鐵路客車聯絡線縱斷面技術標準的研究

柳世輝,丘崇譽

鐵路客車聯絡線縱斷面技術標準的研究

柳世輝,丘崇譽

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

目前我國的鐵路線從運輸性質上基本可分為客運專線、客貨共線和貨運專線鐵路。適應于客運專線的技術標準是以運行動車組來確定其基本設計參數的,適應于客貨共線的技術標準是以運行機車牽引車組來確定其基本設計參數的,貨運專線鐵路設計參照了客貨共線鐵路的技術標準,對于機車牽引客車車列的聯絡線技術標準沒有做出相應的規定。結合現行《鐵路線路設計規范》(GB50090—2006)和西寧站改造及相關工程的實踐對客車聯絡線縱斷面技術標準進行探討。

鐵路線路;縱斷面;技術標準

1 概述

西寧站改造及相關工程于西寧高、普速并場東端咽喉附近設置普速客車聯絡線,以解決青藏鐵路拉薩方向開來的客車車列上線正實施的蘭新第二雙線的運輸需求。聯絡線自西寧普速場東端咽喉至蘭新第二雙線出岔點LXDK189+135,線路長約1.32 km。由于客車聯絡線工程位于城區和既有西寧車站,線路受控因素眾多,線路展線距離短,布線空間非常狹窄,經多方案比選,客車聯絡線線路平面按旅客列車最高運行速度80 km/h標準設計。沿線需連續跨越蘭新第二雙線和動車走行線。由于蘭新第二雙線已實施,故其高程是主要制約因素。經對聯絡線路平、縱斷面進行多次優化調整,最終確定的線路最大坡度為22.3‰,最大坡度代數差達29.8‰;跨線地段采用了200m的最小坡段長度;因坡差大、坡段長度短,跨線變坡點處豎曲線半徑僅能采用5 000m,否則豎曲線將重疊。

鑒于客車聯絡線線路縱斷面所采用的技術標準受條件制約難以達到現行《鐵路線路設計規范》(GB50090—2006)(以下簡稱《線規》)要求的取值范圍,而高、普速聯絡線的其他方案又難以滿足運輸組織需求,且工程艱巨、投資巨大,故針對擬推薦的聯絡線最大坡度、坡度代數差和豎曲線半徑等縱斷面的技術標準進行分析,以驗證設計是否符合行車安全性和舒適性標準的要求。

2 聯絡線縱斷面技術標準適應性分析

2.1 最大坡度

影響最大坡度選擇的因素眾多,而不同決策的經濟效益出入甚大,且最大坡度在線路建成后不易改動,故應根據鐵路性質、地形類別、牽引種類和運輸需求比選確定。對于本項目應主要考慮保證行車安全,即保證列車在坡道上運行應滿足上坡不斷鉤、下坡有充分制動力的安全要求。

本聯絡線下坡方向最大坡度為22.3‰,在相鄰車站按照站場專業的要求相應布設了安全線,上坡方向最大坡度為20‰。

適應蘭新第二雙線技術標準的車列編組見表1。

表1 聯絡線車列編組計算

由表1可見,根據蘭新第二雙線技術標準和西寧高普速場到發線有效長為650m的條件,通過本聯絡線的最大車列編組為20輛,且在上坡方向最大坡度為20‰時,雙機可牽引編組為20輛車列持續速度不低于96 km/h。

最高速度為140、160 km/h的旅客列車采用盤型制動裝置,經行車檢算,下坡方向最大坡度為22.3‰不存在制動問題。

2.2 最大坡度代數差

2.2.1 蘭新第二雙線坡度代數差

本線是青藏鐵路和蘭新二線的客車聯絡線,其技術標準應以適應蘭新第二雙線的技術標準為依據,蘭新二線甘青段坡度代數差Δi最大為32‰,20‰≤Δi≤25‰有8處,25‰≤Δi≤30‰有4處。新疆段坡度代數差Δi最大為34‰,坡段代數差30‰≤Δi≤34‰有3處,20‰≤Δi≤25‰有15處,25‰≤Δi≤30‰的有9處。

