胡新宇
长沙市轨道交通集团有限公司
摘要：原长沙磁浮快线设计速度为100km/h，为了解低置结构能否进一步提高通过速度，对长沙磁浮线低置结构进行了动载测试，测试表明低置结构的最高通过速度不宜超过125km/h，测试结果为长沙磁浮快线提速提供了重要技术支撑。
关键词：中低速磁浮、低置结构、提速
1.项目背景
长沙磁浮快线工程线路全长18.55km，设站3座，于2016年5月6日开通载客运营。全线采用高架、地面方式敷设，其中区间低置结构共4段，长约903.897m。长沙磁浮快线作为连接黄花机场与长沙南站的重要交通运输通道，至今已稳定运营5年，充分发挥了中低速磁浮交通的安全准点、舒适安静、运量较大等特点，产生了良好的社会效益。近年来，长沙南站与黄花机场客流量的较快增长，高铁与航空运输网的日益完善，人民群众对空铁之间的换乘需求正在日益增长。同时，随着社会经济的快速发展，人民群众对出行品质的要求也越来越高。
2020年4月，中低速磁浮列车在长沙磁浮快线桥梁段的最高测试速度达到160.7km/h，意味着长沙磁浮快线开展运营提速已经技术成熟。开展提速既可以进一步缩短乘客的旅行时间、提升运输效率，又可以推动中低速磁浮技术的发展。此外，长沙磁浮东延线接入T3航站楼工程正在建设，进一步延伸至浏阳市正在开展前期工作，属于市域铁路范畴，如能实现提速，则近、中、远期的技术标准与运营组织也将更加匹配。
2.地质情况
长沙磁浮快线位于湘江以东地区，线路西段穿过浏阳河及捞刀河漫滩及阶地地带，地面标高为26～40m；中部穿过3～5级阶地；东段为红层剥蚀岗丘丘陵地貌，丘顶圆状，高程为40～80m，坡度为2～6度。线路所在地区地貌受后期人工改造较大，多辟为农田、厂房及村庄，现地面总体较为平整，局部残丘地带有所起伏。所经地区绿化较好，植被较发育，交通条件好。
线路地层岩性分布较简单，其上部覆盖层为第四系全新统（Q4ml）人工填土；第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）砂土、卵石土；第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土；第四系更新统（Qp）粉质黏土、粉土、粉细砂及卵石土；下伏基岩主要由下第三系（E）、白垩系上统（K2）紫红色泥质粉砂岩、泥质砂砾岩及粉砂质泥岩地层组成。测区第四系覆盖层总厚一般小于15m，基岩全、强风化层厚5～20m。
测区特殊岩土主要有人工填土、软土、松软土、石膏、膨胀性岩土。根据区域地质资料及既有工程勘察成果，测区内褶皱及断层均甚不发育，岩层稳定、产状较平缓，测区内未见有影响场地稳定性的构造。
测区场地地形平坦，地质条件较简单，地层较均匀且起伏较小，沿线未见滑坡、泥石流、崩塌、危岩、岩溶、采空区等不良地质，局部浅挖方段具有顺层问题，总体上无大的影响场地稳定性的不良地质作用。
3.测试情况
为研究低置结构与速度的适应性，对低置结构开展了近30天的动载测试，主要测试提速磁浮列车通过低置线路地段时列车、承轨梁与梁下路基的耦合振动动力响应特征与规律，根据动测情况分析提速后低置结构的适应性。
3.1提速测试范围
为分析长沙磁浮低置结构对提速的适应性，拟根据线路条件和行车计算对DK13+675.0～DK13+787.5（以下简称K13工点）存在提速可能的低置结构作为磁浮提速的现场行车测试的试验段。基于既有低置结构运营状态的测试条件在试验段选择代表性横断面，于承轨梁表面贴应变片、承轨梁顶面中间位置布置竖向加速度及竖向动位移计，承轨梁侧面布置横向加速度计及横向动位移计，承轨梁与其回填保护层附近布置竖向加速度及竖向动位移计，进行磁浮提速条件下的行车动态响应测试。
3.2 行车工况
每天天窗时间进行行车动测，原则上按照空载、定员、超载三种工况考虑。按照速度100km/h、110 km/h、120 km/h、130 km/h依次递增的速度等级进行测试，每个速度下测试三次进行对照，实际测试工况可根据现场实际测试情况进行调整。
3.3 测试内容
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承轨梁振动加速度典型时程曲线
加速度时程曲线显示出列车通过时，梁体相应测试点振动响应，从图中可以发现加速度时程曲线上下波动，列车通过梁体即产生振动，中间出现数个波峰和波谷。
（2）不同断面位置的加速度的分布规律
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k13测段不同测试速度下承轨梁最大加速度分布规律
如上图所示为k13测段三种行车工况下不同行车速度下距离桥台不同距离的承轨梁顶面加速度最大值。
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k13测段不同测试速度下路肩封闭层最大加速度分布规律
如上图所示为k13测段三种行车工况下，不同行车速度下距离桥台不同距离的路肩封闭层加速度最大值。
