不同運(yùn)行模式下的市域軌道交通最小曲線半徑研究

黃華瑋，韓春華

(1.中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，昆明　650200；2.昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，昆明　650000)

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不同運(yùn)行模式下的市域軌道交通最小曲線半徑研究

黃華瑋1，韓春華2

(1.中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，昆明650200；2.昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，昆明650000)

摘要：市域軌道交通在我國尚處于起步階段，實(shí)際工程運(yùn)用較少，國內(nèi)各種規(guī)范均不適用，對市域軌道交通線路最小曲線半徑進(jìn)行研究具有重要意義。在傳統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，基于不同的運(yùn)營模式和乘坐模式，分不同速度匹配模型進(jìn)行研究，并通過與其他常規(guī)軌道交通制式進(jìn)行對比，結(jié)合舒適度分析，對市域軌道交通的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化改正，給出不同速度下線路最小曲線半徑的建議值。

關(guān)鍵詞：市域軌道交通；線路設(shè)計(jì)；最小曲線半徑

1市域軌道交通的特點(diǎn)

市域軌道交通是一種介于國家干線鐵路和普通地鐵兩者之間的一種軌道交通制式[1]，線路長度一般不超過100 km，站間距3～5 km，是服務(wù)于市民在市域范圍內(nèi)快速出行，連接城市核心區(qū)與外圍組團(tuán)的軌道交通方式。與其他軌道交通制式相比，快速直達(dá)的市域軌道交通可增強(qiáng)中心城市與周邊的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)與國家鐵路干線的互聯(lián)互通。

市域軌道交通的設(shè)計(jì)速度多在120～160 km/h，對于120 km/h的市域軌道交通線路，線路主要設(shè)計(jì)參數(shù)可參照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2013)選取執(zhí)行，而對于140 km/h和160 km/h的設(shè)計(jì)速度，國內(nèi)沒有現(xiàn)成的規(guī)范可直接采用。因此，本文重點(diǎn)對速度目標(biāo)值為140 km/h和160 km/h的市域軌道交通線路進(jìn)行研究。

2市域軌道交通的運(yùn)行模式分析

針對市域軌道交通系統(tǒng)，結(jié)合常規(guī)客流特征主要開行站站停和大站直達(dá)兩種類型的列車的運(yùn)營條件，同時(shí)考慮市域軌道交通擴(kuò)展為城際鐵路的條件，提出在不同運(yùn)行模式下進(jìn)行市域軌道交通線路設(shè)計(jì)主要參數(shù)的研究方法，分別對各種運(yùn)行模式加以研究。

2.1運(yùn)營模式

從運(yùn)營的角度出發(fā)，市域軌道交通可分為大站直達(dá)模式和站站停模式。

大站直達(dá)模式考慮市域軌道交通擴(kuò)展為城際鐵路條件，開行大站直達(dá)、小站越行列車。由于被越行站需設(shè)置越行股道，這將使越行站的整體規(guī)模大幅增加，此外，開行大站直達(dá)列車產(chǎn)生越行，因而會對系統(tǒng)能力產(chǎn)生一定的影響。

站站停模式不考慮市域軌道交通擴(kuò)展為城際鐵路條件，列車采用類似地鐵運(yùn)行。

2.2乘坐模式

從列車旅行時(shí)間、車廂舒適的角度，可將市域軌道交通分為長途乘坐和短途乘坐模式。

長途乘坐模式列車主要服務(wù)于長途乘客，停站間距長，為了保證旅客安全、提高舒適度，車廂大多采用全座席設(shè)計(jì)，采用2+2橫向或3+2橫向排列。干線動車組、城際列車和大站直達(dá)列車多采用此模式。

短途乘坐模式主要服務(wù)于短途乘客，乘客上下車頻繁，要求車內(nèi)有寬敞的空間，便于乘客流動，站站停列車按照縱列式座席布置。一般地鐵列車多采用此模式。

2.3速度匹配模型的建立

結(jié)合運(yùn)營模式及乘坐模式，分別建立高、低速列車共線和單一速度列車運(yùn)行[2]兩種市域軌道交通線路速度匹配模型。

高、低速列車共線模式主要考慮大站停快車與站站停慢車共線運(yùn)行，對于160 km/h設(shè)計(jì)速度，大站停列車按160 km/h，站站停列車按120 km/h考慮。座席布置按照長途乘坐模式設(shè)置，要求列車具有較高的舒適度，同時(shí)提高與其他交通方式的競爭力。

