張 建

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線站處,天津 300142)

土耳其時(shí)速250 km客貨共線鐵路最小曲線半徑的研究

張 建

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線站處,天津 300142)

土耳其東西鐵路干線擬按180～250 km/h速度目標(biāo)值、客貨共線鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),按照中國(guó)先進(jìn)、成熟的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),重點(diǎn)研究時(shí)速250 km客貨共線鐵路的最小曲線半徑。時(shí)速250 km客貨共線鐵路的最小曲線半徑需要考慮高低速列車的匹配速度,速差越大,曲線半徑越大;綜合考慮舒適度指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)因素,土耳其時(shí)速250 km客貨共線鐵路的最小曲線半徑一般值取4 000m,個(gè)別最小值為3 500m。

客貨共線鐵路;最小曲線半徑;欠超高;過(guò)超高

1 概述

卡爾斯至埃迪爾內(nèi)鐵路是橫貫土耳其東西的快速鐵路干線,根據(jù)中國(guó)鐵道部與土耳其交通運(yùn)輸部簽署的鐵路合作協(xié)定及會(huì)談紀(jì)要精神,本線擬按180～250 km/h速度目標(biāo)值、客貨共線鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),項(xiàng)目按照中國(guó)先進(jìn)、成熟的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),相關(guān)線路互聯(lián)互通和項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)等方面與土耳其鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求兼容。然而,我國(guó)目前尚無(wú)時(shí)速200 km以上的客貨共線鐵路標(biāo)準(zhǔn)。本文重點(diǎn)研究時(shí)速250 km客貨共線鐵路最小曲線半徑的合理取值。

2 計(jì)算參數(shù)選擇

最小曲線半徑是線路主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一,它與鐵路運(yùn)輸模式、速度目標(biāo)值、旅客乘坐舒適度和列車運(yùn)行平穩(wěn)度等有關(guān),是確定線路允許速度、計(jì)算曲線超高及緩和曲線長(zhǎng)度、曲線正矢、曲線地段建筑限界加寬等諸多設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)參數(shù),同時(shí)影響行車速度、運(yùn)行時(shí)間、工程投資和經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)。

2.1 超高參數(shù)的選擇

客貨共線高速鐵路的運(yùn)輸組織模式為高速與低速列車共線運(yùn)行,最小曲線半徑應(yīng)考慮2個(gè)方面的因素:一方面是高速列車設(shè)計(jì)最高速度vmax、實(shí)設(shè)超高與欠超高之和的允許值[h+hq]等因素,另一方面是高速列車最高運(yùn)行速度VG、低速旅客列車正常運(yùn)行速度VD、欠過(guò)超高之和的允許值[hq+hg]等因素。

(1)最大設(shè)計(jì)超高允許值[h]:主要取決于列車在曲線上停車時(shí)的安全、穩(wěn)定和旅客乘坐舒適度要求。本線采用有砟軌道,根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究結(jié)果,確定[h]為170mm。

(2)欠超高允許值[hq]:主要取決于旅客乘坐舒適度要求。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論及京津城際運(yùn)營(yíng)測(cè)試結(jié)果,[hq]的取值區(qū)間宜為(40mm,90mm)。欠超高允許值見(jiàn)表1。

表1 欠超高允許值 mm

(3)過(guò)超高允許值[hg]:在高低速列車共線運(yùn)營(yíng)的高速鐵路上,列車的車輛走行性能比貨物列車要好,過(guò)超高引起的內(nèi)軌磨耗和線路破壞作用要小,故其過(guò)超高允許值可以適當(dāng)放寬。同時(shí)考慮到高低速列車共線運(yùn)營(yíng)的高速鐵路是以高速列車為主,應(yīng)重點(diǎn)保證高速列車的旅客乘坐舒適度,因此取過(guò)超高允許值與欠超高允許值一致。

(4)高、低速列車共線運(yùn)行時(shí)欠、過(guò)超高之和的允許值[hq+hg]:高、低速列車共線運(yùn)行在某一半徑的曲線上,按高、低速旅客列車均衡速度計(jì)算的超高值與按均方根速度確定的實(shí)設(shè)超高值,往往有差值,由此造成列車實(shí)際運(yùn)行中高速列車產(chǎn)生欠超高、低速列車產(chǎn)生過(guò)超高,故在確定設(shè)計(jì)超高時(shí),應(yīng)滿足[hq+hg]≤[hq]+[hg],同時(shí)要預(yù)留一定的超高裕量Δh,一般為20～50mm。欠、過(guò)超高之和允許值見(jiàn)表2。

表2 欠、過(guò)超高之和允許值 mm

2.2 高低速匹配的選擇

對(duì)于客貨共線鐵路,貨車行車速度也是確定曲線半徑的主要因素之一,同時(shí)制約著客車行車速度。從運(yùn)輸組織適應(yīng)性分析,本線是客貨兼顧的大能力運(yùn)輸通道,客貨列車速差越小,越有利于運(yùn)輸組織,本線客車采用動(dòng)車組列車,最高運(yùn)行速度250 km/h,貨運(yùn)若采用中國(guó) HXD機(jī)車牽引,最高運(yùn)行速度可達(dá)120 km/h。本次研究高速車按250 km/h,低速車按120、100、80 km/h匹配。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 計(jì)算公式

高低速列車共線運(yùn)行條件下,最小曲線半徑Rmin應(yīng)按下式計(jì)算確定

式中,vG、vD分別為高、低速列車設(shè)計(jì)行車速度。

3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)確定的超高參數(shù)、速度匹配條件,按公式(1)計(jì)算最小曲線半徑。高速列車行車速度為250 km/h,低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同舒適度條件下高、低速列車共線運(yùn)行時(shí)最小曲線半徑 m

