肯尼亞既有米軌鐵路平面標(biāo)準(zhǔn)研究

李岳汶

（中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100089）

1 肯尼亞既有米軌鐵路情況

1.1 米軌現(xiàn)狀

肯尼亞米軌鐵路缺乏有效的維護(hù)管理措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，既有病害大致分為以下五類(lèi)：（1）既有線(xiàn)線(xiàn)路上垃圾較多，兩側(cè)居民侵入用地界，行人任意穿越鐵路，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全。（2）既有線(xiàn)平面線(xiàn)型較差，最小曲線(xiàn)半徑為145m。列車(chē)運(yùn)營(yíng)缺少養(yǎng)護(hù)維修，平面線(xiàn)型扭曲變形，夾直線(xiàn)長(zhǎng)度較短的曲線(xiàn)已擬合成復(fù)曲線(xiàn)，列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度較低。（3）沿線(xiàn)除主要干線(xiàn)外設(shè)置立交道外，大部分公路交叉均為平交道口。平交道口道口硬化以及道口標(biāo)志破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了行車(chē)以及行人安全。（4）沿線(xiàn)缺少標(biāo)志標(biāo)牌，部分段落里程樁號(hào)用油漆記錄在鋼枕上。（5）工區(qū)工務(wù)養(yǎng)護(hù)維修設(shè)備陳舊老化，無(wú)法滿(mǎn)足工區(qū)工務(wù)人員日常養(yǎng)護(hù)維修的需求。

1.2 主要存在問(wèn)題

（1）肯尼亞米軌始建于1891年，標(biāo)準(zhǔn)較低，已不適用于當(dāng)今社會(huì)，無(wú)法滿(mǎn)足肯尼亞經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要（2）米軌標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展已產(chǎn)生較大的變化，如采用舊標(biāo)準(zhǔn)不僅會(huì)產(chǎn)生較大的工程成本，同時(shí)還會(huì)增加施工以及后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修難度。

2 米軌改造平面標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 線(xiàn)路速度目標(biāo)值的選擇

肯尼亞米軌設(shè)計(jì)速度較低，最高設(shè)計(jì)速度為80km/h，部分地區(qū)限速50km/h。因肯尼亞米軌缺少養(yǎng)護(hù)維修，目前運(yùn)營(yíng)速度僅為30～40km/h，最小曲線(xiàn)半徑為145m。平面線(xiàn)型較差。應(yīng)根據(jù)米軌所在地區(qū)以及米軌改造后的功能定位，重新確定速度目標(biāo)值以及相應(yīng)的米軌標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于內(nèi)羅畢、納庫(kù)魯?shù)瘸鞘袃?nèi)可采用80km/h的速度，將米軌改造成城市軌道交通，減緩城市交通壓力。對(duì)于察沃公園內(nèi)可采用40～50km/h的速度，將米軌改造成旅游觀光列車(chē)。根據(jù)不同速度目標(biāo)值選擇使用不同曲線(xiàn)半徑。可以有效減少工程投資。

2.2 曲線(xiàn)超高及最小曲線(xiàn)半徑

參考國(guó)內(nèi)軌道規(guī)范，行車(chē)的穩(wěn)定性分析公式：

式中：S1為米軌軌距，mm，取S1=1070mm；H為米軌機(jī)車(chē)車(chē)輛重心高度，mm，客車(chē)取H=1750mm，貨車(chē)取H=2036mm。

當(dāng)n≥3時(shí)，由式（1）可求得最大超高，。考慮其他因素，如風(fēng)力、車(chē)輛不良等，同時(shí)參考國(guó)標(biāo)n的取值，米軌改造設(shè)定曲線(xiàn)外軌設(shè)計(jì)最大超高為80mm。檢算其穩(wěn)定性，當(dāng)n≥3時(shí)可保證有足夠的穩(wěn)定性系數(shù)。

在軌道鋪設(shè)完成，列車(chē)聯(lián)調(diào)、聯(lián)試結(jié)束后，軌道變?yōu)楣潭ㄔO(shè)施。但列車(chē)運(yùn)營(yíng)無(wú)法按照設(shè)計(jì)以恒定速度前行，總會(huì)大于或小于設(shè)計(jì)速度，使得超高和行車(chē)速度不匹配。因此會(huì)產(chǎn)生未被平衡的加速度。參考國(guó)內(nèi)規(guī)范，未被平衡的離心加速度a可按如下公式計(jì)算：

式中：g為重力加速度，m/s2，取g=9.81m/s2；S1為米軌軌距，mm，取S1=1070mm。

參考中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)未被平衡的離心加速度容許值a0的取值范圍為0.4～0.5m/s2，欠超高的取值范圍為43.6～54.5mm。考慮安全系數(shù)及其他因素影響，米軌改造設(shè)定欠超高取值一般條件下為50mm。困難條件下為70mm。過(guò)超高與欠超高類(lèi)似，但應(yīng)小于欠超高。因此過(guò)超高不宜大于50mm。列車(chē)行駛過(guò)程中，根據(jù)力學(xué)hj可按如下公式計(jì)算：

式中：hj為曲線(xiàn)應(yīng)設(shè)超高，mm；Vj為列車(chē)行駛速度，km/h；R為曲線(xiàn)半徑，m。

因列車(chē)行駛速度為變值，參考國(guó)標(biāo)，選擇列車(chē)平均速度為最高設(shè)計(jì)速度80%，即Vj=0.8Vmax。可得一般情況下，并取整至5mm。在困難條件下，超高最小值可由如下公式計(jì)算得出：