單一速度列車運(yùn)行模式線路不設(shè)置越行站，采用單一速度列車運(yùn)行。座席按短途乘坐模式布置。

3線路最小曲線半徑的計(jì)算

3.1傳統(tǒng)理論計(jì)算[2]3.1.1最高行車速度要求的最小曲線半徑

式中Rmin——最小曲線半徑，m；

Vmax——最高行車速度，km/h；

[h]——實(shí)設(shè)超高允許值，mm；

[hq]——欠超高允許值，mm。

3.1.2不同速度列車共線運(yùn)行條件下的最小曲線半徑

式中Rmin——最小曲線半徑，m；

VG——列車最高行車速度，km/h；

VD——低速列車平均運(yùn)行速度，km/h；

[hq]——欠超高允許值，mm；

[hg]——過超高允許值，mm。

3.2高、低速列車共線模式下最小曲線半徑的計(jì)算

在高、低速列車共線模式下，影響市域軌道交通線路最小曲線半徑計(jì)算的主要參數(shù)有：曲線外軌實(shí)設(shè)超高允許值[h]、保證高速列車通過時(shí)產(chǎn)生的未被平衡的最大允許欠超高值[hq]、保證低速列車通過時(shí)產(chǎn)生的最大允許過超高值[hg][3]。

3.2.1曲線外軌實(shí)設(shè)超高允許值[h]

對于高低速列車共線模式，結(jié)合列車座席布置及舒適性角度分析，對于市域軌道交通而言，為了提高設(shè)計(jì)運(yùn)行速度，可對外軌實(shí)設(shè)超高[h]取值適當(dāng)放寬。市域軌道交通在高低速列車共線的運(yùn)行模式下，曲線實(shí)設(shè)超高允許值采用150 mm。國內(nèi)各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)設(shè)超高允許值的規(guī)定見表1。

表1　各種規(guī)范采用的實(shí)設(shè)超高允許值[h]　mm

3.2.2欠超高允許值[hq]的確定

最大允許欠超高是控制列車運(yùn)行速度的重要因素，與旅客的乘坐舒適性有密切的關(guān)系[2]。

對于高低速列車共線模式，結(jié)合列車座席布置及舒適性角度分析，該模式下列車有別于地鐵車輛運(yùn)行情況，而更類似于長距離運(yùn)輸?shù)母咚倭熊囘\(yùn)行情況，車體橫向加速度為0.5 m/s2對應(yīng)的欠超高允許值[hq]是合適的。市域軌道交通在高、低速列車共線的運(yùn)行模式下，欠超高允許值[hq]的取值一般60 mm，困難90 mm。國內(nèi)各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對欠超高允許值規(guī)定見表2。

表2　各種規(guī)范采用的欠超高允許值[hq]　mm

3.2.3過超高允許值的確定[hg]

考慮到市域軌道交通是一種客專線路，有別于國鐵干線的客貨混跑線路，因過超高引起的輪軌磨耗較小，故其過超高允許值與欠超高允許值一致，即過超高允許值[hg]與欠超高允許值[hq]對旅客乘坐舒適度的影響是相同的，區(qū)別僅在于二者傾斜方向相反。過超高允許值[hg]取值同欠超高允許值[hq]。故規(guī)定在高、低速列車共線模式條件下，過超高允許值[hg]取值一般60 mm，困難90 mm。各規(guī)范的過超高允許值見表3。

表3　各種規(guī)范采用的過超高允許值[hg]　mm

3.2.4高、低速列車共線模式最小曲線半徑的確定

根據(jù)選取的各項(xiàng)參數(shù)，并預(yù)留20～40 mm的余量[1]，計(jì)算市域軌道交通在高低速列車共線條件下的[hq+hg]取值一般100 mm，困難140 mm。國內(nèi)各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對[hq+hg]規(guī)定見表4。

表4　各種規(guī)范采用的[hq+hg]　mm

按傳統(tǒng)計(jì)算公式分別計(jì)算速度目標(biāo)值為160 km/h和140 km/h時(shí)，高、低速列車共線模式下市域軌道交通線路的最小曲線半徑值計(jì)算結(jié)果見表5。

表5　最小曲線半徑(高、低速列車共線模式)

在高、低速列車共線模式下，當(dāng)速度目標(biāo)值為160 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑一般地段1 600 m，困難地段1 300 m；當(dāng)速度目標(biāo)值為140 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑一般地段1 200 m，困難地段1 000 m。

3.3單一速度列車運(yùn)行模式最小曲線半徑的計(jì)算3.3.1曲線外軌實(shí)設(shè)超高允許值[h]的確定

對于單一速度列車運(yùn)行模式，結(jié)合列車座席布置分析，舒適條件所確定最大超高允許值有別于高、低速列車共線模式。單一速度列車運(yùn)行主要為站站停模式，列車主要服務(wù)于短途乘客，乘客上下車頻繁，要求車內(nèi)有寬敞空間，便于乘客流動，座席布置可按縱列式座席布置，其舒適性要求傾向于地鐵模式。故在單一速度列車運(yùn)行模式下，市域軌道交通曲線外軌實(shí)設(shè)超高允許值的取值參照地鐵規(guī)范取120 mm。

