莞惠城际轨道交通线路平面参数研究
2015-10-21李汉淙李鹏
李汉淙 李鹏
摘 要 莞惠城际是珠三角城际铁路网络重要组成部分自穗莞深望洪站东端接轨,经洪梅、道滘、南城、东城、寮步、松山湖、大朗、常平、谢岗等镇(区),惠州市沥林、陈江、惠环、惠城等镇(区),其运营模式、运行速度及运行车辆均不同与国铁或地铁,项目设计时没统一适用的规范标准,线路平面参数的选取应根据珠三角地区城际轨道交通所用车型及运营特点,结合现有国铁相关设计规范规定的计算公式和计算原理经计算确定。
关键词 珠三角城际轨道交通 平面参数 最小曲线半径 缓和曲线长度
1、概述
莞惠城际自穗莞深望洪站东端接轨,经洪梅、道滘、南城、东城、寮步、松山湖、大朗、常平、谢岗等镇(区),惠州市沥林、陈江、惠环、惠城等镇(区),全线正线全长约100km。
根据2008年7月广东省政府《珠三角城际轨道交通同城化规划研究工作座谈会纪要》,以及2008年9月广东省发改委《加快穂莞深、莞(广)惠城际线和东莞市轨道网建设会议纪要》的要求,珠三角城际轨道交通将按照“统一标准、统一制式”的原则建设。莞惠城际轨道交通作为珠江三角洲地区城际轨道交通规划网中重要的一环,其采用“直达+换乘”的运营模式,开行站站停(160km/h)及大站停(200km/h)两种列车,其运营模式、运行速度及运行车辆均不同与国铁或地铁,项目设计时没统一适用的规范标准,本文主要对莞惠城际线路平面参数的选取进行分析研究。
2、相关参数的选取
2.1轨道结构
按无砟轨道,曲线超高设置按满足大站停列车速度运行要求一次设置。
2.2舒适度标准主要参数的选取
对于大站停和站站停两种速度等级的列车共线运行的线路,最小曲线半径主要取决于大站停列车最高运行速度VD、站站停列车正常运行速度VZ、欠过超高之和的允许值[hq+hg]等因素。
(1)实设超高、欠超高、过超高的允许值
①实设超高允许值[h]
实设超高允许值[h]或称最大超高hmax,与线路的运输性质和列车速度有关,受横向倾覆安全条件、轨道横向稳定条件、曲线停车舒适条件和防止轴油外流等因素控制,主要取决于列车在曲线上停车时的安全、稳定和旅客乘坐舒适度要求。借鉴京津城际铁路的运营实践,《高速铁路设计规范(送审稿)》确定的实设超高允许值[h](亦即最大超高)为170mm。
综合考虑,莞惠城际轨道交通线的实设超高允许值[h]采用170mm,限速120km/h及以下地段采用150mm。
②欠超高允许值[hq]和过超高允许值[hg]
欠超高允许值[hq]反映旅客舒适度要求,也反映外股钢轨磨耗,它与客车结构、转向架构造及其悬挂方式有关。
根据铁科院1979年、1980年欠超高与乘坐舒适度关系试验结果,和1993年广深准高速客车试运行对舒适度和欠超高关系的评价意见,以及京津城际铁路测试结果等,不同舒适度评价的莞惠城际轨道交通线的欠超高允许值标准[hq]如表2.4-1。
对于客运专线而言,两种速度等级列车共线运行,根据英、日等国六十年代的试验结果,认定过超高与欠超高对旅客乘坐舒适度的影响是同等的。
对于大站停和站站停两种速度等级的列车共线运行的线路,考虑站站停列车的动车组走行性能,过超高引起的内轨磨耗等对线路的影响程度要小,故其过超高允许值可适当放宽,重点是保证高速运行的大站停列车的旅客乘坐舒适度。因此,可取过超高允许值与欠超高允许值一致。
表2.4-1 欠、过超高允许值(mm)
条件 舒适度良好 舒适度一般 舒适度较差
欠超高允许值[hq] 40 80 110
过超高允许值[hg] 40 80 110
(2)大站停和站站停两种速度等级的列车共线运行时欠、过超高之和的允许值[hq+hg]
大站停和站站停两种速度等级的列车共线运行于某一半径的曲线,按两种速度的均衡速度计算的超高值与按均方根速度确定的实设超高值,往往有差值△h,由此造成列车实际运行时大站停列车产生的欠超高hq和站站停列车产生的过超高hg,往往超出限值[hq]、[hg]。故在确定设计超高时,应满足[hq+hg]≦[hq]+[hg],以保证一定的舒适度要求,并考虑预留一定超高调整幅度△h。
△h与两种速度等级列车的对数、重量、速度有关。根据我国几十年的运营实践,△h一般为20~50mm。
