白寶英，胡惠欣

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

1 概述

在現(xiàn)行的鐵路設(shè)計標(biāo)準中與線間距有關(guān)的標(biāo)準或規(guī)定包括《標(biāo)準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界》(GB 146.1～146.2—83)、《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵道部令第29號)、《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090—2006)、《高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)》(TB 10621—2009)、《新建時速200～250公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2005］140號)、《新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)函［2005］285號)、《鐵路客運專線技術(shù)管理辦法》(試行)(鐵科技［2009］116號、212號)等。

在上述標(biāo)準或規(guī)定中，對于旅客列車設(shè)計行車速度250～350 km/h的高速鐵路、旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h的客運專線、旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h的客貨共線鐵路、旅客列車設(shè)計行車速度小于或等于160 km/h的客貨共線鐵路(貨物列車設(shè)計行車速度小于或等于200 km/h)等線路的直線地段最小線間距設(shè)計標(biāo)準及加寬要求都給出了規(guī)定，但是對于旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h線路的加寬要求不盡統(tǒng)一、標(biāo)準制定依據(jù)不盡協(xié)調(diào)。而對于旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h及以下的低速客運專線(亦或兼顧輕快貨運)線路線間距加寬問題，沒有相應(yīng)的標(biāo)準或規(guī)定。

2 現(xiàn)行標(biāo)準或規(guī)定有關(guān)線間距加寬的分析

(1)鐵科技［2009］116號《鐵路客運專線技術(shù)管理辦法(試行)》(200～250 km/h部分)第6條之2“區(qū)間及站內(nèi)線路的曲線地段的中心線間水平距離，按曲線半徑大小，根據(jù)《技規(guī)》附圖1規(guī)定的曲線加寬公式計算確定”。按此要求，旅客列車設(shè)計速度200 km/h、直線地段線間距為4.4 m時的曲線需要加寬。

(2)《新建時速200～250公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2005］140號)3.2.8“區(qū)間正線按線間距不變的并行雙線設(shè)計，曲線地段應(yīng)以左線(下行線)為基準，右線設(shè)計為左線的同心圓”。按此要求，旅客列車設(shè)計速度200 km/h、直線地段線間距為4.4 m時的曲線不加寬。

(3)《新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)函［2005］285號)2.1.4“區(qū)間直線地段線間距不得小于4.4 m。曲線地段線間距加寬應(yīng)按國家現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090)規(guī)定辦理。”按此要求，旅客列車設(shè)計速度200 km/h、直線地段線間距為4.4 m時的曲線需要加寬，加寬標(biāo)準采用《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090)中的規(guī)定，現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090—2006)中旅客列車最高設(shè)計速度為160 km/h，且加寬值與行車速度有關(guān)。

(4)《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090—2006)中3.1.8條規(guī)定了路段旅客列車設(shè)計行車速度160 km/h、140 km/h及以下的區(qū)間直線地段最小線間距標(biāo)準、曲線地段線間距加寬要求及加寬值。

從上述分析可以看出，對于旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h及以下的線路，關(guān)于線間距加寬的規(guī)定及計算標(biāo)準存在著差異。

3 低速客運專線線間距加寬分析

3.1 加寬的必要性分析

(1)列車在曲線上運行，因為車體為剛體結(jié)構(gòu)不能隨線路曲度而彎曲，車體縱向中心線與線路中心線不相吻合，使車體兩端向線路外側(cè)偏移，車體中部向線路內(nèi)側(cè)偏移，同時，由于內(nèi)外2條線路的曲線超高可能不同，使車體內(nèi)傾的程度也不同，故與直線地段的線間距相比，曲線地段的建筑限界和相鄰兩線的線間距應(yīng)加寬。

(2)關(guān)于線間距加寬的規(guī)定應(yīng)符合《標(biāo)準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界》(GB 146.1～146.2—83)的規(guī)定。在現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中的研究結(jié)論為:當(dāng)直線地段線間距不小于4.2 m、客車速度不大于160 km/h時，會車壓力波可控制在0.9 kPa以內(nèi)，能夠保證行車安全，為滿足限界要求在曲線低端設(shè)計加寬，最大加寬值為195 mm。設(shè)計速度200 km/h及以上直線地段最小線間距為4.4 m及以上，因此即使不加寬也滿足限界要求，對于會車壓力而言，曲線地段不會比直線地段增大，故線間距4.4 m及以上時曲線地段可不加寬，即設(shè)計速度160 km/h以上的線路曲線地段可不加寬。

3.2 加寬方法

設(shè)計速度160 km/h及以下曲線地段的加寬應(yīng)該根據(jù)會車速度、車體參數(shù)、會車壓力波等研究確定，本研究參照《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》關(guān)于線間距加寬方法研究設(shè)計速度160 km/h及以下客運專線線路的曲線段加寬。