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果分析,高速列車行車速度為250 km/h,低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配時(shí),相同舒適度條件下的最小曲線半徑取值區(qū)間分別為(5 700 m,6 700 m)、(4 100 m,4 800 m)和(3 200m,3 700m)。

3.3 取值分析

舒適度條件分別為優(yōu)秀、良好和一般時(shí),分析曲線半徑取值情況。

(1)推薦半徑

當(dāng)高速列車時(shí)速為250 km、最小曲線半徑取5 700m時(shí),低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析,見(jiàn)表4。

表4 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為5 7 0 0 m時(shí)超高分析 m m

當(dāng)高速列車時(shí)速為 250 km、最小曲線半徑取6 700m時(shí),低速列車運(yùn)行速度分別按 80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析,見(jiàn)表5。

表5 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為6 7 0 0 m時(shí)超高分析 m m

從表4～表5可知,在高速列車舒適度相同的條件下,最小曲線半徑取5 700m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),120 km/h低速列車與高速列車的速差最小,欠、過(guò)超高之和最小,為99.6mm;80 km/h低速列車與高速列車的速差最大,欠、過(guò)超高之和最大,為116.2 mm,舒適度指標(biāo)為良好;最小曲線半徑取6 700 m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),欠、過(guò)超高均小于60mm,欠、過(guò)超高之和均小于110mm。

(2)最小曲線半徑

當(dāng)高速列車時(shí)速為250 km、最小曲線半徑取4 100m時(shí),低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析,見(jiàn)表6。

表6 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為4 1 0 0 m時(shí)超高分析 m m

當(dāng)高速列車時(shí)速為 250 km、最小曲線半徑取4800m,低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析見(jiàn)表7。

表7 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為4 8 0 0 m時(shí)超高分析 m m

從表6、表7可知,在高速列車舒適度相同的條件下,最小曲線半徑取4 100m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),120 km/h低速列車與高速列車的速差最小,欠、過(guò)超高之和最小,為138.5 mm;最小曲線半徑取4 800m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),欠、過(guò)超高均小于90mm,欠、過(guò)超高之和均小于140mm。

(3)個(gè)別最小曲線半徑

當(dāng)高速列車時(shí)速為 250 km、最小曲線半徑取3 200m時(shí),低速列車運(yùn)行速度分別按 80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析見(jiàn)表8。

表8 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為3 2 0 0 m時(shí)超高分析 m m

當(dāng)高速列車時(shí)速為250 km、最小曲線半徑取3 700m時(shí),低速列車運(yùn)行速度分別按80、100、120 km/h匹配時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析,見(jiàn)表9。

表9 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為3 7 0 0 m時(shí)超高分析 m m

從表8、表9可知,在高速列車舒適度相同的條件下,最小曲線半徑取3 200m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),舒適度指標(biāo)均較差,但低速車運(yùn)行速度為120 km/h時(shí),過(guò)超高僅超出一般值2.1%;最小曲線半徑取3 700m,當(dāng)?shù)退佘囁俣葹?0 km/h時(shí),舒適度指標(biāo)較差;當(dāng)?shù)退佘囁俣葹?00、120 km/h時(shí),舒適度指標(biāo)一般。

4 結(jié)論

綜合以上分析,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí),最小曲線半徑的合理取值區(qū)間為(3 200m,4 100m)。考慮到舒適度指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)因素,最小曲線半徑一般值取4 000m,個(gè)別最小值取3 500m。

當(dāng)最小曲線半徑取3 500 m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析見(jiàn)表10。低速車匹配速度為100 km/h時(shí),舒適度條件較差,但過(guò)超高僅超出一般值1.4%。低速車匹配速度為120 km/h時(shí),舒適度條件一般。

表10 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為3 5 0 0 m時(shí)超高分析 m m

當(dāng)最小曲線半徑取4 000 m,時(shí)速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運(yùn)行時(shí)的欠、過(guò)超高情況分析見(jiàn)表11,舒適度條件均一般。

表11 高速列車時(shí)速250 km、最小曲線半徑為4 0 0 0 m時(shí)超高分析 m m

綜上所述,當(dāng)高速列車時(shí)速為250 km時(shí),最小曲線半徑取4 000m、個(gè)別最小值取3 500m是合理的。

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Research into M inimum Curve Radius of M ixed Passenger and Freight Railway w ith Speed of 250 km/h in Turkey

ZHANG Jian
(Route and Station and yard Department,The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China)

The transmeridional railwaymain line in Turkeywas intended to be planed and designed under the speed target values of 180～250 km/h with mixed passenger-freight traffic capacity according to Chinese standard of high-speed railway which is advanced and mature.This paper focuses on the researching ofminimum curve radius ofmixed passenger and freight railway with the speed of250km/h. The paper thinks that the speed harmony between the high speed trains and the low speed trains should be considered because the larger the speed difference is,the larger the curve radius becomes.Considering the comfortableness and economy,theminimum curve radius ofmixed passenger and freight railway with the speed of250 km/h in Turkey is determined as4 000 meter in general,and 3 500 meter in exceptional circumstance.

mixed passenger and freight railway;minimum curve radius;superelevation deficiency; superelevation excess

U212;U238

A

1004 -2954(2012)10 -0022 -03

2012-05-03

張 建(1984—),男,工程師,2008年畢業(yè)于北京交通大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:zhangjian086@126.com。