本实用新型涉及一种设有平衡副轮的轻型单轨道地铁列车和浅埋深的地铁隧道系统，特别涉及一种低建设成本的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统。

传统的地铁隧道深埋于地表下十米左右，具有每公里5亿元以上的高建设成本和长达数年的施工期。由于传统轨道列车的影响，地铁列车基本上类似于火车的设计，高车身、大车轮、离地1米高的地板和笨重的减震—底盘结构，使其尺寸和重量接近地面列车；相应的，传统地铁隧道也设计成大尺寸隧道断面和深埋型隧道所必需的厚型隧道壁等。由于地铁只是短途代步工具，起步停车频繁，粗笨的传统列车和地下十米左右的深埋型隧道难以同时兼顾便捷、节能和安全等要求。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有地铁隧道成本高、施工期长及地铁列车类似传统的火车的诸多缺点，利用现有的成熟技术，设计一种低成本及低运行费用的轻型地铁隧道—列车系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统，即主副单轨道地铁列车和浅埋型地铁隧道系统两个相关项目。其中，本发明提供的主副单轨道地铁列车包括：主副单轨道地铁列车6，所述的主副单轨道地铁列车6由有动力的列车牵引车厢和无动力的列车车厢组成，主副单轨道地铁列车6是车身宽度小于2.55米的小尺寸断面列车，车身的主体结构是由钢管制成的车厢框架结构28，在车厢框架的底部和顶部分别设有主车架21和副车架26，其中主车架21上装设有列车承重的单列主轨轮22，副车架26端部设有由导向支架32、保持列车平衡的副轮25和水平向缓冲滑块91等组成的列车平衡导向系统；所述的列车牵引车厢的主轨轮22是由主轨轮驱动电机47驱动的主动轮；每节车厢前后各设一组主副轨轮，主副轨轮均对称于列车车身的纵向垂直平分面安装；装在主车架21两端的单列主轨轮22具有在主单轨顶部95上滚动所必需的两端轮边凸缘34，主轨轮轮轴33端部装设有的橡胶板减震器；副轮25分两列于T型副轨垂直部分69的两侧，副轮25直径尺寸在120至210毫米范围内，副轮轴4以垂直向固定到水平向缓冲滑块91顶部；和主车架21、副车架26上均设有便于安装其它设备用的侧面工艺孔86和89。
上述技术方案中，所述的主副单轨道地铁列车6的每节车厢长度不大于16米，车厢内部断面尺寸(宽×高)不大于(2.4×2.2)米，列车空载时的车厢地板23距地铁隧道内地表12的高度尺寸不大于550毫米。
上述技术方案中，所述的主轨轮驱动电机47外壳尺寸的长度与直径之比约(1.75±0.5)，主轨轮驱动电机47由其外壳端部的安装法兰盘80固定在主车架的外侧壁上，驱动电机47的固定螺栓88穿过安装法兰盘80的安装孔82和主车架侧壁上对应的驱动电机安装孔84，驱动电机轴78穿过主车架侧壁上开设的驱动电机轴专用通孔85进入主轨轮传动箱77驱动主轨轮22；对于低转速的主轨轮驱动电机47，驱动电机传动轴78直接驱动主轨轮轴33及主轨轮22，此时，主轨轮22的轴承改装在主轨轮轴33的轴端部上。
上述技术方案中，所述的主轨轮轴33两端装设的橡胶板减震器由直接装设在主轨轮轴33两端的L型减震挂架71、限制L型减震挂架71在其导轨槽76内作垂直向运动的减震导轨槽架73、位于主车架底部的橡胶减震器上板70、位于L型减震挂架下部74上表面的橡胶减震器底板75和位于70与75之间的橡胶板79组成；主轨轮轴33端部插入L型减震挂架71上部垂直滑块部分97的孔中，L型减震挂架71的下半部74垂直于L型减震挂架71的上半部，纵向加宽该下半部74的水平顶面部分并逐渐减薄下半部74的底面使底面变成斜面；导轨槽76的横截面成凸字型。
上述技术方案中，所述的主轨轮22在接触主轨顶部的中央轮缘62处的直径尺寸在250至450毫米范围，主轨轮22在轮边凸缘34处的直径尺寸大于中央轮缘62处直径约30至75毫米。
