时速160 km市域（郊）铁路明线地段的最小线间距

刘清华

中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063

市域（郊）铁路是一种介于城际铁路与城市轨道交通之间新型快捷的轨道交通系统，主要承担通勤、通学、通商等客流［1］，设计速度100～160 km/h。

对于设计行车速度160 km/h 的市域（郊）铁路区间最小线间距，相关研究成果、团体标准、行业标准存在一定差异。冯慧淼［2］研究认为，行车速度160 km/h的市域（郊）铁路会车风压较小，会车风压不是线间距的控制因素，建议选用市域A 型、D 型车线路最小线间距分别采用3.8、4.0 m，而T/CCES 2—2017《市域快速轨道交通设计规范》中规定：最高设计速度160 km/h的市域快轨，选用市域A、B、D 型车线路区间正线最小线间距分别采用 4.0、4.0、4.2 m。TB 10624—2020《市域（郊）铁路设计规范》规定：最高设计速度160 km/h的市域（郊）铁路，选用市域A、B、C、D型车线路区间正线最小线间距分别采用3.8、3.6 ～ 3.8、4.0、4.0 m。

截至2021 年，国内已建或在建设计行车速度160 km/h 的市域（郊）铁路最小线间距均未按照TB 10624—2020 推荐的最小线间距设置，见表1。其中：平谷线、新机场线、资阳线线路中间设置疏散平台，拉大了线间距；宁扬线在该规范推荐的最小线间距上增加了0.2 m。

表1 时速160 km市域（郊）铁路最小线间距

本文通过数值模拟计算列车交会时风压和横向振动加速度，对列车交会时的平稳性进行评价，之后分析市域（郊）铁路会车频率及线间距变化对工程投资的影响，最后给出最小线间距建议值。

市域（郊）铁路的敷设特点是以地面或高架方式为主［3］，因此本文仅分析明线地段会车风压对列车平稳性的影响。

1 车型参数及车净距

我国市域列车主要分为A、B、C、D 四种车型。对于速度等级160 km/h 的市域（郊）铁路，四种车型的主要参数见表2。其中，Δ为司机室的长度，m。

表2 市域车型主要参数 m

定义两交会列车侧壁净距为车净距d。其计算公式为

式中：D为线间距，m；b1、b2分别为两交会列车车体的基本宽度，m。

式（1）中两交会列车车体的基本宽度一定时，车净距与线间距完全正相关。

2 会车风压计算

2.1 数值计算方法及模型

两列车交会过程中列车间的相对位置时刻在变化，属于瞬态过程。采用流体计算软件FLUENT 对明线地段列车交会过程进行仿真模拟。选取工程上应用较广的标准k-ε两方程紊流模型［4］，按三维、可压缩、非定常N-S方程［5］获得列车交会时风压值。介质选用可压缩空气，空气密度取1.22 kg/m3。

两交会列车均选取市域A 型车，采用4辆编组，车体长度95 m，按1∶1 的比例建立列车模型，对车头形状、受电弓、车钩等进行简化。明线地段列车交会时计算区域选取长500 m、宽200 m、高100 m 的矩形空间，两列车初始相距100 m。

2.2 计算工况

在明线地段两列车以最高速度等速交会时产生的压力波最大［6］。因此，按照最不利原则对两列车以最高速度等速交会进行模拟。考虑到市域（郊）铁路列车实际开行速度存在10%的瞬间超速情况［7］，两交会列车速度均取176 km/h。车净距选取0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 m 六种，不考虑车体形状不同引起的会车压力波差别。不同车净距下各车型对应的线间距见表3。

表3 不同车净距下各车型对应的线间距 m

2.3 测点布置

两列车交会均从车头起，沿线路方向在车身表面交会侧布置42个风压监测点，见图1。

图1 车体表面风压监测点布置

2.4 模型验证

在明线地段车净距0.8 m 条件下，两列市域A 型车以176 km/h 的速度等速交会，两列车所受风压基本一致。交会时车体表面所受的风压见图2。车体表面风压最大值沿测点的分布见图3。

图2 两列车交会时车体表面所受风压（单位：Pa）

图3 车体表面风压最大值沿测点的分布

由图2、图3可知：①列车在明线地段交会时，测点2（位于车头前端）风压最大，该风压由沿行车方向的风压和车体交会侧风压叠加引起；②车体交会侧表面风压最大值出现在车体前端9 号测点处；③14—27号测点（前部和中部车厢）风压比较均匀。这些规律与高速铁路、城际铁路会车风压数值模拟成果［8-11］一致，说明模型比较可靠。

