鐵路客車聯(lián)絡(luò)線縱斷面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

柳世輝,丘崇譽(yù)

鐵路客車聯(lián)絡(luò)線縱斷面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

柳世輝,丘崇譽(yù)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

目前我國的鐵路線從運(yùn)輸性質(zhì)上基本可分為客運(yùn)專線、客貨共線和貨運(yùn)專線鐵路。適應(yīng)于客運(yùn)專線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是以運(yùn)行動(dòng)車組來確定其基本設(shè)計(jì)參數(shù)的,適應(yīng)于客貨共線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是以運(yùn)行機(jī)車牽引車組來確定其基本設(shè)計(jì)參數(shù)的,貨運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)參照了客貨共線鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對于機(jī)車牽引客車車列的聯(lián)絡(luò)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有做出相應(yīng)的規(guī)定。結(jié)合現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50090—2006)和西寧站改造及相關(guān)工程的實(shí)踐對客車聯(lián)絡(luò)線縱斷面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

鐵路線路;縱斷面;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1 概述

西寧站改造及相關(guān)工程于西寧高、普速并場東端咽喉附近設(shè)置普速客車聯(lián)絡(luò)線,以解決青藏鐵路拉薩方向開來的客車車列上線正實(shí)施的蘭新第二雙線的運(yùn)輸需求。聯(lián)絡(luò)線自西寧普速場東端咽喉至蘭新第二雙線出岔點(diǎn)LXDK189+135,線路長約1.32 km。由于客車聯(lián)絡(luò)線工程位于城區(qū)和既有西寧車站,線路受控因素眾多,線路展線距離短,布線空間非常狹窄,經(jīng)多方案比選,客車聯(lián)絡(luò)線線路平面按旅客列車最高運(yùn)行速度80 km/h標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。沿線需連續(xù)跨越蘭新第二雙線和動(dòng)車走行線。由于蘭新第二雙線已實(shí)施,故其高程是主要制約因素。經(jīng)對聯(lián)絡(luò)線路平、縱斷面進(jìn)行多次優(yōu)化調(diào)整,最終確定的線路最大坡度為22.3‰,最大坡度代數(shù)差達(dá)29.8‰;跨線地段采用了200m的最小坡段長度;因坡差大、坡段長度短,跨線變坡點(diǎn)處豎曲線半徑僅能采用5 000m,否則豎曲線將重疊。

鑒于客車聯(lián)絡(luò)線線路縱斷面所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受條件制約難以達(dá)到現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50090—2006)(以下簡稱《線規(guī)》)要求的取值范圍,而高、普速聯(lián)絡(luò)線的其他方案又難以滿足運(yùn)輸組織需求,且工程艱巨、投資巨大,故針對擬推薦的聯(lián)絡(luò)線最大坡度、坡度代數(shù)差和豎曲線半徑等縱斷面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否符合行車安全性和舒適性標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 聯(lián)絡(luò)線縱斷面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性分析

2.1 最大坡度

影響最大坡度選擇的因素眾多,而不同決策的經(jīng)濟(jì)效益出入甚大,且最大坡度在線路建成后不易改動(dòng),故應(yīng)根據(jù)鐵路性質(zhì)、地形類別、牽引種類和運(yùn)輸需求比選確定。對于本項(xiàng)目應(yīng)主要考慮保證行車安全,即保證列車在坡道上運(yùn)行應(yīng)滿足上坡不斷鉤、下坡有充分制動(dòng)力的安全要求。

本聯(lián)絡(luò)線下坡方向最大坡度為22.3‰,在相鄰車站按照站場專業(yè)的要求相應(yīng)布設(shè)了安全線,上坡方向最大坡度為20‰。

適應(yīng)蘭新第二雙線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的車列編組見表1。

表1 聯(lián)絡(luò)線車列編組計(jì)算

由表1可見,根據(jù)蘭新第二雙線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和西寧高普速場到發(fā)線有效長為650m的條件,通過本聯(lián)絡(luò)線的最大車列編組為20輛,且在上坡方向最大坡度為20‰時(shí),雙機(jī)可牽引編組為20輛車列持續(xù)速度不低于96 km/h。

最高速度為140、160 km/h的旅客列車采用盤型制動(dòng)裝置,經(jīng)行車檢算,下坡方向最大坡度為22.3‰不存在制動(dòng)問題。

2.2 最大坡度代數(shù)差

2.2.1 蘭新第二雙線坡度代數(shù)差

本線是青藏鐵路和蘭新二線的客車聯(lián)絡(luò)線,其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以適應(yīng)蘭新第二雙線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),蘭新二線甘青段坡度代數(shù)差Δi最大為32‰,20‰≤Δi≤25‰有8處,25‰≤Δi≤30‰有4處。新疆段坡度代數(shù)差Δi最大為34‰,坡段代數(shù)差30‰≤Δi≤34‰有3處,20‰≤Δi≤25‰有15處,25‰≤Δi≤30‰的有9處。

