第五节　城市轨道交通车辆限界简介

轨道交通限界是构成城市轨道交通安全运输的基本保证之一，也是城市轨道交通其他相关专业设计的基础。城市轨道交通限界的确定，不仅制约车辆外形尺寸，还关系到隧道、高架桥等各种建筑物的轮廓尺寸，对轨道交通工程的建设规模有着重大影响。因此，通过科学的限界计算，合理地控制车辆通行的有效净空断面，对城市轨道交通建设意义重大，本节介绍限界的概念以及计算。

一、车辆限界相关概念

有关限界的名词术语分述如下。

（1）基准坐标系

基准坐标系是与轨道线路的纵向中心线相垂直的平面内的二维直角坐标，该坐标的第一坐标轴与两根钢轨在名义位置且无磨耗时的顶面相切，第二坐标轴垂直于前者，并与左右两根钢轨的名义位置等距离。

（2）偏移及偏移量

在基准坐标系内，车辆横断面上各点，因车辆本身原因或轨道线路原因，在运行中离开原来在基准坐标系中所定义的设计位置称为偏移，偏移以毫米为单位称为偏移量。在第一坐标方向的偏移为一侧横向偏移，在第二坐标方向的偏移称为竖向（或向上、向下）偏移。

（3）曲线几何偏移量

车辆运行在曲线区段时，线路中心线是曲线，车辆纵向中心线是直线，两者不可能完全吻合。车辆纵向中心线上各点在水平投影图上偏移线路中心线的水平垂直距离称为曲线几何偏移，简称曲线偏移。车辆定距以内的车辆纵向中心线上各点向曲线的内侧偏离称为内侧偏移。车辆定距以外的车辆纵向中心线上各点，向曲线的外侧偏离称为外侧偏移。车辆在水平曲线上产生的曲线偏移简称曲线偏移，曲线内侧偏移和曲线外侧偏移。车辆在竖曲线区段上产生的曲线偏移称为竖曲线偏移，竖曲线内侧偏移和竖曲线外侧偏移。

（4）计算车辆

认定具有某一横断面轮廓尺寸和水平投影轮廓尺寸及认定结构的车辆在地下铁道及轻轨铁道上运行，并使用该车辆作为确定车辆限界及设备限界尺寸的依据，这个车辆称为计算车辆。在地下铁道及轻轨铁道中实际运行的新车和旧车只要符合车辆限界及其纳入限界的校核，就能通行无阻，不必与计算车辆取得一致。

二、车辆限界的定义

城市轨道交通限界主要包括车辆限界、设备限界和建筑限界，如图1-15所示为地铁限界示意图。其中车辆限界和设备限界的制订是限界的两个关键环节。《地铁限界标准》（CJJ 96—2003）（以下简称《标准》）的定义，“保障地铁安全运行、限制车辆断面尺寸、限制沿线设备安装尺寸及确定的建筑结构有效净空尺寸的图形称为限界。”

车辆限界是指一个限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓外形（图形），无论是在空车状态还是在重车状态停留在水平直线上时，该车所有一切突出部分和悬挂部分，都应容纳在该限界之内。它也是车辆横断面的最大尺寸。车辆在平直线的轨道上按规定速度运行，计算了规定的各种限定因素而产生的车辆各部位横向和竖向动态偏移后的统计轨迹，并以基准坐标系表示的界线。在现行《标准》中，规定了A、B1、B2三种轨道交通车辆。其中A型车为接触网受流；B1型车为第三轨受流；B2型车为接触网受流。

设备限界是基准坐标系中位于车辆限界外的一个轮廓线，是用以限制设备安装的控制线。设备限界是为保证轨道交通系统的列车等移动设备在运营过程中的安全所需要的限界。设备限界要在车辆限界的基础上，考虑轨道出现状态不良而引起的车辆偏移和倾斜；此外，还要考虑适当的安全预留量。

建筑限界是指建筑物在线路横断面方向侵入线路的最小尺寸，也就是每一线路必须保有的最小空间的横断面。凡是靠近线路的建筑物在任何情况下均不得侵入建筑限界。建筑限界是设备限界以外的一个轮廓线。

三、车辆限界的计算

1.车辆限界计算原则

（1）车辆限界应依据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、受电方式等综合因素进行分析计算确定。

