京广线提速至200 km/h站前工程技术条件探讨

蒋泽军

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 京广线提速背景

20世纪中后期，发达国家纷纷采取了既有线提速改造和修建高速铁路新线并重的策略，以提高铁路竞争能力。技术进步使得发达国家的铁路在交通运输市场中处于优势地位，在取得了较好的经济效益的同时，也取得了较好的社会效益，成为20世纪世界铁路发展的潮流。法国TGV列车在既有线上的速度已达到200 km/h、货运列车120 km/h;德国对多条既有线进行强化改造后，旅客列车速度达到160～200 km/h、货运列车120 km/h;日本对既有窄轨铁路改造后，旅客列车最高速度达到160 km/h，东海道新干线希望号开行后，动车组速度提高到250 km/h。与此同时，国外高速铁路已达到了最高速度300 km/h。

进入21世纪后，我国国民经济继续保持较快增长，通过1997年4月开始的铁路5次提速，铁路取得了长足进步，虽初步扭转了铁路客货运量在运输市场中逐步下滑的被动局面，但与国民经济的发展要求仍极不适应。2004年1月7日，国务院批准了《中长期铁路网规划》［1］，规划中明确提出“为适应全面建设小康社会的目标要求，铁路网要扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平”。在此背景下，铁道部决策实施第6次铁路大提速，要求京广线北京局管段窦店至保定、高邑至小康庄成区段提速至200 km/h，合计段落长170 km。

将既有干线旅客列车提速至200 km/h，同时还要兼顾较大比重的货物列车，挑战空前。虽然我国铁路通过5次提速，干线旅客列车速度已达到160 km/h，广深线采用摆式列车速度也达到了200 km/h，但摆式列车提速由于旅客舒适度滞后以及摆式列车技术引进等原因而不能大面积推广。将繁忙干线提速至200 km/h当时处于无“设计规范”可循的局面。

铁道部2003年10月21日发布了《新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定》(铁建设函［2003］439号)［2］其中部分标准可以在既有线提速中参照;而《既有线提速200 km/h技术条件》仍处于研究阶段，铁道部尚未定稿发布。针对现实状况，这就要求京广线提速相关设计人员要分析研究有关“提速技术条件”，并须报经铁道部批复后方能在本线执行。

在京广线北京局管段提速至200 km/h的设计中，选用“技术先进、成熟、经济、实用、可靠的站前工程技术条件”正是本文的目的所在。

2 研究的内容与方法

2.1 站前工程主要技术条件研究内容

京广线提速主要技术条件中线路、轨道方面包括:最小曲线半径、缓和曲线长、夹直线及最小圆曲线长度、曲线超高、线间距、最小坡段长度、竖曲线半径、轨道结构等;路基包括:横断面结构、基床强度、软弱路基处理、路桥过渡段等;桥涵包括:设计荷载、桥梁刚度、桥梁的改造加固等;站场包括:站场布置、客运设施、站内道岔、安全措施等等。

2.2 研究方法

通过运用前5次铁路提速的经验以及铁科院一系列提速试验结论，对比《新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定》技术条件［2］，参照国外有关提速、高速建设标准，对京广线站前工程主要技术条件进行分析研究。

3 京广线提速站前工程主要技术条件的分析研究

3.1 线路、轨道

3.1.1 最小曲线半径

选用最小曲线半径一般3 500 m，困难条件下2 800 m，这与《新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定》(以下简称“《新建线暂规》”)［2］一致，可以直接采用执行。

而既有线未改造地段最小保留半径选择2 500 m还是2 200 m的曲线，各方面争议较大。理论计算半径2 200 m曲线，旅客列车以时速200 km通过，考虑现有的货物列车以时速70 km通过时，过超高将达到80 mm，此项数值过大造成钢轨磨耗严重，对养护维修不利;对比国内外资料［2，4］，虽然有半径2 200 m曲线运行时速200 km的列车，但其线路上低速度的列车也都在时速100 km以上，速差相对小，这与我国的繁忙干线货物列车速度约70 km/h有较大的不同。上述分析表明保留半径2 200 m曲线不可取。

