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寧高城際軌道交通線路技術(shù)標準研究

何海清

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，成都　610031)

摘　要：寧高城際高淳段作為江蘇沿江城市群軌道交通網(wǎng)中的一條重要線路，聯(lián)系了南京市主城區(qū)、東山副城、溧水區(qū)石湫鎮(zhèn)和高淳區(qū)，承擔南京市主城區(qū)與高淳區(qū)間的遠距離軌道交通。前期系統(tǒng)制式專題研究確定，本線的速度目標值為120km/h，車輛選用B型車4輛編組。但我國尚無與之相應(yīng)的軌道交通線路設(shè)計規(guī)范，因此實際設(shè)計中需要參照地鐵或國鐵相關(guān)規(guī)范。而本線線路的平、縱面設(shè)計參數(shù)與地鐵和國鐵均有較大差異，不能完全參考《地鐵設(shè)計規(guī)范》或《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》，因此必須對本線的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行專題研究，根據(jù)本線的功能定位和特點選取合適的技術(shù)標準，計算出關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)應(yīng)用于工程設(shè)計。

關(guān)鍵詞：城際軌道交通；線路技術(shù)標準；曲線半徑；緩和曲線；坡段長度

1　概述

隨著我國城市人口的不斷增加和城市規(guī)模的不斷擴大，大城市與鄰近市鎮(zhèn)間的交通需求將主要由長距離、大運量的城際軌道交通來承擔。南京至高淳城際軌道翔宇路南站至高淳段工程(簡稱寧高城際高淳段)將加快溧水區(qū)、高淳區(qū)融入南京市主城的步伐，形成以軌道交通為骨干的都市圈快速交通體系。通過對比研究各種規(guī)范，分別確定了最小曲線半徑、緩和曲線長度、圓曲線及夾直線最小長度、最大坡度、最小坡段長度、坡度差和豎曲線半徑等7個平、縱面技術(shù)標準。

2　工程概況

寧高城際高淳段自翔宇路南站引出，經(jīng)江寧區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū)，終點為高淳站。線路全長約52.42 km，其中，地下線3.61 km，高架線44.19 km，地面線4.62 km。共設(shè)6座車站。其中，銅山站為地下一層、地面廳車站，其余均為高架站。最大站間距16.91 km(明覺—高淳北，跨石臼湖)，最小站間距6.24 km(高淳北—高淳)，平均站間距10.35 km。全線設(shè)2座變電所，即利用既有的機場線祿口新城南主變電所和新設(shè)高淳主變電所；在線路南端設(shè)高淳車輛段；控制中心設(shè)在南京南控制中心；車輛采用B型車4輛編組；牽引供電制式采用DC1500V接觸網(wǎng)供電方式。

3　線路標準計算

3.1　最小曲線半徑

設(shè)計最高行車速度匹配的曲線半徑最小值Rmin，按如下公式確定

式中　Vmax——設(shè)計最高速度；

[h+hq]——設(shè)計超高(允許實設(shè)超高值與允許欠超高值之和)。

3.1.1　參數(shù)的選取

允許實設(shè)超高值[h]主要受控于列車在曲線停車時的安全和乘客舒適度。據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2013)[h]為120 mm，據(jù)《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》(GB50090—2006)取150 mm；據(jù)《新建時速200～250 km鐵路客運專線設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2005]140號)為180 mm。而根據(jù)運營的經(jīng)驗，《地鐵設(shè)計規(guī)范》中[h]為120 mm偏保守，[h]取值可適當放寬。同時，考慮到本線選用B型車橫排座布置，實設(shè)允許超高值[h]取150 mm。

允許欠超高值[hq]主要受控于乘客舒適度。據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》[hq]為61 mm；《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》一般為70 mm，困難情況下為90 mm，既有線改造時為110 mm；據(jù)《新建時速200～250 km鐵路客運專線設(shè)計暫行規(guī)定》[hq]一般情況下為80 mm，困難情況下為110 mm。由于本線乘客乘車時間和距離均較短，且配置座位較多，因此在乘客無不良感覺的前提下[4]，本線允許欠超高值[hq]一般情況為70 mm，困難情況下為90 mm。

