淺議高速鐵路建筑限界最大寬度的確定

趙水仙

摘 要：以我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，從機(jī)車車輛限界、列車運(yùn)行時(shí)的橫向偏移、保證列車運(yùn)行安全的安全預(yù)留三個(gè)方面，闡述了確定高速鐵路建筑限界寬度的影響因素。從保證行車安全出發(fā)，分析了高速鐵路建筑限界最大寬度的確定機(jī)理，論述了曲線上建筑限界加寬的理論和方法。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 機(jī)車車輛限界 建筑限界 寬度

中圖分類號(hào)：U298.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（b）-0083-02

為了防止列車與鐵路線路兩旁的建筑物或設(shè)備發(fā)生刮蹭、碰撞，凡接近鐵路線路的各種建筑物和設(shè)備，必須與線路保持一定的距離，保證列車在鐵路線路上的運(yùn)行安全，這就形成了鐵路建筑限界。建筑限界是鐵路基礎(chǔ)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它的制定與機(jī)車車輛、信號(hào)、橋梁、隧道等設(shè)備的設(shè)置密切相關(guān)。建筑限界過小，影響列車的運(yùn)行安全，限制列車的運(yùn)行速度；建筑限界過大，則會(huì)使站場(chǎng)、橋梁、隧道的建設(shè)費(fèi)用增大。高速鐵路列車運(yùn)行速度高，既保證列車運(yùn)行安全，又要減少建設(shè)費(fèi)用，更要科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的確定建筑限界。本文就關(guān)于高速鐵路建筑限界最大寬度的影響因素及確定方法進(jìn)行探討。

1 高速鐵路建筑限界的概念及作用

高速鐵路建筑限界是一個(gè)與線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓，除機(jī)車車輛及與機(jī)車車輛相互作用的設(shè)備外，其它設(shè)備和建筑物均不得侵入的輪廓范圍。建筑限界是確保機(jī)車車輛能夠安全通過的起碼空間，是確定線路兩旁建筑物或設(shè)備，至相鄰線路中心線的最短距離，以及站場(chǎng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2 確定高速鐵路建筑限界最大寬度應(yīng)考慮的因素

2.1 機(jī)車車輛限界的寬度

機(jī)車車輛限界是一個(gè)和線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓。無論是新造的機(jī)車車輛，還是具有最大限度公差或磨耗的空重車，停放在水平線路上，應(yīng)無側(cè)向傾斜與偏移，除使用中需要探出的部分（如受電弓、塞拉門等）外，任何部分都應(yīng)容納在限界輪廓內(nèi)，不得超越。機(jī)車車輛限界是靜態(tài)限界輪廓，規(guī)定機(jī)車車輛不同部位寬度、高度的最大尺寸和其零部件至軌面的最小距離，因此它決定了新造機(jī)車車輛的外形尺寸。

機(jī)車車輛限界寬度越大，其建筑限界的寬度就愈大。在確定高速鐵路機(jī)車車輛限界寬度時(shí)，應(yīng)考慮現(xiàn)行機(jī)車車輛情況，并為遠(yuǎn)期發(fā)展留有余地。目前我國(guó)高速鐵路運(yùn)行的動(dòng)車組，CRH2的車體寬度最大為3.38 m，考慮座位布置能從2+2排列方式發(fā)展成為2+3排列方式，使車體寬度有增加的余地。因此高速鐵路機(jī)車車輛靜態(tài)限界，其寬度仍為3.4 m，與GB146.1-83中機(jī)車車輛限界規(guī)定的寬度相同。

2.2 列車運(yùn)行時(shí)的橫向偏移量

列車運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，除了滾動(dòng)之外，還有橫向、垂向的振動(dòng)和滑動(dòng)，其中車輛的橫向振動(dòng)會(huì)使車輛橫擺、搖頭和側(cè)滾，造成車體中心線偏離線路中心線，從而產(chǎn)生車輛的橫向偏移。列車運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的橫向偏移量越大，建筑限界的寬度就越寬。造成列車橫向振動(dòng)的原因如下。

2.2.1 車輛結(jié)構(gòu)

車輛是由車體、軸箱、搖枕、側(cè)架、輪對(duì)等基本部件組成的，各部件之間通過剛性、彈性、或摩擦阻尼裝置相連接。車輛的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生橫向振動(dòng)。同時(shí)車輛轉(zhuǎn)向架各部件之間的游間，以及制造誤差等，也會(huì)使車輛產(chǎn)生橫向振動(dòng)。