参照《高速铁路设计规范(送审稿)》,莞惠城际轨道交通线采用的欠、过超高之和允许值见表2.4-2。
表2.4-2 两种速度等级列车共线时欠、过超高之和允许值
欠、过超高之和允许值 舒适度良好 舒适度一般 舒适度较差
[hq+hg](mm) 100 140 200
3 最小曲线半径Rmin的确定
3.1 计算公式
两种速度等级列车共线运行于半径为R的圆曲线,其实设超高h与其相应的欠、过超高hq、hg及其允许值[hq]、[hg]之间满足式3.1-1和式3.1-2。
h = 11.8VD2 -hq≥ 11.8VD2 -[hq] (式3.1-1)
R R
h = 11.8VZ2 +hg≤ 11.8VZ2 +[hg] (式3.1-2)
R R
(1)考慮前述两种速度等级列车共线运行存在的△h关系,最小曲线半径Rmin应按式3.1-3确定。
Rmin =11.8 VD2 -VZ2 (式3.1-3)
[hq+hg]
式中:VG——大站停列车(高速)设计速度。
VG——站站停列车(低速)设计速度。
(2)以满足大站停列车按最高设计速度不限速运行为条件(相当于单一速度模式),按表2.4-2的实设超高与欠超高之和允许值[h +hq],其最小曲线半径按式3.1-4确定。
Rmin =11.8 Vmax2 (式3.1-4)
[h +hq]
式中:Vmax——列车最高设计速度。
3.2 莞惠城际轨道交通线路最小曲线半径建议采用值
根据相关参数及计算公式,结合各种速度组配的最小曲线半径Rmin值考虑莞惠城际的运输组织模式,其最小曲线半径Rmin值建议按表3.4-1取值,相应舒适度允许值见表3.4-2。
表3.4-1 最小曲线半径建议取值表
速度组配(km/h) Rmin (m)
VD VZ 舒适度良好 舒适度一般 舒适度较差
200 160 2500 2200 2000
160 140 1500 1300 1100
140 1200 1000 900
120 900 700 700
110 700 600 600
100 600 500 500
表3.4-2 建议最小曲线半径对应的舒适度允许值表
舒适度条件 舒适度良好 舒适度一般 舒适度较差
欠超高允许值[hq](mm) 40 80 110
过超高允许值[hg](mm) 40 80 110
欠、过超高之和允许值[hq+hg](mm) 100 140 200
实设超高与欠超高之和的允许值(无砟轨道)[h+hq](mm) 210 250 280
4缓和曲线
为使列车安全、平顺、舒适地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线,满足递减曲线超高的需要,在直线与圆曲线间须设置一定长度的缓和曲线,且缓和曲线设置标准须满足旅客乘坐舒适度要求。
4.1 缓和曲线线形的选定
缓和曲线有多种线形。根据铁科院相关研究和实测结果,只要缓和曲线长度达到一定要求,各种线形的缓和曲线均能保证高速行车安全和旅客乘坐舒适度要求。
三次抛物线线形简单、设计方便,平立面有效长度长,现场运用、养护经验丰富,故确定缓和曲线线形采用三次抛物线形。
4.2 缓和曲线长度计算
缓和曲线长度是铁路线路平面设计的主要参数之一。为保证列车运行的安全和旅客乘坐舒适度的要求,缓和曲线应有足够的长度,但过长的缓和曲线控制着平面选线和纵断面变坡点设置的灵活性,并引起工程增大。因此,缓和曲线长度的选择应因地制宜,从长到短,合理选用。
缓和曲线长度的计算,取决于超高顺坡率允许值、未被平衡的横向加速度时变率允许值(欠超高时变率允许值)、车体倾斜角度允许值(超高时变率允许值)等相关参数的取值。
其中超高顺坡率允许值受车辆脱轨安全性的控制,我国现行《铁路线路设计规范》规定,最大超高顺坡率不大于1/500即2‰。国外(日、英、德)规定的超高顺坡最大值分别为1/200~1/400即5‰~2.5‰不等。
据此,对超高h线性变化的三次抛物线或其改善型缓和曲线,由车辆脱轨安全决定的缓和曲线长度为:
L1≥h/imax=0.5h(m) (式4.2-1)