由上可見蘭新第二雙線沿線存在大于普速客車聯絡線的坡度差,普速客車上線必須具備適應蘭新第二雙線大坡度差的客觀條件。

2.2.2 聯絡線最大坡度代數差的驗證分析

本聯絡線最大坡度代數差達29.8‰。

根據現行《線規》相鄰坡段坡度代數差主要取決于不斷鉤的安全要求,即取決于車鉤強度所允許的列車縱向力。

對線路縱斷面連接標準的研究,是基于將實際運行的列車視為多節車輛組成的離散質量系統。系統中聯結各車輛的鉤緩裝置存在游間,當列車處于非穩態運行情況下(如起動、加速、制動、通過變坡點等),各車輛間便存在相對位移、相對速度和加速度,從而在各節車輛間產生沖擊作用,增大列車縱向力,危及行車安全。根據現行《線規》修編所引用的《鐵路最大坡度的研究》(鐵建科93—3)成果,以列車最不利的非穩態運行工況通過變坡點時的列車縱向力是否滿足國家現行標準《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》(TB 1335—1996)規定的車鉤強度所允許的縱向力作為標準確定坡度差。

根據《鐵路最大坡度的研究》的研究結論:SS3單機或雙機牽引4 750 t及其以下質量的列車,在坡度差為2倍限坡或2部雙機坡組成的凸、凹形斷面上的任何工況,其最大縱向拉、壓力均未超出《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》(TB 1335—1996)規定的車鉤強度限值(拉力1 125 kN,壓力1 400 kN)。因此可以說,牽引質量小于或等于4 750 t,相鄰坡段允許最大坡度差可以取為2倍的限坡(限坡地段)或2倍的雙機坡(雙機坡地段)。

本聯絡線僅運行青藏鐵路和蘭新二線的跨線客車,其牽引質量最大不超過2 000 t。即使考慮雙倍的余量,也可采用2倍的限坡(限坡地段)或2倍的雙機坡(雙機坡地段),蘭新第二雙線一般最大坡度為20‰,據此推算,其最大坡度差的允許值可為40‰。

根據《高速鐵路設計規范》(TB10020—2009)條文說明:“相鄰坡段的坡度差允許的最大值主要由保證運行列車不斷鉤這一安全條件確定的,常規鐵路相鄰坡段的坡度差主要受貨物列車制約。由于旅客列車質量遠低于貨物列車,國外高速鐵路對相鄰坡段的坡度差也均未限制,本高速鐵路規范規定相鄰坡段的坡度差不受限制”。

從以上幾點分析可以得出,本線采用的較大坡度差能滿足旅客列車行車要求。

2.2.3 豎曲線半徑的計算驗證

受制于車站布置和岔區設置條件,以及已開工建設的蘭新第二雙線跨蘭西高速公路特大橋高程控制,客車聯絡線豎曲線僅能采用5 000m的圓曲線半徑,現從安全性和舒適性等方面計算分析。

(1)從滿足行車平穩要求分析

根據現行《線規》條文說明3.2.8滿足行車平穩要求豎曲線半徑計算公式:

普速列車行車速度分析:

①西寧普速客車聯絡線采用18號道岔從蘭新第二雙線引出,向西走行約1.2 km接入西寧客站蘭青場,18號道岔側向速度為80 km/h;

②聯絡線受眾多因素控制,平面線形僅能達到80 km/h的速度標準,需限速按不大于80 km/h通行;

③列車于本段為進出站加減速地段,經檢算,路段通過速度小于80 km/h。故豎曲線半徑計算公式中速度V取80 km/h。

離心加速度av值取0.15 m/s2。經計算,得到普速客車聯絡線滿足行車平穩要求豎曲線半徑為3 300m。本次采用5 000m的圓曲線半徑,大于3 300m,滿足行車平穩要求。

