《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》之線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)解讀

白寶英

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

《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》之線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)解讀

白寶英

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

為便于線路專業(yè)技術(shù)人員正確運(yùn)用城際鐵路設(shè)計規(guī)范，規(guī)范編制者針對該規(guī)范的線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀，暨有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究及規(guī)范編制理念的宣貫。對于平面曲線最小半徑的計算及選用在有停站車和通過車的車站兩端最小平面曲線半徑應(yīng)按速差控制的值選用；通過研究確定的線間距及加寬標(biāo)準(zhǔn)在安全的前提下，較現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性；對緩和曲線長度計算參數(shù)選用應(yīng)注意平面標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性及協(xié)調(diào)性；對于長大坡道的設(shè)置需兼顧其他專業(yè)的技術(shù)要求并不宜連續(xù)設(shè)置；最小坡段長度困難條件下可按不小于8輛編組的列車長度設(shè)計。

城際鐵路；設(shè)計規(guī)范；線路標(biāo)準(zhǔn)；解讀

1 概述

我國第一部城際鐵路設(shè)計規(guī)范于2014年底發(fā)布，該規(guī)范是客運(yùn)專線鐵路系列設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分之一，適用于新建設(shè)計速度為200 km/h及以下的標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路，城際鐵路僅運(yùn)行動車組列車，設(shè)計速度分為200、160、120 km/h三級。該規(guī)范對“城際鐵路”給出了明確的定義，即城際鐵路“專門服務(wù)于相鄰城市間或城市群，旅客列車設(shè)計速度200 km/h及以下的快速、便捷、高密度客運(yùn)專線鐵路?！睆倪\(yùn)營管理及運(yùn)輸組織角度規(guī)定了城際鐵路可自成體系，相對獨(dú)立運(yùn)營，重要節(jié)點(diǎn)應(yīng)考慮與鐵路網(wǎng)互聯(lián)互通或換乘的條件，始發(fā)站和中間站應(yīng)與城市軌道交通等公共交通系統(tǒng)順暢銜接、便捷換乘。城際鐵路應(yīng)采用高密度、小編組、公交化的運(yùn)輸組織模式。圍繞實現(xiàn)上述總體原則要求，各專業(yè)開展了標(biāo)準(zhǔn)研究及規(guī)范編制工作。本規(guī)范線路部分設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與高速鐵路設(shè)計規(guī)范、鐵路線路設(shè)計規(guī)范、地鐵設(shè)計規(guī)范等有關(guān)設(shè)計規(guī)范相比較有其特點(diǎn)，如取消了固定的設(shè)計高低速匹配要求、弱化了平面曲線半徑序列規(guī)定、取消了軌道結(jié)構(gòu)與平面曲線半徑的對應(yīng)關(guān)系、強(qiáng)化了按公式及參數(shù)計算有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定等。為使本規(guī)范得到更好地運(yùn)用，結(jié)合規(guī)范編制過程中的研究及體會對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定原則進(jìn)行解讀，供有關(guān)技術(shù)人員參考，以期增進(jìn)對設(shè)計規(guī)范的理解，進(jìn)而達(dá)到合理運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、提高設(shè)計質(zhì)量的目的。

2 規(guī)范組成

本規(guī)范由24章組成，包括總則，術(shù)語和符號，總體設(shè)計，運(yùn)輸組織，線路，路基，橋涵，隧道，地下車站結(jié)構(gòu)，軌道，站場，電力牽引供電，電力，通信，信號，信息，災(zāi)害監(jiān)測，動車組設(shè)備，維修設(shè)施，給水排水，房屋建筑，采暖通風(fēng)與空調(diào)，綜合接地，環(huán)境保護(hù)，另有1個附錄。線路為第5章，共4節(jié)，按照一條規(guī)定一項標(biāo)準(zhǔn)的原則給出了線路專業(yè)的基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。5.1一般規(guī)定，分為3條；5.2線路平面，分為18條；5.3線路縱斷面，分為16條；5.4交叉、附屬設(shè)施及其他，分為6條。

3 主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)解讀

線路平面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括平面曲線半徑、線間距及曲線地段加寬、緩和曲線長度、圓曲線和夾直線最小長度等；線路縱斷面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括最大坡度、最小坡段長度、豎曲線半徑及設(shè)置要求、站坪坡度等。以下結(jié)合本標(biāo)準(zhǔn)編制的特點(diǎn)對平面曲線半徑、線間距及曲線地段加寬、緩和曲線長度、最小坡段長度等標(biāo)準(zhǔn)分析如下。

