铁路客车联络线纵断面技术标准的研究

柳世辉,丘崇誉

铁路客车联络线纵断面技术标准的研究

柳世辉,丘崇誉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

目前我国的铁路线从运输性质上基本可分为客运专线、客货共线和货运专线铁路。适应于客运专线的技术标准是以运行动车组来确定其基本设计参数的,适应于客货共线的技术标准是以运行机车牵引车组来确定其基本设计参数的,货运专线铁路设计参照了客货共线铁路的技术标准,对于机车牵引客车车列的联络线技术标准没有做出相应的规定。结合现行《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)和西宁站改造及相关工程的实践对客车联络线纵断面技术标准进行探讨。

铁路线路;纵断面;技术标准

1 概述

西宁站改造及相关工程于西宁高、普速并场东端咽喉附近设置普速客车联络线,以解决青藏铁路拉萨方向开来的客车车列上线正实施的兰新第二双线的运输需求。联络线自西宁普速场东端咽喉至兰新第二双线出岔点LXDK189+135,线路长约1.32 km。由于客车联络线工程位于城区和既有西宁车站,线路受控因素众多,线路展线距离短,布线空间非常狭窄,经多方案比选,客车联络线线路平面按旅客列车最高运行速度80 km/h标准设计。沿线需连续跨越兰新第二双线和动车走行线。由于兰新第二双线已实施,故其高程是主要制约因素。经对联络线路平、纵断面进行多次优化调整,最终确定的线路最大坡度为22.3‰,最大坡度代数差达29.8‰;跨线地段采用了200m的最小坡段长度;因坡差大、坡段长度短,跨线变坡点处竖曲线半径仅能采用5 000m,否则竖曲线将重叠。

鉴于客车联络线线路纵断面所采用的技术标准受条件制约难以达到现行《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)(以下简称《线规》)要求的取值范围,而高、普速联络线的其他方案又难以满足运输组织需求,且工程艰巨、投资巨大,故针对拟推荐的联络线最大坡度、坡度代数差和竖曲线半径等纵断面的技术标准进行分析,以验证设计是否符合行车安全性和舒适性标准的要求。

2 联络线纵断面技术标准适应性分析

2.1 最大坡度

影响最大坡度选择的因素众多,而不同决策的经济效益出入甚大,且最大坡度在线路建成后不易改动,故应根据铁路性质、地形类别、牵引种类和运输需求比选确定。对于本项目应主要考虑保证行车安全,即保证列车在坡道上运行应满足上坡不断钩、下坡有充分制动力的安全要求。

本联络线下坡方向最大坡度为22.3‰,在相邻车站按照站场专业的要求相应布设了安全线,上坡方向最大坡度为20‰。

适应兰新第二双线技术标准的车列编组见表1。

表1 联络线车列编组计算

由表1可见,根据兰新第二双线技术标准和西宁高普速场到发线有效长为650m的条件,通过本联络线的最大车列编组为20辆,且在上坡方向最大坡度为20‰时,双机可牵引编组为20辆车列持续速度不低于96 km/h。

最高速度为140、160 km/h的旅客列车采用盘型制动装置,经行车检算,下坡方向最大坡度为22.3‰不存在制动问题。

2.2 最大坡度代数差

2.2.1 兰新第二双线坡度代数差

本线是青藏铁路和兰新二线的客车联络线,其技术标准应以适应兰新第二双线的技术标准为依据,兰新二线甘青段坡度代数差Δi最大为32‰,20‰≤Δi≤25‰有8处,25‰≤Δi≤30‰有4处。新疆段坡度代数差Δi最大为34‰,坡段代数差30‰≤Δi≤34‰有3处,20‰≤Δi≤25‰有15处,25‰≤Δi≤30‰的有9处。

由上可见兰新第二双线沿线存在大于普速客车联络线的坡度差,普速客车上线必须具备适应兰新第二双线大坡度差的客观条件。

2.2.2 联络线最大坡度代数差的验证分析

本联络线最大坡度代数差达29.8‰。

根据现行《线规》相邻坡段坡度代数差主要取决于不断钩的安全要求,即取决于车钩强度所允许的列车纵向力。

对线路纵断面连接标准的研究,是基于将实际运行的列车视为多节车辆组成的离散质量系统。系统中联结各车辆的钩缓装置存在游间,当列车处于非稳态运行情况下(如起动、加速、制动、通过变坡点等),各车辆间便存在相对位移、相对速度和加速度,从而在各节车辆间产生冲击作用,增大列车纵向力,危及行车安全。根据现行《线规》修编所引用的《铁路最大坡度的研究》(铁建科93—3)成果,以列车最不利的非稳态运行工况通过变坡点时的列车纵向力是否满足国家现行标准《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》(TB 1335—1996)规定的车钩强度所允许的纵向力作为标准确定坡度差。

根据《铁路最大坡度的研究》的研究结论:SS3单机或双机牵引4 750 t及其以下质量的列车,在坡度差为2倍限坡或2部双机坡组成的凸、凹形断面上的任何工况,其最大纵向拉、压力均未超出《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》(TB 1335—1996)规定的车钩强度限值(拉力1 125 kN,压力1 400 kN)。因此可以说,牵引质量小于或等于4 750 t,相邻坡段允许最大坡度差可以取为2倍的限坡(限坡地段)或2倍的双机坡(双机坡地段)。

