委內瑞拉FMO鐵礦專用線擴能改造線路設計參數的確定

孫 斌,李霞明

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

1 工程概況

FMO鐵礦專用線擴能改造項目為中國鐵路企業與委內瑞拉FMO鐵礦公司簽訂的EPC合同項目。FMO鐵礦專用線連接奧爾達斯港(PTO.ORDAZ)與皮阿爾市(CIUDAD.PIAR)的運輸鐵礦，全長145 km，設計軸重為32.5 t，為重載鐵路。該鐵路修建于20世紀50年代，由于維護水平低，經過多年的運營，整體狀況變得較差。目前各路段行車速度均不超過20 km/h。根據既有線調查資料顯示，既有鐵路鋼軌側磨嚴重，部分地段鋼軌軌距、高低、水平變位較大，全段線路曲線地段未設置緩和曲線，曲線超高不足。

FMO鐵礦專用線擴能改造在線路改造方面的重點是優化既有鐵路平縱斷面，進行線路撥移及線路高程的抬落設計，以滿足空車速度目標值95 km/h，重車速度目標值為55 km/h的行車要求。由于該項目要求采用美國AREMA標準，而該標準對某些線路設計參數未有明確規定或其規定與國內標準有所差別，因此如何合理的確定曲線超高、最小曲線半徑和緩和曲線長度等線路設計參數成為此次擴能改造方案設計的關鍵。

2 曲線超高的確定

曲線超高(curvesuperelevation)是為了平衡列車行駛在曲線上所產生的離心力，而設置的外股鋼軌高于內股鋼軌的數值，使內外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均等，以提高線路的穩定性和安全性。同時，曲線超高還是確定緩和曲線長度及曲線線間距離加寬值等相關平面標準的重要參數。曲線超高設計參數包括實設超高、欠超高、過超高、超高時變率以及欠超高時變率。曲線超高設計參數的合理取值詳見表1。

3 最小曲線半徑的確定

確定最小曲線半徑要綜合考慮路段最高行車速度的要求和內外軌均衡磨耗這兩個因素。

3.1 按行車速度確定最小曲線半徑

最小半徑曲線上設置最大超高，且貨物列車以最高設計速度通過該曲線時，最小曲線半徑應滿足式(1)規定。

表1 曲線超高設計參數合理取值

注：Vj為列車均衡速度；Vmax為列車最高行車速度；Vmin為重車行車速度。

(1)

式中：Rh為列車最高行車速度要求的曲線半徑(m)；Vmax為列車最高運行速度(km/h)，本線取95 km/h；Hmax為最大實設超高(mm)，本線取125 mm；Hqy為允許欠超高(mm)，本線取90 mm。

3.2 按內外軌均衡磨耗確定最小曲線半徑

最小曲線半徑要滿足內外軌均衡磨耗條件，按式(2)計算。

(2)

式中：Rj為均磨半徑(m)；Vmax為列車最高運行速度(km/h)，本線取95 km/h；Vmin為重車運行速度(km/h)，本線取55 km/h；Hqy為允許欠超高(mm)，本線取90 mm；Hgy為允許過超高(mm)，本線取60 mm。

3.3 確定最小曲線半徑

最小曲線半徑為：

Rmin=maxRh,Rj

(3)

4 緩和曲線長度的確定

緩和曲線長度應保證列車運行安全，并滿足一定的舒適度要求。一般按下列方法計算，并取最大值。

4.1 按超高順坡確定緩和曲線長

設置超高順坡是為了避免車輪脫軌，參照美國AREMA標準，滿足不使車輪脫軌的緩和曲線長度為：

L1≥744H

(4)

式中：L1為緩和曲線長度(m)；H為實設超高(m)。

4.2 按超高時變率確定緩和曲線長

超高時變率不應引起司乘人員的不適，滿足此條件的緩和曲線長度為：

(5)

式中：L2為緩和曲線長度(m)；H為實設超高(mm)；Vmax為通過曲線的最高行車速度(km/h)；f為舒適度容許的超高時變率(mm/s)。

4.3 欠超高時變率確定的緩和曲線長

欠超高時變率不應使司乘人員不適，滿足此條件的緩和曲線長度為：

(6)

式中：L3為緩和曲線長度(m)；Hq為列車以最高速度通過曲線時的欠超高(mm)；Vmax為通過曲線的最高行車速度(km/h)；b為舒適度容許的欠超高時變率(mm/s)。

4.4 確定緩和曲線長度

最終緩和曲線的標準值為：

L=maxL1,L2,L3

(7)

5 FMO鐵礦專用線擴能改造線路設計參數最終取值

根據本文介紹的方法確定該專用線改造的線路設計參數如下：最小曲線半徑為500 m。該值與既有線的最小曲線半徑相當，改造過程中引起的工程量不大。超高取值見表2，緩和曲線長度見表3。

表2 超高取值表

表3 緩和曲線長度表

6 結束語

通過優化曲線半徑、曲線超高和緩和曲線的匹配關系，采用合理的線路設計參數對FMO鐵礦專用線進行改造，將極大改善既有線的運營狀況，提高行車速度，改造后的既有線行車將更加安全、舒適，既有線的維護費用也將大為減少。

確定重載貨運專線的線路設計參數，旨在為科學合理地應用計算參數和設計標準提供參考。也為類似項目的實施提供一定的參考和依據。隨著中國企業越來越多的參與海外鐵路項目的建設，工程師應具備靈活的應用美標、歐標等技術標準的能力。

[1] GB 50090-2006鐵路線路設計規范[S]

[2] ISSN 1542-8036美國鐵路工程和道路維護協會鐵路工程手冊(AREMA標準)[S]

[3] 賀挨寬.緩和曲線線型及長度標準的研究[J].鐵道標準設計,2007(1)：1-6

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[5] 胡敘洪.既有鐵路提速改造線路方案研究[J].中國鐵道科學，2003(2)：23-26