铁路既有线提速及既有线提速平面曲线半径与曲线实设超高关系的分析

铁路既有线提速及既有线提速平面曲线半径与曲线实设超高关系的分析摘要：从线路角度分析影响既有线提速的主要因素,通过近年来某些线段提速设计的实例,旨在阐明如何从线路的角度来看待提速问题,以及铁路线路平面曲线半径(R)选择与曲线实设超高(Δh)设置对提高列车行车速度具有重要的作用,针对既有线提速改造,分析了铁路最小曲线半径与列车运营模式的关系,曲线半径R与Δh的关系,建议新设的曲线半径应尽量选择较大值,Δh选择在20~40mm,为将来的超高调整留有余地。在客、货混运的线路上,最小曲线半径不仅与最高行车速度有关,而且还受最低行车速度的影响;同时,最小曲线半径也与欠超高和过超高的允许值有关。因此,提高最低行车速度、缩小最高与最低速差将获得较小的曲线半径,从而可节省工程投资。欢迎访问铁路工程论文网关键词：既有线提速线路条件曲线半径实设超高一、从线路角度看铁路既有线提速1.线路方面影响既有线提速的主要因素铁路提速是一项复杂的工作,影响既有线提速的因素很多,涉及到多个部门和专业。从线路方面来看,影响既有线提速主要有以下因素。(1)小半径曲线多,部分缓和曲线长度、圆曲线长度及夹直线长度不足。(2)山区铁路越岭地段限坡过大或个别超限坡地段严重影响列车运行速度。(3)既有双线线间距4.0m不能满足提速到160km/h后列车运行的要求。(4)轨道结构标准偏低,不同程度地使用着50kg/m钢轨、69型轨枕及非弹性扣件,道床厚度、宽度不足。(5)车站正线道岔标准偏低。(6)既有铁路平交道口过多,线路两侧无安全隔离栅栏给行车安全带来极大隐患。(7)小型机械化养护及人工养路方式难以适应提速列车对轨道平顺性的要求。2.提速线路各主要技术参数的选择2.1平面欢迎访问铁路工程论文网(1)曲线半径曲线半径不仅影响行车安全、旅客舒适度等行车质量指标,而且影响行车速度、运行时间等技术指标和工程费、运营费等经济指标。旅客列车最高行车速度要求的曲线半径需满足(1)式,旅客舒适度及内外轨均匀磨耗要求的曲线半径需满足(2)式,最小半径则选取(1)、(2)两式计算较大者。R1≥11.8V2max/(hmax+hqy)(1)R2≥11.8(V2max-V2h)/(hgy+hqy)(2)式中R1———旅客列车最高行车速度要求的曲线半径,m;R2———舒适与均磨要求的曲线半径,m;Vmax———旅客列车最高行车速度,即路段设计速度,km/h;Vh———货物列车设计行车速度,km/h;hmax———最大超高,取150mm;hqy———允许欠超高,一般取70mm、困难取90mm;hgy———允许过超高,一般取30mm、困难取50mm。(2)缓和曲线采用超高为直线顺坡、平面为三次抛物线的线型,其长度应满足超高时变率和欠超高时变率的要求,选取(3)、(4)两式计算,取较大者。L1≥hVmax/3.6f(3)L2≥hqVmax/3.6b(4)式中L1、L2———缓和曲线长度,m;Vmax———通过曲线的最高行车速度,km/h;f———旅客舒适度容许的超高时变率,计算时取32mm/s;b———旅客舒适度容许的欠超高时变率,计算时取45mm/s;h———圆曲线超高,mm;hq———旅客列车以最高行车速度通过曲线时的欠超高,mm。欢迎访问铁路工程论文网(3)夹直线和圆曲线应满足列车平稳、旅客舒适并便于线路养护的要求。车辆后轴通过缓和曲线终点产生的振动,不与车辆前轴通过另一缓和曲线起点产生的振动相叠加,夹直线或圆曲线的长度应满足(5)式。Lj≥(Vmax/3.6)×tz(5)式中Lj———夹直线或圆曲线长度,m;tz———车辆转向架弹簧振动消失的时间,一般约为2.0~3.0s。2.2纵断面(1)限制坡度限制坡度是影响铁路全线的主要技术标准,取决于铁路等级、牵引种类和机车类型、地形类别、运输需要以及相邻线的牵引定数。我国主型客运机车在不同坡道上的速度见表1。