鐵路線路平縱斷面設計相關問題分析

張珊珊

摘 要：鐵路交通在交通運輸業中作為至關重要的部分，對我國貨運具有重要的影響，當前，我國大部分貨物運輸都是依靠鐵路進行，因此，保障鐵路線路設計的合理性具有積極的意義。本文首先從鐵路線路平縱斷面設計的原則說起，詳細闡述了平縱斷面設計的動力學評估方法以及相關的參數研究，最后針對鐵路線路中平縱斷面設計的相關要點進行了歸納總結，旨在于提高我國關于鐵路線路平縱斷面設計的水平。

關鍵詞：設計原則；動力學研究；參數設定

1 前言

鐵路線路的設計是涉及到多個領域的綜合性工程，其涉及到多種學科的應用，對設計者的水平要求較高。我國是人口大國，無論是滿足客運需要還是貨運需要，都需要提高現有的鐵路線路建設水平。為了滿足日益提高的社會需求，我國已經開始了高速鐵路運輸線路的建設。相關數據表明，預計到2020年，我國時速高達200km/h的會超過2.2萬千米。盡管成績喜人，但是由于我國的高速鐵路建設起步較晚，仍舊存在一些技術難題，其中就包括做好鐵路線路平縱斷面的設計工作。因此，加大關于鐵路線路平縱斷面的研究具有實際意義。

2 鐵路線路平縱斷面設計的概述

2.1 鐵路線路平縱斷面設計的研究背景

運輸已經成為關系社會經濟發展的重大問題，未來鐵路運輸的發展方向也將朝著重載運輸發展。在一些幅員遼闊礦產發達的國家例如美國、加拿大、巴西等，都已經開始在鐵路線路上開展重載運輸。山西省是我國煤炭大省，近幾年來，已經運行了在鐵路線路上運行重載列車。由此可見，在我國內開展鐵路線路的設計研究，具有現實意義。

2.2 鐵路線路平縱斷面的設計原則分析

鐵路線路的設計是一項復雜的綜合型設計工程，其中多項參數的設計涉及到多種學科內容，這也對設計人員提出了較高的要求。根據多年的設計經驗，主要總結出了以下設計原則。首先是曲線的設置。在進行鐵路線路設計時，盡量考慮順直線路，避免在設計圖中增加曲線設計，盡量避免加大曲線的偏角，少用反向的曲線設計。當遇到地勢影響、地質條件或者公路規劃以及地下管線建設等不可避免的因素時，要提前設計好繞行線路，避免在臨近地點繞行。通過在較遠的地方繞行，也是為了降低鐵路線路的轉向角度。

其次是坡度的設計，由于線路多為重載，因此，坡度設計應盡量平緩，線路的起伏應順應地面線。線路拉坡時，要注意保持土方平衡，路塹段注意排水坡度，排水坡度最低不可低于千分之二。當鐵路線路穿過村莊或者道路密集區時，應當適當的抬高線路，隧道內的坡度應當大于千分之三。鐵路線路平縱斷面的設計應當結合當地的地質條件、地形等各種因素進行考慮，優先采用單面坡道設計。如果坡度的設計過大，就增加了線路的撥起高度，加大了重載車輛運行的困難。

最后是線路縱面設計與車站安全線的設計原則。我國相關文件中有明確的規定：“在進站信號機外制動距離內進站方向為超過千分之六下坡道的車站，應在正線或到發線的接車方向末端設置安全線”這是為了避免與對面進站的列車發生沖突。因此，在實際設計中，鐵路線路縱坡方向坡度設計應以具體實際地點為準，原則上大于千分之六。

3 鐵路線路平縱斷面設計安全性與舒適性的評估方式

3.1 機車車輛與線路最佳匹配的原理

為了達到最佳的設計要求，應當進行平縱斷面設計與安全性以及舒適性的關系研究。車輛與線路系統的最佳匹配應統一采用系統設計的原理，將車輛系統與線路系統作為一個統一的整體。通過測量整體的性能指標，進行優化設計。但是實際研究過程中，仍舊是把車輛或者線路作為一個單獨的子系統進行具體研究。在進行系統設計時，應當充分把握好二者之間的相互作用，不僅需要考察單個系統的性能指標，也要考察該系統對另一系統的具體作用。對線路設計的考察指標即指車輛在其運行上的穩定性以及安全性。

