浅谈窄轨铁路限界研究的意义

韩志强

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

HAN Zhi-qiang

(China Railway Fifth Survey And Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing102600,China)

1 引言

1.1 概述

铁路轨距采用1435mm的铁路称为标准轨距铁路，轨距小于1435mm的铁路称为窄轨铁路，反之称为宽轨铁路。

1.2 研究的意义

世界铁路的一个发展方向是统一技术标准以期实现国际联运。由于历史原因一些国家同时存在几种不同轨距的铁路，未来的铁路改造计划仍在谋求铁路轨距的统一以及和标准轨距铁路的接轨；各国的高速铁路轮轨技术的研发，无一例外地选择了标准铁路轨距作为统一技术标准。人们认为窄轨铁路由于自身技术的局限，建设标准低下，世界各国尤其是发达国家早已不加侧重，面临淘汰。

20世纪70年代，继著名的坦赞铁路以后，我国越来越多地参与到国际铁路的建设中，比如随着我国对外经贸“走出去”的发展战略，近年来我们参与的大量非洲和东南亚国家铁路项目如坦赞铁路、尼日利亚铁路、越南铁路、马来西亚铁路（米轨）、菲律宾铁路、印尼铁路和安哥拉铁路等，都是采用1067mm轨距铁路标准。而根据我国对外经贸政策，我国将大幅提升对拉美国家的投资力度。

我国现行颁布的中华人民共和国国家标准（GB）以及铁道部行业标准（TB）中各类铁路设计规范仅适用于1435mm标准轨距铁路建设[1]。国际项目开展初期，如签定技术合同，我们往往陷入两难的境地：执行国际通行标准如BS、UIC等，我们了解不深；执行中国标准，我们又没有。因此在对外承建铁路项目过程中，迫切需要进一步研究其他国家的窄轨技术，搜集窄轨铁路的相关资料，整理编制一套较为完整、系统的窄轨铁路设计规范或原则，以应对国外铁路勘测设计施工各个环节将面临的矛盾。

2 限界研究的重要性

铁路限界标准是铁路设计中最基础最重要的技术标准。限界标准也是重要的国际标准和基本的国家标准。铁路限界标准的确定直接影响包括线桥在内的几乎所有专业的设计工作，特别是站场专业，铁路限界标准对站内建筑设备与线路，线路与线路的相对位置距离的确定尤为重要。在我国，限界标准经设计及试验验证，通过铁道部审查最终由国家标准局批准并发布。

3 各国限界比较

限界标准制定和许多因素有关，如线路运营标准、采用机车车辆、行车速度、行车安全系数以及轨道设备的磨耗、容差等。即使采用相同铁路标准和机车车辆，限界标准仍会存在差异。

通过1067mm轨距铁路（南非实际轨距为1065mm）较高技术水平的日本和南非两个国家限界资料得知，日本车辆限界的高×宽=4300mm×3000mm，建筑限界的高×宽=5200mm×3800mm[3]；南非的车辆限界高×宽=3965mm×3050mm，建筑限界的高×宽=6000mm×4920mm[5]。可看出两国的车辆限界尺寸非常接近，而建筑限界则相差很大，日本有较大的车辆限界高度，而建筑限界却大大低于南非标准；限界宽度的情况也比较类似。对此我们需要从两个方面来讨论这个问题。

对于限界净空高度的确定，涉及的专业广泛而复杂，需要纳入系统研究的范畴。某些时候净空高度标准的制定更多地牵涉了工程经济学的考量。各国标准差异很大，不同的线路在是否要求电化、是否预留双层集装箱列车或开行其他超高特种车辆也多争执不下。净空高度限界问题本身已超越了纯技术的研究范围，这个问题涉及的专业广泛，本文将不进行深度研究。

对于建筑限界宽度，日本建筑限界半宽为1900mm，南非为2460mm，相应的建限与车限间隙余量日本为400mm，南非为935mm。这个差异是非常大的，英国的研究发现，列车直线运行在最不利工况下（组合磨耗等），车体上部摆动量会超过250mm[6]。因此上述差异反映出所在国对于行车安全、制造技术（包括机车车辆的制造技术）、经济性等综合因素的考量。较小的间隙余量一方面节省了更多的空间进而节约更大的建设成本；同时，必须具备完善的制造工艺、精准的检测和维修手段做保障，否则将无法确保行车安全。本次研究，对于制造技术和管理水平都较高的日本铁路，宜加强比较分析。

表1是不同轨距的一些国家铁路车辆限界和建筑限界以及相差的间隙余量比较表。

表1 各国铁路限界比较表 单位：m

注：①限界宽度为轨面以上2.5m处的宽度值；

②*为1950年颁发，目前为曲线运动包迹概念取代[4]；

③**为建筑限界为普速铁路建筑接近限界。

以上可以看出，相同轨距以及不同轨距的各国车辆限界和建筑限界变化范围是比较大的。实际上，限界标准的制定是一个非常复杂的问题。

4 建筑限界的加宽

线路曲线加宽是一个纯几何问题。区间及站内曲线，各相临线路中心线间水平距离，以及线路中心与建筑物边缘的水平距离应根据曲线半径大小予以加宽[2]。

一般各种轨距铁路均可采用以下公式：

①曲线内侧建筑物加宽公式（单位：mm）

式中，C：转向架中心距；L：计算机车辆的车体长度；R：曲线半径；h：计算高度；s：外轨超高；G：钢轨中心距（轨距与轨头宽度之和）。

②曲线外侧建筑物加宽公式（单位：mm）

5 结语

受铁路技术高速发展的影响，高速列车、摆式列车、宽体和超长车辆以及重载超高车辆的出现，现代限界研究已经不再局限于车辆限界、装载限界和建筑限界等单一模式的研究，随着对空气动力学、列车稳定性、车辆制造和铁路维修技术的认识，静态车辆轮廓、运动包迹以及运动曲线包迹等概念也经常被采用。

综上所述，对于1067mm窄轨铁路限界问题的研究基本上可得出如下结论：①注重前瞻性和统一的技术标准。对于非洲铁路，一些国家准备修复的铁路多互相孤立自成系统，但是从路网发展的长远考虑，在限界设计时须注意和周边邻国以及非洲大陆主流铁路限界相适应，适当采用较宽的限界和间隙余量值，避免形成路网后，成为未来的铁路联运的障碍。②重视所在国铁路现状。我们面对的是铁路技术水平相对落后的非洲、东南亚一些发展中国家，许多铁路为技改项目，有的国家运营的机车车辆分别购置于五、六个国家。因此车辆限界也应适度放宽标准，设计中通过横向比较，考虑维持既有铁路现状，满足运营要求为原则。③运营安全是关键。非洲国家铁路养护维修水平极低，在制定限界标准上宜充分考虑车辆轮对、钢轨的磨耗甚至失效等不利状况，确保安全。