上述技术方案中，所述的副车架26由两根断面尺寸在(150±50)×(85±25)毫米范围内的矩形管材组成，两矩形管平行排列，间距在(250±100)毫米范围内，两矩形管由间距约(750±350)毫米相互平行排列的结构管49连结，结构管49平行于车顶平面并横向贯穿副车架26在紧贴车顶的那一半的管壁，再将结构管49与副车架26管壁相互焊接形成副车架26整体。
上述技术方案中，所述的导向支架32长度约(850±150)毫米，每节车厢前、后各装有一对导向支架，断面成L形的导向支架32的底面与副车架26的上表面和相对内侧表面配合，每对导向支架32顶部设有断面为凸字型的导轨槽92二至四对，导轨槽92内设有沿垂直于副轨9方向运动的水平向缓冲滑块91和厚度约20毫米的减缓冲橡胶板93，减缓冲橡胶板93位于水平向缓冲滑块91与其导轨槽92顶端的槽壁之间；水平向缓冲滑块91有凸字型的横断面。
本发明提供的浅埋型地铁隧道系统包括：主副单轨道4、9和主副单轨道所在的地铁隧道系统，其中，所述的主副单轨道是位于隧道底部的主单轨4及位于隧道顶部的副单轨9，主副单轨4、9分别直接铺装在隧道的混凝土地面12上和隧道顶部2的副轨安装凹槽51内，主单轨4下的地表12内铺设有垫轨的加强板98，副单轨9具有T型横截面，副单轨9的T型断面的高、宽比在1.1±0.25范围内，垂直部分69厚度在(20±5)毫米范围；所述的地铁隧道系统包括地铁隧道1、地铁车站48和通风系统等建筑结构，其中地铁隧道1具有断面尺寸(宽×高)不大于(3×2.9)米的隧道内部50、壁厚在(200±50)毫米范围内的薄型地铁隧道壁结构和地铁隧道系统顶部2到地表1覆盖层的总厚度在0.3米至2.5米范围内的浅埋深结构，对于总厚度小于1米的顶部覆盖层，在隧道顶部2表面上铺设有(100±25)毫米厚的绝热材料层8和作为顶层的地表覆盖层3；所述的地铁隧道系统的相邻复线地铁隧道之间设有相互贯通的隔墙5，隔墙5的贯通部分的面积最大可到隔墙5总面积的80％。
上述技术方案中，所述的副单轨9的轨间连结由位于隧道顶部2的副单轨专用安装凹槽51和设在副单轨顶部52的专用轨间连结条56固定；用副轨固定螺栓24穿过副单轨底部38上的长型安装孔53固定副轨底部38到位于隧道顶部2的副单轨专用安装凹槽51内；副单轨顶部52的轨间连结条56上设有凹槽58，将穿过轨间连结条56上的长型通孔57的副单轨连结板固定螺栓59拧进副单轨顶部52对应的螺孔内，紧固螺栓59，这段副单轨顶部52将直接压嵌入对应的凹槽58内。
上述技术方案中，所述的地铁隧道内在铺设主轨4的地表12部分设有加固主轨地面的基础加强板98，基础加强板98与钢筋混凝土地表12浇筑成一体，基础加强板98上表面与地表12齐平，基础加强板98的间距大于650毫米，基础加强板98的三维尺寸(长×宽×高)有(175±50)×(100±35)×(8±3)毫米。
T型副轨9两侧的副轮25受力较小，比主轨轮22低约一个量级，车身宽度越窄、位于车身的纵向垂直平分面两侧对称分布的副轮25实际受力越小。2.3米宽的车身，副轮25受力仅是主轨轮22的10％。主副单轨及小断面的轻型列车，使主副单轨道地铁列车的能耗是传统地铁列车的80％以下。浅埋深、小断面的地铁隧道和薄型隧道壁，可采用简单的开挖施工明沟、现场整体浇筑的施工方式。仅3米深度的隧道和地铁站台，上下地面及乘车均极为方便，并减小了站台面积，也无须自动扶梯，低成本、低运行费用。相邻隧道间的隔墙相互贯通以降低列车运行风阻等。厚1米左右的薄型隧道顶部覆盖层便于危机时的迅速逃生及救援等。隧道内的恒温环境可铺设无缝长轨及轨道直接铺设在地面上，因此，可采用短行程的橡胶板型减震器及轻型车身—底盘结构。