既有线未改造地段若保留半径2 500 m的曲线，在考虑国内现有货车速度还较低的条件下，通过时速200 km的旅客列车，曲线超高基本在限制范围内，结合日本东海道新干线最小曲线半径为2 500 m的运营实践，分析认为既有线未改造地段保留2 500 m曲线是合适的。

3.1.2 缓和曲线长度

缓和曲线长度主要由以下三因素决定:(1)缓和曲线上伴随着超高量的变化，车体和转向架的平面构造特性可能使车轮产生三点支撑而一点悬浮的情况，这是必须予以控制的现象，从而保证列车对脱轨的安全性要求，以此求得的保证列车安全性所需的缓和曲线长度一般较短，此项超高顺坡率因素已不是提速的控制条件;(2)客货共线满足欠超高时变率条件的缓和曲线长度，一般都小于满足超高时变率条件的缓和曲线长度，因此，此因素也不是提速的控制条件;(3)显然对应于乘车舒适度的超高时变率，在时速200 km的线路上成为主要控制因素。

借鉴日本东海道新干线超高时变率的乘车舒适度目标值为0.03g/s=超高时变率45 mm/s［3］;法国140～160 km/h Ⅰ级干线超高时变率40 ～60 mm/s［4］。本次提速京广线超高时变率按困难地段控制定为45 mm/s，对应的超高顺坡率为1/(8Vmax)，以此控制缓和曲线长度是安全的，舒适度也是适中的，最终被选用。例如半径2 800 m曲线，缓和曲线长定为一般180 m、困难条件150 m，虽然略低于新线标准，但在既有线提速中选用，既节省了工程投资，又照顾到安全性和旅客舒适度方面的要求，技术条件适宜。

3.1.3 夹直线及圆曲线最小长度

曲线改造地段:一般最小长度为0.7Vmax，困难条件0.5Vmax，与《新建线暂规》取用一致，直接采用执行即可。

特殊困难条件下是否采用0.4Vmax，需要进一步论证。此项技术条件的规定是与车辆转向架弹簧振动消失时间有关的一项控制数值，其目标主要是保证车辆通过圆曲线或夹直线两端缓和曲线时，为避免车辆后轴在缓和曲线终点产生的振动，与车辆前轴在另一缓和曲线起点产生的振动产生叠加现象发生，这是一个保证列车平稳运行以满足旅客舒适度要求的技术条件。

我国前5次提速实施过程中，特殊条件时个别情况下，保留了20 m夹直线及圆曲线最小长度。我国车辆弹簧振动周期一般是1.12 s，振动基本在1个周期内消失，有关研究表明夹直线及圆曲线最小长度Lj≥τVmax而 τ≈0.4［4］;有关资料表明国外提速线路 Lj一般是(0.6～0.4)Vmax。京广线提速保留地段仅为个别地段，为节省投资综合考虑，夹直线及圆曲线最小长度对于既有线保留地段，困难条件下确定采用0.4Vmax是合理的，但在设计中要严格掌握，不得连续设置。

3.1.4 曲线最大超高、过超高、欠超高

(1)曲线最大超高

曲线最大超高值是由低速行驶由于风力造成车辆倾斜或停车等的安全性，停车或慢行时旅客舒适度，轨道侧磨耗和轨道横向稳定主要几个因素确定的。

我国I级干线规定最大超高为150 mm［6］，德国一般规定V＞160 km/h最大超高为160 mm［5］，日本东海道新干线V=210 km/h时最大超高为180 mm［8］。本次京广线提速后货运比重仍较大，综合过超高、欠超高等技术条件，将曲线最大超高定为150 mm较为合适。

(2)过超高

客货共线铁路上过超高允许值主要由货运列车运行时钢轨侧磨条件控制，提速后货车行驶条件没有发生根本的变化，可直接采用2002年10月4日铁道部发布的《既有线提速技术条件》(铁科技［2002］76号)(V=160 km/h)的规定，过超高允许值一般地段50 mm，困难地段70 mm。

