环行铁道试验基地重载试验线主要技术标准研究

闫晓春，赵长石，张格明，马战国，郑 力

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 国家铁道试验中心，北京 100015；2.中国铁路设计集团有限公司，天津 300142；3.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081;4.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081;5.京沈铁路客运专线京冀有限公司，北京 100039)

重载铁路是指满足列车牵引质量 8 000 t 及以上、轴重27 t及以上、在至少150 km线路区段上年运量大于40 Mt 3项条件中2项的铁路[1]。根据国外铁路货运发展经验，提高货车轴重(30～40 t)、开行重载单元列车(万t及以上)已成为世界各国扩大货运能力所采取的主要技术途径。按照我国中长期铁路网发展规划，在客运专线网络基本建成后，既有路网实现客货分流运输模式，在既有线上发展重载运输并修建新的重载煤运通道，以解决我国能源战略高增长态势所带来的既有路网运能不足的问题。由于重载技术的复杂性，仅靠设计与理论计算难以满足可靠、安全、耐久等系统关键性指标的要求，必须依靠大量的实车实线试验，对可靠性、安全性、耐久性、节能环保特性等进行试验评估。因此，依托中国铁道科学研究院集团有限公司环行铁道试验基地建设重载试验线，用于新技术、新装备的综合系统试验、检测和调试，具有重要意义[2]。

利用京沈客运专线星火动车运用所和环行铁道试验基地既有试验线的夹心地建设重载试验线，线路全长约8.6 km。按照TB 10625—2017《重载铁路设计规范》的规定，需要根据需求作用、沿线地形等条件确定重载试验线的主要技术标准。因此，本文在参考国内外主要重载铁路技术标准的基础上，结合重载试验线建设需求和环行铁道试验基地地形条件，研究并确定重载试验线设计轴重、正线数目、最高速度、最小平面曲线半径、限制坡度等主要技术标准。

1 国内外主要重载铁路技术标准

通过调研分析得到国内外主要重载铁路的技术标准见表1和表2，为研究重载试验线的主要技术标准提供参考依据。

2 重载试验线主要技术标准研究方案

2.1 设计轴重

目前美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家的货物列车普遍采用32.4 t轴重，美国部分重载铁路最大轴重为35.7 t，澳大利亚FMG铁路公司管理的矿区与海德兰港铁路的轴重已达40 t[3]。

我国重载铁路正逐渐向轴重30 t发展。以C80货车为代表的轴重25 t运煤专用敞车已在大秦、朔黄、北同蒲等重载铁路上普遍运用，并已逐渐开展轴重27 t C80E货车的推广应用工作。瓦日铁路设计轴重30 t，且完成了轴重30 t重载铁路综合试验，形成了我国轴重30 t重载铁路成套技术。

2013年1月9日，原中华人民共和国铁道部令第34号发布的《铁路主要技术政策》规定：“新建重载铁路设计轴重不小于30 t” 。

结合我国重载铁路主要运输煤炭的实际情况，综合考虑国内外重载铁路的发展现状与趋势，以及重载试验线的试验需求，建议重载试验线货物列车车辆轴重按35 t考虑。

表1 国外主要重载铁路统计

表2 国内主要重载铁路统计

2.2 正线数目

结合京沈客运专线星火动车所和试验基地的建设用地情况，中国铁道科学研究院集团有限公司联合京沈铁路客运专线京冀有限公司和中国铁路设计集团有限公司提出了建设重载试验线的建议。经中国铁路总公司研究批准，同意“利用动车所和既有环线间既有用地及夹心地”研究实施重载试验线。

受建设用地限制，考虑到试验基地既有试验线和国外绝大多数试验线均为单线，建议重载试验线按照单线设计。

2.3 最高速度

1)国内外重载铁路最高速度。由表1可知，国外重载铁路最高运行速度均在80 km/h以内。国内既有重载铁路最高运行速度重车不超过80 km/h，空车不超过90 km/h。表2中我国重载铁路设计速度大部分为120 km/h，主要是考虑运行旅客列车的需求[4]。