本实用新型的优点在于：1.单轨道和轻车身，降低列车能耗及运行成本；2.浅埋型地铁隧道可采用简单的露天开挖施工明沟、整体浇筑的施工方法；3.浅埋型、小断面地铁隧道的施工明沟浅，土方量小，作业及运输成本低；4.小断面、薄壁型隧道节省原材料、建设成本低及施工短；5.3米深度的地铁站台，上下地面乘车方便，省时、省力，车站和站台面积更小；6.低建设成本、低能耗及低运行成本促成低票价；7.浅埋型隧道、极薄的隧道顶部有利于危机时刻的迅速逃生、救援及抢修等。
8.加速普及地铁交通，缓解并减少地面交通的拥堵和废气污染。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的地铁隧道在地表7下的隧道施工沟结构及列车车箱的断面图。
图2是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的地铁隧道和地铁列车的断面图。
图3是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的复线式地铁隧道结构剖面及列车车箱结构的三维视图。
图4是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的主副单轨道地铁列车车厢底部主车架21、主动轮驱动系统及底盘减震系统的三维视图。
图5是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的主副单轨道地铁列车下部在去掉主车架21后的主动轮驱动系统及底盘减震结构分解的三维视图。
图6是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的主副单轨道地铁列车下部被动的主轨轮及底盘减震系统各部件分解的三维视图。
图7是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的主轨轮三维视图。
图8是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的列车顶部副车架26上导向支架32和平衡副轮25的三维视图。
图9本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的副单轨9的轨间连结结构的三维视图。
图10是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的隧道顶部上副单轨9和列车顶部的副车架26与副轮25平衡导向系统的结构断面图。
图11是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统下部的主单轨4和车厢底部主车架21与主动轮22驱动系统的结构断面图。
图12是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的主单轨4和其底部安装长孔96结构视图。
图13是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的隧道间隔墙结构5的侧视图，图中43是隔墙上开孔31间的墙体。
图14是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的以隧道间隔墙43平分面为界的半个地铁车站结构横截面图。
图15是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的地铁列车的一组三套主动轮驱动系统及底盘减震系统的三维视图。
图16是本实用新型的主副单轨道地铁列车及浅埋型地铁隧道系统的直接用驱动电机传动轴(78)驱动主轨轮轴(33)的三维视图。
