中俄鐵路設計標準對比與分析

馮德泉

(中鐵第一勘察設計院集團線運處,西安 710043)

1 概述

建國以來,我國鐵路標準體系大量引用了前蘇聯的標準,并一直沿襲使用下來[1]。近些年來,我國鐵路設計理念產生了較大的改變,逐漸發展形成了一套獨立自主的技術體系,取得了巨大的建設成就。同時俄羅斯的規范也在改進發展,筆者近年來參與俄羅斯圖瓦鐵路項目的設計和咨詢,與俄羅斯專家進行了充分的溝通與合作,以此工作經驗出發,對比與分析目前中俄鐵路建設在研究年度、鐵路等級、旅客列車設計行車速度、曲線半徑、限制坡度等技術標準方面的差異,希望能夠為同行提供有價值的參考。

2 研究年度

俄羅斯鐵路設計規范《1 520 mm軌距鐵路》研究年度按照運營第2年、第5年、第10年[2],我國在2006年以前與俄羅斯的劃分相同,近、遠期分別為第5年、第10年,2006年版《鐵路線路設計規范》(以下簡稱《線規》)起,近、遠期分別調整為運營第10年、第20年[3]。

在我國,鐵路線下基礎設施和不易改擴建的建筑物和設備,如車站分布、線路平縱斷面條件、建筑限界等,按遠期(運營第20年)運量和運輸性質設計,并適應長遠發展要求；對于易改、擴建的建筑物和設備,如正線數目、開站數量、到發線有效長、軌道、信聯閉設備、房屋建筑等,按近期(運營第10年)運量和運輸性質設計,預留遠期發展條件；隨運輸需求變化增減的機車、車輛等運營設備,可按交付運營后第3年或第5年的運量設計。

而在俄羅斯,路基寬度、到發線有效長、橋梁、軌道類型、接觸網支撐結構、生產辦公用房屋及旅客站房面積按照運營第10年運量設計；開站數量、正線數目、各車站站線股道數量、樞紐內疏解線、機車庫臺位數量、信聯閉設備類型及容量、牽引變電所設備數量、給排水設備、廠房建筑面積、生活用房屋面積等按照第5年運量設計；車站貨物倉庫面積、廠房車床設備等按照運營第2年運量設計[2,4]。

由此可見,俄羅斯十分注重工程建設與運量的適應性,優點是可有效減少初期投資；但存在的問題是鐵路輸送能力適應期短,常常導致建成后不久能力已經到達飽和,由于鐵路工程一般都有3年以上工期,鐵路頻繁改擴建,不但產生廢棄工程,也影響鐵路正常運輸生產。我國原來采用與俄羅斯相同的設計年度,在神朔線、西安安康線、西安南京線等多條鐵路通車后5年之內能力已經飽和,隨即開展增建第二線研究或建設。當前我國經濟社會正處于高速發展期,鐵路運量增長迅速,運營第5年、第10年運量差別通常較大,以之確定的技術標準變化大,使鐵路大拆大改這種現象更為明顯。2006年以后,我國鐵路設計近、遠期年度分別延長至第10年、第20年,使鐵路輸送能力適應期得到有效延長,以之確定的建設標準和規模充分體現了鐵路建設強本簡末、服務運輸的要求,鐵路的運輸服務質量得到進一步提升,取得了良好的經濟、社會效益。

3 鐵路等級的劃分

中俄兩國鐵路等級都是以鐵路意義和換算貨運量兩方面決定,詳細對照見表1。

表1 中俄客貨共線鐵路等級劃分對比

從表1可見,我國客貨共線鐵路分為4個等級,俄羅斯較我國更為細化,分為6級,除Ⅰ～Ⅳ級外還有高速線和特別繁忙干線兩級,高速線是以較高速度的客運為主,兼顧部分貨運的鐵路干線,特別繁忙干線是指運營第十年重車方向換算貨運量大于50 Mt的貨運繁忙干線。而我國將與俄羅斯對應的高速線和特別繁忙干線兩級全部籠統地歸到Ⅰ級鐵路中。

