几内亚重载铁路曲线设计

赵俊军

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

中国(香港)国际基金有限公司委托中铁二院工程集团有限责任公司对几内亚共和国福瑞卡利亚至马塔康港矿石铁路专用线进行全面可行性研究。

中基公司要求，该铁路除运输卡利亚和福瑞卡利亚地区铁矿外，还应考虑其他矿区的矿石运输。要求的年输送能力为近期1×108t，远期3×108t。近、远期均不考虑客车。

要求铁路技术标准采用目前世界最先进的重载技术进行设计，设计轴重为40 t。现将本项目有关曲线设计的情况作一介绍。

1 项目概况

1.1 线路概况

铁路从拟建的马塔康港起，设本线的港口前方站马塔康站，向东北跨福瑞卡利河后，设福瑞卡利站。出站后继续向东，至姆萨亚，设姆萨亚站。出站后折向东北，跨卡利西河至卡巴利，并以线路紧坡而上，至马瑞拉站，线路继续向卡利亚矿区延伸，设本线的矿区装车站卡利亚站。在马瑞拉站预留延伸至西芒渡铁路的条件。线路全长292 km(图1)。

图1 几内亚共和国马塔康至卡利亚重载铁路地理位置

1.2 铁路主要技术参数

铁路性质：铁矿石专用重载铁路；铁路轨距：1 435 mm；正线数目：单线；货车车辆轴重：40 t；最小曲线半径：一般1 200 m、困难800 m；限制坡度：重车4‰、轻车9‰；牵引种类：内燃；牵引质量：11 700 t；机车类型：DF8DJ；到发线有效长度：1 100 m；闭塞类型：半自动闭塞。

1.3 车站分布

本线设置马塔康、马瑞拉等9个车站，除马塔康、马瑞拉车站有列车技术作业，卡利亚为列车始发终到车站，其余车站均为越行站。本段运营长度286 km，最长站间距离47.4 m(马塔康～福瑞卡利)，最短站间距离18.0 km(马瑞拉～卡利亚)，平均站间距离36 km。

1.4 线路能力

根据业主要求本线铁矿石运量1×108t，按照年运营310天计算，日开行对数33对/日。

双线铁路采用垂直型天窗，平行运行图通过能力见表1。

表1 铁路能力计算 对/日

由表1可知，运输能力可以满足需求，且留有一定的富余。

区段货流密度见表2。

表2 几内亚铁路区段货流密度 104 t

2 铁路曲线设计

2.1 列车速度选择

平面最小曲线半径作为重载铁路最重要的曲线要数，其值大小对于重载铁路的工程投资、行车速度、行车安全、运营维护关系极大。从理论上看，铁路的平面曲线半径越大，行车速度、行车安全、运营维护越好，但工程投资费用越大，反之亦然。根据世界各国的重载铁路列车速度一般在40～80 km/h之间，不超过120 km/h，本项目经技术方案论证列车最高速度定为120 km/h(表3)。

大秦线重车方向运营最高速度为80 km/h，轻车方向为90 km/h。

表3 各国部分重载铁路现状

2.2 曲线半径选择

根据理论计算和实际经验最小曲线半径400 m即可满足行车要求；采用小曲线半径，铁路能更好适应地形、地貌和地质条件的变化，将有利于节省项目的工程投资；但太小曲线半径也会降低列车速度，影响行车安全，增加运营维护费用，增大运营成本；故本次考虑重载铁路运输的特点，根据澳大利亚重载铁路的实际考察，借鉴国外重载铁路的成功经验；结合项目工程具体情况，对项目平面曲线最小半径进行了综合分析和研究，对1 600 m、1 200 m、800 m和600 m的最小曲线半径进行工程数量和投资比较(表4)。

表4 主要工程数量及投资估算表

2.2.1 从工程投资上比较

由上表可知，相应于600 m方案，800 m投资增加较少，而相应于最小曲线半径1 200 m和1 600 m方案有一定的节约，故从工程投资上分析800 m的最小曲线半径能与本段地形较好的适应。

