地铁车辆段大架修工艺设备包容性设计

陈 伟

(广州地铁设计研究院股份有限公司，510010，广州∥工程师)

地铁车辆段是保证地铁系统安全运行的总后勤保障基地。国内各城市地铁大架修车辆段配置数量随着线网规模的增长在不断增加。通过总结分析发现，国内地铁大架修车辆段建设通常存在如下问题:大架修工艺设备招标滞后影响检修库土建实施;根据GB 50157—2013《地铁设计规范》，大架修一般在线路开通运营后5年或者运营里程达到60万km后开展，因此对于线网规模较小的城市，存在大架修工艺设备安装调试完成后需要闲置5年左右甚至更长时间才能投入使用的问题，这必然造成设备资源浪费及设备老化［2］。目前国内研究该类问题的文献也较少。基于现状，笔者结合地铁大架修车辆段项目实际实施经验，提出了大架修工艺设备包容性设计方案。

1 大架修工艺设备包容性设计原因

大架修车辆段的设置及检修能力设计需从线网资源共享角度统筹考虑［3］。大架修车辆段一般承担至少2条及以上线路车辆的大架修，其检修能力至少满足3列列车同时开展大架修作业［4］。大架修车辆段工艺设备配置以车辆检修为中心，满足进行整车分解和维修后组装，以及对转向架、轮对、制动系统、车钩、空调、受电弓、车体和高压电器等各子系统进行检测、检修和维护等需求。车辆段大架修工艺设备具有种类多、专业针对性强、基础复杂、土建承载大等特点，且一般为非标检修设备［5-6］。因此，设备基础对土建实施影响较大，特别是对于地质条件差而需设置整体底板的联合检修库影响更大。再加之存在工艺设备招标时间滞后于土建施工进度的情况，因此，为不影响施工工期，需对大架修工艺设备基础条件开展包容性设计。

以福州地铁为例，福州地铁1号线新店车辆段于2016年年底建成，大架修设备采购安装后存在如下问题:①因车辆未到大架修年限，因而设备闲置，且需用塑料膜封存约5年，这会导致设备生锈、老化;②5年后，部分大架修设备已更新换代;③设备封存5年后启用时还需重新调试验收，会导致项目周期延长。因此，除运营部门需使用的设备(如固定式架车机、限界检测装置等)及对库内轨道精度要求高的设备(如转盘、称重台等)在建设期采购安装外，其余大架修工艺设备可在开通运营3年后进行招标。因此，需对未招标的大架修工艺设备开展包容性设计。

因此，无论是从车辆段建设还是从运营部门使用的角度进行分析，对车辆段大架修工艺设备开展包容性设计研究都是十分必要的。

2 大架修工艺设备包容性设计思路

大架修工艺设备为非标设备，不同供应商提供的设备基础存在差异［7-8］，为避免包容性方案与实际需求不匹配而造成废弃工程或新增较大工程量，提出合理、可行的大架修工艺设备包容性设计方案尤为重要。大架修工艺设备包容性设计思路如图1所示。

图1 大架修工艺设备包容性设计思路Fig.1 Inclusive design idea of overhaul maintenance equipment

首先，根据车辆段工程总体筹划及工艺设备招标模式和时序，明确大架修工艺设备包容性设计的输入条件;其次，调研大架修工艺设备基础资料，提出包容主流供应商设备基础坑方案;再次，土建预留大架修工艺设备基础二次浇注条件，如预留插筋;最后，针对包容性设备基础坑进行地面处理，以不影响现场使用。

3 大架修工艺设备包容性设计方案

以福州地铁6号线横港大架修车辆段为例，研究大架修工艺设备包容性设计方案。

3.1 项目概况

横港大架修车辆段承担福州地铁6号线、5号线及4号线的车辆大架修任务，设计大架修能力为5.5列位，计划于2021年投入使用。

横港大架修车辆段基础大架修工艺设备以转向架和轮对的检修为主，主要有固定式架车机、转向架静载试验台、转向架清洗机、车轮车床、轮对跑合试验台等设备。为避免设备闲置浪费和老化，降低初期设备购置成本，以上设备均在线路开通运营3年后采购。因此，相应的设备基础坑需考虑包容性设计。