图面说明1地铁隧道        2隧道顶部          3地表覆盖层         4主单轨5隧道间隔墙      6地铁列车          7地表               8绝热材料层9副单轨          10主单轨底部       11隧道侧壁          12隧道内地表13隧道的钢筋混凝土基础层            14施工沟槽底部三合土基础层15隧道施工沟槽   16施工沟槽侧壁     17施工沟槽底        18列车车顶19列车底部       20车箱侧壁         21主车架            22主轨轮23车箱地板       24副轨固定螺栓     25副轮              26副车架27隧道顶部的副轨安装孔              28车厢框架结构29隧道侧壁顶部   30导向支架固定螺栓 31隧道间隔墙的通孔32导向支架       33主轨轮轴         34主轨轮的轮边凸缘35乘客座位       36隧道施工沟回填土剖面                 37轮罩38副单轨底部     39地铁车站的阶梯   40列车端面          41施工沟槽剖面42地铁车站的地上建筑物              43隧道间隔墙通孔间的墙体44副轮轴         45导向支架底部     46副车架两侧与车顶框架28的连结角板47主轨轮驱动电机                    48地铁车站49水平横穿副车架的结构管            50地铁隧道内部51副单轨安装凹槽 52副单轨顶部       53副轨底部的安装孔54副单轨底面     55副轨连结板凹槽的两侧                 56副轨连结板57副单轨连结板安装长孔              58副单轨连结板的凹槽59副单轨连结板固定螺栓              60主轨轮传动齿轮61主轨轮轴承安装位置                62主轨轮中央轮缘63中央轮缘与两侧轮边凸缘的过渡弧面  64和65是轮边凸缘的外侧面66和67是轮边凸缘的相对内侧面        68导向支架的窄边69T型副轨的垂直部分                 70橡胶减震上板      71 L型减震挂架72导轨架的安装孔                    73减震导轨槽架74L型减震挂架的下部                 75橡胶减震底板76减震导轨槽架的导轨槽              77主轨轮传动箱78主轨轮驱动电机轴                  79橡胶板
80主轨轮驱动电机的安装法兰盘       81主轨轮驱动电机轴端盖82安装法兰盘的安装孔               83主车架内侧的减震导轨架安装孔84主车架外侧的主轨轮驱动电机安装孔 85主车架上的主轨轮驱动电机轴的通孔86主车架侧面上安装用工艺孔         87减震导轨架固定螺栓88主轨轮驱动电机固定螺栓           89副车架侧面上的安装用工艺孔90副轮轴承       91水平向缓冲滑块  92导向支架顶上的导轨槽93缓冲橡胶板     94候车站台        95主轨顶部        96主单轨底部安装孔97L型减震挂架的上部                98主轨安装的基础加强板具体实施方式下面结合附图对本实用新型的实施作进一步的描述。
在图1、图2、图3和图14中，主副单轨道地铁列车6的箱形客车车厢的结构类似公路客车及一些轻轨客运列车，采用中型公路客车车厢的制造工艺技术和设计强度，客车车厢框架结构28用断面尺寸(75±15)×(50±5)毫米、壁厚1.75毫米的矩形管焊接构成，构成车厢框架28的矩形管间距约600毫米，客车车厢框架28的车厢壁厚(50±5)毫米，客车车厢宽度2.3米。地铁列车6的总高度约2.5米、长度13米，每节客车车厢空车自重约7.5吨，满载100人时，每节车总重约16吨。车厢门窗结构设计和布局与传统的轻轨列车既地铁列车相近，有左右对称的双侧车门，每节车厢两侧共有6个车门，车门宽度(2±0.25)米，车门是轻轨列车通用的电动侧滑式车门；车厢间的牵引钩装设在主车架21的端部。车厢外表包金属蒙皮，车厢内壁装饰客车厢内饰板。(50±5)毫米的薄型车厢壁使外宽2.3米的窄车厢内宽达2.2米，内高2.05米。