3.2 基于匹配原理的線路動態設計方法

這種設計方法需要借助動力學仿真系統的支持，將線路設計的具方案以及車輛的運行條件直接輸入到該系統中，該系統可以直接對線路軌道的受力特征以及變形性進行數據分析，同時計算出該種車輛在線路軌道上的運行指標，從而對其安全性以及穩定性做出評價。根據車輛以及鐵路線路綜合評價結果進行評估，考量鐵路線路設計是否合理。若是測試結果表明鐵路線路存在不合理之處，尋找動力性能較差的指標以及對這些指標較為敏感的線路參數，例如線路的曲面半徑、緩和曲線長度、以及軌道的剛度參數等，通過不斷的試驗，找出較為理想的參數設計，重新輸入仿真系統進行測試，直至尋找出最為滿意的參數設置。

4 鐵路線路平縱斷面設計中參數的設置

4.1 最小曲線半徑

鐵路線路設計中最關鍵的參數即為曲線半徑的設置，曲線半徑的設置直接關系到線路能否安全、高效的運行。對于最小曲線半徑的選取，要綜合把握好輪軌磨耗以及安全性這兩個方面進行選取。對于主要功能為重載的線路來說，最小曲線半徑采用根據欠高值小于容許值以及磨好條件來確定的方式。在滿足行車條件的情況下，最小曲線條件可以根據以下公式來計算，即Rh≥11.8v2max/hmax+ hqy，其中，hmax就是指實際設置中超高的最大值， hqy就是指欠高容許最大值。通過該項計算公式，假設按照120千米每小時的時速來計算，對于某重載鐵路，實設超高按照150毫米計算，欠超高容許值按照普通的70毫米計算，就計算得出最小曲線半徑為772米，按照較為困難的90毫米高的欠高容許值計算，就可以得出最小曲線半徑為708米。在計算內外軌均磨條件時，一般利用Rj≥11.8v2jhmax進行計算，vj為均磨速度，將上述值代入，可得最小曲線半徑為724米。針對不同類型的測試，可以按照動力學方式進行分析，實驗結果表明，當曲線半徑大于800米時，磨耗指數比較平穩，但是，實際應用中發現，當降低曲線半徑時，則會導致鋼軌的磨耗量急劇上升，與理論值較為穩定不符。這就是實際中鐵路曲線半徑為800米時，鋼軌每年都需要更換一次的原因。

4.2 夾直線對線路穩定性的影響

分析夾直線對鐵路穩定性的影響，需要綜合考慮鋼軌、軌枕以及道床之間的相互連接，建立重載列車在負載狀態下的反向曲線線路結構體系。通過重載列車在經過反向曲線時橫向力以及縱向力作為荷載條件，從而實現鐵路線路體系結構力學性能的預測。通過對重載列車經過反向曲線時的各項橫向力以及縱向力的數據測試表明，當重載列車經過線路的曲率突變處時，是最不利的位置，曲率半徑突然加大，則會導致軌距的突然擴大，從而應先列車的行車安全。為了解決這一問題，通常采用反向的曲線夾直線，從而提高線路結構的穩定性，研究結果表明，當夾直線的長度大于20米時，后續鐵路線路將趨于平緩。

4.3 夾直線對列車行車安全的影響

通過仿真系統，真實的反映了在反向曲線段列車行車的動力學性能。通過實際觀察得出，當經過夾直線區域時，列車的橫向震動情況出現衰減，這是由于列車經過曲線段時存在離心力，而經過直線段時離心力消失，動力響應指標降低，所以，夾直線段的安全性將會大大降低。但是夾直線段并不是影響行車安全的主要因素，車體產生的震動在一個震動周期內基本可以得到衰減，在兩個周期內可以完全衰減消失。

5 總結

目前，隨著我國高速的經濟發展，鐵路線路設計是關乎國計民生的大工程。由于工程的復雜性以及系統性，需要專業人才進行設計，以保障其安全性以及穩定性。鐵路線路設計的平面組合方式多種多樣，但核心是各個參數的設定，參數的設置是否合理直接影響了列車行車的穩定性以及安全性。在設計時要注意根據最佳匹配原理，結合仿真系統技術的應用，進行合理的設計。

參考文獻：

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