俄羅斯Ⅰ～Ⅳ級鐵路的運量分界值較我國明顯高,高50%左右。我國各等級鐵路間年客貨運量分界值是根據1995年全路主要區段運營資料統計分析確定的,那時鐵路運輸能力和技術水平較低,基本反應了當時鐵路發展水平。

隨著六次鐵路大提速的實施,全路客車旅行速度從1995年的48.1 km/h提高到2009年70.18 km/h,提高46%；貨運列車平均總重由1995年的2 597 t增加到2010年的3 467 t,增加34%；全路換算運輸密度從1995年的2 840萬t·km/km提高到2009年的3 851萬t·km/km,提高36%,是俄羅斯的1.7倍,居世界第一,我國鐵路運輸水平已有大幅度提升[5-7]。但由于Ⅰ級鐵路的運量門檻值較低,不論是路網性干線,還是區域路網干線、一般線路大部分國鐵線路設計中都劃為Ⅰ級鐵路,Ⅱ～Ⅳ級鐵路很少,鐵路“Ⅰ級化”現象越來越普遍,鐵路等級間運量分界值已不能適應當前鐵路運輸的特點,以之確定的等級已經不能有效區分各條鐵路間的實際差異,利用鐵路等級來調整各條鐵路技術標準的功能顯著消弱。目前我國鐵路既有線運能挖潛已基本完成,運輸水平達到了較為穩定的平臺期,因此有條件也有必要與時俱進,適時修改鐵路等級間的運量分界值。當然鐵路等級是鐵路最主要的技術標準之一,牽一發而動全身,不宜頻繁改動,必須十分慎重。

4 旅客列車行車速度

中俄兩國客貨共線鐵路旅客列車設計行車速度對比見表2。

表2 中俄客貨共線鐵路旅客列車設計行車速度對比

可以看到,俄羅斯旅客列車最高行車速度高速線不超過200 km/h,特別繁忙干線一般不超過120 km/h(有依據時可超過120 km/h,但不得超過160 km/h),Ⅰ級和Ⅱ級鐵路不超過160 km/h,Ⅲ級鐵路不超過120 km/h,Ⅳ級鐵路不超過80 km/h[2,8]。

而我國鐵路列車運行速度與鐵路等級無強制限定,通常情況下Ⅰ級鐵路旅客列車設計行車速度宜為120～200 km/h,Ⅱ級鐵路宜為80～120 km/h,Ⅲ、Ⅳ級鐵路無限定。

俄羅斯規范僅規定了各級鐵路的速度上限值,對于下限值并未作規定。規定高速線不超過200 km/h；特別繁忙干線一般不超過120 km/h,有經濟技術比較依據時可超過120 km/h,但不得超過160 km/h；Ⅰ級和Ⅱ級鐵路不超過160 km/h；Ⅲ級鐵路不超過120 km/h；Ⅳ級鐵路不超過80 km/h。這一規定與最小曲線半徑選取存在共性的問題,由于線路選取了過小的曲線半徑,致使相應地段成為限速地段,因此無法保障列車以穩定的速度運行。

與俄羅斯規定相同,我國客貨共線鐵路最高客車運行速度亦為200 km/h,但對Ⅰ、Ⅱ鐵路旅客列車速度確定更為明確,Ⅰ級鐵路劃分為200、160、120 km/h 3個速度等級,Ⅱ級鐵路劃分為120、100、80 km/h 3個速度等級,對Ⅲ、Ⅳ級未規定。這一規定與我國路段設計速度的概念相符合,保證了列車的最低運行速度不會被嚴重的降低,使線路技術條件得到有力的保障。