(1)機車車輛偏移量引起的加寬

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準《標(biāo)準軌距鐵路建筑限界》(GB146.1—83)機車車輛中部和端部偏移量計算公式及鐵運函［2006］462號動車組有關(guān)技術(shù)參數(shù)研究確定本規(guī)范的加寬標(biāo)準。

中部最大偏移量

端部最大偏移量

式中 Wm、We——機車車輛中部、端部最大偏移量，mm;

l——轉(zhuǎn)向架中心距，m;

S——轉(zhuǎn)向架軸距，m;

L——車體長度，m;

R——曲線半徑，m。

CRH1、CRH2、CRH3、CRH5 動車的偏移量計算值如下。

CRH1:Wm=46 036/R，We=44 752/R，Wm+We=90 788/R(取90 800/R);

CRH2:Wm=39 063/R，We=43 499/R，Wm+We=82 562/R(取82 600/R);

CRH3:Wm=38 518/R，We=42 891/R，Wm+We=81 409/R(取81 500/R);

CRH5:Wm=46 036/R，We=49 184/R，Wm+We=95 220/R(取95 250/R);

比較4種車型的計算值，CRH5最大，為95 250/R(mm)。

(2)超高引起的加寬Wh

式中 Wh——超高引起的加寬，mm;

H——機車車輛限界計算點高度，3 850 mm(GB146.1－83—5.1圖1);

h——曲線超高，mm。

(3)加寬公式

根據(jù)GB 146.2—83曲線上建筑限界加寬辦法，加寬公式如下。

曲線內(nèi)側(cè)加寬值

曲線外側(cè)加寬值

式中 W1、W2——曲線內(nèi)、外側(cè)加寬值，mm;

R——曲線半徑，m;

h——曲線超高，mm。

式(4)、式(5)中的數(shù)值項系采用我國普通機車車輛參數(shù)計算所得。如果采用鐵運函［2006］462號中動車組有關(guān)技術(shù)參數(shù)計算，則機車車輛引起的加寬因車型而異，最大者為CRH5動車組，為95 250/R;CRH2、CRH3動車組與現(xiàn)行標(biāo)準接近;CRH5型動車組的車體寬度在現(xiàn)有的幾種動車類型中最小;鑒于我國的主型動車為CRH2、CRH3，加寬可采用 Wm+We=82 562/R，取為84 500/R，與現(xiàn)行標(biāo)準或規(guī)定一致。

①外側(cè)線路實設(shè)超高(hw)等于或小于內(nèi)側(cè)線路實設(shè)超高(hn)時，車體內(nèi)傾不影響線間距，故線間距加寬值W(mm)為

②外側(cè)線路實設(shè)超高大于內(nèi)側(cè)線路實設(shè)超高時，外側(cè)線路上車體內(nèi)傾距離大于內(nèi)側(cè)線路上車體內(nèi)傾距離，故線間距加寬值W(mm)為

式中 W——曲線線間距加寬值，mm;

hw——外側(cè)線路曲線超高，mm;

hn——內(nèi)側(cè)線路曲線超高，mm。

式(7)表明:曲線地段線間距加寬值除與曲線半徑有關(guān)外，還與內(nèi)、外側(cè)線路超高hn、hw有關(guān)，計算內(nèi)、外兩線路實設(shè)超高hn和hw的均方根速度又與線路平縱斷面條件、機車車輛類型、客車對數(shù)等因素有關(guān)。在新線設(shè)計中一般情況下不允許將曲線設(shè)計為內(nèi)、外側(cè)不等超高，但是在運營維護中可能會出現(xiàn)內(nèi)、外側(cè)不等超高的情況，因此為偏于安全和運營養(yǎng)護需要出發(fā)，宜考慮一定的曲線超高加寬。

③以設(shè)計超高水平為基準，最不利的超高工況為內(nèi)側(cè)曲線減低超高Δhn、外側(cè)曲線增加超高Δhw。設(shè)計超高裕量一般按0～30 mm考慮，在《鐵路線路修理規(guī)則》(鐵運［2006］146號第4.4.4條)中規(guī)定，最大抬道為50 mm。如果以50 mm作為外側(cè)線路超高hw大于內(nèi)側(cè)線路超高hn的最大值，則引起的加寬量為128 mm。

實際上，內(nèi)外側(cè)曲線可能存在的超高差與設(shè)計超高值有關(guān)，以設(shè)計速度160 km/h的一般最小半徑1400 m、設(shè)計超高150 mm為例，如果內(nèi)側(cè)線路降低超高后滿足欠超高不大于80 mm，則最大降低值為15 mm，如果外側(cè)線路增加超高50 mm，最大超高200 mm，超出了最大設(shè)計超高值允許值170 mm的規(guī)定，如果外側(cè)線路抬高至170 mm，則內(nèi)外側(cè)超高差為35 mm，引起的加寬量為90 mm。