本联络线仅运行青藏铁路和兰新二线的跨线客车,其牵引质量最大不超过2 000 t。即使考虑双倍的余量,也可采用2倍的限坡(限坡地段)或2倍的双机坡(双机坡地段),兰新第二双线一般最大坡度为20‰,据此推算,其最大坡度差的允许值可为40‰。

根据《高速铁路设计规范》(TB10020—2009)条文说明:“相邻坡段的坡度差允许的最大值主要由保证运行列车不断钩这一安全条件确定的,常规铁路相邻坡段的坡度差主要受货物列车制约。由于旅客列车质量远低于货物列车,国外高速铁路对相邻坡段的坡度差也均未限制,本高速铁路规范规定相邻坡段的坡度差不受限制”。

从以上几点分析可以得出,本线采用的较大坡度差能满足旅客列车行车要求。

2.2.3 竖曲线半径的计算验证

受制于车站布置和岔区设置条件,以及已开工建设的兰新第二双线跨兰西高速公路特大桥高程控制,客车联络线竖曲线仅能采用5 000m的圆曲线半径,现从安全性和舒适性等方面计算分析。

(1)从满足行车平稳要求分析

根据现行《线规》条文说明3.2.8满足行车平稳要求竖曲线半径计算公式:

普速列车行车速度分析:

①西宁普速客车联络线采用18号道岔从兰新第二双线引出,向西走行约1.2 km接入西宁客站兰青场,18号道岔侧向速度为80 km/h;

②联络线受众多因素控制,平面线形仅能达到80 km/h的速度标准,需限速按不大于80 km/h通行;

③列车于本段为进出站加减速地段,经检算,路段通过速度小于80 km/h。故竖曲线半径计算公式中速度V取80 km/h。

离心加速度av值取0.15 m/s2。经计算,得到普速客车联络线满足行车平稳要求竖曲线半径为3 300m。本次采用5 000m的圆曲线半径,大于3 300m,满足行车平稳要求。

(2)从满足不脱钩要求分析

根据现行《线规》条文说明3.2.8.1关于满足不脱钩要求的分析结果:“如以软卧车、空调硬座车、双层空调硬卧车计算,最小竖曲线半径Rv分别为2 450、2 550、2 850m”。本次竖曲线半径5 000 m大于规范要求的保证不脱钩的最小竖曲线半径值。

(3)5 000m竖曲线半径列车纵向力分析

现行《线规》条文说明3.2.6、3.2.7中图6所提供的竖曲线半径与列车纵向力关系图可知,当竖曲线半径增大到2 000m后,列车以不同工况通过变坡点的最大纵向力各趋于该工况下的稳定值,且该值小于纵向拉伸力取值范围。

综上所述,客车联络线竖曲线半径采用5 000m能满足行车安全和舒适性要求。

2.2.4 坡段长度的计算验证

从列车运行的平稳性要求考虑,最小坡段长度除满足两竖曲线不重叠外,还应考虑两竖曲线间有一定的夹坡段长度以避免竖向振动的叠加,夹坡段长度一般采用0.5Vmax～0.7Vmax,困难可采用0.4Vmax。由此计算:联络线跨线“凸”形坡最小坡段长度为200 m可满足要求。

3 结论

通过对西宁普速客车联络线纵断面连接技术标准的分析,在保证列车不断钩、不脱钩、不脱轨的条件下,线路最大坡度为22.3‰,最大坡度代数差达29.8‰,最小坡段长度为200m的客车联络线竖曲线半径采用5 000 m,能够满足行车安全和平稳的要求。西宁站改造及相关工程项目联络线最终按分析成果完成了施工图设计,目前本线正处于施工之中。

现行《线规》中有关铁路纵断面相邻坡段的连接要求较为严格,并多用加大安全系数的办法来约定技术标准参数取值范围。对于仅运行单一普速客车的联络线,牵引质量小,运行工况相对简单而工程环境制约因素较多的特殊地段,尤其是大部分列车均需停车作业的枢纽内联络线、走行线,在行车速度较低的情况下,如若仍机械的照搬现行《线规》设计参数,将会使得线路技术标准过高,造成不必要的工程浪费。故有必要在进行特殊地段线路设计时,针对不同线路性质、不同运行工况条件下的设计参数取值需进行计算分析确定。

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

[2] 中华人民共和国铁道部.铁建设(2005)285号新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定[S].北京:中国铁道出版社,2005.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10020—2009高速铁路设计规范(试行)[S].北京:中国铁道出版社,2009.

[4] 柳世辉.客货共线运行铁路线路纵断面设计标准的制订[J].铁道标准设计,2005(10):101- 103.

[5] 柳世辉.《铁路线路设计规范》修订的主要特点及内容[J].铁道标准设计,2006(3).

[6] 黄建苒,等.线路纵断面连接标准[J].铁路标准设计,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

柳世辉(1965—),男,高级工程师,1984年毕业于兰州铁道学院,工学学士,E-mail:lztyyxylsh168@sina.com。