)是柔性鉸接型,可使道岔連續(xù)彎成曲線;另一類(lèi)為簡(jiǎn)易鉸接型,轉(zhuǎn)轍時(shí)道岔梁在轉(zhuǎn)轍點(diǎn)前方保持一定距離的直線,用于車(chē)庫(kù)內(nèi)部或低速區(qū)段[6]。根據(jù)連接線路的數(shù)量和形式,跨座式單軌道岔又可分為單開(kāi)道岔、交叉道岔和三開(kāi)道岔。

2．2　車(chē)輛系統(tǒng)

跨座式單軌列車(chē)采用專(zhuān)用的跨座式單軌電動(dòng)車(chē)組,由四節(jié)、六節(jié)或八節(jié)車(chē)輛編組[7];列車(chē)兩端的車(chē)輛帶有司機(jī)室;每節(jié)車(chē)輛由車(chē)體和兩臺(tái)轉(zhuǎn)向架共同組成?？缱絾诬壾?chē)輛的車(chē)體、車(chē)內(nèi)設(shè)備、車(chē)門(mén)等的構(gòu)造都與普通城市輕軌車(chē)輛相類(lèi)似。車(chē)體采用輕合金焊接結(jié)構(gòu),重量輕,具有很好的耐火性能。轉(zhuǎn)向架是車(chē)輛的核心部件,也是最能夠體現(xiàn)跨座式單軌系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)的部分?？缱絾诬壾?chē)輛的轉(zhuǎn)向架為二軸轉(zhuǎn)向架,車(chē)軸為單懸臂固定在轉(zhuǎn)向架上,每根軸上裝有兩個(gè)走行輪,直徑為1006ｍｍ,是充入氮?dú)獾南鹉z輪胎。轉(zhuǎn)向架兩側(cè)上方各設(shè)兩個(gè)導(dǎo)向輪,下方各設(shè)一個(gè)穩(wěn)定輪,它們都是充入空氣的橡膠輪胎,直徑為730ｍｍ[8]。為防止輪胎放炮,三種車(chē)輪都裝有鋼制備用輪,并設(shè)有輪胎檢測(cè)裝置。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是鋼板焊接結(jié)構(gòu),不設(shè)置搖枕,車(chē)體直接支承在空氣彈簧上,既保證舒適性又能達(dá)到輕量化的目的。

3　技術(shù)特點(diǎn)　

　結(jié)構(gòu)的特殊性決定技術(shù)的特殊性,跨座式單軌鐵路的供電、通信、信號(hào)、環(huán)控通風(fēng)、給排水、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)檢售票等機(jī)電設(shè)備與常規(guī)軌道交通基本相同,車(chē)輛段及綜合維修基地也沒(méi)有太大差別,因而其技術(shù)上的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架、軌道梁和線路道岔三個(gè)方面。車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架采用騎跨在軌道梁上的結(jié)構(gòu),采用走行輪傳動(dòng),通過(guò)設(shè)在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的水平輪胎導(dǎo)向和穩(wěn)定車(chē)體,這一點(diǎn)不同于常規(guī)鐵路采用的鋼輪-鋼軌系統(tǒng),走行輪對(duì)同時(shí)兼有傳動(dòng)和導(dǎo)向的功能。此外,橡膠輪胎與軌道梁接觸的變形和受力機(jī)理都不同于鋼制輪軌。因而轉(zhuǎn)向架的技術(shù)比較獨(dú)特,需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究?？缱絾诬夎F路的軌道梁不僅是承重的橋梁結(jié)構(gòu),同時(shí)也是支承和約束車(chē)輛行駛的軌道,此外軌道梁還是牽引電網(wǎng)的載體,因而,它是集多種功能于一體的建筑結(jié)構(gòu),既要有足夠的強(qiáng)度,又必須具有足夠的精度。線路道岔也是集導(dǎo)向和承重于一體的結(jié)構(gòu),因而較高的承載能力和搬動(dòng)時(shí)的輕便靈活對(duì)于道岔結(jié)構(gòu)同等重要。道岔的性能直接影響線路的安全性、平穩(wěn)性和運(yùn)營(yíng)效率,因而,單軌鐵路的道岔技術(shù)非常重要。

4　走行特點(diǎn)　

　在軌道梁上行駛的城市單軌車(chē)輛轉(zhuǎn)向架上裝有三種輪胎:走行輪、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪(如圖2所示),它的走行機(jī)理與鋼輪-鋼軌系統(tǒng)完全不同。在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,走行輪始終與軌道梁頂面接觸,輪胎的彈性主要緩沖車(chē)輛豎向振動(dòng);導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪則起到緩沖車(chē)輛橫向振動(dòng)的作用。如果轉(zhuǎn)向架在平衡位置沒(méi)有位移,導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪將以有效半徑向前滾動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)向架發(fā)生橫向位移(橫移、側(cè)滾、搖頭)時(shí),導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪隨之產(chǎn)生偏移,這時(shí)單側(cè)或雙側(cè)的水平輪胎會(huì)受到軌道梁側(cè)面的徑向壓力,這種壓力將迫使轉(zhuǎn)向架回到平衡位置。