5 線路曲線半徑

5.1 最小曲線半徑

我國《線規》規定線路平面曲線半徑按照不同的路段設計速度確定,而俄羅斯規范仍按不同的鐵路等級確定曲線半徑,兩國鐵路線路曲線半徑的選取規定見表3、表4。

表3 俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》線路曲線半徑的選取 m

俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》規定在越嶺地段旅客列車行車速度低于120 km/h、貨物列車速度低于60 km/h時,經交通部批準,Ⅰ、Ⅱ級鐵路可采用300 m,Ⅲ級鐵路可采用250 m的最小曲線半徑；鐵路樞紐內疏解線允許采用半徑為250 m的曲線。

表4 中國《線規》線路曲線半徑的選取 m

我國規范曾經參照前蘇聯規范按照鐵路等級選取曲線半徑,后發展到“小半徑曲線集中設置”,從1999年版《線規》起徹底摒棄了按鐵路等級劃分的思路,突出鐵路設計“服務運輸”的理念,改用按路段速度為主選取曲線半徑的模式,避免出現限速點,使線路技術條件得到充分提升,保證列車在一個路段內能夠以規定速度平穩運行,提高整體運行速度,更為科學合理。

雖然鐵路等級與路段速度有密切的關系,但同等級的鐵路仍然可劃分不同的速度等級,而給不同速度等級鐵路規定相同的最小曲線半徑顯然不妥。按照俄羅斯規范和根據本人參加俄羅斯圖瓦鐵路技術咨詢的經驗,俄羅斯國內鐵路設計目前還沒有采用路段設計速度的概念,僅按照工程難易度選取最小曲線半徑,極限半徑的采用比較隨意,導致線路在50 km內有幾個限速點,嚴重限制了列車運行速度,惡化了運營條件。

同時也應當看到,俄羅斯鐵路對曲線半徑的選取變動幅度較大,選取更為靈活。如俄羅斯Ⅰ級鐵路在越嶺地段旅客列車行車速度低于120 km/h、貨物列車速度低于60 km/h時,經批準最小半徑可以減小到300 m,這對我國鐵路目前設計來講是不可想象的。但是正是在這種降低運營水平不大的特殊情況下,為設計人員提供了靈活性,可有效減小工程投資。反觀我國規范,規定較為生硬,靈活性不足。

5.2 最大曲線半徑

我國《線規》對最大曲線半徑無明確規定,《新建時速200 km客貨共線鐵路設計暫行規定》規定最大曲線半徑不宜大于10 000 m,特殊困難條件下不應大于12 000 m[9]。

俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》中建議曲線半徑最大值為4 000 m,僅在加寬線間距、受曲線長度控制時可采用半徑大于4 000 m的曲線。

從曲線最大半徑的規定方面來看,俄羅斯規范控制較為嚴格,限制4 000 m以上大半徑的使用范圍,半徑越大線路繞避障礙的能力下降,選線的靈活度降低,勢必產生增加橋隧工程、拆遷工程,加大工程投資。在滿足線路運行速度條件下采用較小的適宜半徑可顯著縮短曲線長度,從而減少曲線維修養護工作量。同時既有線曲線養護通常采用弦正法(弦長20 m),對于半徑5 000 m的圓曲線正矢為10 mm,半徑為10 000 m時正矢僅為5 mm,其值已與曲線正矢允許偏差相差無幾,養護維修工作十分困難,理論上的曲線半徑圓順很難保持,更成為軌道不平順的隱患[10]。因此,半徑不是越大越好,對于人工養護的有砟軌道線路最大半徑的采用應該慎重,俄羅斯規范在這方面的規定值得我們借鑒、學習。

6 限制坡度

中俄兩國客貨共線鐵路限制坡度規定見表5、表6。

表5 俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》限制坡度的規定

表6 中國《線規》限制坡度的規定

可以看到,我國鐵路限制坡度規定更為細化,按照地形類別分為平原、丘陵、山區3類,再細分電力或內燃牽引2種不同的牽引類型,可操作性強,根據機車類型、牽引質量與限制坡度的合理搭配,易與相鄰線匹配。而俄羅斯規定較為籠統,只規定了最大值,雖然選取的靈活性高,但選取難度加大,沒有按照一定的模數,與相鄰線的匹配性差,勢必會造成解編作業量的增加或機力虛糜。

