淺談?wù)夎F路限界研究的意義

韓志強(qiáng)

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

HAN Zhi-qiang

(China Railway Fifth Survey And Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing102600,China)

1 引言

1.1 概述

鐵路軌距采用1435mm的鐵路稱為標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路，軌距小于1435mm的鐵路稱為窄軌鐵路，反之稱為寬軌鐵路。

1.2 研究的意義

世界鐵路的一個(gè)發(fā)展方向是統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以期實(shí)現(xiàn)國(guó)際聯(lián)運(yùn)。由于歷史原因一些國(guó)家同時(shí)存在幾種不同軌距的鐵路，未來(lái)的鐵路改造計(jì)劃仍在謀求鐵路軌距的統(tǒng)一以及和標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路的接軌；各國(guó)的高速鐵路輪軌技術(shù)的研發(fā)，無(wú)一例外地選擇了標(biāo)準(zhǔn)鐵路軌距作為統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。人們認(rèn)為窄軌鐵路由于自身技術(shù)的局限，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低下，世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家早已不加側(cè)重，面臨淘汰。

20世紀(jì)70年代，繼著名的坦贊鐵路以后，我國(guó)越來(lái)越多地參與到國(guó)際鐵路的建設(shè)中，比如隨著我國(guó)對(duì)外經(jīng)貿(mào)“走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略，近年來(lái)我們參與的大量非洲和東南亞國(guó)家鐵路項(xiàng)目如坦贊鐵路、尼日利亞鐵路、越南鐵路、馬來(lái)西亞鐵路（米軌）、菲律賓鐵路、印尼鐵路和安哥拉鐵路等，都是采用1067mm軌距鐵路標(biāo)準(zhǔn)。而根據(jù)我國(guó)對(duì)外經(jīng)貿(mào)政策，我國(guó)將大幅提升對(duì)拉美國(guó)家的投資力度。

我國(guó)現(xiàn)行頒布的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）以及鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（TB）中各類鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范僅適用于1435mm標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建設(shè)[1]。國(guó)際項(xiàng)目開(kāi)展初期，如簽定技術(shù)合同，我們往往陷入兩難的境地：執(zhí)行國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)如BS、UIC等，我們了解不深；執(zhí)行中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，我們又沒(méi)有。因此在對(duì)外承建鐵路項(xiàng)目過(guò)程中，迫切需要進(jìn)一步研究其他國(guó)家的窄軌技術(shù)，搜集窄軌鐵路的相關(guān)資料，整理編制一套較為完整、系統(tǒng)的窄軌鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范或原則，以應(yīng)對(duì)國(guó)外鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)將面臨的矛盾。

2 限界研究的重要性

鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)是鐵路設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。限界標(biāo)準(zhǔn)也是重要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和基本的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)的確定直接影響包括線橋在內(nèi)的幾乎所有專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，特別是站場(chǎng)專業(yè)，鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)對(duì)站內(nèi)建筑設(shè)備與線路，線路與線路的相對(duì)位置距離的確定尤為重要。在我國(guó)，限界標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)鐵道部審查最終由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局批準(zhǔn)并發(fā)布。

3 各國(guó)限界比較

限界標(biāo)準(zhǔn)制定和許多因素有關(guān)，如線路運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)、采用機(jī)車車輛、行車速度、行車安全系數(shù)以及軌道設(shè)備的磨耗、容差等。即使采用相同鐵路標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)車車輛，限界標(biāo)準(zhǔn)仍會(huì)存在差異。

通過(guò)1067mm軌距鐵路（南非實(shí)際軌距為1065mm）較高技術(shù)水平的日本和南非兩個(gè)國(guó)家限界資料得知，日本車輛限界的高×寬=4300mm×3000mm，建筑限界的高×寬=5200mm×3800mm[3]；南非的車輛限界高×寬=3965mm×3050mm，建筑限界的高×寬=6000mm×4920mm[5]?？煽闯鰞蓢?guó)的車輛限界尺寸非常接近，而建筑限界則相差很大，日本有較大的車輛限界高度，而建筑限界卻大大低于南非標(biāo)準(zhǔn)；限界寬度的情況也比較類似。對(duì)此我們需要從兩個(gè)方面來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題。

對(duì)于限界凈空高度的確定，涉及的專業(yè)廣泛而復(fù)雜，需要納入系統(tǒng)研究的范疇。某些時(shí)候凈空高度標(biāo)準(zhǔn)的制定更多地牽涉了工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的考量。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)差異很大，不同的線路在是否要求電化、是否預(yù)留雙層集裝箱列車或開(kāi)行其他超高特種車輛也多爭(zhēng)執(zhí)不下。凈空高度限界問(wèn)題本身已超越了純技術(shù)的研究范圍，這個(gè)問(wèn)題涉及的專業(yè)廣泛，本文將不進(jìn)行深度研究。