式中：h過(guò)為允許過(guò)超高，mm；h欠為允許欠超高，mm；Vmax為最高設(shè)計(jì)速度，km/h；R為曲線(xiàn)半徑，m。

一般情況下， 當(dāng)h欠=50mm、h過(guò)=80mm時(shí)，，即為一般情況，最小半徑在不同速度目標(biāo)值下的計(jì)算公式。困難情況下，當(dāng)h欠=70mm、h過(guò)=80mm時(shí)，，即為困難情況，最小半徑在不同速度目標(biāo)值下的計(jì)算公式。由公式可得最小曲線(xiàn)半徑如表1所示。

表1 最小曲線(xiàn)半徑

2.3 一般緩和曲線(xiàn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

肯尼亞米軌平面線(xiàn)型復(fù)雜，曲線(xiàn)變形嚴(yán)重，由于米軌列車(chē)運(yùn)行在車(chē)站處減速，因此當(dāng)曲線(xiàn)在站場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，可不設(shè)置緩和曲線(xiàn)。其他情況下，緩和曲線(xiàn)根據(jù)下列公式并取較大值。（1）根據(jù)超高時(shí)變率計(jì)算緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度：

式中：l為緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度，m；Vmax為最高設(shè)計(jì)速度，km/h；h為實(shí)設(shè)超高，mm；f為旅客舒適容許的超高時(shí)變率，mm/s，一般地段取f=28mm/s，困難地段取f=35mm/s。（2）緩和曲線(xiàn)根據(jù)超高順坡不致使車(chē)輛脫軌計(jì)算緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度：

式中：l為緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度，m；h為實(shí)設(shè)超高，mm。

2.4 復(fù)曲線(xiàn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)肯尼亞米軌現(xiàn)狀參照中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)，新建米軌線(xiàn)路不應(yīng)采用復(fù)曲線(xiàn)。改建既有米軌產(chǎn)生較大工程費(fèi)用時(shí)，可經(jīng)比選保留復(fù)曲線(xiàn)，但必須滿(mǎn)足曲率差要求。

當(dāng)曲線(xiàn)為復(fù)曲線(xiàn)時(shí)，曲率差應(yīng)滿(mǎn)足如下公式：

式中：L為列車(chē)長(zhǎng)度，m，一般取L=21m；i為超高順坡率，；f為旅客舒適容許的超高時(shí)變率，mm/s，一般地段取f=28mm/s，困難地段取f=35mm/s；b為欠超高時(shí)變率，mm/s，一般地段取b=45mm/s，困難地段取b=52.5mm/s。

2.5 圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

（1）圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)的最小長(zhǎng)度如表2所示，新建米軌圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)的最小長(zhǎng)度不應(yīng)小于表2的規(guī)定。（2）肯尼亞既有米軌線(xiàn)型較差，當(dāng)圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)長(zhǎng)度按照表2設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大工程量時(shí)，可不受表2限制，但圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)的最小長(zhǎng)度不得小于20m。

表2 圓曲線(xiàn)和夾直線(xiàn)的最小長(zhǎng)度

2.6 線(xiàn)間距設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

米軌與米軌之間線(xiàn)間距計(jì)算如下：兩列車(chē)間的最小間距為350mm，列車(chē)橫向影響安全余量150mm。列車(chē)線(xiàn)間距為A車(chē)限界半寬+0.5m+B車(chē)限界半寬。米軌機(jī)車(chē)限界半寬為1524mm。則雙線(xiàn)線(xiàn)間距為1524+1524+0.5=3548mm。取整至3600mm。米軌與準(zhǔn)軌之間線(xiàn)間距計(jì)算類(lèi)似，準(zhǔn)軌機(jī)車(chē)限界半寬為1800mm。區(qū)間線(xiàn)路直線(xiàn)地段線(xiàn)間距規(guī)定的數(shù)值如表3所示。

表3 區(qū)間線(xiàn)路直線(xiàn)地段線(xiàn)間距

2.7 橋梁平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

肯尼亞米軌平面線(xiàn)型復(fù)雜，且大多橋梁為明橋面。若橋梁進(jìn)行重建，平面線(xiàn)型可根據(jù)橋梁兩端地形重新設(shè)計(jì)為直線(xiàn)或選用大半徑曲線(xiàn)。若橋梁進(jìn)行加固整修，曲線(xiàn)半徑可維持既有現(xiàn)狀進(jìn)行限速設(shè)計(jì)。

2.8 車(chē)站平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

米軌車(chē)站年久失修，除幾處較大車(chē)站外，其余車(chē)站僅保留會(huì)讓功能。米軌車(chē)站改造困難，大部分需重建。肯尼亞米軌改造可根據(jù)站間距以及周邊城市發(fā)展重新設(shè)計(jì)。僅對(duì)較大車(chē)站進(jìn)行改造升級(jí)。車(chē)站平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括（1）新建米軌車(chē)站宜設(shè)在直線(xiàn)上；困難條件下必須設(shè)在曲線(xiàn)上時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后特殊設(shè)計(jì)。（2）改建既有車(chē)站可保留小于600m的曲線(xiàn)半徑。（3）新建車(chē)站不應(yīng)設(shè)在反向曲線(xiàn)上。（4）車(chē)站咽喉區(qū)應(yīng)設(shè)在直線(xiàn)上。

3 結(jié)束語(yǔ)

肯尼亞米軌改造不應(yīng)盲目進(jìn)行，而應(yīng)根據(jù)社會(huì)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)等因素采用不同速度目標(biāo)值有計(jì)劃地分批改造。通過(guò)對(duì)既有鐵路資產(chǎn)的再利用，實(shí)現(xiàn)利用有限的投資帶動(dòng)肯尼亞城市發(fā)展的新浪潮。