設(shè)計計算超高值通過理論速度計算取得。為適應(yīng)實際運營速度與理論速度間可能存在的少量偏差，欠超高值一般應(yīng)留有適當余值，即[h+hq]≤[h]+[hq]。但在計算曲線半徑最小值時，可以不預(yù)留欠超高余值，因此本線取[h+hq]=[h]+[hq]，即本線[h+hq]一般為220 mm，困難情況下為240 mm。

3.1.2　最小曲線半徑的確定

根據(jù)選取的各項參數(shù)，代入公式計算所得最小曲線半徑為：一般地段800 m(計算值為772 m)，困難情況下700 m(計算值為708 m)。

3.2　緩和曲線長度的確定

欠超高時變率、超高時變率及超高順坡率等相關(guān)參數(shù)控制緩和曲線長度。經(jīng)分析，緩和曲線長度主要受超高時變率控制。滿足允許超高時變率參數(shù)的緩和曲線長度L，按如下公式確定

式中　Vmax——該曲線段線路設(shè)計最高速度；

[f]——允許超高時變率；

h——圓曲線設(shè)計超高，不得超過150 mm。

據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》[f]取值統(tǒng)一為40 mm/s；《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定在Vmax=120 km/h)時[f]一般為28 mm/s，困難情況下為32 mm/s；《新建時速200 km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》一般為31 mm/s，困難情況下為35 mm/s?？紤]到本線乘客時間和距離比一般城市軌道交通要長，其舒適度要求較城市軌道交通可適當提高，故本線[f]一般為35 mm/s，困難情況下為40 mm/s。根據(jù)公式計算出各速度目標值下最小緩和曲線長度如表1所示(緩和曲線長度最小為20 m)。

3.3　圓曲線及夾直線最小長度

列車運行平穩(wěn)性和乘客舒適度主要控制最小圓曲線及夾直線長度，同時軌道定向和軌道檢測也控制其取值，因此各類鐵路取值差別較大。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定A型車圓曲線不宜小于25 m，B型車圓曲線不宜小于20 m，困難情況下不得小于一個車輛的全軸距。夾直線長度一般情況不小于60 m，困難情況A型車不小于25 m，B型車不小于20 m；《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定圓曲線和夾直線長度一般情況下為0.6Vmax～0.8Vmax，困難情況下為0.4Vmax～0.5Vmax；《高速鐵路規(guī)范》規(guī)定一般情況下為0.8Vmax，困難情況下為0.6Vmax。

考慮到本線乘客時間和距離比一般城市軌道交通要長，其舒適度要求較城市軌道交通可適當提高，故本線夾直線和圓曲線最小長度一般按70 m(0.6Vmax)、困難情況下按50 m(0.4Vmax)設(shè)計。

3.4　最大坡度

最大坡度在建設(shè)期影響工程的走向、長度和工程投資，運營期間影響工程的運營費用、牽引重量及輸送能力等。因此，確定合理的最大坡度有重要意義。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定區(qū)間正線最大坡度值，一般地段宜為30‰，困難地段可取35‰。特殊地形地區(qū)，技術(shù)經(jīng)濟比較后，可取40‰；《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》為機車牽引而非動車組之規(guī)定，因此無參考價值；《高速鐵路規(guī)范》規(guī)定正線的最大坡度不宜大于20‰，困難情況下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后，可采用不應(yīng)大于30‰的坡度。

考慮本線采用直流供電制式，選用B型車三動一拖四輛編組，經(jīng)牽引計算確定，最大坡度與《地鐵設(shè)計規(guī)范》取值一致。

3.5　最小坡段長度

坡段長度最小值除了滿足相鄰豎曲線不重疊外，還應(yīng)滿足相鄰豎曲線間的有一定夾直線坡段長度，使得列車在上個豎曲線上產(chǎn)生的振動在夾直線坡段長度內(nèi)能衰減完畢，從而不在下個豎曲線發(fā)生疊加，以保證列車平穩(wěn)運行。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定線路最小坡段長度宜大于遠期列車長度，且前后豎曲線夾直線坡道長度不宜小于50 m?！惰F路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定在Vmax=120 km/h時，根據(jù)到發(fā)線長度不同，最小坡段長度在250～400 m之間選取。

本線變坡點之間的坡段長度和兩豎曲線之間的夾直線坡段長度按同時滿足兩個規(guī)范進行設(shè)計，即坡段長度最小值宜不小于400 m，困難情況不得小于300 m，且不能連續(xù)使用。相鄰豎曲線間夾直線坡段長度宜大于或等于50 m，以保證列車平穩(wěn)運行，同時又能使縱斷面設(shè)計更加靈活以便更好地適應(yīng)地形條件，從而達到減少工程數(shù)量和節(jié)省工程投資的目的。