對(duì)于建筑限界寬度，日本建筑限界半寬為1900mm，南非為2460mm，相應(yīng)的建限與車限間隙余量日本為400mm，南非為935mm。這個(gè)差異是非常大的，英國(guó)的研究發(fā)現(xiàn)，列車直線運(yùn)行在最不利工況下（組合磨耗等），車體上部擺動(dòng)量會(huì)超過(guò)250mm[6]。因此上述差異反映出所在國(guó)對(duì)于行車安全、制造技術(shù)（包括機(jī)車車輛的制造技術(shù)）、經(jīng)濟(jì)性等綜合因素的考量。較小的間隙余量一方面節(jié)省了更多的空間進(jìn)而節(jié)約更大的建設(shè)成本；同時(shí)，必須具備完善的制造工藝、精準(zhǔn)的檢測(cè)和維修手段做保障，否則將無(wú)法確保行車安全。本次研究，對(duì)于制造技術(shù)和管理水平都較高的日本鐵路，宜加強(qiáng)比較分析。

表1是不同軌距的一些國(guó)家鐵路車輛限界和建筑限界以及相差的間隙余量比較表。

表1 各國(guó)鐵路限界比較表 單位：m

注：①限界寬度為軌面以上2.5m處的寬度值；

②*為1950年頒發(fā)，目前為曲線運(yùn)動(dòng)包跡概念取代[4]；

③**為建筑限界為普速鐵路建筑接近限界。

以上可以看出，相同軌距以及不同軌距的各國(guó)車輛限界和建筑限界變化范圍是比較大的。實(shí)際上，限界標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。

4 建筑限界的加寬

線路曲線加寬是一個(gè)純幾何問(wèn)題。區(qū)間及站內(nèi)曲線，各相臨線路中心線間水平距離，以及線路中心與建筑物邊緣的水平距離應(yīng)根據(jù)曲線半徑大小予以加寬[2]。

一般各種軌距鐵路均可采用以下公式：

①曲線內(nèi)側(cè)建筑物加寬公式（單位：mm）

式中，C：轉(zhuǎn)向架中心距；L：計(jì)算機(jī)車輛的車體長(zhǎng)度；R：曲線半徑；h：計(jì)算高度；s：外軌超高；G：鋼軌中心距（軌距與軌頭寬度之和）。

②曲線外側(cè)建筑物加寬公式（單位：mm）

5 結(jié)語(yǔ)

受鐵路技術(shù)高速發(fā)展的影響，高速列車、擺式列車、寬體和超長(zhǎng)車輛以及重載超高車輛的出現(xiàn)，現(xiàn)代限界研究已經(jīng)不再局限于車輛限界、裝載限界和建筑限界等單一模式的研究，隨著對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)、列車穩(wěn)定性、車輛制造和鐵路維修技術(shù)的認(rèn)識(shí)，靜態(tài)車輛輪廓、運(yùn)動(dòng)包跡以及運(yùn)動(dòng)曲線包跡等概念也經(jīng)常被采用。

綜上所述，對(duì)于1067mm窄軌鐵路限界問(wèn)題的研究基本上可得出如下結(jié)論：①注重前瞻性和統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于非洲鐵路，一些國(guó)家準(zhǔn)備修復(fù)的鐵路多互相孤立自成系統(tǒng)，但是從路網(wǎng)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，在限界設(shè)計(jì)時(shí)須注意和周邊鄰國(guó)以及非洲大陸主流鐵路限界相適應(yīng)，適當(dāng)采用較寬的限界和間隙余量值，避免形成路網(wǎng)后，成為未來(lái)的鐵路聯(lián)運(yùn)的障礙。②重視所在國(guó)鐵路現(xiàn)狀。我們面對(duì)的是鐵路技術(shù)水平相對(duì)落后的非洲、東南亞一些發(fā)展中國(guó)家，許多鐵路為技改項(xiàng)目，有的國(guó)家運(yùn)營(yíng)的機(jī)車車輛分別購(gòu)置于五、六個(gè)國(guó)家。因此車輛限界也應(yīng)適度放寬標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中通過(guò)橫向比較，考慮維持既有鐵路現(xiàn)狀，滿足運(yùn)營(yíng)要求為原則。③運(yùn)營(yíng)安全是關(guān)鍵。非洲國(guó)家鐵路養(yǎng)護(hù)維修水平極低，在制定限界標(biāo)準(zhǔn)上宜充分考慮車輛輪對(duì)、鋼軌的磨耗甚至失效等不利狀況，確保安全。