地铁怎么转向?
这个问题很有代表性,我做过几个地铁项目,简单谈谈我的看法。 首先说原理:
1. 建立轨道模型(假设没有折返段),用运动学原理求解列车在直线的运行轨迹;
2. 在第1步的结果上,进行“加减速和制动”的仿真模拟,得到列车的终点速度、位移和加速度等参数;
3. 根据第2步的结果,计算列车能否停住或者在限定条件下减速到零。如果答案是否定的,则转向方案不可行,否则继续以下步骤。
4. 运用牛顿第二定律,结合第2步的计算结果,推出列车在圆曲线上运行的方程。该方程描述了列车在圆曲线上的轨迹,通过解方程可以得出:
a) 列车经过圆曲线的起点、中间点和终点时的速度、加速度;
b) 圆曲线半径;
c) 起终点位置(因为列车的起始位置已确定,所以只要知道一个终点的位置即可)。 以上数据都符合实际运行情况,据此就可以判断出最佳的转弯半径,以及可能遇到的一些问题并加以解决。
下面举一个例子来验证上述方法的准确性及实用性。以上海地铁一号线莘庄站至上海体育馆站的区间为例。由于此区间内存在大量平交道口和人行横道,难以实现全线封闭;同时考虑到线路长度仅有5.6km,采用车辆直缓系统(即车辆限速装置)会造成极大的运营成本增加,且对乘客的乘车体验没有任何改善,因此最终采用了转向方案。然而,转体隧道的施工难度极大,最后采取的是“明挖回弹”的方法施工,耗时达一年之久,是上海地铁建设史上耗时最长的一个工程。