高速鐵路曲線超高設(shè)計的研究

陳修平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 天津 300142)

1 確定曲線超高值的主要依據(jù)

曲線超高值的確定主要考慮行車安全、旅客舒適度、養(yǎng)護維修等因素。

1.1 列車運行速度

高速鐵路通常采用不同速度等級列車共線運行的模式或相同速度等級列車共線運行的模式。曲線實設(shè)超高既要滿足高速列車的運行要求,又要滿足低速列車通過曲線的運行要求。理論上,應(yīng)根據(jù)不同的列車速度和曲線半徑設(shè)置相應(yīng)的超高,而實際上通常以線路上運行的各種列車的平均速度為依據(jù)設(shè)置超高值。這就導(dǎo)致高速列車通過曲線時出現(xiàn)欠超高現(xiàn)象,而低速列車通過時出現(xiàn)過超高。過超高、欠超高都直接影響列車運行的平穩(wěn)性及旅客舒適度。

1.2 最大設(shè)計超高允許值[h]

中國鐵道科學(xué)研究院試驗研究表明，當列車停在超高為200 mm及以上的曲線上時,部分旅客感到站立不穩(wěn),行走困難且有頭暈不適之感。另外,當?shù)退倭熊囃ㄟ^曲線時,超高過大會造成內(nèi)側(cè)鋼軌承受較大的橫向力,既不利于行車安全,也不利于養(yǎng)護維修。參照國外高速鐵路標準,最大設(shè)計超高允許值采用175 mm。

1.3 欠超高允許值[hq]

欠超高允許值在高速鐵路上最主要取決于列車通過曲線時的旅客舒適度要求。根據(jù)鐵科院在京廣線、濱州線以及京津城際測試結(jié)果,欠超高允許值如表1所示。

表1 欠超高允許值 mm

1.4 過超高允許值[hg]

一般認為過超高與欠超高對旅客舒適度的影響是等同的。在高低速列車運行的高速鐵路上,客車的走行性能比貨物列車好,因而過超高引起的對內(nèi)軌磨耗和對線路的破壞作用小,故其過超高允許值可以適當放寬。同時考慮到高低速列車共線運營的高速鐵路是以高速列車為主,重點應(yīng)保證高速列車的旅客舒適度,因此取過超高允許值與欠超高值一致(見表2)。

表2 過超高允許值 mm

1.5 高、低速列車共線運行時欠過超高之和的允許值[hq+hg]

為了進一步優(yōu)化平面條件,提高旅客舒適度,高速鐵路規(guī)范(試行)采用的欠、超高之和的允許值見表3。

表3 欠、過超高之和允許值 mm

1.6 高速列車運行時設(shè)計超高與欠超高之和的允許值[h+hq]

高速列車運行也會因為運輸要求不同造成運行速度上的差異,為了提高旅客舒適度,采用實設(shè)超高與欠超高之和的允許值(見表4)。

表4 設(shè)計超高與欠超高之和允許值 mm

2 沈丹客運專線車站兩端曲線實設(shè)超高的確定

2.1 沈丹客運專線概況

沈丹客運專線是遼寧省鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的一條重要干線,線路起自沈陽南站,經(jīng)本溪、南芬、通遠堡、鳳城至丹東,全線正線新建長度205.7 km,右線繞行0.4 km。沈丹客運專線設(shè)計行車速度為250 km/h,正線采用無砟軌道。根據(jù)行車組織方案,一般在中間站有部分列車停站作業(yè),還有部分列車直接高速通過。對于這種部分列車停站、部分列車高速通過的曲線實設(shè)超高的確定,需要根據(jù)本線的V-S曲線情況對行車速度進行模擬后研究確定,最后再逐個進行超高檢算。

2.2 計算參數(shù)的確定

以沈丹客運專線的南芬站、鳳城站、新五龍背站為例。南芬站中心里程為DK84+294,鳳城站中心里程為DK168+550,新五龍背站中心里程為DK194+670。車站兩端的曲線要素見表5。

2.3 實設(shè)超高的確定

根據(jù)表5的曲線半徑條件,均衡超高及實設(shè)超高見表6。

表5 車站兩端的曲線要素

表6 車站兩端曲線超高設(shè)計

3 超高的檢算

為了確定合理的曲線超高值,有必要對超高進行檢算,主要包括安全性檢算和舒適性檢算。

3.1 安全性檢算

對于實設(shè)超高安全性的檢算是確保超高順坡率不致使車輪脫軌,我國沿用的不致使車輪脫軌的超高順坡率為2‰。從表6可以看出,車站兩端6個曲線的實設(shè)最大超高值為100 mm,根據(jù)曲線半徑匹配的緩和曲線長度看，超高順坡率均小于2‰的要求,列車安全性能滿足要求。

3.2 平穩(wěn)性檢算

為了列車行駛平穩(wěn)舒適,超高順坡率不可以過大；為滿足軌道養(yǎng)護維修精度要求,超高順坡率也不宜過小。對于沈丹客運專線,超高順坡率最大值不超過1/10Vmax,最小值也不能小于0.25‰,具體檢算結(jié)果見表7。

表7 超高順坡率檢算 ‰

3.3 舒適度檢算

舒適度檢算主要是對未被平衡的欠超高和過超

高、欠超高與過超高之和、設(shè)計超高與欠超高之和進行檢算。具體檢算結(jié)果見表8。

表8 超高設(shè)計舒適度檢算 mm

從表8可以看出：(1)車站兩端的曲線過超高和欠超高基本上都小于40 mm,通過與表1和表2對比,可以看出基本能達到高速鐵路規(guī)范(試行)所采用的優(yōu)秀條件。(2)車站兩端的曲線過超高和欠超高之和的最大值也只有97.4 mm,通過與表3對比,完全能達到優(yōu)秀條件。(3)車站兩端的曲線設(shè)計超高和欠超高之和最大也只有124.1 mm,遠遠小于表4所要求的優(yōu)秀條件值210 mm,全部達到優(yōu)秀條件。

4 結(jié)論

按照目前確定的行車組織方案和V-S曲線,沈丹客運專線車站兩端曲線設(shè)計超高值可以按照上文的標準進行設(shè)計,然后再對設(shè)計超高進行檢算后確定實設(shè)超高。通過對沈丹客運專線車站兩端曲線實設(shè)超高的分析可以得出，無砟軌道客運專線的平面條件和行車組織方案是決定曲線超高的最主要條件。為了設(shè)置合理的超高,需要在初步設(shè)計階段對平面條件進行反復(fù)優(yōu)化,盡可能采用較大的曲線半徑,并分析進出站列車與高速列車的速度關(guān)系,以減小未被平衡的欠超高和過超高,既能保證旅客的舒適度,又可以保持兩股鋼軌受力比較均勻,有利于曲線的養(yǎng)護。

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