(2)坡段长度最小坡段长度应保证竖曲线不重叠,一般宜设计为较长的坡段。提速到160km/h时不宜小于400m,特殊情况可缩短至200m。(3)竖曲线列车通过变坡点要求不脱轨、不断钩且行车平稳(附加加速度低于允许值),为了缓和变坡点坡度的急剧变化,当坡度差大于一定限度时,应设置竖曲线。当V≤140km/h时,按现行《铁路线路设计规范》(GB5009099)取值;V≥160km/h时,相邻坡度代数差不小于1‰时,竖曲线半径取15000m。2.3线间距当两线间不设置信号机及其他标志时,区间线间距主要决定于行车速度、车辆外型尺寸及窗口玻璃材质等。根据我国既有线现状及国外经验,列车速度小于160km/h时,可维持既有4.0m线间距;速度160km/h时,若采用钝形列车双线线间距为4.2m;速度200km/h时,双线线间距为4.4m。2.4轨道结构应优先采用60kg/m及以上钢轨,有条件的地区要积极推广无缝线路;提速到120km/h以上时,建议采用Ⅲ型轨枕,弹条Ⅱ型或弹条Ⅲ型扣件;道床应根据提速目标值和年通过总重而定,其厚度应保证相邻轨枕的压力传递到路基面上相互重叠,其宽度应保证轨道有足够的横向强度和稳定性。提速到120km/h时,面碴厚度不小于30cm,底碴厚度不小于20cm,提速到160km/h时,道床顶面宽度不小于3.4m。2.5道岔提速到120km/h时,采用Ⅱ型道岔(若使用既有60AT12号固定辙叉型道岔,须将槽型护轨更换H型加长护轨,加厚垫板);提速到140km/h时,宜采用Ⅰ型道岔;提速到160km/h时,必须采用Ⅰ型可动心轨道岔。2.6平交道口欢迎访问铁路工程论文网时,区间的平交道口应考虑改移合并后改为立交;区间线路应设置隔离栅栏加以封闭,以确保行车安全。2.7机械配备线路提速后,轨道养护维修必须开天窗,以大型养路机械为主,中、小型机械为辅进行维修作业。根据铁路技术政策,提速干线天窗时间按2.5~3h设置。3.实例提速时应针对不同线路,具体分析线路条件来合理确定速度目标值。从全国来看,平原地区提速至140~160km/h,西部山区提速至100~120km/h是合理且可行的。(1)欧亚大陆桥陇海线西安至宝鸡段(以下简称为西宝段)全长173.509km,其中直线长度146.709km,占全长84.5%;曲线长度26.8km,占全长15.4%。本段地形平坦开阔,起伏较小,此纵断面不是提速的主要影响因素。在西宝段中,曲线共计91处(最小曲线半径为400m,全部集中在宝鸡东至宝鸡之间),其小半径曲线基本呈零星分布,故全线划分为一个提速区段。本段曲线半径及数量的分布见表2。线路允许通过速度最低为85km/h,最高140km/h,车站正线过岔速度110~140km/h。目前特快列车(北京至成都7/8次)旅行速度为92km/h,快速列车(青岛至西宁173/174次)旅行速度为75km/h。由于小于700m半径的曲线仅有10处共2.8km,占本段线路总长的1.6%;小于1000m半径的曲线有18处共5.64km,占线路总长的3.3%。故在本段设计中,将V=140km/h及V=160km/h列为两个速度目标值进行研究。结果见表3。表3不同速度值比较经比选,V=160km/h方案投资虽然较V=140km/h方案多1.78亿元,但提速效果明显,投资效益较高。结合沿线地形、地区条件及本段线路的运输性质,经综合分析,选定160km/h作为推荐速度目标值。本段线路以前大部分已改造为无缝线路,本次提速到160km/h时,需更换110组提速道岔。平交道口在2000年全国铁路提速时基本已改为立交或正在改为立交。沿线两侧已设铁丝栅栏封闭。(2)国家路网主骨架“八纵八横”中“八纵”之一的包柳铁路安康至重庆段,线路全长533.7km。沿线地形陡峭,地质复杂,线路基础设施较差,病害较多(其中路基病害1261处,病害隧道130座)。区间大部分地段已铺设60kg/m钢轨,另有100余公里为50kg/m钢轨。