對于加力牽引坡度,俄羅斯規范按照鐵路等級進行了嚴格的限制,在運輸特別繁忙和Ⅰ級鐵路加力牽引最大坡度不得超過18‰,Ⅱ級鐵路不得超過20‰,Ⅲ級鐵路不得超過30‰,Ⅳ級鐵路不得超過40‰；而我國無論鐵路等級如何,電力牽引最大坡度為30‰,內燃牽引最大坡度為25‰,規定較為寬松,選擇更為靈活。在實際應用中,也鮮有采用最大值的情況,既有電氣化鐵路寶成線最大坡度為30‰,新建內燃預留電化條件的青藏線格拉段、精伊霍線最大坡度為20‰,新建電氣化鐵路大理瑞麗線鐵路最大坡度為24‰。

中俄兩國鐵路在線路最小坡段長度、最大坡度代數差、曲線間夾直線長度等方面的規定也存在著一定差別。俄羅斯在選線、路基擋護、橋梁、隧道等工點的設置等方面與我國設計理念也有很大不同,這種不同與兩國的氣候條件、土地資源、勞動力、建筑材料生產和運輸等國情密切相關,限于篇幅,不再贅述。

7 結語

中俄兩國的鐵路標準體系都不同程度地借鑒或繼承了前蘇聯鐵路標準,但通過對比分析中俄鐵路設計主要技術標準的選取情況可以看到,經過近20年來的發展,兩國的鐵路標準都不同程度地不斷發展創新和改進,差異化明顯產生。我國鐵路建設已經建立了以“服務運輸”為核心的科學理念,擺脫了以降低工程投資唯是的陳舊觀念,鐵路科技和建設取得巨大成就。

通過對比與分析,我國在項目建設研究年度、列車路段速度、限制坡度等方面有了創新的發展,但在鐵路等級劃分、最大曲線半徑選取等方面俄羅斯的規定有優勢和合理性,對我們有積極的借鑒意義。“他山之石,可以攻玉”,希望我們進一步加強國際交流與合作,取長補短,使我國鐵路技術標準真正經得起考驗,讓更多的國家所認可,這樣我國鐵路標準“走出去”的步伐將更堅實、更有力。

參考文獻：

[1] 竇以松，等.俄羅斯聯邦標準化[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

[2] 俄羅斯聯邦交通部.CTHЦ—01—95 1 520 mm軌距鐵路[S].莫斯科：俄羅斯聯邦交通部,1995.

[3] 中華人民共和國建設部.GB50090—2006 鐵路線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

[4] 俄羅斯聯邦交通部.俄羅斯聯邦鐵路技術管理規程[S].莫斯科： 俄羅斯聯邦交通部,1993.

[5] 鐵道部.2010年鐵道統計公報[EB/OL].[2011.5.11]. http://www.china-mor.gov.cnzwzctjxxtjgb201105/t20110511_23696.html.

[6] 鐵道部.2009年鐵道統計公報[EB/OL].[2010.3.25]. http://www.china-mor.gov.cnzwzctjxxtjgb201012/t20101229_5999.html.

[7] 史俊玲,劉重慶.中俄兩國鐵路主要指標對比分析及啟示[J].中國鐵路,2010(10):55-58.

[8] 劉重慶.俄羅斯鐵路既有線提速發展戰略[J].中國鐵路，2004(3):62-64.

[9] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設函[2005]285號 新建時速200 km客貨共線鐵路設計暫行規定[S].北京：中國鐵道出版社,2005.

[10] 中華人民共和國鐵道部.鐵運[2001]23號 鐵路線路維修規則[S].北京：中國鐵道出版社,2001.