土耳其時速250 km客貨共線鐵路最小曲線半徑的研究

張 建

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司線站處,天津 300142)

土耳其時速250 km客貨共線鐵路最小曲線半徑的研究

張 建

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司線站處,天津 300142)

土耳其東西鐵路干線擬按180～250 km/h速度目標值、客貨共線鐵路標準建設,按照中國先進、成熟的高速鐵路標準和技術進行規劃設計,重點研究時速250 km客貨共線鐵路的最小曲線半徑。時速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及經濟因素,土耳其時速250 km客貨共線鐵路的最小曲線半徑一般值取4 000m,個別最小值為3 500m。

客貨共線鐵路;最小曲線半徑;欠超高;過超高

1 概述

卡爾斯至埃迪爾內鐵路是橫貫土耳其東西的快速鐵路干線,根據中國鐵道部與土耳其交通運輸部簽署的鐵路合作協定及會談紀要精神,本線擬按180～250 km/h速度目標值、客貨共線鐵路標準建設,項目按照中國先進、成熟的高速鐵路標準和技術進行規劃設計,相關線路互聯互通和項目設計建設等方面與土耳其鐵路技術標準要求兼容。然而,我國目前尚無時速200 km以上的客貨共線鐵路標準。本文重點研究時速250 km客貨共線鐵路最小曲線半徑的合理取值。

2 計算參數選擇

最小曲線半徑是線路主要設計標準之一,它與鐵路運輸模式、速度目標值、旅客乘坐舒適度和列車運行平穩度等有關,是確定線路允許速度、計算曲線超高及緩和曲線長度、曲線正矢、曲線地段建筑限界加寬等諸多設計參數的基礎參數,同時影響行車速度、運行時間、工程投資和經濟效益等指標。

2.1 超高參數的選擇

客貨共線高速鐵路的運輸組織模式為高速與低速列車共線運行,最小曲線半徑應考慮2個方面的因素:一方面是高速列車設計最高速度vmax、實設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行速度VG、低速旅客列車正常運行速度VD、欠過超高之和的允許值[hq+hg]等因素。

(1)最大設計超高允許值[h]:主要取決于列車在曲線上停車時的安全、穩定和旅客乘坐舒適度要求。本線采用有砟軌道,根據國內外試驗研究結果,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。根據相關研究結論及京津城際運營測試結果,[hq]的取值區間宜為(40mm,90mm)。欠超高允許值見表1。

表1 欠超高允許值 mm

(3)過超高允許值[hg]:在高低速列車共線運營的高速鐵路上,列車的車輛走行性能比貨物列車要好,過超高引起的內軌磨耗和線路破壞作用要小,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,應重點保證高速列車的旅客乘坐舒適度,因此取過超高允許值與欠超高允許值一致。

(4)高、低速列車共線運行時欠、過超高之和的允許值[hq+hg]:高、低速列車共線運行在某一半徑的曲線上,按高、低速旅客列車均衡速度計算的超高值與按均方根速度確定的實設超高值,往往有差值,由此造成列車實際運行中高速列車產生欠超高、低速列車產生過超高,故在確定設計超高時,應滿足[hq+hg]≤[hq]+[hg],同時要預留一定的超高裕量Δh,一般為20～50mm。欠、過超高之和允許值見表2。

表2 欠、過超高之和允許值 mm

2.2 高低速匹配的選擇

對于客貨共線鐵路,貨車行車速度也是確定曲線半徑的主要因素之一,同時制約著客車行車速度。從運輸組織適應性分析,本線是客貨兼顧的大能力運輸通道,客貨列車速差越小,越有利于運輸組織,本線客車采用動車組列車,最高運行速度250 km/h,貨運若采用中國 HXD機車牽引,最高運行速度可達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 計算結果分析

3.1 計算公式

高低速列車共線運行條件下,最小曲線半徑Rmin應按下式計算確定

式中,vG、vD分別為高、低速列車設計行車速度。

3.2 計算結果

根據確定的超高參數、速度匹配條件,按公式(1)計算最小曲線半徑。高速列車行車速度為250 km/h,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配,計算結果見表3。

表3 不同舒適度條件下高、低速列車共線運行時最小曲線半徑 m

根據表3計算結果分析,高速列車行車速度為250 km/h,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配時,相同舒適度條件下的最小曲線半徑取值區間分別為(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秀、良好和一般時,分析曲線半徑取值情況。

(1)推薦半徑

當高速列車時速為250 km、最小曲線半徑取5 700m時,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析,見表4。

表4 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為5 7 0 0 m時超高分析 m m

當高速列車時速為 250 km、最小曲線半徑取6 700m時,低速列車運行速度分別按 80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析,見表5。

表5 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為6 7 0 0 m時超高分析 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,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,120 km/h低速列車與高速列車的速差最小,欠、過超高之和最小,為99.6mm;80 km/h低速列車與高速列車的速差最大,欠、過超高之和最大,為116.2 mm,舒適度指標為良好;最小曲線半徑取6 700 m,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,欠、過超高均小于60mm,欠、過超高之和均小于110mm。

(2)最小曲線半徑

當高速列車時速為250 km、最小曲線半徑取4 100m時,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析,見表6。

表6 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為4 1 0 0 m時超高分析 m m

當高速列車時速為 250 km、最小曲線半徑取4800m,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析見表7。

表7 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為4 8 0 0 m時超高分析 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,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,120 km/h低速列車與高速列車的速差最小,欠、過超高之和最小,為138.5 mm;最小曲線半徑取4 800m,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,欠、過超高均小于90mm,欠、過超高之和均小于140mm。

(3)個別最小曲線半徑

當高速列車時速為 250 km、最小曲線半徑取3 200m時,低速列車運行速度分別按 80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析見表8。

表8 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為3 2 0 0 m時超高分析 m m

當高速列車時速為250 km、最小曲線半徑取3 700m時,低速列車運行速度分別按80、100、120 km/h匹配時的欠、過超高情況分析,見表9。

表9 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為3 7 0 0 m時超高分析 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,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,舒適度指標均較差,但低速車運行速度為120 km/h時,過超高僅超出一般值2.1%;最小曲線半徑取3 700m,當低速車速度為80 km/h時,舒適度指標較差;當低速車速度為100、120 km/h時,舒適度指標一般。

4 結論

綜合以上分析,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時,最小曲線半徑的合理取值區間為(3 200m,4 100m)。考慮到舒適度指標及經濟因素,最小曲線半徑一般值取4 000m,個別最小值取3 500m。

當最小曲線半徑取3 500 m,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時的欠、過超高情況分析見表10。低速車匹配速度為100 km/h時,舒適度條件較差,但過超高僅超出一般值1.4%。低速車匹配速度為120 km/h時,舒適度條件一般。

表10 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為3 5 0 0 m時超高分析 m m

當最小曲線半徑取4 000 m,時速250 km高速列車與80、100、120 km/h不同低速列車共線運行時的欠、過超高情況分析見表11,舒適度條件均一般。

表11 高速列車時速250 km、最小曲線半徑為4 0 0 0 m時超高分析 m m

綜上所述,當高速列車時速為250 km時,最小曲線半徑取4 000m、個別最小值取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年畢業于北京交通大學道路與鐵道工程專業,工學碩士,E-mail:zhangjian086@126.com。