2.5 计算结果分析

不同车净距下9 号测点所受风压见表4。可见：9 号测点所受风压最大值、最小值均随车净距减小而增加。在车净距0.6、0.8 m 时所受风压最大值分别较车净距1.0 m 时增加18.6%、10.6%。结合式（1）中车净距与线间距的对应关系，9 号测点所受风压最大值也随线间距减小而增加。

表4 不同车净距下9号测点所受风压

3 会车时列车平稳性评价

明线地段会车时气流诱发的车体振动发生在极短时间内，属于瞬时横向冲击振动。评价此类振动最直接有效的方法是采用横向振动加速度最大值［12］。依据TB/T 2360—1993《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》，采用横向振动加速度最大值Amax评定列车运行的平稳性。列车平稳性等级评定标准见表5，其中平稳性等级不合格为最低，优良为最高。

表5 列车平稳性等级评定标准

明线地段两列车交会时车体横向振动主要由气动侧向力（即会车压力）引起，线间距越大，会车横向振动越小［12］。模拟两相同车型的市域列车在不同车净距下进行交会，分别对列车的9号测点（出现交会侧车体表面风压最大值的测点）进行监测，获得该点Amax。列车平稳性评价结果见表6。

由表6 可知：横向振动加速度最大值Amax随车净距加大而减小。车净距为0.6 ～0.8 m时Amax在2.04～2.19 m/s2，列车平稳性合格；车净距为0.9～1.1 m 时Amax在1.85～1.94 m/s2，列车平稳性良好。结合式（1）中车净距与线间距的对应关系，车净距越大，线间距越大，列车平稳性等级也越高，增大线间距则可有效降低会车压力对列车平稳性的影响。

4 会车频率分析

铁路会车频率一般与运输组织模式、列车全程运行时间、最小行车间隔、跨线车进入、车辆基地所处位置等因素相关。会车频率高低影响列车平稳性。对比宁扬（南京—扬州）市域（郊）铁路与京沪（北京—上海）高速铁路（干线铁路）列车运行图（图4）发现：宁扬市域（郊）铁路最大会车频率为34 次/h，会车时间在07：30—8：30；京沪高速铁路最大会车频率为19 次/h，会车时间在11：00—12：00。宁扬市域（郊）铁路最大会车频率约为京沪高速铁路的2倍。对比结果验证了承担通勤、通学、通商等规律性客流的市域（郊）铁路会车频率要远大于以承担中长途客流为主的干线高速铁路，市域（郊）铁路会车引起的车体横向振动更频繁。考虑到市域（郊）铁路列车综合性能比干线高速铁路低，故市域（郊）铁路应尽可能提高会车时列车平稳性等级。

图4 两条铁路列车运行图

5 线间距增减对工程投资的影响

市域（郊）铁路明线地段主要为高架桥梁，简支箱梁是桥梁的主要梁型。选取常用的跨径30、35 m 简支箱梁作投资比较，结果见表7。参考南京都市圈市域（郊）铁路工程投资情况，区间桥梁造价按8 500 万/km计算可知：线间距增减0.2 m，单孔30、35 m 跨箱梁上部结构总造价增减均不大于2%，每公里桥梁造价增减均小于0.75%。区间桥梁线间距增减0.2 m，一般不会引起市域（郊）铁路项目投资发生较大变化。

表7 不同线间距下单孔简支箱梁上部结构造价

6 结论与建议

1）数值模拟结果显示，横向振动加速度最大值随车净距增大而减小；两列车的车净距在0.6～0.8 m，以176 km/h 的速度等速会车时，列车平稳性合格。即市域（郊）明线地段最小线间距按照TB 10624—2020进行设置，市域A 型车铁路线间距3.8 m、B 型车铁路线间距3.6 m、C、D 型车铁路线间距4.0 m，会车时列车平稳性仅合格，增大线间距则可有效降低会车压力对列车平稳性的影响。

2）市域（郊）铁路列车的综合性能比干线高速铁路低，但其会车频率高，会车引起的车体横向振动更频繁，故应尽可能提高会车时列车平稳性等级。市域（郊）铁路明线地段桥梁线间距增减0.2 m 对项目投资影响极小。

综上，建议市域（郊）铁路时速160 km 明线地段，在TB 10624—2020 推荐的最小线间距基础上增大0.2 m。即选用市域A、B、C、D型车的市域（郊）铁路明线地段，最小线间距分别采用4.0、3.8、4.2、4.2 m。