對鐵路限界的分析與思考

張禮財 汪新凱 華凱

中鐵二院工程集團有限責任公司，中國·四川 成都 610031

1 引言

鐵路限界是指為保證運輸安全而制定的建筑物、設備與機車車輛相互間在線路上不能逾越的輪廓尺寸線[1]。鐵路限界的主要作用是，按照有關標準設定出限界，就可保證機車車輛與沿線建筑物之間始終保持安全距離，不會出現相撞情況。

2 鐵路限界基本認識

鐵路限界有兩種，分別是機車車輛限界與建筑接近限界。機車車輛限界是機車車輛本身及裝載的貨物不容許越出的輪廓線，機車車輛與裝載的貨物之間，要留有空隙。建筑接近界限是鐵路與兩邊的建筑之間要有界限，兩邊建筑不能侵入為鐵路劃出的輪廓線。

還有一個限界加寬概念。所謂限界加寬，指的是在基本限界的基礎上再適當加大橫向寬度。限界加寬的情況多出現于曲線地段，在曲線地段，車輛中部向曲線內部凸出，車輛兩端向曲線外側凸出，再加之外軌超高的存在，使車輛向曲線外側傾斜，在這種情況下要想保障機車安全就必須對限界做適當加寬。

近限界指的是每一條線路必須保有的最小空間的橫斷面，簡單來說就是鐵路站場和沿線各種建筑物、設備不能侵入的極限輪廓線[2]。

3 中國鐵路限界標準解讀

3.1 新標準內容解讀

中國于2021年頒布了兩項強制性鐵路國家標準《標準軌距鐵路限界第1部分：機車車輛限界》《標準軌距鐵路限界第2部分：建筑限界》。這兩項標準由國家鐵路局組織編制，經國家標準化管理委員會審批，于2021年5月1日正式實施。該兩項標準的提出與頒布，使中國鐵路技術標準體系更加完善，讓鐵路建設、設備設計等各項工作的開展有了更全面的參考依據。此外兩項標準的頒布也在一定程度上推動了中國鐵路技術發展，提高了中國鐵路運營能力與安全水平。

《標準軌距鐵路限界》系列標準主要涉及建筑限界與機車車輛限界兩大部分，為鐵路項目中設備設施的輪廓設計、位置設計、鐵路沿線建筑位置設計、機車車輛外形尺寸設計等提供著非常重要的參考依據或者說技術標準。《標準軌距鐵路限界》系列標為強制性標準，標準實施后鐵路各單位必須嚴格遵守，共同遵循。中國新發布的鐵路限界系列標準納入了高速鐵路機車車輛限界與建筑限界。對普速鐵路機車車輛上部限界中影響空間利用的輪廓線、下部限界中關系到行車安全的輪廓線等做了優化。此外還對一些重要的輪廓線（如隧道限界下部輪廓線、影響乘客上下車的站臺輪廓線）等進行了優化。《標準軌距鐵路限界》系列標準是鐵路領域應用最廣泛的基礎性標準，對統一規范中國標準軌距鐵路機車車輛、沿線建筑及設備設施，推進鐵路建設和裝備制造健康發展，保障運營安全具有重大意義[3]。

3.2 新標準調整部分分析

新標準主要對以下內容做了調整：

①對標準適用范圍做了調整。中國高速鐵路技術發展的較晚，這方面的標準在很長一段時間內都處于空白狀態。1983年中國編制了原鐵路限界標準，該標準只適用于120km/h以下的機車車輛。相較于原標準，新標準的適用范圍更寬，新標準適用于客貨共線鐵路上開行的160km/h以下的機車車輛，也適用于在2008年之后修建的200km/h客貨共線線路上開行的機車車輛及在客運專線鐵路上開行的動車組。新標準要求采用短計算車輛的校核方法或依據線路實際的最小限界尺寸和曲線加寬量等確定車體最大制造寬度。

②新標準對機車車輛上部限界做了統一。原標準中缺少關于客運專線動車組上部限界輪廓的界定，新標準對此部分做了添加。新標準還將客運專線動車組上部限界輪廓與客貨共線機車車輛上部限界統一到了一張輪廓圖中。新標準中，機車車輛上部限界圖以客貨共線機車車輛上部限界輪廓為基本輪廓，在肩部位置設置了電氣化鐵路機車車輛輪廓，在站臺位置設置了客運專線動車組輪廓，工作人員在設計時可根據實際情況選擇運用不同的輪廓線。