3.1 線路平面曲線半徑

在條文5.2.2中給出了平面曲線半徑計算公式(如式(1)、式(2))，取消了對半徑序列值的規(guī)定，根據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)及舒適的要求，對最小曲線半徑給出了規(guī)定。該條規(guī)定與現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比有較大的突破。在實際應(yīng)用中，對于正線平面曲線半徑應(yīng)因地制宜、合理選用，設(shè)計者結(jié)合工程條件，可選用不小于規(guī)范規(guī)定的最小半徑值，也可按照規(guī)定的超高參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過式(1)及式(2)計算(取其較大者)確定半徑標(biāo)準(zhǔn)。因此，本規(guī)范對于平面最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定具有較高的靈活性，只要遵守安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的原則即可確定半徑采用值。

(1) 設(shè)計最高速度運(yùn)行時，平面最小曲線半徑按下式計算

(1)

(2)高、低速列車共線運(yùn)行時，平面最小曲線半徑按下式計算

(2)

式中vmax——設(shè)計最高速度，km/h；

vmin——低速列車設(shè)計速度，km/h；

[h+hq]——設(shè)計超高與欠超高之和允許值，mm；

[hq+hg]——欠過超高之和允許值，mm。

本規(guī)范沒有規(guī)定固定的設(shè)計速度匹配，但是并不意味著平面最小曲線半徑僅由單一設(shè)計速度確定，而是應(yīng)該按照運(yùn)輸組織方案決定的行車速度曲線，分析列車通過某一平面曲線時產(chǎn)生的速差工況，據(jù)此合理確定最小平面曲線半徑。該規(guī)定給設(shè)計者提供了根據(jù)工程實際確定標(biāo)準(zhǔn)的選擇空間，可充分滿足城際鐵路公交化運(yùn)營特征的設(shè)計要求，提高了設(shè)計規(guī)范應(yīng)用的靈活性及合理性。為便于設(shè)計者參考選用，在編制過程中按照“無級匹配”的思路，對設(shè)計速度200～80 km/h按照每20 km/h一檔與低速匹配(每10 km/h一級)的最小半徑進(jìn)行了計算，在條文說明中給出系列標(biāo)準(zhǔn)表，當(dāng)某一曲線上有不同速度的列車通過且速差較大時，則受速差控制的最小曲線半徑在表中可直接查到。以設(shè)計速度200 km/h為例，最小半徑計算值見表1。

表1 設(shè)計速度200 km/h最小半徑計算值 m

從表1計算結(jié)果看，設(shè)計速度200 km/h與低速120 km/h以下匹配時，最小半徑標(biāo)準(zhǔn)由速差控制，即通過曲線的列車速差在120 km/h以上時，為保證通過車、停站車的舒適度均滿足要求，最小平面曲線半徑應(yīng)按速差控制的值選用，而不是最小半徑值2 000 m或2 200 m，否則需要限制通過車的速度。列車通過曲線速差較大的工況一般出現(xiàn)在車站兩端，例如，當(dāng)停站車通過曲線的速度為80 km/h時，滿足通過車200 km/h不限速的一般最小半徑不應(yīng)小于2 832 m，可取為2 900 m；困難條件最小半徑不應(yīng)小于2 203 m，可取為2 300 m。

3.2 線間距及曲線地段加寬

根據(jù)僅運(yùn)行動車組的條件，在安全的前提下為提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)性，對區(qū)間直線地段的最小線間距及曲線地段加寬標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。從目前車輛研發(fā)情況看，適用于城際鐵路的主要車型為CRH6A，車體寬度3 300 mm，車身強(qiáng)度4 000 Pa。

(1)經(jīng)仿真計算，在未考慮自然側(cè)風(fēng)等因素及明線條件下，動車組以速度200 km/h明線交會的風(fēng)壓極值為：線間距4.2 m為2 236 Pa，線間距4.0 m為2 261 Pa；較設(shè)計強(qiáng)度有一定的裕量。鑒于目前無法進(jìn)行速度200 km/h、線間距4.2 m工況的實車試驗，對于隧道內(nèi)的風(fēng)壓極值沒有仿真計算數(shù)據(jù)，研究及試驗數(shù)據(jù)的局限性等不確定因素，本規(guī)范研究確定設(shè)計速度200 km/h最小線間距為4.2 m。

(2) 根據(jù)《時速250 km以下客運(yùn)專線(城際鐵路)建筑限界和機(jī)車車輛限界研究》中關(guān)于動力學(xué)仿真計算的結(jié)論：CRH2型動車，在無風(fēng)時，車體最大半寬為1 722 mm，在30 m/s側(cè)風(fēng)作用下車體最大半寬為1 826 mm，其中包括線路的方向不平順，輪軌間隙和車體的橫向位移。