2)机车、车辆的构造速度。目前我国重载铁路使用的交流传动大功率机车主要技术参数见表3,大秦铁路运用的运煤敞车主要技术参数见表4[5]。由表3、表4可知，机车最高速度为100～120 km/h，敞车最高速度为100 km/h。

表3 交流传动机车主要技术参数

表4 C80，C80B型运煤敞车主要技术参数

3)《铁路主要技术政策》规定：“新建重载铁路设计速度不大于100 km/h”。

综上分析，重载列车速度目标值大于100 km/h难以实现，故确定重载试验线最高速度不大于100 km/h。重载试验线主要模拟重车工况并开展相关试验，考虑到国内外重载列车实际运行速度的现状，建议重载试验线最高速度为80 km/h。

2.4 最小平面曲线半径

满足最高行车速度要求的最小平面曲线半径应满足下式

(1)

式中：Rh为满足最高行车速度要求的曲线半径，m；Vmax为最高行车速度，取80 km/h；hmax为最大超高，取150 mm；hqy为允许欠超高，取90 mm[6]。

满足内外轨均匀磨耗要求的最小曲线半径应满足下式

(2)

式中：Rj为满足内外轨均匀磨耗条件的曲线半径，m；Vmin为列车通过曲线的最低速度，取50 km/h[4]；hgy为过超高容许值，取50 mm[6]。

按照式(1)、式(2)计算最高速度80 km/h的最小曲线半径，见表5。

表5 最小曲线半径 m

由于重载铁路轴重大，年通过总量大，钢轨磨耗较常规的客货混运铁路严重。随着曲线半径的增大，尤其当曲线半径>800 m后，钢轨磨耗速率明显下降[7]。半径为500～600 m的小半径曲线段钢轨磨耗量约为半径 1 200 m 的6倍，约为半径800 m的1.5倍[8]。重载试验线建成后主要用于重载移动装备、工务设备的安全性和耐久性试验、重载技术系统试验，以及高速综合检测动车组、轨道检查车、钢轨探伤车等检测车辆的动态标定。因此，重载试验线应尽可能接近运营线路的实际工况。

综上所述，考虑试验需求、使用经济、地形条件(最大可用宽度约为140 m、最小可用宽度约为35 m)等因素，建议重载试验线的最小平面曲线半径为500 m。

2.5 限制坡度

限制坡度最大值计算公式如下

(3)

本次研究以HXD2型电力机车作为牵引机车，牵引力取554 kN，机车计算质量200 t。牵引车辆采用C80，车辆自重20 t，车长12 m[9]。在80 km/h计算速度下，HXD2型机车单位基本阻力和重货车单位基本阻力如表6所示[10]。

表6 重货车和HXD2机车单位基本阻力 N/t

按照式(3)计算80 km/h速度下不同牵引机车数量牵引10 000 t和20 000 t的限制坡度最大值，见表7。

表7 限制坡度 ‰

环行铁道试验基地站场到发线有效长度为650 m，通过借用站场与试验正线之间的联络线，可以满足编组 10 000 t重载列车的要求；20 000 t重载列车编组需要约 2 800 m，目前试验基地站场不具备条件。因此，研究重载试验线限制坡度时仅考虑万t重载列车需求。

目前，我国的大轴重重载铁路，如大秦铁路、朔黄铁路、山西中南部煤运铁路、蒙西至华中地区煤运铁路等，大部分地段位于山区。大秦铁路重车方向限制坡度为4‰，空车方向限制坡度为12‰，山西中南部通道铁路采用重车6‰、空车13‰的限制坡度组合。

综上所述，重载试验线作为我国重载运输方面的科技创新平台，主要模拟重车工况并开展相关试验，应最大限度地模拟运营干线的最不利工况，满足设计最高速度范围内以各速度级运行的试验需求。因此，结合科研试验需要，建议重载试验线限制坡度为13‰，在三机牵引万t条件下，满足最高速度运行的需求。

3 结论

本文在调研分析国内外主要重载铁路的技术标准的基础上，结合重载试验线建设需求和环行铁道试验基地地形条件，确定重载试验线的主要技术标准为设计轴重35 t，单线铁路，最高速度80 km/h，最小曲线半径500 m，限制坡度13‰。