③新標準對機車車輛下部基本限界做了劃分。新標準按照與建筑限界的對應關系，將機車車輛下部限界劃分為進入客車專線鐵路的動車組下部限界與進入客貨共線鐵路的機車車輛下部限界兩大類。

④新標準對機車車輛限界的限制要求進行了修改。機車車輛的受電弓是車輛上的一個特殊部件，受電弓在正常使用時可以伸出機車車輛限界，在不使用時須落在機車車輛限界之內。除受電弓外，機車車輛上的腳踏板、車門、后視鏡等特殊部件在機車行車過程中必須收回，不能超出規定限界范圍，以便駕駛人員更好地掌握機車前后方情況，以便乘客更好地上下車。基于上述要求，新標準將原國家標準《標準軌距鐵路機車車輛限界》中這部分內容做了修改，將原內容修改為：“機車車輛……停放在水平直線上，無側向傾斜與偏移，僅在停車時需要探出的部分應處收回狀態，除升起的受電弓外，其他任何部分應容納在機車車輛限界之內”。

4 歐盟鐵路界限標準簡析

歐盟各國間鐵路運營高度聯通，這與一整套的鐵路法律、技術法規及標準體系有很大關系。歐盟鐵路實現高度互通的最重要保障就是歐盟鐵路系統互通性指令，這一頂層法律性文件為歐盟各國鐵路的聯通奠定了基礎。歐盟鐵路局以歐盟鐵路系統互通性指令要求為依據組織制定了歐盟鐵路系統互通性技術規范。該規范涉及多項內容，多個方面。如實現鐵路系統互通的有關定義、相關子系統的劃分標準、子系統需要遵循的基本要求等。另外，規范還規定了鐵路建設相關領域需滿足的技術標準與操作要求。如鐵路無障礙環境、隧道內安全環境營造、機車車輛噪聲控制等。

4.1 歐盟標準

采用歐盟技術標準體系進行鐵路限界計算時，應按照以下步驟進行：對鐵路項目有無互聯互通需求進行判斷；以TSI有關規定及其他相關法規為依據，對鐵路項目所要遵守的限界類別做出判斷；計算限界，計算時采用項目所引用的歐洲標準中規定的計算方法，通過計算得到項目所需機車車輛限界或建筑限界；計算鐵路限界的過程中，對項目自身的有關需求加以考慮。

歐盟鐵路系統互聯互通系列技術規范的各子系統分冊均對各自所需遵守的鐵路限界規則進行了限定。基礎設施子系統對不同等級線路所采用的限界類別進行了明確，并對建筑限界評估審查內容，不同等級線路采用的計算方法與參數等做了規定。能源子系統對受電弓限界及接觸網幾何位置應遵循的限界類別，計算方法與參數進行了明確。機車、客車子系統對機車及客車的受電弓尺寸、客車限界需采用計算方法與技術參數做了規定。這些TSI各子系統分冊對鐵路界限相關規定有與以下特點：對于一般正常情況，TSI沒有直接給出一般就條件下限界相關技術參數，滿足TSI要求的基礎設施、機車車輛及能源子系統對應的限界計算方法均引用EN15273系列標準中的“動態限界計算法”及對應的技術參數。不同等級鐵路對應采取不同的鐵路限界類別[4]。

4.2 歐洲標準

歐洲系列標準中對若干個限界類別與限界類別的計算方法做了定義。歐洲系列標準中主要定義了3個基本方法、2個特殊應用方法與1類簡化應用。標準中的三大限界類別與基本計算方法為：動態限界及動態計算法、靜態限界及靜態計算法、動力學限界及動力學計算法。

靜態限界及靜態計算法的計算基準是靜態參輪廓，該方法有一定的應用范圍。目前，在計算機車車輛制造限界、機車車輛柔度系數小于基準值時的鐵路限界時，多采用這一放哪計算方法。部分建筑限界計算也采用該方法。

