《城际铁路设计规范》之线路设计标准解读

白宝英

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

《城际铁路设计规范》之线路设计标准解读

白宝英

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

为便于线路专业技术人员正确运用城际铁路设计规范，规范编制者针对该规范的线路主要技术标准进行了解读，暨有关标准研究及规范编制理念的宣贯。对于平面曲线最小半径的计算及选用在有停站车和通过车的车站两端最小平面曲线半径应按速差控制的值选用；通过研究确定的线间距及加宽标准在安全的前提下，较现行有关标准进一步体现了经济性；对缓和曲线长度计算参数选用应注意平面标准的系统性及协调性；对于长大坡道的设置需兼顾其他专业的技术要求并不宜连续设置；最小坡段长度困难条件下可按不小于8辆编组的列车长度设计。

城际铁路；设计规范；线路标准；解读

1 概述

我国第一部城际铁路设计规范于2014年底发布，该规范是客运专线铁路系列设计标准的重要组成部分之一，适用于新建设计速度为200 km/h及以下的标准轨距铁路，城际铁路仅运行动车组列车，设计速度分为200、160、120 km/h三级。该规范对“城际铁路”给出了明确的定义，即城际铁路“专门服务于相邻城市间或城市群，旅客列车设计速度200 km/h及以下的快速、便捷、高密度客运专线铁路。”从运营管理及运输组织角度规定了城际铁路可自成体系，相对独立运营，重要节点应考虑与铁路网互联互通或换乘的条件，始发站和中间站应与城市轨道交通等公共交通系统顺畅衔接、便捷换乘。城际铁路应采用高密度、小编组、公交化的运输组织模式。围绕实现上述总体原则要求，各专业开展了标准研究及规范编制工作。本规范线路部分设计标准与高速铁路设计规范、铁路线路设计规范、地铁设计规范等有关设计规范相比较有其特点，如取消了固定的设计高低速匹配要求、弱化了平面曲线半径序列规定、取消了轨道结构与平面曲线半径的对应关系、强化了按公式及参数计算有关标准的规定等。为使本规范得到更好地运用，结合规范编制过程中的研究及体会对设计标准的制定原则进行解读，供有关技术人员参考，以期增进对设计规范的理解，进而达到合理运用标准、提高设计质量的目的。

2 规范组成

本规范由24章组成，包括总则，术语和符号，总体设计，运输组织，线路，路基，桥涵，隧道，地下车站结构，轨道，站场，电力牵引供电，电力，通信，信号，信息，灾害监测，动车组设备，维修设施，给水排水，房屋建筑，采暖通风与空调，综合接地，环境保护，另有1个附录。线路为第5章，共4节，按照一条规定一项标准的原则给出了线路专业的基本设计标准。5.1一般规定，分为3条；5.2线路平面，分为18条；5.3线路纵断面，分为16条；5.4交叉、附属设施及其他，分为6条。

3 主要设计标准解读

线路平面设计标准包括平面曲线半径、线间距及曲线地段加宽、缓和曲线长度、圆曲线和夹直线最小长度等；线路纵断面设计标准包括最大坡度、最小坡段长度、竖曲线半径及设置要求、站坪坡度等。以下结合本标准编制的特点对平面曲线半径、线间距及曲线地段加宽、缓和曲线长度、最小坡段长度等标准分析如下。

3.1 线路平面曲线半径

在条文5.2.2中给出了平面曲线半径计算公式(如式(1)、式(2))，取消了对半径序列值的规定，根据安全、经济及舒适的要求，对最小曲线半径给出了规定。该条规定与现行有关标准对比有较大的突破。在实际应用中，对于正线平面曲线半径应因地制宜、合理选用，设计者结合工程条件，可选用不小于规范规定的最小半径值，也可按照规定的超高参数标准，通过式(1)及式(2)计算(取其较大者)确定半径标准。因此，本规范对于平面最小曲线半径标准的规定具有较高的灵活性，只要遵守安全、舒适、经济的原则即可确定半径采用值。