3.6　坡度差

《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定相鄰坡段的坡度差允許的最大值主要由保證重載貨物列車運行時車鉤可靠性來確定，而《地鐵設(shè)計規(guī)范》和鐵路客運專線對相鄰坡段的坡度差均未限制，故本線坡度差不應(yīng)控制。

3.7　豎曲線半徑

根據(jù)鐵道科學(xué)研究院研究，豎曲線半徑取決于列車運行安全和乘客的舒適性，其中乘客的舒適性控制豎曲線半徑。即受運行列車在豎曲線產(chǎn)生的加速度α限制的豎曲線的半徑最小值為

式中　α——乘客舒適性控制的豎向離心加速度允許值，m/s2；

Rsh——豎曲線的半徑；

Vmax——設(shè)計最高行車速度。

根據(jù)國外資料，α取值范圍較寬，為0.08～0.3 m/s2；《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定地鐵正線α取值一般為0.16 m/s2，困難條件下為0.3 m/s2；《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定速度160 km/h時，豎曲線半徑統(tǒng)一取15 000 m，對應(yīng)α取值為0.13 m/s2；《高速鐵路規(guī)范》中α取值范圍為0.24～0.37 m/s2。

綜上，為提高旅客乘車的舒適度，并保證列車通過變坡點處的安全性，本線α一般條件下取值為0.13 m/s2，困難條件下取值為0.22 m/s2；經(jīng)計算，當設(shè)計速度為120 km/h、相鄰兩坡段坡度代數(shù)差≥2‰時，區(qū)間線路豎曲線半徑一般地段應(yīng)選用10 000 m，困難地段應(yīng)選用5 000 m。

4　結(jié)論及建議

(1)通過研究對比《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》、《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》和《地鐵設(shè)計規(guī)范》中線路技術(shù)參數(shù)，分析各種技術(shù)規(guī)范的編制原則，并根據(jù)本線的功能定位及工程特點，選取了適宜的技術(shù)參數(shù)。

(2)根據(jù)選取的技術(shù)參數(shù)，分別計算確定了最小曲線半徑、緩和曲線長度、圓曲線及夾直線最小長度、最大坡度、最小坡段長度、坡度差和豎曲線半徑等7個平、縱面技術(shù)標準，將為類似的城際軌道交通選線設(shè)計提供參考依據(jù)。

(3)城際軌道交通分為區(qū)域城際軌道交通主軸系統(tǒng)和大城市城際軌道交通通勤系統(tǒng)兩類[5]，設(shè)計中不可生搬硬套規(guī)范和其他線路設(shè)計參數(shù)，而需根據(jù)軌道交通的功能定位和工程特點選取合理的技術(shù)參數(shù)。

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收稿日期：2015-06-07； 修回日期：2015-07-08

作者簡介：何海清(1984—)，男，工程師，2009年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院道路及鐵道工程系，工學(xué)碩士，E-mail：hohake@hotmail.com。

文章編號：1004-2954(2016)06-0014-04

中圖分類號：U212.31

文獻標識碼：A　　

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.004

Study on Technical Standard of Ning-Gao Intercity Rail Transit

HE Hai-qing

(China Railway Eryuan Enginneering Group Co.，Ltd，Chengdu 610031，China)

Abstract：The Gaochun section of Ning-Gao Intercity Rail Transit is one of the planned lines，which connects Dongshan urban area，Shiqiu new town and Chunxi new town of Najing，and which mainly undertake the long-distance trip between main urban area and Gaochun area. Dedicated preliminary study of system mode determines that the target speed of this line is 120 km/h and 4-B type-car train set is selected. However，there are no related design criterions of such railway lines in China and related design standards of subways and national railways need to be referenced. However，the horizontal and vertical design of this line is very different from that of subways and national railways，thus，codes for metro design or codes for design of railway line can hardly be referenced completely. Therefore，the critical technical parameters of this line should be specially studied and suitable technical standard is selected，and critical technical parameters are calculated according to the functional orientation and characteristics of the line．

Key words：Intercity rail transit; Line technical standards; Radius of curve; Transition curve; Slope length