由上可見蘭新第二雙線沿線存在大于普速客車聯(lián)絡(luò)線的坡度差,普速客車上線必須具備適應(yīng)蘭新第二雙線大坡度差的客觀條件。

2.2.2 聯(lián)絡(luò)線最大坡度代數(shù)差的驗(yàn)證分析

本聯(lián)絡(luò)線最大坡度代數(shù)差達(dá)29.8‰。

根據(jù)現(xiàn)行《線規(guī)》相鄰坡段坡度代數(shù)差主要取決于不斷鉤的安全要求,即取決于車鉤強(qiáng)度所允許的列車縱向力。

對線路縱斷面連接標(biāo)準(zhǔn)的研究,是基于將實(shí)際運(yùn)行的列車視為多節(jié)車輛組成的離散質(zhì)量系統(tǒng)。系統(tǒng)中聯(lián)結(jié)各車輛的鉤緩裝置存在游間,當(dāng)列車處于非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下(如起動(dòng)、加速、制動(dòng)、通過變坡點(diǎn)等),各車輛間便存在相對位移、相對速度和加速度,從而在各節(jié)車輛間產(chǎn)生沖擊作用,增大列車縱向力,危及行車安全。根據(jù)現(xiàn)行《線規(guī)》修編所引用的《鐵路最大坡度的研究》(鐵建科93—3)成果,以列車最不利的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況通過變坡點(diǎn)時(shí)的列車縱向力是否滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》(TB 1335—1996)規(guī)定的車鉤強(qiáng)度所允許的縱向力作為標(biāo)準(zhǔn)確定坡度差。

根據(jù)《鐵路最大坡度的研究》的研究結(jié)論:SS3單機(jī)或雙機(jī)牽引4 750 t及其以下質(zhì)量的列車,在坡度差為2倍限坡或2部雙機(jī)坡組成的凸、凹形斷面上的任何工況,其最大縱向拉、壓力均未超出《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》(TB 1335—1996)規(guī)定的車鉤強(qiáng)度限值(拉力1 125 kN,壓力1 400 kN)。因此可以說,牽引質(zhì)量小于或等于4 750 t,相鄰坡段允許最大坡度差可以取為2倍的限坡(限坡地段)或2倍的雙機(jī)坡(雙機(jī)坡地段)。

本聯(lián)絡(luò)線僅運(yùn)行青藏鐵路和蘭新二線的跨線客車,其牽引質(zhì)量最大不超過2 000 t。即使考慮雙倍的余量,也可采用2倍的限坡(限坡地段)或2倍的雙機(jī)坡(雙機(jī)坡地段),蘭新第二雙線一般最大坡度為20‰,據(jù)此推算,其最大坡度差的允許值可為40‰。

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10020—2009)條文說明:“相鄰坡段的坡度差允許的最大值主要由保證運(yùn)行列車不斷鉤這一安全條件確定的,常規(guī)鐵路相鄰坡段的坡度差主要受貨物列車制約。由于旅客列車質(zhì)量遠(yuǎn)低于貨物列車,國外高速鐵路對相鄰坡段的坡度差也均未限制,本高速鐵路規(guī)范規(guī)定相鄰坡段的坡度差不受限制”。

從以上幾點(diǎn)分析可以得出,本線采用的較大坡度差能滿足旅客列車行車要求。

2.2.3 豎曲線半徑的計(jì)算驗(yàn)證

受制于車站布置和岔區(qū)設(shè)置條件,以及已開工建設(shè)的蘭新第二雙線跨蘭西高速公路特大橋高程控制,客車聯(lián)絡(luò)線豎曲線僅能采用5 000m的圓曲線半徑,現(xiàn)從安全性和舒適性等方面計(jì)算分析。

(1)從滿足行車平穩(wěn)要求分析

根據(jù)現(xiàn)行《線規(guī)》條文說明3.2.8滿足行車平穩(wěn)要求豎曲線半徑計(jì)算公式:

普速列車行車速度分析:

①西寧普速客車聯(lián)絡(luò)線采用18號道岔從蘭新第二雙線引出,向西走行約1.2 km接入西寧客站蘭青場,18號道岔側(cè)向速度為80 km/h;

②聯(lián)絡(luò)線受眾多因素控制,平面線形僅能達(dá)到80 km/h的速度標(biāo)準(zhǔn),需限速按不大于80 km/h通行;

③列車于本段為進(jìn)出站加減速地段,經(jīng)檢算,路段通過速度小于80 km/h。故豎曲線半徑計(jì)算公式中速度V取80 km/h。

離心加速度av值取0.15 m/s2。經(jīng)計(jì)算,得到普速客車聯(lián)絡(luò)線滿足行車平穩(wěn)要求豎曲線半徑為3 300m。本次采用5 000m的圓曲線半徑,大于3 300m,滿足行車平穩(wěn)要求。

