U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)淺析

　    在城市快速發(fā)展的今天，軌道交通越來(lái)越成為城市交通系統(tǒng)中不可或缺的一部分。U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)是俄羅斯近年來(lái)推出的一種高效、環(huán)保、高性能的新一代高速軌道運(yùn)輸系統(tǒng)。它通過(guò)具有弦骨軌道的特殊結(jié)構(gòu)，能夠提供高平整度的弦軌和合理的線路結(jié)構(gòu)，同時(shí)其獨(dú)特的車(chē)輪結(jié)構(gòu)，使其具有很高的適應(yīng)性。不論是在城市環(huán)境還是在復(fù)雜地形的地區(qū)都可以進(jìn)行架設(shè)。同時(shí)，其科學(xué)和靈活的弦軌車(chē)輛設(shè)計(jì)，能夠使得車(chē)輛運(yùn)行速度更快，使用靈活，用途廣泛。在俄羅斯已投入使用的U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，U弦軌系統(tǒng)以其良好的性能，得到了廣泛的贊同和俄羅斯政府的認(rèn)可，具有良好的發(fā)展前景。其先進(jìn)的管理運(yùn)營(yíng)模式和車(chē)輛技術(shù)都值得為我國(guó)軌道交通發(fā)展所借鑒。

　　1U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)概況

　　U弦軌全稱為尤尼茨基纜式軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，英文名為UnitskyStringtransport(UST)，是一種全新的高架弦纜式軌道高速運(yùn)輸系統(tǒng)。其發(fā)明者是俄羅斯科學(xué)院院士尤尼茨基教授。

　　弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說(shuō)是這樣一種運(yùn)輸系統(tǒng)：裝配有鋼輪的專業(yè)化列車(chē)，運(yùn)行在兩根固定支撐的鋼弦軌上。由于弦軌結(jié)構(gòu)具有很高平整度和剛度，列車(chē)運(yùn)行速度能夠輕松地達(dá)到250～350km／h，未來(lái)將可以達(dá)到更高的速度450～500km／h。弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)還可以設(shè)計(jì)成使用共同支撐或獨(dú)立支撐的復(fù)線結(jié)構(gòu)。

　　尤尼茨基教授早在1982年就發(fā)表了第一篇科幻文章，直到1994年申請(qǐng)第一項(xiàng)專利，隨后1995年發(fā)表第一篇學(xué)術(shù)論文，再到1996年第一次傳媒公開(kāi)報(bào)道后引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，掀起了U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)的研究熱潮，2001年U弦軌概念獲得“俄羅斯品牌”獎(jiǎng)，同年俄羅斯開(kāi)始建造第一條試驗(yàn)線路，其原型綜合試驗(yàn)臺(tái)建成，此后俄羅斯先后30余次在國(guó)內(nèi)國(guó)際交流和展覽，并獲得了聯(lián)合國(guó)資助項(xiàng)目。2002年，U弦軌試驗(yàn)全面展開(kāi)，先是第100次試車(chē)成功，莫斯科州政府批準(zhǔn)建造莫斯科大環(huán)線，俄羅斯運(yùn)輸部和交通部聯(lián)合鑒定，獲得高度評(píng)價(jià)，與韓國(guó)草簽合作協(xié)議，10月開(kāi)始建造基輔3000m示范線，標(biāo)志著科研和實(shí)驗(yàn)階段的基本結(jié)束。

　　2002年12月在中國(guó)杭州首次報(bào)道了這種新型的軌道交通系統(tǒng)，引起了國(guó)內(nèi)不小的振動(dòng)和高度的興趣。目前U弦軌2條試驗(yàn)線(莫斯科州湖泊市試驗(yàn)線和烏克蘭基輔郊區(qū)示范線)和2個(gè)啟動(dòng)項(xiàng)目(馬來(lái)西亞西海岸南北大干線和莫斯科四大空港連接大環(huán)線)已全部完工，已完成實(shí)際設(shè)計(jì)方案十余項(xiàng)。

　　2U弦軌技術(shù)特點(diǎn)

　　U弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)主要有以下主要特點(diǎn)：

　　速度高：250-350km/h，最高可達(dá)500km/h；

　　造價(jià)低：80（平原）-250（海上）萬(wàn)$/km（復(fù)線）；

　　運(yùn)力高：50萬(wàn)人次/晝夜或50萬(wàn)噸/晝夜（復(fù)線）；

　　成本低：0.6-1.0$/百人?公里或0.5~1.0$/百噸?公里；

　　性能高：低能耗(速度300km/h時(shí)功率80kW)、爬坡力強(qiáng)(30°)；

　　土工?。翰患軜?、不挖洞、不拆遷；

　　環(huán)保好：占地少、噪音小、無(wú)陰影；

　　適應(yīng)廣：地形氣候不限，適用平原、海上、高山、水下，可用于城市交通、城際干線、過(guò)江跨海、翻山越嶺。

　　可見(jiàn)，U弦軌是21世紀(jì)低成本，高效率、環(huán)保性能好的高速軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，具有建設(shè)工期短、運(yùn)營(yíng)能耗低的優(yōu)點(diǎn)，是很好的投資方向。