横港大架修车辆段联合检修库位于软土区域，软弱土层厚度超过30 m，且场地现状标高低于设计标高，需回填土2 m左右。为避免回填超载和软弱土层引起的沉降对结构产生不利影响，本工程库内设置整体式底板(见图2)，以避免库区沉降。

图2 联合检修库底板设置方案Fig.2 Setup plan of joint maintenance workshop floor

3.2 包容性设计方案

3.2.1 设备基础包容性设计

大架修工艺设备为非标设备，不同供应商提供的设备基础条件存在差异，因此设备基础尺寸和荷载等至少按照3家主流供应商的设备基础条件进行设计，且需考虑地脚螺栓、预埋件等安装范围。以固定式架车机为例，其包容性设计尺寸见表1。

表1 固定式架车机基础尺寸及其包容性设计尺寸Tab.1 Basic size and inclusive design size of stationary vehicle-lifting machine

3.2.2 土建包容性设计

以国内主流供应商设备基础的包容性设计尺寸为基础坑的基准尺寸，向外扩大200 mm作为后浇层，形成基础坑的内边线;在基础坑预留二次浇筑的插筋;设备基础的二次结构、预埋件等在设备招标完成后实施。基于包容性设计的转向架清洗机基础坑设计方案如图3所示。

图3 基于包容性设计的转向架清洗机基础坑设计方案Fig.3 Design scheme of bogie cleaning machine foundation pit based on inclusive design

基于包容性设计的设备基础坑实施完成后，为方便运营初期联合检修库正常使用，保证作业人员安全，需对预留基础坑进行封闭和保护。

为尽量减少实施工程量，可采用在基础坑上方铺钢筋混凝土盖板的方案(见图4)。盖板荷载需满足库内叉车满载通行。在盖板上方实施自流坪地面，使整个库房表面平整，既满足运营日常使用需求，也便于后期工程实施。

对于跨度超过3.5 m的设备基础坑，可在基础坑中间设砖柱及预制梁(见图4 b))，以保证盖板受力的稳定性。

图4 大架修工艺设备基础坑防护方案Fig.4 Protection scheme of overhaul maintenance equipment foundation pit

大架修工艺设备所需的预埋套管在建设期同步预埋。以固定式架车机为例(见图5)，在相邻的设备基础坑间，预埋3根镀锌钢管，用于敷设电缆;从架车机控制台到设备基础坑，预埋6根镀锌钢管，分别用于敷设控制电缆和供电电缆。

图5 固定式架车机预埋钢管示意图Fig.5 Diagram of embedded steel pipes for stationary vehicle-lifting machine

3.2.3 机电包容性设计

3.2.3.1 低压配电

大架修工艺设备用电负荷较大，整个联合检修库工艺设备用电负荷接近3 000 kW。因此，为了避免发生因提前安装低压配电设施引起电缆老化或原预留用电负荷不足等问题，低压配电的包容性设计方案如下:

1)对于配电区域仅有未招标工艺设备的情况(见图6)，仅考虑供电专业变压器用电负荷容量，不敷设电气回路线缆，不实施配电箱，仅预埋套管。

图6 大架修工艺设备低压配电设计方案1Fig.6 Design scheme 1 of overhaul maintenance equipment with low voltage distribution

2)对于配电区域既有已招标工艺设备也有未招标工艺设备的情况(见图7)，在低压配电箱电气回路中，仅为已招标工艺设备配电，保留末端配电箱;不敷设配电箱至未招标工艺设备的电气回路线缆，仅预埋套管。供电专业变压器预留设备负荷容量。

图7 大架修工艺设备低压配电方案2Fig.7 Design scheme 2 of overhaul maintenance equipment with low voltage distribution

3.2.3.2 给排水和通风

针对大架修工艺设备的给排水需求，可提前预留相关给排水点和用水量。对于部分有通风、排气需求的设备，将该类设备靠近库房外墙布置，并提前预留相关通风管引出口设置条件。

4 结语

地铁车辆段大架修工艺设备包容性设计，适用于车辆架大修时序尚早的情况，可避免大架修工艺设备的闲置和老化，满足工艺设备未招标情况下土建实施工期要求。尤其是适用于采用整体结构底板方案的大架修库。目前，国内关于大架修工艺设备包容性设计的研究较少，笔者根据大架修车辆段实际项目实施经验，提出了大架修工艺设备包容性设计方案。该方案预留了后期设备安装的二次浇注条件，同时设计了设备基础坑的封闭与防护方案。