2.2.2 軌道的不平順

高速鐵路線路的兩股鋼軌頂面在直線地段應(yīng)保持同一水平，線路和道岔處的軌距都應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)軌距。但由于施工技術(shù)的問題使新鋪的軌道，在驗(yàn)收時(shí)其水平和軌距都允許有一定的誤差，這些因素造成軌道的不平順，當(dāng)高速列車運(yùn)行時(shí)，使列車橫向振動(dòng)加劇。

通過研究表明，車輛的橫向偏移量隨著列車運(yùn)行速度的提高而增大，且速度越高，振動(dòng)偏移量隨速度變化越明顯。高速鐵路雖然動(dòng)車組的制造技術(shù)高，軌道按照高平順性設(shè)計(jì)，但高速運(yùn)行會(huì)使列車由于車輛結(jié)構(gòu)和軌道狀態(tài)引起的橫向振動(dòng)加劇，橫向偏移量增大。所以，確定建筑限界的寬度時(shí)，就必須考慮列車的橫向振動(dòng)所引起的橫向偏移量對(duì)建筑限界的影響。

2.3 安全裕量

安全裕量是考慮一些未定因素如施工誤差、線路大修等，使線路可能發(fā)生的非正常狀態(tài)偏移，以及車輛各部件磨耗引起的車輛搖頭、點(diǎn)頭振動(dòng)、列車會(huì)車壓力波等對(duì)橫向偏移量的影響，而裕留的安全空間。

3 高速鐵路直線地段建筑限界最大寬度的確定

建筑限界的確定是在考慮機(jī)車車輛限界的基礎(chǔ)上，將車輛結(jié)構(gòu)、軌道不平順?biāo)鸬臋M向偏移量，按照最不利情況進(jìn)行組合，得出高速車輛在直線和曲線上的振動(dòng)總偏移量，再考慮未定因素的影響而留有的安全裕量。

目前，機(jī)車車輛限界的寬度為1700 mm，列車運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大橫向偏移量約為446 mm，安全余量取150 mm，加總后取整為2300 mm，按此計(jì)算高速鐵路建筑限界最大寬度應(yīng)為4600 mm。由于高速鐵路沒有貨物列車運(yùn)行，建筑限界可適當(dāng)減小。但考慮到與既有鐵路限界寬度的一致性，并且不引起工程量增加，因此高速鐵路建筑限界的最大寬度可不小于既有鐵路，與GB146.2-83中規(guī)定的一致，為4880 mm。第十版《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，200 km/n≤v≤350 km/h的客運(yùn)專線，其建筑限界的最大寬度為4880 mm。日本新干線建筑限界的最大寬度為4400 mm，德國(guó)大部分線路也是4400 mm，可見我國(guó)建筑限界的最大寬度已留有足夠的安全空間，能夠保證高速列車的運(yùn)行安全。

4 高速鐵路曲線上建筑限界的加寬

當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行時(shí)由于車體中心線與軌道中心線不吻合，兩轉(zhuǎn)向架中心銷之間的車體中心線向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，車體縱向兩端向曲線外側(cè)突出，同時(shí)由于曲線部分外軌超高也使車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，這些因素都會(huì)使車體與建筑限界之間的安全空間減少。因此為保證行車安全，曲線上的建筑限界應(yīng)加寬。加寬量的計(jì)算式為：

公式（1）中的第一項(xiàng)和公式（2）都是由于車體中心線與軌道中心線不吻合，所產(chǎn)生的曲線內(nèi)側(cè)加寬和外側(cè)加寬，即幾何偏移，公式（1）中的第二項(xiàng)是由曲線外軌超高所產(chǎn)生的曲線內(nèi)側(cè)加寬，即超高傾斜。由此可以看出，幾何偏移所引起的加寬量與曲線半徑有關(guān)，曲線半徑越大，加寬量越小。第十版《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的客運(yùn)專線最小曲線半徑為2200 m，困難情況下為2000 m。按照困難情況計(jì)算，其內(nèi)側(cè)加寬為20.25 mm，外側(cè)加寬為22.00 mm。在確定建筑限界最大半寬時(shí)，各種影響因素已按最不利情況組合，還考慮了150 mm的安全裕量，在此基礎(chǔ)上由2300 mm加寬到2440 mm，有足夠的安全空間。因此，幾何偏移所引起的加寬數(shù)值就顯得太小，可以不用考慮。所以高速鐵路曲線上建筑限界的加寬，只考慮超高傾斜加寬就可以了。即：endprint