　鋼制輪軌的導(dǎo)向是由鋼軌約束輪對(duì)的橫向和豎向位移,再通過(guò)一系懸掛、二系懸掛將這種約束依次傳遞給轉(zhuǎn)向架和車(chē)體。而單軌系統(tǒng)則是導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪主要承受軌道梁的橫向約束,走行輪主要承受豎向約束。橫向約束通過(guò)導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪傳遞給轉(zhuǎn)向架;豎向約束由走行輪傳遞給轉(zhuǎn)向架,再傳遞給車(chē)體?？缱絾诬壾?chē)輛的走行特點(diǎn),將使軌道梁承受較大的扭轉(zhuǎn)荷載。5　性能特點(diǎn)

　將跨座式單軌系統(tǒng)的車(chē)輛技術(shù)參數(shù)、線路技術(shù)參數(shù)以及運(yùn)營(yíng)組織模式等與普通高架輕軌系統(tǒng)進(jìn)行比較(如表3所示),可以看出單軌鐵路在性能方面具有以下特點(diǎn):(1)單軌鐵路與常規(guī)輕軌同屬于中等運(yùn)量的軌道交通,工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用相近。

表3　跨座式單軌鐵路與高架輕軌的性能比較[9]

注:1．括號(hào)中數(shù)字為帶有司機(jī)室車(chē)輛的參數(shù)。

2．輕軌車(chē)輛的參數(shù)

為4軸車(chē)輛的相應(yīng)數(shù)據(jù)。(2)跨座式單軌鐵路具有如下優(yōu)點(diǎn):①能有效利用城市空間軌道梁的梁寬很小,支柱結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng),占地面積很小,可以建在道路的中央分隔帶和較狹窄街道上;走行輪的摩擦系數(shù)較大,列車(chē)爬坡能力強(qiáng),車(chē)輛軸距小,能通過(guò)較小的曲線半徑,因而適應(yīng)地形能力強(qiáng),可以在建筑物密集和地形起伏大、坡陡彎急的地方建造。②乘坐舒適轉(zhuǎn)向架采用充氣的橡膠輪胎和空氣彈簧,因而車(chē)體振動(dòng)很小。車(chē)廂配有冷暖空調(diào)裝置和機(jī)械通風(fēng)裝置,窗戶寬大、視野開(kāi)闊,具有很好的舒適感。③運(yùn)行安全、正點(diǎn)車(chē)輛運(yùn)行速度快、加減速性能好,三種輪胎都配有鋼制備用輪胎,充分保障了系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全。系統(tǒng)的運(yùn)行采用全封閉模式,與其它交通形式不相互干擾,因此單軌列車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、正點(diǎn)。④對(duì)環(huán)境影響小車(chē)輛采用橡膠輪胎,降低了噪音;列車(chē)采用電力牽引,無(wú)廢氣產(chǎn)生;而且由于是直流電源供電,不產(chǎn)生電磁波,所以對(duì)沿線的環(huán)境和居民生活影響很小。此外由于軌道梁寬度很小,對(duì)地面的遮光很小;同時(shí)車(chē)輛的供電裝置設(shè)在軌道梁上,沒(méi)有架空接觸網(wǎng),給行人的壓抑感也小。⑤TRANBBS施工簡(jiǎn)便,工期短標(biāo)準(zhǔn)軌道梁可以在工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)拼裝,從而縮短建設(shè)工期;牽引電網(wǎng)接觸導(dǎo)線剛性布置在軌道梁的側(cè)壁,也比架空接觸網(wǎng)和第三軌受電方式施工簡(jiǎn)便,工期短。(3)跨座式單軌鐵路的缺點(diǎn)有:①道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜由于線路道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜,搬動(dòng)比較費(fèi)時(shí),因而限制了列車(chē)運(yùn)行間隔不能低于2．5ｍｉｎ。②能耗較大由于走行輪胎和軌道梁之間的摩擦系數(shù)較大,因而能源消耗較大。