(2)從滿足不脫鉤要求分析

根據現行《線規》條文說明3.2.8.1關于滿足不脫鉤要求的分析結果:“如以軟臥車、空調硬座車、雙層空調硬臥車計算,最小豎曲線半徑Rv分別為2 450、2 550、2 850m”。本次豎曲線半徑5 000 m大于規范要求的保證不脫鉤的最小豎曲線半徑值。

(3)5 000m豎曲線半徑列車縱向力分析

現行《線規》條文說明3.2.6、3.2.7中圖6所提供的豎曲線半徑與列車縱向力關系圖可知,當豎曲線半徑增大到2 000m后,列車以不同工況通過變坡點的最大縱向力各趨于該工況下的穩定值,且該值小于縱向拉伸力取值范圍。

綜上所述,客車聯絡線豎曲線半徑采用5 000m能滿足行車安全和舒適性要求。

2.2.4 坡段長度的計算驗證

從列車運行的平穩性要求考慮,最小坡段長度除滿足兩豎曲線不重疊外,還應考慮兩豎曲線間有一定的夾坡段長度以避免豎向振動的疊加,夾坡段長度一般采用0.5Vmax～0.7Vmax,困難可采用0.4Vmax。由此計算:聯絡線跨線“凸”形坡最小坡段長度為200 m可滿足要求。

3 結論

通過對西寧普速客車聯絡線縱斷面連接技術標準的分析,在保證列車不斷鉤、不脫鉤、不脫軌的條件下,線路最大坡度為22.3‰,最大坡度代數差達29.8‰,最小坡段長度為200m的客車聯絡線豎曲線半徑采用5 000 m,能夠滿足行車安全和平穩的要求。西寧站改造及相關工程項目聯絡線最終按分析成果完成了施工圖設計,目前本線正處于施工之中。

現行《線規》中有關鐵路縱斷面相鄰坡段的連接要求較為嚴格,并多用加大安全系數的辦法來約定技術標準參數取值范圍。對于僅運行單一普速客車的聯絡線,牽引質量小,運行工況相對簡單而工程環境制約因素較多的特殊地段,尤其是大部分列車均需停車作業的樞紐內聯絡線、走行線,在行車速度較低的情況下,如若仍機械的照搬現行《線規》設計參數,將會使得線路技術標準過高,造成不必要的工程浪費。故有必要在進行特殊地段線路設計時,針對不同線路性質、不同運行工況條件下的設計參數取值需進行計算分析確定。

[1] 中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006鐵路線路設計規范[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(2005)285號新建時速200公里客貨共線鐵路設計暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10020—2009高速鐵路設計規范(試行)[S].北京:中國鐵道出版社,2009.

[4] 柳世輝.客貨共線運行鐵路線路縱斷面設計標準的制訂[J].鐵道標準設計,2005(10):101- 103.

[5] 柳世輝.《鐵路線路設計規范》修訂的主要特點及內容[J].鐵道標準設計,2006(3).

[6] 黃建苒,等.線路縱斷面連接標準[J].鐵路標準設計,1998(4): 24- 26.

Research on Technical Standard for Route Profile of Railway Passenger Train Connection Line

LIU Shi-hui,QIU Chong-yu
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

In term of transport property,railway lines in our country at present can be divided into passenger dedicated line,mixed passenger and freight line,freight dedicated line.Essential design parameters in the technical standard suitable for passenger dedicated line is based on the need for the operation of electric multiple unit;Essential design parameters in the technical standard suitable for mixed passenger and freight railway is based on the need for the operation of locomotive traction;The design of freight dedicated line usually cites the technical standard used in mixed passenger and freight railway as a reference.But,there isnothing about the technical standard which should be suitable for the connection line running passenger train by locomotive traction.For this reason,combined with the current Code for design of Railway Route,and combined with the renovation project of Xining Railway Station and its relevant projects,the technical standard which will suitable for the route profile of passenger train connection line is discussed in this paper.

railway line;route profile;technical standard

U212.31

A

1004- 2954(2013)07- 0005- 03

2013- 01- 10

柳世輝(1965—),男,高級工程師,1984年畢業于蘭州鐵道學院,工學學士,E-mail:lztyyxylsh168@sina.com。