可以看出,对于缓和曲线普遍较长的高速客运铁路,由脱轨安全要求计算的缓和曲线长度显然不起控制作用。故缓和曲线长度主要考虑其他两个条件。
(1)乘坐舒适度允许的未被平衡横向加速度时变率(即欠超高时变率限值)要求的缓和曲线长度L2:
L2≥ (式4.2-2)
式中 Vmax——设计最高速度(或该曲线限制坡度)(km/h);
[β]——旅客舒适度允许的欠超高时变率限值,良好条件取23mm/s,困难条件下取38mm/s;
hq——圆曲线设计欠超高(mm)。
(2)乘坐舒适度允许的车体倾斜角速度(即超高时变率限值)要求的缓和曲线长度L3。
L3≥ (式4.2-3)
式中 Vmax —设计最高速度(或该曲线限制坡度)(km/h);
h —圆曲线设计超高(mm);
[f]—超高时变率允许值,良好条件取25mm/s,一般条件取28mm/s,困难条件下取31mm/s。
缓和曲线长度按照式4.2-2和式4.2-3计算的大值选取,并取整为10m的整倍数。因圆曲线设计超高h一般要大于圆曲线设计欠超高hq,故缓和曲线长度一般按式4.2-3计算即可。
4.3 缓和曲线长度标准的确定
莞惠城际轨道交通的缓和曲线长度,参考《高速铁路设计规范(送审稿)》(2009年3月)、《新建时速200~250公里客运专线铁路设计暂行规定》和《铁路线路设计规范》计算。
超高时变率允许值[f]取良好25mm/s、一般28mm/s、困难31mm/s,按照式6.2-3计算的缓和曲线长度见表4.3-3。
表4.3-3 最小缓和曲线长度
Vmax 200 160
曲线半径 缓和曲线长度 缓和曲线长度
一般長度[f]=25(mm/s) 最小长度[f]=28(mm/s) 困难长度[f]=31(mm/s) 一般长度[f]=25(mm/s) 最小长度[f]=28(mm/s) 困难长度[f]=31(mm/s)
10000 90 80 80 50 40 40
9000 100 90 90 60 50 50
8000 120 100 90 60 50 50
7000 130 110 100 70 60 60
6500 140 120 110 70 70 60
6000 150 130 120 80 70 60
5500 170 150 140 80 80 70
5000 180 160 150 90 80 80
4500 200 180 170 100 90 80
4000 230 200 180 120 110 100
3500 250 220 200 130 120 110
3000 280 250 230 160 140 130
2800 300 270 250 160 150 130
2500 330 290 260 180 160 150
2400 340 300 270 190 170 160
2300 350 310 280 200 180 160
2200 360 320 290 210 190 170
2100 370 330 300 220 200 180
2000 380 340 310 230 200 180
1900 380 340 310 240 210 190
1800 380 340 310 250 230 210
1700 270 240 220
1600 280 250 230
1500 300 270 240
1400 310 270 250
1300 310 270 250
1200 310 270 250
5结论
莞惠城際轨道交通项目线路平面参数应根据珠三角地区城际轨道交通所用车型及运营特点,结合现有国铁相关设计规范规定的计算公式和计算原理经计算确定。莞惠城际轨道交通项目平面参数的值,有条件时尽可能选用一般值,慎用最小值,特殊困难条件下,经技术经济比选后方可采用困难长度。
参考文献
1、《高速铁路设计规范(送审稿)》
2、《新建时速200~250km客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设[2005]140号)
3、《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)