(3)欠超高

客货共线铁路上欠超高允许值主要由旅客舒适度和列车安全运行控制，在第5次提速中，一般地段90 mm，困难地段110 mm，采用上述数值，国内铁科院有关实测资料表明轮重减载率、脱轨系数、轮对横向作用力均小于安全限值。本次提速将采用动车组运行，对比日本东海道新干线提速后，欠超高采用了110 mm［8］;世界铁路联盟 UIC703R 建议的 V=120～200 km/h时，欠超高标准值100 mm，最大120 mm。综合考虑京广线提速至200 km/h地段欠超高允许值确定为:“一般地段90 mm，困难地段110 mm”是可以接受的，研究予以采用。

3.1.5 线间距

执行《新建线暂规》区间的线间距为4.4 m，此间距已充分考虑了各种车辆的交会条件，可直接采用。

3.1.6 线路纵断面

《新建线暂规》规定:“坡段长度一般地段600 m，困难条件下不小于400 m，且连续使用时不得超过2个;坡度代数差大于1‰，设半径15 000 m的竖曲线”。由于京广线北京局提速区段较为平坦，现状限坡4‰，纵断面改动相对较小，研究后认为执行《新建线暂规》规定即可。

3.1.7 轨道

借鉴铁路第5次提速经验，考虑采用动车组运行，轮重相对减轻，但速度提高到了200 km/h，研究提出“正线采用60 kg/m跨区间无缝线路、Ⅲ型有挡肩混凝土轨枕1 667根/km铺设、弹条II型扣件、一级道砟、正线道岔采用60 kg/m钢轨可动心轨道岔”。日本1964年开通的东海道新干线采用的是53 kg/m钢轨，1981年才更换为60 kg/m钢轨［8］;欧洲各国铁路考虑大型机械养护条件，轨枕普遍采用的是1 667根/km［7］。轨道是提速的关键设备，对比国内外有砟轨道的技术条件，研究认为提速区段采用上述技术条件是满足要求的。

3.2 路基

既有线提速路基工程技术条件主要是基床、路桥过渡段。

3.2.1 基床处理

分析认为基床厚度可执行我国I级干线标准，对比认为德国铁路基床厚度1.8 m［9］，日本新干线基床厚度3.0 m［8］，我国铁路I级干线取用2.5 m基床厚度是适中的。

对于基床表层当基本承载力小于0.18 MPa应予以加固;基床底层当基本承载力小于0.15 MPa也应予以加固。参照京秦线提速改造科研成果，采用水泥土挤密桩技术、局部注浆技术处理路基，以达到路基承载力的要求。结合本线的路基勘探成果，仅极个别路基段落需要采取措施。

3.2.2 路桥、路涵过渡段

铁路前5次提速改造中，对路桥、路涵过渡段路基基本没有处理。试验资料表明，提速至200 km/h路桥、路涵过渡段对行车的平稳性、轨道结构、车辆结构、旅客舒适度等有较大的影响。

日本新干线桥台后路基采用了特殊优质填料、补强混凝土、混凝土过渡搭板等过渡技术，一般处理长度是10～20 m［8］，较好地解决了不同路基刚度的过渡。

本次京广线提速提出采用水泥土挤密桩技术解决路桥、路涵过渡，路桥过渡段长度不小于20 m，路涵过渡段长度不小于15 m，加固长度按《新建线暂规》的公式计算确定。

3.3 桥涵

3.3.1 荷载

分析表明:客货共线铁路当采用动车组车辆提速至200 km/h运行时，动车组活载不控制设计，仍为货车荷载控制，故设计采用中-活载并考虑各种附加力以及特殊荷载组合。

3.3.2 桥梁刚度

铁科院研究表明提速区段桥梁刚度是硬指标，其刚度限值综合反映在《新建线暂规》中，由于桥梁是提速的关键设施，故对桥梁的竖向挠度、墩台的横向位移等限值均执行《新建线暂规》。

具体措施包括:对不满足要求的钢板梁采用混凝土梁更换;对混凝土分体式桥梁采用预应力横向加固措施;对于无支座以及平板橡胶支座的桥梁均采取加设横向限位措施;对于轻型墩台均采用包打墩台方法予以补强刚度。