主副单轨道地铁列车6由有动力的牵引车厢和非动力的车厢组成，牵引车厢的主轨轮22是主动轮，每节牵引车厢有前后两组共计6个主轨轮，参看图15；每个主轨轮22由一个功率10千瓦、最大扭矩约200NM的无级调速个主轨轮电机47驱动。地铁列车最大时速约70公里。有效直径325毫米的小直径主轨轮22和每分钟3500转的主轨轮驱动电机47使用单级减速的主轨轮传动箱77；对于每分钟3000转以下的低速驱动电机47将由驱动电机轴78直接驱动主轨轮22，参看图16。有效直径325毫米的主轨轮22使车厢地板下及主车架两侧空间的离地高度较小，所安装的主轨轮驱动电机47的最大尺寸的直径275毫米、长度约420毫米。
副车架26断面尺寸(宽×高)465×80毫米，副车架26的两根矩形钢管断面尺寸是150×80毫米，管壁厚4.5毫米。主车架21的两根矩形钢管的断面尺寸80×200毫米，管壁厚6毫米，与车厢同长的主车架21整体宽度有700毫米。主、副车架侧面管壁上均设有安装用工艺孔86和89，这类孔的孔径从75至125毫米，参看图4。
图2、图10和图11中，每一组双列副轮25均装设在距副车架26端部约(2±0.5)米处，这也是导向支架32的安装位置，主车架21上对应的主轨轮组的安装位置距车厢端部也有(2±0.5)米距离；对长13米的车厢，车厢前后两组轨轮的间距约有(8.5±1)米。主轨轮轴33长(550±75)毫米、主轨轮轴中部、主轨轮安装处的直径80毫米、两端部直径70毫米；每一组主轨轮中，前后相邻的主轨轮间隔有(750±100)毫米。图7中，主轨轮22的双端轮边凸缘34间隔(65±10)毫米，轮边凸缘34处直径(375±15)毫米，轮缘中部62处直径325毫米，轮缘中部62处宽约(55±5)毫米。在图8和图10中，副单轨9两侧的副轮25主要起平衡列车作用，每组中相邻的副轮25的纵向间距375毫米；副轮25为扁圆柱形，厚度40毫米，直径165毫米，每个副轮25由两个轴承90支持；副轮轴44根部较粗直径有40毫米，副轮轴44安装在水平向缓冲滑块91的顶部。水平向缓冲滑块91可调节各副轮25间的水平受力分布和大小，例如空载的地铁列车6在平衡位置时每个副轮25在缓冲橡胶板93作用下受到副单轨的一个约20公斤的水平向推力；三个缓冲滑块91及相应的副轮25安装在每个导向支架上的三个水平向导轨槽92内；导轨槽92与缓冲滑块91均有相同的凸字型断面，导轨槽92的三维尺寸(长×宽×高)是135×95×60毫米，缓冲滑块91的断面尺寸略小于导轨槽92约0.75毫米以保证缓冲滑块91在导轨槽92内的自由滑动。导向支架的三维尺寸(长×宽×高)是1000×140×85毫米。导轨槽92内与缓冲滑块91之间的碰撞接触面处设置的缓冲橡胶板93的断面尺寸略小于缓冲滑块91约6毫米、厚度20毫米，缓冲橡胶板93受压方向的变形尺寸不超过±5毫米。
在图4、图5、图6和图11中，主轨轮的橡胶板减震器的主要部件是直接装设在主轨轮轴33两端的L型减震挂架71、设有垂直向导轨槽76的减震导轨槽架73和橡胶板79，其中，减震导轨槽架73的三维尺寸(长×高×宽)是(275×175×65)毫米，其导轨槽76的尺寸(长×高×宽)有(145×175×50)毫米，橡胶板79的尺寸(长×宽×厚)有(265×100×20)毫米，L型减震挂架71的总宽度约210毫米，其垂直向滑块部分97的凸字型断面尺寸约(144×50)毫米，垂直滑块部分97高约190毫米，与L型减震挂架71上半部97垂直的下半部74的水平顶面部分的尺寸约(275×105)毫米，下半部74有约70毫米高。夹在橡胶板79上下的橡胶减震器上板70和橡胶减震器底板75的尺寸相同，长、宽方向的尺寸均大于橡胶板79约10毫米，厚度8毫米，橡胶板79固定在橡胶减震器底板75上；L型减震挂架71下半部74的斜底面与橡胶减震器底板75的夹角有15度。