由（3）式可以看出，高速鐵路曲線建筑限界的加寬量與H、h有關(guān)。H為計(jì)算點(diǎn)至鋼軌頂面的高度。當(dāng)線路旁的建筑物或設(shè)備的高度大于或等于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，取機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)，該點(diǎn)至鋼軌頂面的高度為3850 mm，即H=3850 mm.。當(dāng)建筑物或設(shè)備的高度小于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，計(jì)算點(diǎn)取建筑物或設(shè)備的頂點(diǎn)，H為建筑物或設(shè)備的高度。h為曲線外軌超高，它隨曲線半徑的不同而不同，可利用公式求的。通過鐵科院研究表明，當(dāng)列車停在外軌超高為200 mm的曲線上時(shí)，旅客感到站立不穩(wěn)，行走困難且有暈眩之感，德國(guó)和法國(guó)為180 mm，日本新干線為200 mm，因此我國(guó)高速鐵路曲線外軌超高最大值為180 mm。

5 高速鐵路曲線上建筑限界的加寬方法

列車運(yùn)行從直線經(jīng)過緩和曲線到圓曲線，或從圓曲線經(jīng)過緩和曲線到直線，為保證列車在此過程中運(yùn)行平穩(wěn)，曲線上建筑限界的加寬不是突變，而是采用階梯遞減的方法。加寬范圍為部分直線、緩和曲線和圓曲線。階梯遞減法將加寬區(qū)域分為兩段進(jìn)行加寬，具體為

第一段：取直緩點(diǎn)外22 m處作為加寬的起點(diǎn)，該距離為車體一側(cè)轉(zhuǎn)向架中心至另一側(cè)車體端部的距離，該點(diǎn)是產(chǎn)生加寬的臨界點(diǎn)。取緩中點(diǎn)向直緩點(diǎn)方向13 m處為第一段加寬的終點(diǎn)，該距離為車體長(zhǎng)度的一半。該段按加寬量的一半進(jìn)行加寬。

第二段：從第一段的終點(diǎn)開始直到緩圓點(diǎn)，該段按全部加寬量進(jìn)行加寬。

6 結(jié)語

隨著高速鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，高速列車運(yùn)行安全問題日顯突出，建筑限界的確定就成為保證高速列車運(yùn)行安全的重要內(nèi)容之一。本文基于我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高速鐵路建筑限界影響因素及確定方法進(jìn)行了探討，旨在正確理解建筑限界寬度的影響因素、曲線上建筑限界加寬理論和方法，合理確定線路兩旁建筑物和設(shè)備至線路中心線的距離，為高速鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.

[2] 鐵道第三勘探設(shè)計(jì)院，鐵道第四勘探設(shè)計(jì)院.京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] 徐鶴壽，郝有生.高速鐵路建筑限界的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，1998（19）：75-81.

[4] 陳應(yīng)先.高速鐵路線路與車站設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[5] 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明編寫組.《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明（上冊(cè)）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.endprint

由（3）式可以看出，高速鐵路曲線建筑限界的加寬量與H、h有關(guān)。H為計(jì)算點(diǎn)至鋼軌頂面的高度。當(dāng)線路旁的建筑物或設(shè)備的高度大于或等于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，取機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)，該點(diǎn)至鋼軌頂面的高度為3850 mm，即H=3850 mm.。當(dāng)建筑物或設(shè)備的高度小于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，計(jì)算點(diǎn)取建筑物或設(shè)備的頂點(diǎn)，H為建筑物或設(shè)備的高度。h為曲線外軌超高，它隨曲線半徑的不同而不同，可利用公式求的。通過鐵科院研究表明，當(dāng)列車停在外軌超高為200 mm的曲線上時(shí)，旅客感到站立不穩(wěn)，行走困難且有暈眩之感，德國(guó)和法國(guó)為180 mm，日本新干線為200 mm，因此我國(guó)高速鐵路曲線外軌超高最大值為180 mm。

5 高速鐵路曲線上建筑限界的加寬方法

列車運(yùn)行從直線經(jīng)過緩和曲線到圓曲線，或從圓曲線經(jīng)過緩和曲線到直線，為保證列車在此過程中運(yùn)行平穩(wěn)，曲線上建筑限界的加寬不是突變，而是采用階梯遞減的方法。加寬范圍為部分直線、緩和曲線和圓曲線。階梯遞減法將加寬區(qū)域分為兩段進(jìn)行加寬，具體為