在線間距4.0 m時，考慮30 m/s側(cè)風(fēng)作用、車體偏移后車體間的最小剩余凈距為4 000 mm-(1 826+1 722) mm=452 mm；在線間距4.2 m時，最小剩余凈距為4 200 mm-(1 826+1 722) mm=652 mm。因此線間距不小于4.0 m能夠滿足安全要求。對于設(shè)計速度160 km/h及以下的線路運(yùn)營調(diào)查看，4.0 m線間距是安全可靠的，特別是動車組列車良好的密封性能進(jìn)一步提高了會車時的平穩(wěn)舒適性，因此本規(guī)范規(guī)定設(shè)計速度160 km/h及以下線路直線地段的最小線間距為4.0 m。

(3)在曲線地段因車體會產(chǎn)生一定的偏移量而減小車體間的凈距。按照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定曲線地段車體偏移量與曲線半徑R(m)的關(guān)系式為84 500/R(mm)。在現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定中，超限貨物列車(最小半寬1 900 mm)在直線地段會車時，列車間的最小距離大于350 mm不限速。CRH2車體最大半寬為1 722～1 826 mm，按照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定分析，車體間最小凈距不宜小于320 mm。

①設(shè)計速度200 km/h的最小半徑為2 000 m，在該曲線上車體內(nèi)外偏移量的最大值為42 mm，最小剩余凈距為4 200 mm-(1 826+1 722) mm-42 mm=610 mm，因此曲線地段不考慮加寬不影響列車運(yùn)行的安全和舒適性。

②設(shè)計速度160 km/h的最小曲線半徑為1 300 m，在該曲線上車體內(nèi)外偏移量的最大值為65 mm，最小剩余凈距為4 000 mm-(1 826+1 722) mm-65 mm=387 mm；設(shè)計速度120 km/h的最小曲線半徑為800 m，在該曲線上車體內(nèi)外偏移量的最大值為106 mm，最小剩余凈距為4 000 mm-(1 826+1 722) mm -106 mm=346 mm。從以上分析看，在風(fēng)速30 m/s情況下，曲線地段車體間凈距均不小于320 mm，鑒于仿真計算與實際工況可能存在一定的差異、考慮運(yùn)營維護(hù)以及其他不確定因素等，線間距應(yīng)留有一定的裕量，以保證行車安全，因此在直線地段線間距為4.0 m時需考慮適當(dāng)加寬。

③曲線加寬一般采用內(nèi)、外曲線設(shè)置不等長緩和曲線長度的方法來實現(xiàn)，因此考慮平面設(shè)計的合理性，本規(guī)范規(guī)定最小加寬值為30 mm，即當(dāng)車體偏移量小于30 mm的曲線地段可不考慮加寬。

3.3 緩和曲線長度

最小緩和曲線長度應(yīng)同時滿足3個條件。首先是安全條件，要滿足超高順坡率不大于2‰；其次是兩個舒適條件，要滿足超高時變率不大于35 mm/s和欠超高時變率不大于38 mm/s。

(1)滿足最大超高順坡率要求的緩和曲線長度計算式

(3)

(2)滿足超高時變率要求的緩和曲線長度計算式

(4)

(3)滿足欠超高時變率要求的緩和曲線長度計算式

(5)

式中h——設(shè)計超高值，mm；

hq——設(shè)計欠超高值，mm；

imax——滿足安全條件的最大超高順坡率，一般取2‰；

V——設(shè)計速度， km/h；

f——超高時變率，一般條件為28 mm/s，困難條件為35 mm/s；

β——欠超高時變率，一般條件為23 mm/s，困難條件為38 mm/s。

設(shè)計超高取值一般條件下宜按規(guī)范條文說明中給出的值選用，最大不應(yīng)超過150 mm，因為在研究過程中，是按照設(shè)計速度、平面曲線半徑與舒適度水平系統(tǒng)性匹配后確定的取值，因此如果在已定的平面曲線半徑條件下，匹配過大或過小的設(shè)計超高對于平面線形與舒適度的關(guān)系都有不利的影響；在設(shè)計超高值確定后設(shè)計欠超高值就是一定的了，最大允許值為110 mm，欠超高時變率控制緩和曲線長度的情況，一般發(fā)生在采用困難條件下最小平面半徑上，當(dāng)線路平面曲線半徑在一般最小值及以上時，緩和曲線長度均是由超高時變率條件控制；超高順坡率要求的緩和曲線長度是滿足安全要求的最小長度，只在特殊困難條件下運(yùn)用，且最小緩和曲線長度不應(yīng)小于20 m。

3.4 最小坡段長度及大坡道長度

客運(yùn)專線鐵路對最小坡段長度進(jìn)行限制是為了提高列車運(yùn)行的平穩(wěn)性并考慮利于養(yǎng)護(hù)維修。有條件時坡段盡可能長，但對于大坡道的長度不宜太長，以避免因坡道阻力而損失過多的速度。