6　適用范圍

　跨座式單軌鐵路是城市綜合交通體系的一個(gè)有機(jī)組成部分,可以與其它交通方式配合使用。對(duì)整個(gè)交通系統(tǒng)進(jìn)行TRANBBS規(guī)劃時(shí)必須考慮:不出現(xiàn)交通阻塞和擁擠,交通事故發(fā)生率低,對(duì)環(huán)境影響小;乘車(chē)方便,等車(chē)和乘車(chē)時(shí)間短;有足夠的運(yùn)輸能力;經(jīng)濟(jì)性能好,造價(jià)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低;乘坐舒適;隨著城市的發(fā)展,能靈活地滿足對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枰？缱絾诬夎F路能滿足上述6個(gè)條件中的大部分,因而,它是利用范圍很廣泛的交通工具。一般地,跨座式單軌鐵路用于下述情況:(1)建成市區(qū)內(nèi)的環(huán)狀路線,用做公務(wù)交通;(2)作為市中心與第二中心之間的連接線;(3)作為居住區(qū)與商業(yè)區(qū)、旅游景點(diǎn)之間的運(yùn)輸線;(4)用作大城市的通勤干線或地方城市沿城市軸

線的干線;(5)連接衛(wèi)星城和城市中心區(qū)的線路;(6)作為城市綜合交通系統(tǒng)的有機(jī)組成部分,與

機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站或其它城市對(duì)外樞紐站相連接。

7　應(yīng)用前景

7．1　跨座式單軌鐵路是改善中國(guó)城市交通狀況的有效途徑之一我國(guó)城市的現(xiàn)有的交通系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題,比較突出的有三個(gè)方面:高峰時(shí)段堵塞和擁擠嚴(yán)重;交通結(jié)構(gòu)單一;對(duì)環(huán)境的影響較大[11]。導(dǎo)致交通不暢的根本原因在于現(xiàn)有的城市交通結(jié)構(gòu)過(guò)于單一,大、中運(yùn)量的軌道交通在城市交通中的比重太小。市區(qū)的旅客運(yùn)輸主要由公共汽車(chē)、無(wú)軌電車(chē)等常規(guī)公交工具和自行車(chē)承擔(dān)。迄今為止,全國(guó)只有北京、上海和廣州三個(gè)城市有地鐵和輕軌運(yùn)營(yíng)線,而且運(yùn)營(yíng)里程都不長(zhǎng)(分別為北京94．7ｋｍ;上海95．2ｋｍ;廣州27．3ｋｍ),依然不能滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。要從根本上解決我國(guó)城市交通存在的問(wèn)題,就必須調(diào)整現(xiàn)有的交通結(jié)構(gòu),建立綜合交通系統(tǒng)。規(guī)劃和建設(shè)綜合交通系統(tǒng)的首要任務(wù)是合理規(guī)劃和發(fā)展各種軌道交通。作為中等運(yùn)量的軌道交通,跨座式單軌鐵路是符合我國(guó)城市需求的交通形式?？缱絾诬夎F路具有比地鐵成本低、工期短,比輕軌高架線占地少、污染小、能有效利用道路中央隔離帶,適于建筑物密度大的狹窄街區(qū)的優(yōu)點(diǎn),此外,單軌交通的車(chē)輛和軌道容易檢查和維修養(yǎng)護(hù),軌道使用壽命長(zhǎng)。相對(duì)于上述優(yōu)點(diǎn)而言,單軌的缺點(diǎn)影響不是很大,不足以妨礙其使用。因而,它不失為大城市客流中等的交通線路和中等城市主要交通線路的較好選擇。特別是在地形條件復(fù)雜,利用其他交通工具比較困難的情況下,更能體現(xiàn)其優(yōu)越性?？梢哉J(rèn)為,建設(shè)和發(fā)展單軌鐵路是改善我國(guó)城市交通狀況的一個(gè)有效途徑。

7．2　中國(guó)修建跨座式單軌系統(tǒng)的技術(shù)可行性

日本、美國(guó)及澳大利亞等國(guó)家都具有建造跨座式單軌鐵路的成功經(jīng)驗(yàn),這項(xiàng)技術(shù)本身是成熟的。目前我國(guó)的重慶市正在修建較新線(較場(chǎng)口～新山村)跨座式單軌系統(tǒng),技術(shù)從日本引進(jìn),這是我國(guó)修建的第一條單軌鐵路。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)查和嚴(yán)密的技術(shù)論證,得出以下結(jié)論:在跨座式單軌鐵路的三大關(guān)鍵技術(shù)中,線路道岔和軌道梁通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù),可以全部在國(guó)內(nèi)組織生產(chǎn);車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架初期采取進(jìn)口,可以分期分批逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,最終車(chē)輛的國(guó)產(chǎn)化率可以達(dá)到60%～70%;供電、通信、信號(hào)、環(huán)控通風(fēng)、給排水、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)售檢票等機(jī)電設(shè)備基本能夠完全國(guó)產(chǎn)化[16]?？梢钥闯?FONT face="Times New Roman">,在我國(guó)建造跨座式單軌系統(tǒng),技術(shù)上是可行的。