(1) 设计最高速度运行时，平面最小曲线半径按下式计算

(1)

(2)高、低速列车共线运行时，平面最小曲线半径按下式计算

(2)

式中vmax——设计最高速度，km/h；

vmin——低速列车设计速度，km/h；

[h+hq]——设计超高与欠超高之和允许值，mm；

[hq+hg]——欠过超高之和允许值，mm。

本规范没有规定固定的设计速度匹配，但是并不意味着平面最小曲线半径仅由单一设计速度确定，而是应该按照运输组织方案决定的行车速度曲线，分析列车通过某一平面曲线时产生的速差工况，据此合理确定最小平面曲线半径。该规定给设计者提供了根据工程实际确定标准的选择空间，可充分满足城际铁路公交化运营特征的设计要求，提高了设计规范应用的灵活性及合理性。为便于设计者参考选用，在编制过程中按照“无级匹配”的思路，对设计速度200～80 km/h按照每20 km/h一档与低速匹配(每10 km/h一级)的最小半径进行了计算，在条文说明中给出系列标准表，当某一曲线上有不同速度的列车通过且速差较大时，则受速差控制的最小曲线半径在表中可直接查到。以设计速度200 km/h为例，最小半径计算值见表1。

表1 设计速度200 km/h最小半径计算值 m

从表1计算结果看，设计速度200 km/h与低速120 km/h以下匹配时，最小半径标准由速差控制，即通过曲线的列车速差在120 km/h以上时，为保证通过车、停站车的舒适度均满足要求，最小平面曲线半径应按速差控制的值选用，而不是最小半径值2 000 m或2 200 m，否则需要限制通过车的速度。列车通过曲线速差较大的工况一般出现在车站两端，例如，当停站车通过曲线的速度为80 km/h时，满足通过车200 km/h不限速的一般最小半径不应小于2 832 m，可取为2 900 m；困难条件最小半径不应小于2 203 m，可取为2 300 m。

3.2 线间距及曲线地段加宽

根据仅运行动车组的条件，在安全的前提下为提高设计标准的经济性，对区间直线地段的最小线间距及曲线地段加宽标准进行了研究。从目前车辆研发情况看，适用于城际铁路的主要车型为CRH6A，车体宽度3 300 mm，车身强度4 000 Pa。

(1)经仿真计算，在未考虑自然侧风等因素及明线条件下，动车组以速度200 km/h明线交会的风压极值为：线间距4.2 m为2 236 Pa，线间距4.0 m为2 261 Pa；较设计强度有一定的裕量。鉴于目前无法进行速度200 km/h、线间距4.2 m工况的实车试验，对于隧道内的风压极值没有仿真计算数据，研究及试验数据的局限性等不确定因素，本规范研究确定设计速度200 km/h最小线间距为4.2 m。

(2) 根据《时速250 km以下客运专线(城际铁路)建筑限界和机车车辆限界研究》中关于动力学仿真计算的结论：CRH2型动车，在无风时，车体最大半宽为1 722 mm，在30 m/s侧风作用下车体最大半宽为1 826 mm，其中包括线路的方向不平顺，轮轨间隙和车体的横向位移。

在线间距4.0 m时，考虑30 m/s侧风作用、车体偏移后车体间的最小剩余净距为4 000 mm-(1 826+1 722) mm=452 mm；在线间距4.2 m时，最小剩余净距为4 200 mm-(1 826+1 722) mm=652 mm。因此线间距不小于4.0 m能够满足安全要求。对于设计速度160 km/h及以下的线路运营调查看，4.0 m线间距是安全可靠的，特别是动车组列车良好的密封性能进一步提高了会车时的平稳舒适性，因此本规范规定设计速度160 km/h及以下线路直线地段的最小线间距为4.0 m。

