高速铁路曲线超高设计的研究

陈修平

(铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300142)

1 确定曲线超高值的主要依据

曲线超高值的确定主要考虑行车安全、旅客舒适度、养护维修等因素。

1.1 列车运行速度

高速铁路通常采用不同速度等级列车共线运行的模式或相同速度等级列车共线运行的模式。曲线实设超高既要满足高速列车的运行要求,又要满足低速列车通过曲线的运行要求。理论上,应根据不同的列车速度和曲线半径设置相应的超高,而实际上通常以线路上运行的各种列车的平均速度为依据设置超高值。这就导致高速列车通过曲线时出现欠超高现象,而低速列车通过时出现过超高。过超高、欠超高都直接影响列车运行的平稳性及旅客舒适度。

1.2 最大设计超高允许值[h]

中国铁道科学研究院试验研究表明，当列车停在超高为200 mm及以上的曲线上时,部分旅客感到站立不稳,行走困难且有头晕不适之感。另外,当低速列车通过曲线时,超高过大会造成内侧钢轨承受较大的横向力,既不利于行车安全,也不利于养护维修。参照国外高速铁路标准,最大设计超高允许值采用175 mm。

1.3 欠超高允许值[hq]

欠超高允许值在高速铁路上最主要取决于列车通过曲线时的旅客舒适度要求。根据铁科院在京广线、滨州线以及京津城际测试结果,欠超高允许值如表1所示。

表1 欠超高允许值 mm

1.4 过超高允许值[hg]

一般认为过超高与欠超高对旅客舒适度的影响是等同的。在高低速列车运行的高速铁路上,客车的走行性能比货物列车好,因而过超高引起的对内轨磨耗和对线路的破坏作用小,故其过超高允许值可以适当放宽。同时考虑到高低速列车共线运营的高速铁路是以高速列车为主,重点应保证高速列车的旅客舒适度,因此取过超高允许值与欠超高值一致(见表2)。

表2 过超高允许值 mm

1.5 高、低速列车共线运行时欠过超高之和的允许值[hq+hg]

为了进一步优化平面条件,提高旅客舒适度,高速铁路规范(试行)采用的欠、超高之和的允许值见表3。

表3 欠、过超高之和允许值 mm

1.6 高速列车运行时设计超高与欠超高之和的允许值[h+hq]

高速列车运行也会因为运输要求不同造成运行速度上的差异,为了提高旅客舒适度,采用实设超高与欠超高之和的允许值(见表4)。

表4 设计超高与欠超高之和允许值 mm

2 沈丹客运专线车站两端曲线实设超高的确定

2.1 沈丹客运专线概况

沈丹客运专线是辽宁省铁路网规划中的一条重要干线,线路起自沈阳南站,经本溪、南芬、通远堡、凤城至丹东,全线正线新建长度205.7 km,右线绕行0.4 km。沈丹客运专线设计行车速度为250 km/h,正线采用无砟轨道。根据行车组织方案,一般在中间站有部分列车停站作业,还有部分列车直接高速通过。对于这种部分列车停站、部分列车高速通过的曲线实设超高的确定,需要根据本线的V-S曲线情况对行车速度进行模拟后研究确定,最后再逐个进行超高检算。

2.2 计算参数的确定

以沈丹客运专线的南芬站、凤城站、新五龙背站为例。南芬站中心里程为DK84+294,凤城站中心里程为DK168+550,新五龙背站中心里程为DK194+670。车站两端的曲线要素见表5。

2.3 实设超高的确定

根据表5的曲线半径条件,均衡超高及实设超高见表6。

表5 车站两端的曲线要素

表6 车站两端曲线超高设计

3 超高的检算

为了确定合理的曲线超高值,有必要对超高进行检算,主要包括安全性检算和舒适性检算。

3.1 安全性检算

对于实设超高安全性的检算是确保超高顺坡率不致使车轮脱轨,我国沿用的不致使车轮脱轨的超高顺坡率为2‰。从表6可以看出,车站两端6个曲线的实设最大超高值为100 mm,根据曲线半径匹配的缓和曲线长度看，超高顺坡率均小于2‰的要求,列车安全性能满足要求。

3.2 平稳性检算

为了列车行驶平稳舒适,超高顺坡率不可以过大；为满足轨道养护维修精度要求,超高顺坡率也不宜过小。对于沈丹客运专线,超高顺坡率最大值不超过1/10Vmax,最小值也不能小于0.25‰,具体检算结果见表7。

表7 超高顺坡率检算 ‰

3.3 舒适度检算

舒适度检算主要是对未被平衡的欠超高和过超

高、欠超高与过超高之和、设计超高与欠超高之和进行检算。具体检算结果见表8。

表8 超高设计舒适度检算 mm

从表8可以看出：(1)车站两端的曲线过超高和欠超高基本上都小于40 mm,通过与表1和表2对比,可以看出基本能达到高速铁路规范(试行)所采用的优秀条件。(2)车站两端的曲线过超高和欠超高之和的最大值也只有97.4 mm,通过与表3对比,完全能达到优秀条件。(3)车站两端的曲线设计超高和欠超高之和最大也只有124.1 mm,远远小于表4所要求的优秀条件值210 mm,全部达到优秀条件。

4 结论

按照目前确定的行车组织方案和V-S曲线,沈丹客运专线车站两端曲线设计超高值可以按照上文的标准进行设计,然后再对设计超高进行检算后确定实设超高。通过对沈丹客运专线车站两端曲线实设超高的分析可以得出，无砟轨道客运专线的平面条件和行车组织方案是决定曲线超高的最主要条件。为了设置合理的超高,需要在初步设计阶段对平面条件进行反复优化,尽可能采用较大的曲线半径,并分析进出站列车与高速列车的速度关系,以减小未被平衡的欠超高和过超高,既能保证旅客的舒适度,又可以保持两股钢轨受力比较均匀,有利于曲线的养护。

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[2]GB50091—2006 铁路车站及枢纽设计规范[S]

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