在图2、图9和图10中，主副单轨道4、9安装在地铁隧道的纵向垂直平分面内。地铁隧道内部的恒温条件可使用500米以上长轨，由于副轮25分成两列于副轨道腰部两侧，因此副单轨9的轨间连结设置在副轨顶部52和底部54处，凹型断面的副轨连结板56作副轨9顶部52的轨间连结，隧道顶部的副轨安装凹槽51固定副轨底部54。副轨连结板56的凹型断面尺寸约(45×25)毫米，长度600毫米；副轨连结板的凹槽58的宽度与副轨顶部52宽度相同，凹槽58深12毫米。副轨连结板56上的4个副单轨连结板安装孔57尺寸约(25×12)毫米，副单轨连结板固定螺栓59是M12、长50毫米的螺栓。M15、长65毫米的副轨安装螺栓24穿过副轨底部54上的尺寸约(35×16)毫米长形安装孔53拧进隧道顶壁的M16副轨安装螺孔27中来固定副轨9，宽度90毫米的副轨底部54可直接嵌入同宽度的安装凹槽51内。
在图2、图11和图12中，主单轨4使用轨高100毫米的30型轻轨，主单轨顶部95宽度约50毫米，采用500米以上的长轨，轨道直接铺设在平整的水泥地面上，M16、长80毫米的主单轨4安装螺栓直接穿过轨道底部10上的主单轨底部安装孔96拧进隧道地表12的主单轨安装螺孔内，固定主单轨4在地表12上，主单轨底部安装孔96孔径尺寸约(35×17)毫米。使用直接铺设在水泥地面上的30型轻轨时，列车车厢地板23到地铁隧道内地表12的高度差约0.4米。
在图3中，由于采用隧道浅埋技术及小尺寸隧道断面，使得地铁隧道实际承受的各种应力仅是传统地铁隧道的60％以下。隧道侧壁11厚度160毫米，隧道侧壁11内的钢筋结构的主钢筋直径16毫米，地铁隧道顶部2壁厚度180毫米，地铁隧道底部12壁厚度220毫米，隧道侧壁顶部29与地铁隧道顶部2间的过渡弧形壁的曲率半径约250毫米；地铁隧道顶部2到地表7的总厚度600毫米，180毫米厚度的隧道顶部2之上有420毫米厚的地表覆盖层。地铁隧道内部50的高度尺寸仅2.65米，内部宽度约2.9米。由图13，复线地铁隧道之间贯通的隔墙5厚度180毫米，隧道间隔墙的贯通部分的通孔31成方孔，尺寸(宽×高)有(3.5×2.4)米，孔间的间隔墙体43有750毫米。高度2.65米的地铁隧道内部尺寸，比传统地铁隧道降低了约0.8米。
整个地铁系统的建设可采用简单的地面开挖施工沟的方法，先作工程基础部分，在此基础上制作地铁隧道墙壁11的钢筋结构，然后混凝土一次性浇铸成地铁隧道1的主体结构。在图1、图3和图14中，在地铁隧道1部分开挖隧道施工沟槽15，施工沟槽15有下窄上宽的沟槽剖面41，施工沟槽15上宽约9米、施工沟槽底17宽约7.5米、沟槽深约3.9米；长约60米的地铁车站48的站台部分施工沟槽的宽度约17.5米，  深度相同。先向开挖好的施工沟底部17加入熟石灰粉0.1米厚，翻松、打碎施工沟底部约0.25米深度的沟底土土层，使石灰与沟底土充分混合，再夯实该混合土层成厚约0.3米的施工沟底基础层14，在施工沟底基础层14上制作宽7.5米、厚0.25米的钢筋混凝土基础层13的钢筋结构，两侧加上模板，浇筑混凝土的隧道基础底层13一次成形。在混凝土基础底层13上作防水层后再制作外部尺寸为：宽约6.2米、高约3.1米的复线式钢筋混凝土地铁隧道1的钢筋结构，然后隧道1的钢筋结构内外整体加浇筑模板，浇筑混凝土一次成形，凝固后，拆卸浇筑模板，作隧道1外表的防水涂层，向地铁隧道施工沟槽15内回填土压实，填土高度到隧道顶部2的水平，其上加厚度到地表的覆盖层3。包括地铁车站的地上部分建筑物42和地铁车站的阶梯39的地铁车站的施工与此相似。