第一段：取直緩點(diǎn)外22 m處作為加寬的起點(diǎn)，該距離為車體一側(cè)轉(zhuǎn)向架中心至另一側(cè)車體端部的距離，該點(diǎn)是產(chǎn)生加寬的臨界點(diǎn)。取緩中點(diǎn)向直緩點(diǎn)方向13 m處為第一段加寬的終點(diǎn)，該距離為車體長(zhǎng)度的一半。該段按加寬量的一半進(jìn)行加寬。

第二段：從第一段的終點(diǎn)開始直到緩圓點(diǎn)，該段按全部加寬量進(jìn)行加寬。

6 結(jié)語

隨著高速鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，高速列車運(yùn)行安全問題日顯突出，建筑限界的確定就成為保證高速列車運(yùn)行安全的重要內(nèi)容之一。本文基于我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高速鐵路建筑限界影響因素及確定方法進(jìn)行了探討，旨在正確理解建筑限界寬度的影響因素、曲線上建筑限界加寬理論和方法，合理確定線路兩旁建筑物和設(shè)備至線路中心線的距離，為高速鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.

[2] 鐵道第三勘探設(shè)計(jì)院，鐵道第四勘探設(shè)計(jì)院.京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] 徐鶴壽，郝有生.高速鐵路建筑限界的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，1998（19）：75-81.

[4] 陳應(yīng)先.高速鐵路線路與車站設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[5] 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明編寫組.《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明（上冊(cè)）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.endprint

由（3）式可以看出，高速鐵路曲線建筑限界的加寬量與H、h有關(guān)。H為計(jì)算點(diǎn)至鋼軌頂面的高度。當(dāng)線路旁的建筑物或設(shè)備的高度大于或等于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，取機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)，該點(diǎn)至鋼軌頂面的高度為3850 mm，即H=3850 mm.。當(dāng)建筑物或設(shè)備的高度小于機(jī)車車輛限界上外側(cè)突出點(diǎn)的高度時(shí)，計(jì)算點(diǎn)取建筑物或設(shè)備的頂點(diǎn)，H為建筑物或設(shè)備的高度。h為曲線外軌超高，它隨曲線半徑的不同而不同，可利用公式求的。通過鐵科院研究表明，當(dāng)列車停在外軌超高為200 mm的曲線上時(shí)，旅客感到站立不穩(wěn)，行走困難且有暈眩之感，德國(guó)和法國(guó)為180 mm，日本新干線為200 mm，因此我國(guó)高速鐵路曲線外軌超高最大值為180 mm。

5 高速鐵路曲線上建筑限界的加寬方法

列車運(yùn)行從直線經(jīng)過緩和曲線到圓曲線，或從圓曲線經(jīng)過緩和曲線到直線，為保證列車在此過程中運(yùn)行平穩(wěn)，曲線上建筑限界的加寬不是突變，而是采用階梯遞減的方法。加寬范圍為部分直線、緩和曲線和圓曲線。階梯遞減法將加寬區(qū)域分為兩段進(jìn)行加寬，具體為

第一段：取直緩點(diǎn)外22 m處作為加寬的起點(diǎn)，該距離為車體一側(cè)轉(zhuǎn)向架中心至另一側(cè)車體端部的距離，該點(diǎn)是產(chǎn)生加寬的臨界點(diǎn)。取緩中點(diǎn)向直緩點(diǎn)方向13 m處為第一段加寬的終點(diǎn)，該距離為車體長(zhǎng)度的一半。該段按加寬量的一半進(jìn)行加寬。

第二段：從第一段的終點(diǎn)開始直到緩圓點(diǎn)，該段按全部加寬量進(jìn)行加寬。

6 結(jié)語

隨著高速鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，高速列車運(yùn)行安全問題日顯突出，建筑限界的確定就成為保證高速列車運(yùn)行安全的重要內(nèi)容之一。本文基于我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高速鐵路建筑限界影響因素及確定方法進(jìn)行了探討，旨在正確理解建筑限界寬度的影響因素、曲線上建筑限界加寬理論和方法，合理確定線路兩旁建筑物和設(shè)備至線路中心線的距離，為高速鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.

[2] 鐵道第三勘探設(shè)計(jì)院，鐵道第四勘探設(shè)計(jì)院.京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] 徐鶴壽，郝有生.高速鐵路建筑限界的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，1998（19）：75-81.

[4] 陳應(yīng)先.高速鐵路線路與車站設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[5] 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明編寫組.《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》條文說明（上冊(cè)）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.endprint