高速鐵路曲線(xiàn)超高設(shè)計(jì)的研究

陳修平

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 天津 300142)

1 確定曲線(xiàn)超高值的主要依據(jù)

曲線(xiàn)超高值的確定主要考慮行車(chē)安全、旅客舒適度、養(yǎng)護(hù)維修等因素。

1.1 列車(chē)運(yùn)行速度

高速鐵路通常采用不同速度等級(jí)列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)行的模式或相同速度等級(jí)列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)行的模式。曲線(xiàn)實(shí)設(shè)超高既要滿(mǎn)足高速列車(chē)的運(yùn)行要求,又要滿(mǎn)足低速列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)的運(yùn)行要求。理論上,應(yīng)根據(jù)不同的列車(chē)速度和曲線(xiàn)半徑設(shè)置相應(yīng)的超高,而實(shí)際上通常以線(xiàn)路上運(yùn)行的各種列車(chē)的平均速度為依據(jù)設(shè)置超高值。這就導(dǎo)致高速列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)出現(xiàn)欠超高現(xiàn)象,而低速列車(chē)通過(guò)時(shí)出現(xiàn)過(guò)超高。過(guò)超高、欠超高都直接影響列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)性及旅客舒適度。

1.2 最大設(shè)計(jì)超高允許值[h]

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院試驗(yàn)研究表明，當(dāng)列車(chē)停在超高為200 mm及以上的曲線(xiàn)上時(shí),部分旅客感到站立不穩(wěn),行走困難且有頭暈不適之感。另外,當(dāng)?shù)退倭熊?chē)通過(guò)曲線(xiàn)時(shí),超高過(guò)大會(huì)造成內(nèi)側(cè)鋼軌承受較大的橫向力,既不利于行車(chē)安全,也不利于養(yǎng)護(hù)維修。參照國(guó)外高速鐵路標(biāo)準(zhǔn),最大設(shè)計(jì)超高允許值采用175 mm。

1.3 欠超高允許值[hq]

欠超高允許值在高速鐵路上最主要取決于列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)的旅客舒適度要求。根據(jù)鐵科院在京廣線(xiàn)、濱州線(xiàn)以及京津城際測(cè)試結(jié)果,欠超高允許值如表1所示。

表1 欠超高允許值 mm

1.4 過(guò)超高允許值[hg]

一般認(rèn)為過(guò)超高與欠超高對(duì)旅客舒適度的影響是等同的。在高低速列車(chē)運(yùn)行的高速鐵路上,客車(chē)的走行性能比貨物列車(chē)好,因而過(guò)超高引起的對(duì)內(nèi)軌磨耗和對(duì)線(xiàn)路的破壞作用小,故其過(guò)超高允許值可以適當(dāng)放寬。同時(shí)考慮到高低速列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的高速鐵路是以高速列車(chē)為主,重點(diǎn)應(yīng)保證高速列車(chē)的旅客舒適度,因此取過(guò)超高允許值與欠超高值一致(見(jiàn)表2)。

表2 過(guò)超高允許值 mm

1.5 高、低速列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)行時(shí)欠過(guò)超高之和的允許值[hq+hg]

為了進(jìn)一步優(yōu)化平面條件,提高旅客舒適度,高速鐵路規(guī)范(試行)采用的欠、超高之和的允許值見(jiàn)表3。

表3 欠、過(guò)超高之和允許值 mm

1.6 高速列車(chē)運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)超高與欠超高之和的允許值[h+hq]

高速列車(chē)運(yùn)行也會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸要求不同造成運(yùn)行速度上的差異,為了提高旅客舒適度,采用實(shí)設(shè)超高與欠超高之和的允許值(見(jiàn)表4)。

表4 設(shè)計(jì)超高與欠超高之和允許值 mm

2 沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)車(chē)站兩端曲線(xiàn)實(shí)設(shè)超高的確定

2.1 沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)概況

沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)是遼寧省鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的一條重要干線(xiàn),線(xiàn)路起自沈陽(yáng)南站,經(jīng)本溪、南芬、通遠(yuǎn)堡、鳳城至丹東,全線(xiàn)正線(xiàn)新建長(zhǎng)度205.7 km,右線(xiàn)繞行0.4 km。沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)設(shè)計(jì)行車(chē)速度為250 km/h,正線(xiàn)采用無(wú)砟軌道。根據(jù)行車(chē)組織方案,一般在中間站有部分列車(chē)停站作業(yè),還有部分列車(chē)直接高速通過(guò)。對(duì)于這種部分列車(chē)停站、部分列車(chē)高速通過(guò)的曲線(xiàn)實(shí)設(shè)超高的確定,需要根據(jù)本線(xiàn)的V-S曲線(xiàn)情況對(duì)行車(chē)速度進(jìn)行模擬后研究確定,最后再逐個(gè)進(jìn)行超高檢算。