　　3U弦軌構(gòu)造

　　3.1弦軌構(gòu)造

　　弦骨軌道的特殊結(jié)構(gòu)是u弦軌系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)之一。每根軌道有一個(gè)外殼，殼內(nèi)是由高強(qiáng)度鋼絲組成的弦(鋼纜)，鋼絲直徑1～5mm。鋼纜用每根弦軌上總共高達(dá)5000kN的拉力張緊，由于弦預(yù)加了很大的拉力，弦軌將具有很高的平整度。這種結(jié)構(gòu)使得弦軌軌道的相對(duì)剛度很大：跨度為50m的軌道結(jié)構(gòu)在約50kN的車(chē)輛荷載作用下所產(chǎn)生的變形為10mm或115000。因此，對(duì)飛馳的列車(chē)而言，弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)的軌道比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)橋梁上的高速鐵路干線更平整一些。同時(shí)，軌面經(jīng)過(guò)高精度磨光，而且所有受載構(gòu)件，如軌道、弦、支座、樁基，都在彈性階段工作，沒(méi)有塑性變形，從而也保證了列車(chē)的長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行。

　　弦軌每隔一定的距離與錨固支承剛性連接。弦布置在保護(hù)盒內(nèi)，弦與弦互不纏繞，其間的自由空間用防銹材料充填。弦軌的最大斷面尺寸為：寬15cm，高25cm。每千米弦軌重40～75kg，其中鋼材的重量占總重量的50％～80％。與弦軌最類(lèi)似的結(jié)構(gòu)是橋梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。在類(lèi)似的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，弦的形式基本上采用絞股鋼纜，但在弦軌系統(tǒng)中采用直股鋼絲束，這樣的設(shè)置充分體現(xiàn)了弦軌的優(yōu)越性。

　　弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)的弦是固定構(gòu)件，不需要變形，因此不用考慮它的柔韌性，從而也就不用設(shè)計(jì)成絞股鋼纜。采用直股鋼絲束反而體現(xiàn)了非常重要的優(yōu)點(diǎn)。

　　(1)如果單獨(dú)的某根鋼絲斷裂，只是這根鋼絲相對(duì)的有效長(zhǎng)度縮短，即這根斷裂的鋼絲在該斷裂段失去作用，而它上面的應(yīng)力不會(huì)傳遞到其他的鋼絲上，少量的鋼絲斷裂對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的影響。

　　(2)弦的鋼絲之間沒(méi)有接觸應(yīng)力，所以也不會(huì)局部磨損、出現(xiàn)缺陷、應(yīng)力重新分布等。

　　(3)弦的彈性模量和鋼材一樣：(2．0～2．1)×105MPa。

　　(4)無(wú)需柔韌性使得弦可以用大直徑(3～5mm)鋼絲組合，所以弦具有較小的總表面積，因此具有更高的耐蝕性、力學(xué)穩(wěn)定性和更長(zhǎng)的壽命。

　　3.2線路結(jié)構(gòu)

　　U弦軌線路由纜骨軌道和一系列支架組成，支架支撐U弦軌以固定其架空高度，架空高度二般在5～30m，跨越低洼地形時(shí)會(huì)更高。為保證軌道平整，支座的間距不宜過(guò)大，一般在25～lOOm。因地形必須采用大跨度時(shí)，軌道的高度需借助各種形式的維護(hù)索(懸索、斜拉索等)來(lái)保障。這時(shí)跨度可達(dá)到500-2000m。由于U弦軌對(duì)地形要求不高，軌道可以按直線布置，線路結(jié)構(gòu)允許坡度高達(dá)30度，而曲率半徑可小到20m。U弦軌的軌道可以是單線或復(fù)線。

　　3.3車(chē)輛結(jié)構(gòu)

　　弦軌車(chē)輛有兩種類(lèi)型：客車(chē)和貨車(chē)?？蛙?chē)形式多樣，從小型的4座車(chē)到]00座的大型車(chē)不等。貨車(chē)按貨物種類(lèi)分散貨型、件貨型和槽罐車(chē)。車(chē)輛根據(jù)需要可以編組成列車(chē)。小型車(chē)輛自帶驅(qū)動(dòng)，列車(chē)則有牽引機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)一般為電機(jī)車(chē)，電源通過(guò)軌道供給。特殊車(chē)輛由自帶柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　U弦軌在我國(guó)具有較好的發(fā)展前景，可以應(yīng)用于1）城際交通，如“京津唐”、“滬寧杭”等城市圈；2）西部偏遠(yuǎn)地區(qū)；3）作為城市交通系統(tǒng)輔助組成部分；4）在部分地區(qū)以旅游專線的形式參與交通運(yùn)營(yíng)。

　　U弦軌不論在經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)保節(jié)能方面都具有十分明顯的優(yōu)越性，對(duì)比其他軌道交通系統(tǒng)還具有很多優(yōu)點(diǎn)，如建造耗材少、造價(jià)低、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)等。在俄羅斯已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的線路中，U弦軌的技術(shù)特點(diǎn)得到充分發(fā)揮、運(yùn)輸效率高，能夠適應(yīng)各種環(huán)境，為城市發(fā)展提供良好助力?？梢灶A(yù)見(jiàn)，弦軌交通在未來(lái)的軌道交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹?lái)越多的重視與發(fā)展，我國(guó)也可能在不久的將來(lái)?yè)碛凶约旱腢弦軌運(yùn)輸系統(tǒng)。
 

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