(2)從滿足不脫鉤要求分析

根據(jù)現(xiàn)行《線規(guī)》條文說明3.2.8.1關(guān)于滿足不脫鉤要求的分析結(jié)果:“如以軟臥車、空調(diào)硬座車、雙層空調(diào)硬臥車計(jì)算,最小豎曲線半徑Rv分別為2 450、2 550、2 850m”。本次豎曲線半徑5 000 m大于規(guī)范要求的保證不脫鉤的最小豎曲線半徑值。

(3)5 000m豎曲線半徑列車縱向力分析

現(xiàn)行《線規(guī)》條文說明3.2.6、3.2.7中圖6所提供的豎曲線半徑與列車縱向力關(guān)系圖可知,當(dāng)豎曲線半徑增大到2 000m后,列車以不同工況通過變坡點(diǎn)的最大縱向力各趨于該工況下的穩(wěn)定值,且該值小于縱向拉伸力取值范圍。

綜上所述,客車聯(lián)絡(luò)線豎曲線半徑采用5 000m能滿足行車安全和舒適性要求。

2.2.4 坡段長度的計(jì)算驗(yàn)證

從列車運(yùn)行的平穩(wěn)性要求考慮,最小坡段長度除滿足兩豎曲線不重疊外,還應(yīng)考慮兩豎曲線間有一定的夾坡段長度以避免豎向振動(dòng)的疊加,夾坡段長度一般采用0.5Vmax～0.7Vmax,困難可采用0.4Vmax。由此計(jì)算:聯(lián)絡(luò)線跨線“凸”形坡最小坡段長度為200 m可滿足要求。

3 結(jié)論

通過對西寧普速客車聯(lián)絡(luò)線縱斷面連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析,在保證列車不斷鉤、不脫鉤、不脫軌的條件下,線路最大坡度為22.3‰,最大坡度代數(shù)差達(dá)29.8‰,最小坡段長度為200m的客車聯(lián)絡(luò)線豎曲線半徑采用5 000 m,能夠滿足行車安全和平穩(wěn)的要求。西寧站改造及相關(guān)工程項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)線最終按分析成果完成了施工圖設(shè)計(jì),目前本線正處于施工之中。

現(xiàn)行《線規(guī)》中有關(guān)鐵路縱斷面相鄰坡段的連接要求較為嚴(yán)格,并多用加大安全系數(shù)的辦法來約定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)取值范圍。對于僅運(yùn)行單一普速客車的聯(lián)絡(luò)線,牽引質(zhì)量小,運(yùn)行工況相對簡單而工程環(huán)境制約因素較多的特殊地段,尤其是大部分列車均需停車作業(yè)的樞紐內(nèi)聯(lián)絡(luò)線、走行線,在行車速度較低的情況下,如若仍機(jī)械的照搬現(xiàn)行《線規(guī)》設(shè)計(jì)參數(shù),將會使得線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)過高,造成不必要的工程浪費(fèi)。故有必要在進(jìn)行特殊地段線路設(shè)計(jì)時(shí),針對不同線路性質(zhì)、不同運(yùn)行工況條件下的設(shè)計(jì)參數(shù)取值需進(jìn)行計(jì)算分析確定。

[1] 中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)(2005)285號新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10020—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].北京:中國鐵道出版社,2009.

[4] 柳世輝.客貨共線運(yùn)行鐵路線路縱斷面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制訂[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(10):101- 103.

[5] 柳世輝.《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂的主要特點(diǎn)及內(nèi)容[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(3).

[6] 黃建苒,等.線路縱斷面連接標(biāo)準(zhǔn)[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1998(4): 24- 26.

Research on Technical Standard for Route Profile of Railway Passenger Train Connection Line

LIU Shi-hui,QIU Chong-yu
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

In term of transport property,railway lines in our country at present can be divided into passenger dedicated line,mixed passenger and freight line,freight dedicated line.Essential design parameters in the technical standard suitable for passenger dedicated line is based on the need for the operation of electric multiple unit;Essential design parameters in the technical standard suitable for mixed passenger and freight railway is based on the need for the operation of locomotive traction;The design of freight dedicated line usually cites the technical standard used in mixed passenger and freight railway as a reference.But,there isnothing about the technical standard which should be suitable for the connection line running passenger train by locomotive traction.For this reason,combined with the current Code for design of Railway Route,and combined with the renovation project of Xining Railway Station and its relevant projects,the technical standard which will suitable for the route profile of passenger train connection line is discussed in this paper.

railway line;route profile;technical standard

U212.31

A

1004- 2954(2013)07- 0005- 03

2013- 01- 10

柳世輝(1965—),男,高級工程師,1984年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院,工學(xué)學(xué)士,E-mail:lztyyxylsh168@sina.com。