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第17章 20世纪90年代的工作(5)

(七)广州地铁4、5号线采用直线电机牵引系统

直线电机(LIM)牵引系统是目前最先进的车辆电力牵引方式之一,技术成熟,具有环境污染小、安全性能好等诸多优点,其系统能小型化、爬坡能力强、曲线半径小,隧道断面小,减少了施工占地及车辆段用地,维修工作量小,土建及机电工程造价可大幅降低。我两次到加拿大温哥华城市轨道交通的空中列车线、东京地铁12号线、大阪地铁7号线及美国纽约肯尼迪机场线等考察,这些轨道交通线路均是采用直线电机牵引系统,并取得了很好的经济和社会效益,希望能在我国得到采用。卢光霖总经理在加拿大考察回来后,就想在广州地铁采用直线电机牵引系统,我非常赞同他的想法,支持他采用新的城市轨道交通制式,因此,广州地铁4号线工程可行性研究报告首次在我国推荐采用直线电机牵引系统,我主持了可研报告的评估,并建议采用1500伏三轨供电(过去三轨供电均为750伏),以节省电能。

广州地铁4号线从火车东站到大学城区间是地下线,用盾构施工,为此我指导博士研究生专门对盾构在大坡度、小曲线半径线路上的推进技术作为论文课题进行研究。从大学城到南沙段采用高架线,因此全线进度快、造价低。

广州地铁4号线和5号线的直线电机车辆为了实现规模化效应,降低造价,采用300辆车一起招标。最终中标的是中国四方机车车辆厂与日本川崎联合体,最后每辆车价格是1000万元,但为了降低噪声,我建议采用加拿大庞巴迪公司的径向转向架技术,有利于通过小曲线半径。

为了深入研究直线电机牵引系统,我组织广州地铁技术人员和北京交通大学教师对直线电机牵引系统从理论上进行研究分析,并与日本协作召开了研讨会,研究成果均纳入了北京交通大学魏庆朝教授主持编写的《直线电机轨道交通系列丛书》中,并在《都市快轨交通》杂志上发表多篇相关论文。在对直线电机牵引系统的研究工作中,北京交通大学宁滨校长给予了积极支持,与我一起到国家发改委高新司建议将直线电机地铁项目列入国家高新技术研究课题并实现产业化,发改委召开了两次会议,但是由于部分专家反对,没有取得成效。

广州地铁5号线是市中心地铁线路,蜿蜒地穿行在老城狭隘的街道下,线路小半径曲线多,坡度大,更能发挥直线电机牵引系统的优势,加上4号线的成功经验,故5号线顺理成章地也采用了直线电机牵引系统,全线长32千米,24座车站,其中2千米多为高架, 29千米多为地下线,一座高架站,施工完成后的决算价为4.95亿元/千米,几年来运营状况良好。

2008年北京奥运会前为了实现申办奥运的承诺,必须在较短时间内完成北京机场线,该线以高架为主,但在敏感地段必须为地下,如东直门站的引出段和穿越机场高速的公路段,所以线路坡度大,故决定北京机场线也采用直线电机系统,28千米线路,1/3是地下, 2/3是高架,3座车站,总投资56亿元,决算价为2亿元/千米。

直线电机牵引系统在北京和广州地铁得到成功应用,以及建设单位的积极推行、市领导的支持和技术人员的努力,预计这一优越的系统将在我国大规模建设城市轨道交通期间得到广泛采用。

参与重庆地铁建设

1990年,重庆轨道交通1号线从朝天门经过客流大的渝中区到沙坪坝为地下线,采用地铁制式,北京城建院完成了工程可行性报告和初步设计,我主持了可研报告的评估和初步设计的审查工作,但是由于投资方改变了,没有能继续进行。

1995年重庆轨道交通公司对较场口到新山村的2号线进行筹划,我和重庆轨道交通公司的领导到日本东京考察了羽田机场线所采用的跨座式单轨制式的轨道交通线路,发现这种制式的轨道交通线路特点是采用高架形式,但桥梁结构简单,只有两根PC梁(矩形截面的预应力钢筋混凝土梁,既承载又是行车的导向轨),造价低,且车辆采用橡胶轮对,故线路曲线半径小,爬坡能力强,噪声振动低,对周围环境影响小。2号线沿嘉陵江敷设,山坡陡,地势险要,道路狭窄,运梁困难,在此处很难用吊机架梁。如果采用地铁制式,施工风险大,而采用跨座式单轨系统却是最佳的选择,且有利于争取日元贷款,于是重庆市领导决定重庆市轨道交通2号线采用跨座式单轨系统。

1996年5月,我主持重庆市轨道交通2号线跨座式单轨系统初步设计的审查工作,由于跨座式单轨系统在我国是第一次采用,完全是新技术,所以着重审查了该系统的安全性,大家讨论得非常认真,专家组认为设计单位对PC梁的设计原则、制造工艺、支座形式及构造,PC梁移动道岔的构造及跨越河流、深谷的大跨桥梁和其墩、台的设计等重大技术问题研究不透,要进行补充完善,经过3天认真的讨论,提出了很多要进行研究落实的问题,并向建委主任王根芳进行了汇报,他同意要设计单位将所提的问题解决后再进行审查。为此初步设计没有得到通过。此后设计单位又派主要技术领导和主要技术人员进行了补充完善后才得以通过。