動態限界及動態計算法：進行動態限界計算時，計算基準為動態參考輪廓。

動態計算法的適用范圍較廣，適用于多種條件的鐵路限界計算。

動力學限界及動力學計算法：應用動力學計算法時，以動力學參考輪廓為基準，以機車車輛動力學仿真為手段。從原則上來說，動力學計算法也有比較廣泛的應用范圍，適用于各種條件的鐵路限界計算。但實際上，受多種條件制約，動力學計算法在許多種情況下都不適用，目前主要用于在現有鐵路限界條件下，最大限度的利用機車車輛制造限界，以追求機車車輛技術改進為目的的機車車輛制造限界計算。

標準中包括的2類特殊計算方法分別為絕對限界計算法與相對限界計算法[5]。

①絕對限界計算法：絕對限界計算法的計算基準是：已經定義或已存在的一般位置的建筑限界。計算時，先根據標準與動力學計算原則，將機車車輛制造限界確定出來，或者是將基礎設施指定位置處的建筑限界確定下來。

②相對限界計算法：應用相對限界計算法時，所用基準為在現有線路上運行的機車車輛。計算時所采用的原則是新造機車車輛的動態包絡線不大于既有機車車輛的動態包絡線。根據這一原則為新造機車車輛確定出制造限界。

標準中所提到的一類簡化應用為統一建筑限界。所謂統一建筑限界，指的是為精簡限界計算流程，降低限界計算難度，在計算時根據現有各類適用的限界或限界計算方法，確定出一種適用于各種情況的建筑限界統一標準，為限界的計算與基礎設施的建設管理提供方便。統一建筑限界中預留出了安全空間，工作人員在計算時無需再根據機車車輛幾何偏移或準靜態滾動進行建筑限界加寬[6]。

5 鐵路限界設計一般情況與待解決問題

5.1 鐵路限界一般情況

旅客站臺上柱類建筑物的距離裕站臺邊緣不能小于1500mm，建筑物與站臺邊緣距離不能小于2000mm。若旅客站臺為低站臺，高度應設置在300mm左右，貨物站臺高度設計為1100mm，專為行駛旅客列車的線路上可建1100mm的高站臺。在非電氣化區段的車站上，車輛調動頻繁的站場內，天橋高度要大于5800mm。貨物高站臺邊緣（只適用于線路的一側）在高出軌距離1100～4800mm，距線路中心距離可按1850mm設計。

5.2 待解決問題

重疊建筑接近限界的中心線與機車車輛限界的中心線后，會產生一個環形空間，該環形空間就是常說的安全空間或裕留空間。這一空間也是為保障機車車輛運行中的安全而存在。研究可知，機車車輛在運行過程中有可能出現線路偏移、振動偏移等現象，如果在設置鐵路限界時不對這種偏移現象加以考慮，不留出安全空間，機車在運行過程中就有可能發生碰撞事故，機車與乘客的安全會受到威脅。因此保護機車運行安全的角度來說，在設置鐵路限界時，預留出的安全空間越大越好。但需要注意的是，當安全空間過大時，建筑接近限界也就要隨后擴大，相應的，橋梁、隧道等建筑物的凈空就要更大，而現有凈空無法滿足工程要求，就需要對橋梁、隧道等進行改擴建，這會導致工程成本大大增加。因此從控制鐵路工程造價的角度來看，安全空間并不是越大越好。既然擴大安全空間不可選，那么是否可以考慮縮小機車車輛限界，并相應地縮小建筑接近限界呢？深入分析可知，縮小機車車輛限界與建筑接近限界有利于縮減鐵路項目成本，但是在將限界縮小后，機車車輛的外形尺寸也要適當縮小，這樣鐵路的運輸能力會有所下降，乘客的乘坐體驗也會有所下降。由此可見這種做法也并不是十分可行。目前，如何在確保安全又有較好經濟效益之間選擇一個裕留空間的最佳值，是各國鐵路工作者孜孜以求的目標。

6 結語

綜上所述，鐵路限界影響鐵路運輸能力與運營安全，影響乘客的乘車體驗，因此在進行鐵路系列設計與建設時，必須對鐵路限界加以重視。目前國內外的鐵路限界系列標準都在不斷完善，這為鐵路的建設與運營提供了技術保障，但與此同時也還存在一些尚未攻克的難題，應持續深入研究與優化。