（2）车辆限界的计算以平直线、混凝土整体道床和碎石道床的线路为基本条件，根据隧道内及地面运行环境不同，分为隧道内和高架线（含地面线）2种车辆限界类型。

（3）曲线地段增加的附加因素，不在车辆限界内考虑，而在设备限界内考虑加宽与加高。

（4）车辆限界的计算要素（偏移量），按其概率性质分为两大类，即随机因素和非随机因素。对于非随机因素按线性相加合成，而对随机因素按高斯概率分布采取均方值合成。将以上两大类相加形成车辆的动态偏移量。

（5）所有倾侧角度引起的偏移量合成后其大小受限于车辆结构上的竖向止挡。横向和竖向位移量大小受限于车辆结构上的横向及竖向止挡。

（6）对于隧道内平直线、高架线（含地面线）两类车辆限界均采用统一的计算公式。计算操作时应根据小同类别情况合理选用不同的计算参数。

（7）车辆限界偏移量按车体、转向架、受电弓（包括三轨受流器）三部分分别计算。

2.车辆限界计算要素

（1）车辆的制造误差。

（2）车辆的维修限度。

（3）转向架轮对处于轨道上的最不利运行位置。

（4）轮对相对于构架的横向振动量。

（5）转向架构架相对于车体的横向位移量。

（6）车辆的空车挠度差及垂向位移量。

（7）轨道线路的几何偏差（含维修限度）。

（8）一系悬挂侧滚位移量。

（9）二系悬挂侧滚位移动量。

（10）因车辆载荷不对称、轨道水平不平顺等引起的偏斜。

3.车辆限界计算

以确定的计算车辆轮廓线控制点坐标为基础，考虑上述车辆限界各个计算要素，根据偏移量计算公式，计算出横向和垂向偏移位移，将轮廓线控制点坐标加上（或减去）对应点的偏移位移量，即可得到车辆限界控制点坐标。为预留将来鼓形车的发展需要，一般考虑车体侧部车辆限界加宽50mm。

由于车体运动时会产生向左或向右侧滚，因此，应对该2种工况分别计算，并取计算结果大者为最终车辆限界。

以轨道交通A型车为例：设第6点车辆轮廓线坐标值为X=1365mm，Y=3416mm，当车体横向偏移和车体倾角产生的横向偏移方向相同时，计算得其横向偏移量为134mm，垂向向上偏移量为-2mm，则相应的车辆限界坐标为X=1499mm，Y=3414mm；当车体横向偏移和车体倾角产生的横向偏移方向相反时，计算得其横向偏移量为-4mm，垂向向上偏移量为60mm，则相应的车辆限界坐标为X=1361mm，Y=3476mm。由于第一工况计算得到的坐标值能包络后者，故取前者为该点最终车辆限界。表1-4是A型车车辆轮廓线坐标值。表1-5是A型车隧道内直线段车辆界限坐标值。

4.直线地段设备限界计算

直线地段设备限界是以车辆限界为基础，并考虑合理的安全间距，计算确定。直线地段设备限界与车辆限界之间的安全间距取值为15～100mm，其中车体上肩部横向间距为100mm，车体下部横向间距为50mm，车体顶部与底部间距为50mm，车下悬挂物以下间距为50mm，转向架部分横向及垂向间距为15～30mm，站台边缘应留大于10mm的间距。表1-6是A型车隧道内直线段设备界限坐标值。

5.平曲线和竖曲线地段的设备限界

平曲线和竖曲线地段的设备限界应根据统一公式计算，在直线地段设备限界的基础上加宽和加高。计算时需注意车体横向加宽和过超高（或欠超高）的偏移方向。如：A型车隧道内直线地段第6点设备限界坐标为X=1570mm，Y=3452mm。当车体横向加宽和过超高（或欠超高）的偏移方向相同时，计算得其横向偏移量为188mm，垂向向上偏移量为-43mm，则相应的曲线地段设备限界坐标为X=1758mm，Y=3409mm；当车体横向加宽和过超高（或欠超高）的偏移方向相反时，计算得其横向偏移量为40mm，垂向向上偏移量为43mm，则相应的曲线地段设备限界坐标为X=1610mm，Y=3495mm。由于第一工况计算得到的坐标值能包络后者，故取前者为该点曲线地段最终设备限界。