3.3.3 线间距由4.0 m拨移为4.4 m桥梁改造

由于时速200 km地段，线间距须拨移至4.4 m，桥梁须相应改造。对于梁桥，一般墩台采用钢筋混凝土预加宽;基础采用旋喷桩、挖孔桩预加固;结合线路要点施工一并拨移梁部结构的技术方案。

采用顶进框架结构预先取代原有的部分病害桥涵，是通过5次提速后形成的可靠技术;对于既有部分框架桥，由于线路拨移后桥上线路位置发生变化，经检算强度不足的部分结构，也可采用碳纤维或补贴钢板结构的技术予以加固。

3.4 站场

站场除执行站场一般设计规范外，主要是按200 km/h的行车要求对站场进行改造。

3.4.1 站场布置

对正线采用12号还是18号可动心轨道岔进行比较分析，虽然18号道岔侧向通过速度可以提高30 km/h，对全线通过能力有所提高，但咽喉区改造影响范围大，引起征地拆迁投资费用增加较多;考虑到未来规划的京广线高速铁路建成后，既有线货运比重较大的运输状态，研究认为正线全部更换为12号60 kg/m钢轨可动心轨道岔。

关于安全行车的站内作业应予以强化。站内正线平纵断面、轨道、路基技术条件与区间相同;对于站内线间距:正线线间距一般采用5.0 m;正线与有技术作业的到发线间距6.5 m、困难条件下5.5 m，与无作业的到发线间距5.0 m;正线与牵出线间距(设防护栅栏)一般7.0 m、困难条件6.5 m，与其他线间距5.0 m。根据上述条件站场相应调整平面布置。

3.4.2 安全设施

考虑时速200 km的行车状态，相应的安全设施应予以配套。除到发线外，其他线路与正线衔接时，在衔接处线路前方设置安全线或其他隔开设备;有调车作业的中间站设置牵出线，采用平行进路、安全线或其他隔开设备与正线隔开。与通过列车相邻的同向到发线设于1.0‰以上的下坡道时，为防止车辆意外侵入正线，在到发线下坡方向末端设置安全线或其他隔开设备。

邻靠正线的站台，与正线间设置栅栏防护，站台边缘至栅栏间距不小于2.0 m。

4 结论

京广线北京局管段提速区段2005年6月完成施工图设计，2006年底施工改造完成，2007年4月18日正式开行时速200 km的和谐号动车组。

运营至今，京广线改造后的技术设备均经受住了时间的考验。但是本线还是存在一些不足，比如:由于本线每天开行多达114对客货运列车，且由于本线5 000 t级货物列车比重大，使得轨道结构状态的保持较为困难，与同期运营的石太客运专线相比，旅客乘车舒适度相对略低。

提速区段至今已安全运行4年，运营表明京广线最初确定的主要技术条件基本上是合理可行的，一些技术条件值得总结借鉴。

［1］中华人民共和国铁道部.中长期铁路网规划［Z］.北京:中华人民共和国铁道部，2004.

［2］中华人民共和国铁道部.铁建设［2003］439号 新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2003.

［3］中华人民共和国铁道部.铁科技［2002］76号 既有线提速技术条件(V－160 km/h试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

［4］铁道部科学技术司.既有线提速200km/h技术条件(征求意见稿)［Z］.北京:铁道部科学技术司，2004.

［5］范华，徐学东，高亮.德国既有线提速的关键技术及启示［J］.铁道标准设计，2004(12):4-7.

［6］中华人民共和国铁道部.GB50090—2006 铁路线路设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2006.

［7］中华人民共和国铁道部.TB10082—2005 铁路轨道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［8］铁道部赴日高速铁路研修团.铁道部赴日高速铁路研修团研修报告［R］.北京:铁道部赴日高速铁路研修团，1996.

［9］中华人民共和国铁道部.TB10001—2005 铁路路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［10］梁占旭，郭国棉.京广线窦店至小康庄段第6次提速桥涵设计［J］.铁道标准设计，2008(1):24-25.