從上述分析可以推斷，內(nèi)外側(cè)線路超高差引起的最大加寬值可以規(guī)定為不大于128 mm，對于較大半徑的曲線的內(nèi)外側(cè)線路超高差按照設(shè)計超高一半取值計算加寬量也是偏于安全的。因此曲線地段簡化的加寬計算公式為

式中 h——設(shè)計超高，mm;

R——曲線半徑，m。

4 其他國家關(guān)于超高引起的加寬標(biāo)準分析

在《日本高速鐵路技術(shù)》中規(guī)定曲線上的線間距由于超高引起的加寬為不小于2(hw－h(huán)n);《德國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計手冊》中規(guī)定曲線上的線間距由于超高引起的加寬為(3.53/1.5)×(hw－h(huán)n)即2.35(hw－h(huán)n)?？梢钥闯鋈?、德標(biāo)準與我國現(xiàn)行的《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50090—2006)加寬標(biāo)準2.56(hw－h(huán)n)基本相當(dāng)。

對于客運專線來說最小線間距標(biāo)準與車輛性能密切相關(guān)。從加寬公式上看，我國標(biāo)準與日、德標(biāo)準是相當(dāng)?shù)模菍τ谥本€地段最小線間距的規(guī)定是不盡相同的。因此即使是相同的加寬值，曲線地段的線間距也有差異。在相同設(shè)計速度時，我國的線間距略大于日本。

5 減小加寬值設(shè)置的可能性分析

(1)按照式(8)確定的加寬量是偏于安全的，因為一般條件下線路內(nèi)外側(cè)的超高是相同的。即使要求既有鐵路按照內(nèi)外線路無超高差去養(yǎng)護也是可以做到的，因此在困難條件下可按只考慮機車車輛偏移量引起的偏移量設(shè)置線間距加寬，或減小min{1.28h，128}的取值。

(2)對于僅服務(wù)于局部地區(qū)、與其他干線鐵路沒有互通要求或規(guī)劃的城際鐵路，線間距加寬可根據(jù)設(shè)計速度、車輛選型、直線地段最小線間距等具體技術(shù)條件計算確定。

根據(jù)動車 CRH1、CRH2、CRH3、CRH5 有關(guān)仿真及實測研究的初步結(jié)果，CRH2動態(tài)偏移位置最大，為1 826 mm，安全裕量 360 mm，建筑限界半寬為2 200 mm。線間距4 200 mm，按CRH2動態(tài)最大偏移量及安全裕量要求的線間距為1 826×2+360=4 012 mm，則兩者之差為188 mm，當(dāng)按照式(8)計算的加寬值小于188 mm時可不加寬(例如設(shè)計速度160 km/h、R－1 600 m及以上的曲線可不加寬)。如果安全裕量取400 mm，則按式(8)計算的加寬值小于148 mm時可不加寬(例如設(shè)計速度160 km/h、R－2 800 m以上的曲線可不加寬)。如果將安全裕量提高到460 mm，則結(jié)果是按式(8)計算的加寬值小于88 mm時可不加寬(例如設(shè)計速度160 km/h、R－4 500 m及以上的曲線可不加寬)。

(3)當(dāng)要求城際鐵路與路網(wǎng)性線路具有互通性時，建筑限界應(yīng)采用GB 146.1～146.2—83的規(guī)定。

6 結(jié)語

軌道交通具有節(jié)能、環(huán)保、集約土地資源等優(yōu)勢，隨著我國國民經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，在經(jīng)濟發(fā)達和人口稠密地區(qū)適宜推廣城際鐵路建設(shè)，以滿足人們通勤、商務(wù)、公務(wù)等出行需求，滿足高密度、大容量、公交化運行要求。針對現(xiàn)行的設(shè)計標(biāo)準體系尚不能完全覆蓋設(shè)計速度為80～200 km/h的城際鐵路即低速客運專線鐵路建設(shè)標(biāo)準體系需求的現(xiàn)狀，開展補充性研究是很有必要的。通過對旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h及以下線路的線間距加寬問題研究，較系統(tǒng)地歸納出與客運專線線間距加寬相關(guān)的影響因素、需求、構(gòu)成、計算公式等，所提出的觀點和認識供廣大專業(yè)同仁探討或借鑒。

［1］中華人民共和國鐵道部.GB146.1～146.2－83，標(biāo)準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界［S］.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.GB50090—2006，鐵路線路設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10020—2009，高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵運函［2006］462，時速200公里和300公里動車組主要技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［5］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］140，新建時速200～250公里客運專線鐵路設(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，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］中華人民共和國鐵道部.鐵科技［2009］116，鐵路客運專線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［8］中華人民共和國鐵道部.鐵科技［2009］212，鐵路客運專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［9］中華人民共和國鐵道部.鐵運［2006］146，鐵路線路修理規(guī)則［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.