3.3.2欠超高允許值[hq]的確定

對于單一速度列車運(yùn)行模式，結(jié)合列車座席布置及舒適性角度分析，該模式下列車運(yùn)行為站站停模式，列車主要服務(wù)于短途乘客，乘客上下車頻繁，要求車內(nèi)有寬敞空間，便于乘客流動，座席布置按縱列式座席布置，其舒適性要求傾向于地鐵模式，需要車體橫向加速度需要達(dá)到0.4 m/m2對應(yīng)的欠超高允許值[hq]，參照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范取[hq]=61 mm。

3.3.3過超高允許值的確定[hg]

考慮到市域軌道交通是一種客專線路，有別于國鐵干線的客貨混跑線路，因過超高引起的輪軌磨耗較小[2]，故其過超高允許值與欠超高允許值一致，即過超高允許值[hg]與欠超高允許值[hq]對旅客乘坐舒適度的影響是相同的，區(qū)別僅在于二者傾斜方向相反。過超高允許值[hg]取值同欠超高允許值[hq]。取[hg]=61 mm。

3.3.4單一速度列車運(yùn)行模式下最小曲線半徑的確定

根據(jù)選取的各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算市域軌道交通在單一速度列車運(yùn)行條件下的[h+hq]取值為181 mm。

表6　各種規(guī)范采用的[h+hq]　mm

按傳統(tǒng)計(jì)算公式計(jì)算單一速度列車運(yùn)行模式下的最小曲線半徑取值見表7。

表7　最小曲線半徑(單一速度列車運(yùn)行模式)

在單一速度列車運(yùn)行模式下，當(dāng)速度目標(biāo)值為160 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑1 700 m；當(dāng)速度目標(biāo)值為140 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑1 300 m。

4建議值與其他軌道交通制式的取值對比

將計(jì)算所用的超高參數(shù)及最小曲線半徑取值與其他制式下的軌道交通進(jìn)行對比分析，各種規(guī)范對線路參數(shù)的取值及最小曲線半徑的計(jì)算結(jié)果對比見表8、表9。

表8　各種規(guī)范及市域軌道交通計(jì)算所用的超高參數(shù)對照　mm

表9　各種規(guī)范及市域軌道交通最小曲線半徑計(jì)算結(jié)果對照　m

5結(jié)論

在大站?？燔嚺c站站停慢車共線運(yùn)行模式下，當(dāng)速度目標(biāo)值為160 km/h時(shí)，市域軌道交通線路最小曲線半徑可取一般地段1 600 m，困難地段1 300 m；當(dāng)速度目標(biāo)值為140 km/h時(shí)，市域軌道交通線路最小曲線半徑可取一般地段1 200 m，困難地段1 000 m。

在不設(shè)置越行站的單一速度列車運(yùn)行模式下，當(dāng)速度目標(biāo)值為160 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑可取1 700 m；當(dāng)速度目標(biāo)值為140 km/h時(shí)，市域軌道交通線路的最小曲線半徑可取1 300 m。

本文提出了從不同運(yùn)營模式及乘坐模式對市域軌道交通線路最小曲線半徑進(jìn)行計(jì)算的方式，分別對高低速列車共線、單一速度列車運(yùn)行2種模式下的最小曲線半徑進(jìn)行計(jì)算，對計(jì)算結(jié)果與其他制式的規(guī)范取值進(jìn)行對比驗(yàn)證，給出不同速度目標(biāo)值下市域軌道交通最小曲線半徑的建議值，目前已經(jīng)成功運(yùn)用于部分工程實(shí)施中，可供類似工程參考應(yīng)用。

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Research on Minimum Curve Radius of Urban Rail Transit in Different Operating Modes

HUANG Hua-wei1， HAN Chun-hua2

(1.Kunming Design & Research Institute， China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.，Kunming 650200， China; 2.Kunming University of Science and Technology， Kunming 650000， China)

Abstract：In view of the fact that the domestic urban rapid rail transit is still in its infancy with few practical engineering application and none of the available norms are applicable， the research on the minimum curve radius of urban rail transit lines is of great significance. Based on the traditional circuit design parameter calculation method， the paper conducts the modeling of different operating and riding modes in terms of different speeds， and optimizes the calculation results of urban rail transit by means of comparison with other conventional rail transit systems and riding comfort analysis. The minimum curve radiuses for lines under different speeds are recommended.

Key words：Urban rail transit; Line design; Minimum curve radius

中圖分類號：U239.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.006

文章編號：1004-2954(2016)04-0021-04

作者簡介：黃華瑋(1983—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于中南大學(xué)土木工程專業(yè)，E-mail:huanghuawei@126.com。

收稿日期：2015-10-09； 修回日期：2015-10-14