2.2 計(jì)算參數(shù)的確定

以沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的南芬站、鳳城站、新五龍背站為例。南芬站中心里程為DK84+294,鳳城站中心里程為DK168+550,新五龍背站中心里程為DK194+670。車(chē)站兩端的曲線(xiàn)要素見(jiàn)表5。

2.3 實(shí)設(shè)超高的確定

根據(jù)表5的曲線(xiàn)半徑條件,均衡超高及實(shí)設(shè)超高見(jiàn)表6。

表5 車(chē)站兩端的曲線(xiàn)要素

表6 車(chē)站兩端曲線(xiàn)超高設(shè)計(jì)

3 超高的檢算

為了確定合理的曲線(xiàn)超高值,有必要對(duì)超高進(jìn)行檢算,主要包括安全性檢算和舒適性檢算。

3.1 安全性檢算

對(duì)于實(shí)設(shè)超高安全性的檢算是確保超高順坡率不致使車(chē)輪脫軌,我國(guó)沿用的不致使車(chē)輪脫軌的超高順坡率為2‰。從表6可以看出,車(chē)站兩端6個(gè)曲線(xiàn)的實(shí)設(shè)最大超高值為100 mm,根據(jù)曲線(xiàn)半徑匹配的緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度看，超高順坡率均小于2‰的要求,列車(chē)安全性能滿(mǎn)足要求。

3.2 平穩(wěn)性檢算

為了列車(chē)行駛平穩(wěn)舒適,超高順坡率不可以過(guò)大；為滿(mǎn)足軌道養(yǎng)護(hù)維修精度要求,超高順坡率也不宜過(guò)小。對(duì)于沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),超高順坡率最大值不超過(guò)1/10Vmax,最小值也不能小于0.25‰,具體檢算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 超高順坡率檢算 ‰

3.3 舒適度檢算

舒適度檢算主要是對(duì)未被平衡的欠超高和過(guò)超

高、欠超高與過(guò)超高之和、設(shè)計(jì)超高與欠超高之和進(jìn)行檢算。具體檢算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 超高設(shè)計(jì)舒適度檢算 mm

從表8可以看出：(1)車(chē)站兩端的曲線(xiàn)過(guò)超高和欠超高基本上都小于40 mm,通過(guò)與表1和表2對(duì)比,可以看出基本能達(dá)到高速鐵路規(guī)范(試行)所采用的優(yōu)秀條件。(2)車(chē)站兩端的曲線(xiàn)過(guò)超高和欠超高之和的最大值也只有97.4 mm,通過(guò)與表3對(duì)比,完全能達(dá)到優(yōu)秀條件。(3)車(chē)站兩端的曲線(xiàn)設(shè)計(jì)超高和欠超高之和最大也只有124.1 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表4所要求的優(yōu)秀條件值210 mm,全部達(dá)到優(yōu)秀條件。

4 結(jié)論

按照目前確定的行車(chē)組織方案和V-S曲線(xiàn),沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)車(chē)站兩端曲線(xiàn)設(shè)計(jì)超高值可以按照上文的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),然后再對(duì)設(shè)計(jì)超高進(jìn)行檢算后確定實(shí)設(shè)超高。通過(guò)對(duì)沈丹客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)車(chē)站兩端曲線(xiàn)實(shí)設(shè)超高的分析可以得出，無(wú)砟軌道客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的平面條件和行車(chē)組織方案是決定曲線(xiàn)超高的最主要條件。為了設(shè)置合理的超高,需要在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)平面條件進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化,盡可能采用較大的曲線(xiàn)半徑,并分析進(jìn)出站列車(chē)與高速列車(chē)的速度關(guān)系,以減小未被平衡的欠超高和過(guò)超高,既能保證旅客的舒適度,又可以保持兩股鋼軌受力比較均勻,有利于曲線(xiàn)的養(yǎng)護(hù)。

[1]TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S]

[2]GB50091—2006 鐵路車(chē)站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]GB50090—2006 鐵路線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4]鐵建設(shè)[2005]140號(hào) 新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S]

[5]白寶英.高速鐵路線(xiàn)路平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2009(6):50-53

[6]劉 彬.武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)武漢試驗(yàn)段無(wú)砟軌道曲線(xiàn)超高合理值的探討[J].鐵道建筑,2008(9):104-107

[7]梁 鍔.提速線(xiàn)路曲線(xiàn)超高的設(shè)置[J].鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù),2005,11(2):4-6

[8]王元智.高速公路超高設(shè)計(jì)方法的研究[J].船海工程,2009,38(3):60-63

[9]郝 瀛.鐵路選線(xiàn)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1988

[10]常治平.鐵路線(xiàn)路及站場(chǎng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2008