（3）不同测试工况的加速度变化规律
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三种工况下典型断面承轨梁最大加速度分布规律
如上图所示为k13测段不同工况下断面I-I、断面III-III承轨梁顶面的最大加速度图。
3.5 动位移测试结果与分析
（1）不同断面位置的动位移分布规律
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k13测段不同测试速度下路基面最大动位移分布规律
如上图所示为k13测段不同行车工况下，不同行车速度下距离桥台不同距离的路肩封闭层动位移最大值。
（2）不同行车方向的动位移变化规律
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k13测段定员工况下不同行车方向承轨梁最大动位移变化规律
如上图所示为k13测段定员工况下不同行车方向的承轨梁最大动位移。
（3）动位移限值
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k13测段不同工况下动位移值实测值与限值对比
根据《中低速磁浮交通设计规范》（CJJ/T262-2017）、《湖南省中低速磁浮交通设计标准》（DBJ43／T 007-2017）与TB 10761-2013 《高速铁路工程动态验收技术规范》相关规定要求确定，承轨梁顶面动位移限值为3.05mm，路基表面动位移限值为0.22mm。
3.6 车体振动响应分析
当磁浮列车行驶在低置段时，车体-轨道-路基耦合振动的响应规律反映整个磁浮轨道-线下基础动力协调性及稳定性。一方面，轨道结构的不平顺或者列车磁浮系统工作性能状态都将导致车体振动异常；而另一方面，线下基础刚度差异的不均匀沉降等反馈至轨道结构上，是致使轨道结构不平顺的原因之一。因此，为综合分析低置段提速的可行性，对车体的振动进行了监测分析。以DK13+675.0～DK13+787.5为监测车体振动测试里程区间，下图为时速120km/h下，列车经过该区间时的车体振动垂向加速度-时程曲线（为覆盖列车从进入到驶出区间的全过程，采取了提前采样及延时结束采样的措施）。
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如上图所示为k13测段不同行车工况下不同行车速度下车体横向、垂向加速度响应规律。
4.低置结构提速适应性分析
通过在DK13+675.0～DK13+787.5低置路基过渡段区间布置元器件，在空载、定员与超载三种工况下，测试了100km～130km/h的行车速度下路基典型位置的动态响应，得出以下结论：
（1）k13工点距离桥台0.1m、3.0m、5.8m的断面承轨梁顶面加速度最大值逐渐增大，而距离桥台距离超过5.8m后，加速度最大值变化较为平缓，最大值出现在距离桥台5.8m～11.3m区间内，各工况下加速度数值变化在0.068m/s2～0.540m/s2范围内；距离桥台的距离由0.1m到3.0m范围内，路肩封闭层加速度最大值呈增大趋势，各工况下加速度数值变化在0.026m/s2～0.132m/s2范围内。
（2）行车速度100km/h～130km/h下，典型断面呈现出以下规律：随着行车速度的提高以及列车负荷的增加，承轨梁顶面产生的竖向加速度逐渐增大，说明列车对线下结构冲击效应增强。
（3）k13测段距离桥台0.1m、3.0m、5.8m的断面动位移最大值明显逐渐增大，而距离桥台距离超过5.8m后，动位移最大值变化较为平缓，最大值出现在距离桥台5.8m与11.3m的断面中，各工况下动位移数值变化在0.0059mm～0.206mm范围内。距离桥台的距离由0.1m到3.0m区间内，路肩封闭层动位移最大值整体呈增大趋势，各工况下动位移数值变化在0.0040mm～0.0220mm范围内。
（4）空载工况下，提速至125km/h时，线下基础动力响应符合要求，车体振动响应满足舒适度要求。定员工况下，提速至125km/h时，车体与承轨梁的振动响应有所增强，但增加幅度不够明显，相应的动力响应指标值均在要求范围以内。超载工况下，提速至130km/h时，车体振动明显增强，其垂向振动加速度峰值接近限值；线下结构动力响应均在要求范围以内。实测过程中，当时速达125km/h以上时，定员工况下车辆悬浮存在着掉点风险；而在超载工况下，测试过程中车辆悬浮掉点故障更为频繁。
综上所述，建议低置线路段最高行驶速度不高于125km/h。限于测试样本数量，建议进一步调试提升悬浮稳定性，同时提速后需加强车体舒适性与安全性监测，确保行车安全。
参考文献：
[1] DBJ43/T 007-2017，湖南省种地速度磁浮交通设计标准[S].
[2] TB 10761-2013，高速铁路工程动态验收技术规范[S].
[3] GB5599-85，铁道车辆动力学性能试验鉴定规范[S].
[4]CJJ/T262-2017，中低速磁浮交通设计规范[S] .