(3)在曲线地段因车体会产生一定的偏移量而减小车体间的净距。按照现行有关规定曲线地段车体偏移量与曲线半径R(m)的关系式为84 500/R(mm)。在现行有关规定中，超限货物列车(最小半宽1 900 mm)在直线地段会车时，列车间的最小距离大于350 mm不限速。CRH2车体最大半宽为1 722～1 826 mm，按照现行有关规定分析，车体间最小净距不宜小于320 mm。

①设计速度200 km/h的最小半径为2 000 m，在该曲线上车体内外偏移量的最大值为42 mm，最小剩余净距为4 200 mm-(1 826+1 722) mm-42 mm=610 mm，因此曲线地段不考虑加宽不影响列车运行的安全和舒适性。

②设计速度160 km/h的最小曲线半径为1 300 m，在该曲线上车体内外偏移量的最大值为65 mm，最小剩余净距为4 000 mm-(1 826+1 722) mm-65 mm=387 mm；设计速度120 km/h的最小曲线半径为800 m，在该曲线上车体内外偏移量的最大值为106 mm，最小剩余净距为4 000 mm-(1 826+1 722) mm -106 mm=346 mm。从以上分析看，在风速30 m/s情况下，曲线地段车体间净距均不小于320 mm，鉴于仿真计算与实际工况可能存在一定的差异、考虑运营维护以及其他不确定因素等，线间距应留有一定的裕量，以保证行车安全，因此在直线地段线间距为4.0 m时需考虑适当加宽。

③曲线加宽一般采用内、外曲线设置不等长缓和曲线长度的方法来实现，因此考虑平面设计的合理性，本规范规定最小加宽值为30 mm，即当车体偏移量小于30 mm的曲线地段可不考虑加宽。

3.3 缓和曲线长度

最小缓和曲线长度应同时满足3个条件。首先是安全条件，要满足超高顺坡率不大于2‰；其次是两个舒适条件，要满足超高时变率不大于35 mm/s和欠超高时变率不大于38 mm/s。

(1)满足最大超高顺坡率要求的缓和曲线长度计算式

(3)

(2)满足超高时变率要求的缓和曲线长度计算式

(4)

(3)满足欠超高时变率要求的缓和曲线长度计算式

(5)

式中h——设计超高值，mm；

hq——设计欠超高值，mm；

imax——满足安全条件的最大超高顺坡率，一般取2‰；

V——设计速度， km/h；

f——超高时变率，一般条件为28 mm/s，困难条件为35 mm/s；

β——欠超高时变率，一般条件为23 mm/s，困难条件为38 mm/s。

设计超高取值一般条件下宜按规范条文说明中给出的值选用，最大不应超过150 mm，因为在研究过程中，是按照设计速度、平面曲线半径与舒适度水平系统性匹配后确定的取值，因此如果在已定的平面曲线半径条件下，匹配过大或过小的设计超高对于平面线形与舒适度的关系都有不利的影响；在设计超高值确定后设计欠超高值就是一定的了，最大允许值为110 mm，欠超高时变率控制缓和曲线长度的情况，一般发生在采用困难条件下最小平面半径上，当线路平面曲线半径在一般最小值及以上时，缓和曲线长度均是由超高时变率条件控制；超高顺坡率要求的缓和曲线长度是满足安全要求的最小长度，只在特殊困难条件下运用，且最小缓和曲线长度不应小于20 m。

3.4 最小坡段长度及大坡道长度

客运专线铁路对最小坡段长度进行限制是为了提高列车运行的平稳性并考虑利于养护维修。有条件时坡段尽可能长，但对于大坡道的长度不宜太长，以避免因坡道阻力而损失过多的速度。

(1)最小坡段长度标准与坡段两端的坡度差、竖曲线半径及行车速度有关。最小坡段长度的计算公式如下

(6)