安康分局管内尚有较多的69型轨枕,重庆分局管内大部分为SⅡ型轨枕,全线仅铺设少量的Ⅲ型轨枕。本段线路最小曲线半径一般地段700m,个别困难地段500m。半径为700m的曲线246个,长129.329km,占全线总长的25%,分布比较均匀;半径小于700m的曲线31个,长20.279km,占全线总长的3.9%。既有曲线分布情况见表4。表4既有曲线分布情况安康至达县限制坡度为6‰,加力牵引坡度为13‰,足坡地段占该段总长的52.7%。其中加力牵引地段长114km,足坡地段占该段总长的40.4%。达县至重庆东限制坡度为6‰,足坡地段占该段总长的23.6%。既有线正线道岔247组,其中9号道岔50组,12号道岔196组,18号道岔1组。由于9号道岔的直向通过速度为90km/h,12号道岔的直向通过速度为120km/h。因此,当提速目标值超过90km/h时,9号道岔需要更换;当提速目标值超过120km/h时,12号道岔也需要更换。目前,本线最高允许速度安康至达县段为90km/h,达县至重庆段为85~100km/h。而列车实际旅行速度则更低,旅客列车平均速度仅为50.2km/h,货物列车平均速度仅为23.4km/h,未达到1998年全路平均水平。各段曲线分布情况见表5。表5各段曲线分布情况其中高滩至罗文段线路翻越大巴山,受地形限制小半径曲线多,全线半径小于700m的32个曲线中,有19个位于本区间内;桥隧工程集中,桥隧长度占线路长度的64.7%。本段地形复杂,足坡地段占该段总长的52.7%。此处共研究了既有线改建半径小于700m的曲线和既有线维持现状两个方案。经比较,①方案(含增建二线)较②方案(含增建二线)多投资12.35亿元,提速后时间只减少12min,且造成大量的桥隧工程废弃。综合纵断面分析,本段推荐既有线维持现状方案。另外3个段落中,半径700m的曲线约占到总数的一半以上,设计时分别研究了改造700m以下半径的曲线,改造≤700m半径的曲线,改造≤800m半径的曲线等方案。结果表明后2个方案投资巨大,故提速目标值均按最小半径700m确定。纵断面设计时,限制坡度仍维持既有线标准(即安康至达县为6‰,双机地段13‰,达县至重庆为6‰)。机车类型在单线扩能时已改为SS4(安康至达县)和SS3(达县至重庆),本次暂时也维持不变。二、既有线提速平面曲线半径与曲线实设超级高关系的分析1最小曲线半径铁路最小曲线半径的计算,与列车运营模式相关,具体分析如下。1.1只运营告诉或快速列车的客运专线由于列车均以快速运行,因而不考虑过超高值。当最高行车速度vmax=160km/h时,h=150mm,允许欠超高为75,90mm和110mm时,对应的最小曲线半径分别为1343,1259m和1162m。当最高行车速度vmax=140km/h,h=150mm,允许欠超高分别为75,90mm和110mm时,对应的最小曲线半径为1028,964m和890m。因此,在困难条件下选择较大的欠超高值可减少曲线半径,降低工程造价。1.2客、货列车混运线客、货列车混运的高速与快速线路,要兼顾高速客车与低速货车的不同需要来确定最小曲线半径。在高速或快速客车以最高速度vmax行经曲线时,曲线已设超高h与欠超高hq应满足下列公式:当货车以最低速度vmin行经同一条曲线时,要产生过超高hg,hg与h也应满足下式:(1)区域可选性按图中斜线区域内任一点的坐标(1/R,h)对应的曲线,可以保证客、货列车通过时产生的实际欠超高hq和实际过超高hg均不超过相应的欠超高允许值[hq]和过超高允许值[hg]。即所选择的半径R和实设超高h必须落在图中斜线的区域内。(2)极限点A的惟一性极限点A是图中两直线h=11.8v2max/R-[hq]和h=11.8v2min/R+[hg]的交点,其坐标(1/Rjx,hjx)可由式(4)和式(5)相等求出11.8v2max/Rjx-[hq]=11.8v2min/Rjx+[hg