淺談?wù)夎F路限界研究的意義

韓志強(qiáng)

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

HAN Zhi-qiang

(China Railway Fifth Survey And Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing102600,China)

1 引言

1.1 概述

鐵路軌距采用1435mm的鐵路稱為標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路，軌距小于1435mm的鐵路稱為窄軌鐵路，反之稱為寬軌鐵路。

1.2 研究的意義

世界鐵路的一個發(fā)展方向是統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以期實(shí)現(xiàn)國際聯(lián)運(yùn)。由于歷史原因一些國家同時存在幾種不同軌距的鐵路，未來的鐵路改造計劃仍在謀求鐵路軌距的統(tǒng)一以及和標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路的接軌；各國的高速鐵路輪軌技術(shù)的研發(fā)，無一例外地選擇了標(biāo)準(zhǔn)鐵路軌距作為統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。人們認(rèn)為窄軌鐵路由于自身技術(shù)的局限，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低下，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家早已不加側(cè)重，面臨淘汰。

20世紀(jì)70年代，繼著名的坦贊鐵路以后，我國越來越多地參與到國際鐵路的建設(shè)中，比如隨著我國對外經(jīng)貿(mào)“走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略，近年來我們參與的大量非洲和東南亞國家鐵路項目如坦贊鐵路、尼日利亞鐵路、越南鐵路、馬來西亞鐵路（米軌）、菲律賓鐵路、印尼鐵路和安哥拉鐵路等，都是采用1067mm軌距鐵路標(biāo)準(zhǔn)。而根據(jù)我國對外經(jīng)貿(mào)政策，我國將大幅提升對拉美國家的投資力度。

我國現(xiàn)行頒布的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）以及鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（TB）中各類鐵路設(shè)計規(guī)范僅適用于1435mm標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建設(shè)[1]。國際項目開展初期，如簽定技術(shù)合同，我們往往陷入兩難的境地：執(zhí)行國際通行標(biāo)準(zhǔn)如BS、UIC等，我們了解不深；執(zhí)行中國標(biāo)準(zhǔn)，我們又沒有。因此在對外承建鐵路項目過程中，迫切需要進(jìn)一步研究其他國家的窄軌技術(shù)，搜集窄軌鐵路的相關(guān)資料，整理編制一套較為完整、系統(tǒng)的窄軌鐵路設(shè)計規(guī)范或原則，以應(yīng)對國外鐵路勘測設(shè)計施工各個環(huán)節(jié)將面臨的矛盾。

2 限界研究的重要性

鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)是鐵路設(shè)計中最基礎(chǔ)最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。限界標(biāo)準(zhǔn)也是重要的國際標(biāo)準(zhǔn)和基本的國家標(biāo)準(zhǔn)。鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)的確定直接影響包括線橋在內(nèi)的幾乎所有專業(yè)的設(shè)計工作，特別是站場專業(yè)，鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)對站內(nèi)建筑設(shè)備與線路，線路與線路的相對位置距離的確定尤為重要。在我國，限界標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)設(shè)計及試驗(yàn)驗(yàn)證，通過鐵道部審查最終由國家標(biāo)準(zhǔn)局批準(zhǔn)并發(fā)布。

3 各國限界比較

限界標(biāo)準(zhǔn)制定和許多因素有關(guān)，如線路運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)、采用機(jī)車車輛、行車速度、行車安全系數(shù)以及軌道設(shè)備的磨耗、容差等。即使采用相同鐵路標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)車車輛，限界標(biāo)準(zhǔn)仍會存在差異。

通過1067mm軌距鐵路（南非實(shí)際軌距為1065mm）較高技術(shù)水平的日本和南非兩個國家限界資料得知，日本車輛限界的高×寬=4300mm×3000mm，建筑限界的高×寬=5200mm×3800mm[3]；南非的車輛限界高×寬=3965mm×3050mm，建筑限界的高×寬=6000mm×4920mm[5]。可看出兩國的車輛限界尺寸非常接近，而建筑限界則相差很大，日本有較大的車輛限界高度，而建筑限界卻大大低于南非標(biāo)準(zhǔn)；限界寬度的情況也比較類似。對此我們需要從兩個方面來討論這個問題。