设计单位的主要技术负责人对此也表示非常认可,这样在施工图设计过程中就不会发生重大的设计变更,也排除了在运营中的安全隐患。初步设计通过后,中国地铁工程咨询公司应重庆轨道交通公司的邀请在重庆成立了常驻专家组,由北京城建院副总工程师王兆民担任组长,协助轨道交通公司解决2号线施工图设计和施工过程中发生的问题,直至2号线建成通车为止。在此期间还重点研究解决了跨座式单轨系统中存在的三大技术难题(PC梁、移动道岔和车辆的制造),开始时日本专家认为非引进他们的技术不可,但经过认真的调查研究后,我们认为国内完全有能力解决这几个技术难题。首先我们邀请了位于成都附近的中铁建养马河桥梁厂研制PC梁,桥梁厂派了十多名技术人员到日本PC梁工厂学习,其主要难点是每根梁的几何参数均不相同,因为每根梁可能位于直线段或缓和曲线段,或圆曲线段,曲线半径也有大有小,所以要求制造PC梁的钢模板能根据需要随时调整几何参数,以节省钢模板的套数。他们学习回国后,该厂王长留厂长和田总工程师多次找我共同研究,最后终于研制成功了特殊的可调式钢模板。后来,这项研究成果也成功运用于上海高速磁悬浮线路的PC梁制造上。

公司领导和专家组对设计的PC梁是否能保证车辆运营安全还心存疑虑,因此我提出要对设计的PC梁进行静荷载和动荷载疲劳试验,由于城市轨道交通运行频率高,我提出要由一般的铁路梁200万次的疲劳试验提高到300万次,以确保PC梁的安全。试验结果表明,原设计的梁到250万次即出现了裂缝,需要重新设计加强配筋,另外对每根梁都要建立档案,以备PC梁出现问题时能及时进行修复,以减少对运营的影响。

PC梁的制造,没有引进日本技术,但日方认为跨座式单轨车辆一定得用他们的,于是日本日立公司提出每辆车的价格高达2200万元。这比当初我到日本与有关专家咨询谈判时的价格高出很多,当时他们曾同意跨座式单轨的每辆车价格不高于A型车的价格,那时地铁A型车的价格是1200万元。在这种情况下,时任重庆市市长的包叙定提出要采取措施将车价压下来,于是他亲自到长春客车厂,提出要尽量采用自己生产的车辆,长春客车厂滕茂根副厂长(也是重庆轨道交通专家组成员)指出设计跨座式单轨车辆最大的难点就是车辆转向架,长春客车厂同意马上进行试制和试验,并对外宣传要自己生产;另外,包市长还要我和一些专家到马来西亚考察,因当时马来西亚也在修建跨座式单轨线,并且也在试制跨座式单轨车辆,他们还初步同意和我们协作生产车辆,这些消息很快就传到了日本,同时包市长直接找了日立公司的金井务社长,邀请他到访重庆并聘他为市政府外籍顾问。经多方工作,最后他们也同意将车辆价格降下来,最后每辆车的价格降到了1100万元,使每辆车降了一半的价格。

第三个难题就是轨道梁移动道岔,道岔是保证跨座式单轨系统列车安全正常运行的关键设备之一,结构构造复杂,体量庞大,完全由行车信号控制其转辙,若从日本进口每副需上千万元,经市领导协调,专家组与重庆轨道交通公司一起组织中铁宝鸡桥梁厂、重庆造船厂(因道岔是钢结构的)共同进行试制,成功地完成了任务,现已能批量生产。

重庆轨道交通2号线的部分区段沿嘉陵江而行,江边道路狭窄,弯道很多,运梁和吊梁都比较困难,部分线路尚需跨越深谷,故亟须一种适用架设PC梁的架桥机,以便减少吊梁和运梁的麻烦,最后通过招标确定由中铁第十一局制造架桥机和承担部分架桥任务,他们在施工过程中工作很出色,任务完成得很好。

2005年2号线运营通车后,其环保效果很好,噪声很小,线路从较场口站出发后不远,就将通过设于嘉陵江边的李子坝车站,该站设在一幢高楼的三层内,车辆穿过高楼时楼上的居民没有感受到振动和噪声。当时在居民楼边修建了隔音墙,通车后居民要求将此拆除,以改善视觉效果,且2号线的造价只有2.3亿元/千米。所以后来修建3号线时也采用了这种制式,线路距离房屋最近的只有5米左右,通车后也不影响居民的正常生活。

2013年4月,在重庆召开了重庆跨座式单轨国际高层论坛,论坛开始前由中国、日本、德国、加拿大等国家的专家评选优秀跨座式单轨工程,我主持了专家评审会,评出了中国重庆、日本冲绳、美国拉斯维加斯、德国伍珀塔尔的4条线路为优秀跨座式单轨线路,日本专家在评审时提出,如果只选一个城市的跨座式单轨线路作为杰出线路,那就是重庆单轨,因为重庆单轨有很多创新点。重庆单轨现已形成产业,从规划、设计、建设、运营都可以实现总承包。

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