(1)最小坡段長度標(biāo)準(zhǔn)與坡段兩端的坡度差、豎曲線半徑及行車速度有關(guān)。最小坡段長度的計算公式如下

(6)

式中l(wèi)p——最小坡段長度，m，；

Δi1、Δi2——坡段兩端的段坡度差，‰；

V—設(shè)計速度，km/h；一般條件V乘系數(shù)取0.4，困難條件V乘系數(shù)可為0；

Rsh——豎曲線半徑，m。

采用公式計算確定最小坡段長度時，也要同時滿足坡段長不小于某一合理的長度，以保證縱斷面設(shè)計的平順性。城際鐵路最大車輛編組為8輛，列車長度約200 m，因此規(guī)定一般不小于400 m、困難不小于200 m。

(2)盡量避免最大坡度的坡段連續(xù)設(shè)置。本規(guī)范編制過程中按照CRH6型動車組的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了行車模擬計算，得到了初速分別為200、160、140 km/h在坡度15‰、20‰、25‰、30‰、35‰等坡道上一定坡段長度的末速度值。設(shè)計中對于長大坡道的使用還需兼顧其他專業(yè)的技術(shù)要求設(shè)置，因此，在對模擬計算值分析并考慮了一定余量后，建議正線最大設(shè)計坡度20‰時坡道長度不大于15 km，25‰時坡道長度不大于8 km，30‰時坡道長度不大于4 km；動車走行線35‰坡段長度不大于2 km。為避免臨界長大坡道連續(xù)使用，本規(guī)范還進(jìn)一步規(guī)定了坡度20‰—坡道長度15 km、坡度25‰—坡道長度8 km、坡度30‰—坡道長度4 km等不能連續(xù)設(shè)置，即連續(xù)上坡或下坡的縱斷面需滿足15 km范圍的平均坡度不大于20‰、在8 km范圍的平均坡度不大于25‰、在4 km范圍的平均坡度不大于30‰的要求。

4 結(jié)語

城際鐵路設(shè)計規(guī)范是為了適應(yīng)我國城際鐵路建設(shè)需要而制定的，作為鐵路客運(yùn)專線系列設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的組成之一，本規(guī)范中確定的線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在關(guān)注旅客舒適性方面與其他設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是一致的，標(biāo)準(zhǔn)的差異反映了設(shè)計速度與舒適度的系統(tǒng)關(guān)系的不同，以及滿足靈活的運(yùn)輸組織方式和公交化運(yùn)營等特點(diǎn)的需求。建立公式化和參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)有利于提高規(guī)范使用者創(chuàng)新設(shè)計的能力，可促進(jìn)對標(biāo)準(zhǔn)“數(shù)值化”的“剛性服從”認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，以避免因此造成的工程設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不合理現(xiàn)象，也是我國設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的突破性嘗試。本規(guī)范吸收了高速鐵路設(shè)計規(guī)范、地鐵設(shè)計規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性及科學(xué)合理性，結(jié)合既有鐵路運(yùn)營實際開展了必要的研究工作，提出了適宜的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，成為城際鐵路建設(shè)的基礎(chǔ)性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著我國城際鐵路建設(shè)規(guī)模的逐步發(fā)展，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)尚需通過工程實踐的檢驗加以完善。

[1] 國家鐵路局.TB10623—2014城際鐵路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 國家鐵路局.TB 10621—2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

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

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局.GB50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[5] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2005]142號新建時速200～250公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

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

[7] 白寶英.《新建時速200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》平面曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2006(2)：7-10.

[8] 劉華.推薦曲線半徑納入鐵路線路設(shè)計系列標(biāo)準(zhǔn)的意義及其建議值[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(3):9-11.

The Interpretation of Railway Line Design Standards to Code for Design of Intercity Railway

BAI Bao-ying

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

For the correct implementation of Code for Design of Intercity railway， the compilers of the code offer interpretations on main technical standards of the code， shedding light on the concepts of code development. For calculation of the minimum plane curve radius and selection of the minimum plane curve radius on both ends of the station with stopped and passing vehicles， the minimum plane curve radius should be selected based on the value of the speed difference control. On the premise of safety， the distance between centers of lines and the limit of widening specified in the code prove to be more economical. The systematicness and coordination of the plane standard should be addressed when calculation parameters of the transition curve length are selected. In setting up long and steep grade sections， continuous sections are not encouraged in concern for the technical requirements of other professions. Under difficult conditions， the minimum length of grade section may de designed to be no less than the train length of 8-car formation.

Intercity railway: Code for design; Railway line; Interpretation

2015-01-07

白寶英(1961—)，女，教授級高級工程師，E-mail：baibaoying@tsdig.com。

1004-2954(2015)03-0029-04

U239.5； U212.31

C

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.007