對于限界凈空高度的確定，涉及的專業(yè)廣泛而復(fù)雜，需要納入系統(tǒng)研究的范疇。某些時候凈空高度標(biāo)準(zhǔn)的制定更多地牽涉了工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的考量。各國標(biāo)準(zhǔn)差異很大，不同的線路在是否要求電化、是否預(yù)留雙層集裝箱列車或開行其他超高特種車輛也多爭執(zhí)不下。凈空高度限界問題本身已超越了純技術(shù)的研究范圍，這個問題涉及的專業(yè)廣泛，本文將不進(jìn)行深度研究。

對于建筑限界寬度，日本建筑限界半寬為1900mm，南非為2460mm，相應(yīng)的建限與車限間隙余量日本為400mm，南非為935mm。這個差異是非常大的，英國的研究發(fā)現(xiàn)，列車直線運(yùn)行在最不利工況下（組合磨耗等），車體上部擺動量會超過250mm[6]。因此上述差異反映出所在國對于行車安全、制造技術(shù)（包括機(jī)車車輛的制造技術(shù)）、經(jīng)濟(jì)性等綜合因素的考量。較小的間隙余量一方面節(jié)省了更多的空間進(jìn)而節(jié)約更大的建設(shè)成本；同時，必須具備完善的制造工藝、精準(zhǔn)的檢測和維修手段做保障，否則將無法確保行車安全。本次研究，對于制造技術(shù)和管理水平都較高的日本鐵路，宜加強(qiáng)比較分析。

表1是不同軌距的一些國家鐵路車輛限界和建筑限界以及相差的間隙余量比較表。

表1 各國鐵路限界比較表 單位：m

注：①限界寬度為軌面以上2.5m處的寬度值；

②*為1950年頒發(fā)，目前為曲線運(yùn)動包跡概念取代[4]；

③**為建筑限界為普速鐵路建筑接近限界。

以上可以看出，相同軌距以及不同軌距的各國車輛限界和建筑限界變化范圍是比較大的。實(shí)際上，限界標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個非常復(fù)雜的問題。

4 建筑限界的加寬

線路曲線加寬是一個純幾何問題。區(qū)間及站內(nèi)曲線，各相臨線路中心線間水平距離，以及線路中心與建筑物邊緣的水平距離應(yīng)根據(jù)曲線半徑大小予以加寬[2]。

一般各種軌距鐵路均可采用以下公式：

①曲線內(nèi)側(cè)建筑物加寬公式（單位：mm）

式中，C：轉(zhuǎn)向架中心距；L：計算機(jī)車輛的車體長度；R：曲線半徑；h：計算高度；s：外軌超高；G：鋼軌中心距（軌距與軌頭寬度之和）。

②曲線外側(cè)建筑物加寬公式（單位：mm）

5 結(jié)語

受鐵路技術(shù)高速發(fā)展的影響，高速列車、擺式列車、寬體和超長車輛以及重載超高車輛的出現(xiàn)，現(xiàn)代限界研究已經(jīng)不再局限于車輛限界、裝載限界和建筑限界等單一模式的研究，隨著對空氣動力學(xué)、列車穩(wěn)定性、車輛制造和鐵路維修技術(shù)的認(rèn)識，靜態(tài)車輛輪廓、運(yùn)動包跡以及運(yùn)動曲線包跡等概念也經(jīng)常被采用。

綜上所述，對于1067mm窄軌鐵路限界問題的研究基本上可得出如下結(jié)論：①注重前瞻性和統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對于非洲鐵路，一些國家準(zhǔn)備修復(fù)的鐵路多互相孤立自成系統(tǒng)，但是從路網(wǎng)發(fā)展的長遠(yuǎn)考慮，在限界設(shè)計時須注意和周邊鄰國以及非洲大陸主流鐵路限界相適應(yīng)，適當(dāng)采用較寬的限界和間隙余量值，避免形成路網(wǎng)后，成為未來的鐵路聯(lián)運(yùn)的障礙。②重視所在國鐵路現(xiàn)狀。我們面對的是鐵路技術(shù)水平相對落后的非洲、東南亞一些發(fā)展中國家，許多鐵路為技改項目，有的國家運(yùn)營的機(jī)車車輛分別購置于五、六個國家。因此車輛限界也應(yīng)適度放寬標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中通過橫向比較，考慮維持既有鐵路現(xiàn)狀，滿足運(yùn)營要求為原則。③運(yùn)營安全是關(guān)鍵。非洲國家鐵路養(yǎng)護(hù)維修水平極低，在制定限界標(biāo)準(zhǔn)上宜充分考慮車輛輪對、鋼軌的磨耗甚至失效等不利狀況，確保安全。