U弦軌運輸系統淺析

　    在城市快速發展的今天，軌道交通越來越成為城市交通系統中不可或缺的一部分。U弦軌運輸系統是俄羅斯近年來推出的一種高效、環保、高性能的新一代高速軌道運輸系統。它通過具有弦骨軌道的特殊結構，能夠提供高平整度的弦軌和合理的線路結構，同時其獨特的車輪結構，使其具有很高的適應性。不論是在城市環境還是在復雜地形的地區都可以進行架設。同時，其科學和靈活的弦軌車輛設計，能夠使得車輛運行速度更快，使用靈活，用途廣泛。在俄羅斯已投入使用的U弦軌運輸系統的運營情況來看，U弦軌系統以其良好的性能，得到了廣泛的贊同和俄羅斯政府的認可，具有良好的發展前景。其先進的管理運營模式和車輛技術都值得為我國軌道交通發展所借鑒。

　　1U弦軌運輸系統概況

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

　　弦軌運輸系統簡單地說是這樣一種運輸系統：裝配有鋼輪的專業化列車，運行在兩根固定支撐的鋼弦軌上。由于弦軌結構具有很高平整度和剛度，列車運行速度能夠輕松地達到250～350km／h，未來將可以達到更高的速度450～500km／h。弦軌運輸系統還可以設計成使用共同支撐或獨立支撐的復線結構。

　　尤尼茨基教授早在1982年就發表了第一篇科幻文章，直到1994年申請第一項專利，隨后1995年發表第一篇學術論文，再到1996年第一次傳媒公開報道后引起業內廣泛關注，掀起了U弦軌運輸系統的研究熱潮，2001年U弦軌概念獲得“俄羅斯品牌”獎，同年俄羅斯開始建造第一條試驗線路，其原型綜合試驗臺建成，此后俄羅斯先后30余次在國內國際交流和展覽，并獲得了聯合國資助項目。2002年，U弦軌試驗全面展開，先是第100次試車成功，莫斯科州政府批準建造莫斯科大環線，俄羅斯運輸部和交通部聯合鑒定，獲得高度評價，與韓國草簽合作協議，10月開始建造基輔3000m示范線，標志著科研和實驗階段的基本結束。

　　2002年12月在中國杭州首次報道了這種新型的軌道交通系統，引起了國內不小的振動和高度的興趣。目前U弦軌2條試驗線(莫斯科州湖泊市試驗線和烏克蘭基輔郊區示范線)和2個啟動項目(馬來西亞西海岸南北大干線和莫斯科四大空港連接大環線)已全部完工，已完成實際設計方案十余項。

　　2U弦軌技術特點

　　U弦軌運輸系統主要有以下主要特點：

　　速度高：250-350km/h，最高可達500km/h；

　　造價低：80（平原）-250（海上）萬$/km（復線）；

　　運力高：50萬人次/晝夜或50萬噸/晝夜（復線）；

　　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時功率80kW)、爬坡力強(30°)；

　　土工?。翰患軜颉⒉煌诙?、不拆遷；

　　環保好：占地少、噪音小、無陰影；

　　適應廣：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、過江跨海、翻山越嶺。

　　可見，U弦軌是21世紀低成本，高效率、環保性能好的高速軌道運輸系統，具有建設工期短、運營能耗低的優點，是很好的投資方向。

　　3U弦軌構造

　　3.1弦軌構造

　　弦骨軌道的特殊結構是u弦軌系統的顯著特點之一。每根軌道有一個外殼，殼內是由高強度鋼絲組成的弦(鋼纜)，鋼絲直徑1～5mm。鋼纜用每根弦軌上總共高達5000kN的拉力張緊，由于弦預加了很大的拉力，弦軌將具有很高的平整度。這種結構使得弦軌軌道的相對剛度很大：跨度為50m的軌道結構在約50kN的車輛荷載作用下所產生的變形為10mm或115000。因此，對飛馳的列車而言，弦軌運輸系統的軌道比鋼筋混凝土結構或鋼結構橋梁上的高速鐵路干線更平整一些。同時，軌面經過高精度磨光，而且所有受載構件，如軌道、弦、支座、樁基，都在彈性階段工作，沒有塑性變形，從而也保證了列車的長時間高速運行。

　　弦軌每隔一定的距離與錨固支承剛性連接。弦布置在保護盒內，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％。與弦軌最類似的結構是橋梁的預應力鋼筋混凝土梁。在類似的預應力結構中，弦的形式基本上采用絞股鋼纜，但在弦軌系統中采用直股鋼絲束，這樣的設置充分體現了弦軌的優越性。

　　弦軌運輸系統的弦是固定構件，不需要變形，因此不用考慮它的柔韌性，從而也就不用設計成絞股鋼纜。采用直股鋼絲束反而體現了非常重要的優點。

　　(1)如果單獨的某根鋼絲斷裂，只是這根鋼絲相對的有效長度縮短，即這根斷裂的鋼絲在該斷裂段失去作用，而它上面的應力不會傳遞到其他的鋼絲上，少量的鋼絲斷裂對結構沒有太大的影響。

　　(2)弦的鋼絲之間沒有接觸應力，所以也不會局部磨損、出現缺陷、應力重新分布等。

　　(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、力學穩定性和更長的壽命。

　　3.2線路結構

　　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，跨越低洼地形時會更高。為保證軌道平整，支座的間距不宜過大，一般在25～lOOm。因地形必須采用大跨度時，軌道的高度需借助各種形式的維護索(懸索、斜拉索等)來保障。這時跨度可達到500-2000m。由于U弦軌對地形要求不高，軌道可以按直線布置，線路結構允許坡度高達30度，而曲率半徑可小到20m。U弦軌的軌道可以是單線或復線。

　　3.3車輛結構

　　弦軌車輛有兩種類型：客車和貨車。客車形式多樣，從小型的4座車到]00座的大型車不等。貨車按貨物種類分散貨型、件貨型和槽罐車。車輛根據需要可以編組成列車。小型車輛自帶驅動，列車則有牽引機車。機車一般為電機車，電源通過軌道供給。特殊車輛由自帶柴油發電機驅動。

　　3結語

　　U弦軌在我國具有較好的發展前景，可以應用于1）城際交通，如“京津唐”、“滬寧杭”等城市圈；2）西部偏遠地區；3）作為城市交通系統輔助組成部分；4）在部分地區以旅游專線的形式參與交通運營。

　　U弦軌不論在經濟效益還是環保節能方面都具有十分明顯的優越性，對比其他軌道交通系統還具有很多優點，如建造耗材少、造價低、安全性高、適應性強等。在俄羅斯已經投入運營的線路中，U弦軌的技術特點得到充分發揮、運輸效率高，能夠適應各種環境，為城市發展提供良好助力?？梢灶A見，弦軌交通在未來的軌道交通運輸領域將得到越來越多的重視與發展，我國也可能在不久的將來擁有自己的U弦軌運輸系統。
 

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