式中lp——最小坡段长度，m，；

Δi1、Δi2——坡段两端的段坡度差，‰；

V—设计速度，km/h；一般条件V乘系数取0.4，困难条件V乘系数可为0；

Rsh——竖曲线半径，m。

采用公式计算确定最小坡段长度时，也要同时满足坡段长不小于某一合理的长度，以保证纵断面设计的平顺性。城际铁路最大车辆编组为8辆，列车长度约200 m，因此规定一般不小于400 m、困难不小于200 m。

(2)尽量避免最大坡度的坡段连续设置。本规范编制过程中按照CRH6型动车组的设计参数进行了行车模拟计算，得到了初速分别为200、160、140 km/h在坡度15‰、20‰、25‰、30‰、35‰等坡道上一定坡段长度的末速度值。设计中对于长大坡道的使用还需兼顾其他专业的技术要求设置，因此，在对模拟计算值分析并考虑了一定余量后，建议正线最大设计坡度20‰时坡道长度不大于15 km，25‰时坡道长度不大于8 km，30‰时坡道长度不大于4 km；动车走行线35‰坡段长度不大于2 km。为避免临界长大坡道连续使用，本规范还进一步规定了坡度20‰—坡道长度15 km、坡度25‰—坡道长度8 km、坡度30‰—坡道长度4 km等不能连续设置，即连续上坡或下坡的纵断面需满足15 km范围的平均坡度不大于20‰、在8 km范围的平均坡度不大于25‰、在4 km范围的平均坡度不大于30‰的要求。

4 结语

城际铁路设计规范是为了适应我国城际铁路建设需要而制定的，作为铁路客运专线系列设计标准的组成之一，本规范中确定的线路设计标准在关注旅客舒适性方面与其他设计标准是一致的，标准的差异反映了设计速度与舒适度的系统关系的不同，以及满足灵活的运输组织方式和公交化运营等特点的需求。建立公式化和参数化的标准有利于提高规范使用者创新设计的能力，可促进对标准“数值化”的“刚性服从”认知的转变，以避免因此造成的工程设计技术经济性不合理现象，也是我国设计标准与国际标准接轨的突破性尝试。本规范吸收了高速铁路设计规范、地铁设计规范等标准的先进性及科学合理性，结合既有铁路运营实际开展了必要的研究工作，提出了适宜的设计标准，成为城际铁路建设的基础性技术标准。随着我国城际铁路建设规模的逐步发展，设计标准尚需通过工程实践的检验加以完善。

[1] 国家铁路局.TB10623—2014城际铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[2] 国家铁路局.TB 10621—2014高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[3] 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.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局.GB50157—2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[5] 中华人民共和国铁道部.铁建设[2005]142号新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[6] 中华人民共和国铁道部.铁建设函[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.

[7] 白宝英.《新建时速200～250 km客运专线铁路设计暂行规定》平面曲线半径标准研究[J].铁道标准设计，2006(2)：7-10.

[8] 刘华.推荐曲线半径纳入铁路线路设计系列标准的意义及其建议值[J].铁道标准设计，2013(3):9-11.

The Interpretation of Railway Line Design Standards to Code for Design of Intercity Railway

BAI Bao-ying

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

For the correct implementation of Code for Design of Intercity railway， the compilers of the code offer interpretations on main technical standards of the code， shedding light on the concepts of code development. For calculation of the minimum plane curve radius and selection of the minimum plane curve radius on both ends of the station with stopped and passing vehicles， the minimum plane curve radius should be selected based on the value of the speed difference control. On the premise of safety， the distance between centers of lines and the limit of widening specified in the code prove to be more economical. The systematicness and coordination of the plane standard should be addressed when calculation parameters of the transition curve length are selected. In setting up long and steep grade sections， continuous sections are not encouraged in concern for the technical requirements of other professions. Under difficult conditions， the minimum length of grade section may de designed to be no less than the train length of 8-car formation.

Intercity railway: Code for design; Railway line; Interpretation

2015-01-07

白宝英(1961—)，女，教授级高级工程师，E-mail：baibaoying@tsdig.com。

1004-2954(2015)03-0029-04

U239.5； U212.31

C

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.007