2.2.2 从轮轨磨耗上分析

本线为大轴重铁矿石专用铁路，重载铁路运输线路十分重视轮轨磨耗均匀(均磨)，指曲线内外股钢轨的均匀磨耗为优先考虑因素。

内外轨磨耗均匀条件的曲线半径应符合下列不等式：

式中：Rsj为舒适与均磨半径(m)；Vh为重载货物列车最高行车速度(km/h)，与路段设计速度相对应，分别取80 km/h、70 km/h、60 km/h、50 km/h；hgy为允许过超高值(mm)，一般取30 mm，有困难时取50 mm。

按上式计算的最小曲线半径见下表。最小曲线半径的取值应根据表5满足各项条件的计算值确定。

表5 最小曲线半径的取值依据

注：表中符号Rjj为经济半径，Rmin为最小圆曲线半径；hgy为允许欠超高值(mm)，一般取70 mm，困难取90 mm。Hqy为允许欠超高值(mm)，一般取70 mm，困难取90 mm。Hgy为允许过超高值(mm)，一般取30 mm，困难取50 mm。

综上所述，根据工程投资比较及轮轨磨耗计算，最小半径在800～1 200 m选取最为合适

2.2.3 运营维修

大秦重载铁路采用全年50 d的封闭时间，对大秦线进行钢轨大修、道床大机清筛、成段更换砼轨枕、成组更换道岔、隧道病害整治、更换桥梁病害支座等项施工维护。经统计大秦重载铁路重车方向不同曲线地段钢轨使用周期及破坏情况如下：

大秦铁路因设计之初技术等级较低，最小半径为400 m，且曲线半径R≤1 000 m的地段较多，经检查，此部分的钢轨磨耗严重，大秦铁路工务部门建议最小半径选取在1 000 m以上，以利于运营维护，降低钢轨磨耗。

澳大利亚Pilbara铁路所处地形与本项目相似，在平原区采用最小半径为1 500 m，在山区采用最小半径1 000 m。

综上所述，考虑两条重载铁路的实际运营情况，结合本线的实际工程情况以及轮轨磨耗的因素，本次研究推荐最小半径采用1 200 m，个别困难地段采用800 m。

3 轨顶润滑技术

世界各国重载铁路为了降低轮轨接触应力和横向力，在重载铁路曲线地段进行轨顶润滑技术来降低列车的轮轨磨耗。如加拿大QCM铁路公司有418.4 km线路是曲线，其开行的铁矿石重载列车经常在曲线区段发生脱轨事故，2003年7月就发生28辆车严重脱轨的事故。此后采用轨顶润滑的技术，没有再发生曲线脱轨事故。美国采用两种轨顶润滑方式，通过试验，采用道旁润滑装置，每1 000辆喷油0.35 L，轮轨横向力下降32%～38%。采用机车润滑装置，2003年7月没有润滑时，轮轨横向力为90 kN，2003年9月采用一个喷嘴润滑后，轮轨横向力降至60 kN，2003年12月采用5个喷嘴润滑，轮轨横向力降至40 kN。加拿大CP铁路采用轨顶润滑管理5年，曲线区段钢轨磨耗下降43%～58%，轮轨横向力降低40%～45%，并节省燃油1%～3%。本项目在平面曲线地段推荐采用轨顶润滑技术降低轮轨接触应力和横向力。

4 结束语

世界各国铁路运输能力的提高主要靠两点：一是提高货物列车的重量，二是增加行车密度。中国重载铁路提高铁路运输能力主要是采用提高行车密度来提高运输能力；而本次在几内亚重载铁路则采用提高列车轴重来提高列车的运输能力。使列车年输送能力为近期1×108t，远期3×108t满足业主的要求。作为大轴重重载铁路的曲线设计，是整个重载铁路设计的基础，只有将铁路曲线设计进行全面系统的分析和研究，使重载铁路曲线达到车轨轮的最佳配合，从而提高列车的行车安全，降低列车和钢轨的相互磨耗，降低铁路的运营维护费用。

[1] 耿志修．大秦铁路重载运输技术[M].北京：中国铁道出版社，2009

[2] 武汛．大秦重载铁路电务技术与应用[M].北京：中国铁道出版社，2009

[3] 国际重载协会．国际重载铁路最佳应用指南[M].北京：中国铁道出版社，2009

[4] 朱颖，易思蓉．高速铁路曲线参数动力学分析-理论与方法[M].北京：中国铁道出版社，2011