孫 斌,李霞明

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

1 工程概況

FMO鐵礦專用線擴(kuò)能改造項(xiàng)目為中國(guó)鐵路企業(yè)與委內(nèi)瑞拉FMO鐵礦公司簽訂的EPC合同項(xiàng)目。FMO鐵礦專用線連接奧爾達(dá)斯港(PTO.ORDAZ)與皮阿爾市(CIUDAD.PIAR)的運(yùn)輸鐵礦，全長(zhǎng)145 km，設(shè)計(jì)軸重為32.5 t，為重載鐵路。該鐵路修建于20世紀(jì)50年代，由于維護(hù)水平低，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，整體狀況變得較差。目前各路段行車速度均不超過(guò)20 km/h。根據(jù)既有線調(diào)查資料顯示，既有鐵路鋼軌側(cè)磨嚴(yán)重，部分地段鋼軌軌距、高低、水平變位較大，全段線路曲線地段未設(shè)置緩和曲線，曲線超高不足。

FMO鐵礦專用線擴(kuò)能改造在線路改造方面的重點(diǎn)是優(yōu)化既有鐵路平縱斷面，進(jìn)行線路撥移及線路高程的抬落設(shè)計(jì)，以滿足空車速度目標(biāo)值95 km/h，重車速度目標(biāo)值為55 km/h的行車要求。由于該項(xiàng)目要求采用美國(guó)AREMA標(biāo)準(zhǔn)，而該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某些線路設(shè)計(jì)參數(shù)未有明確規(guī)定或其規(guī)定與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有所差別，因此如何合理的確定曲線超高、最小曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)度等線路設(shè)計(jì)參數(shù)成為此次擴(kuò)能改造方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 曲線超高的確定

曲線超高(curvesuperelevation)是為了平衡列車行駛在曲線上所產(chǎn)生的離心力，而設(shè)置的外股鋼軌高于內(nèi)股鋼軌的數(shù)值，使內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均等，以提高線路的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，曲線超高還是確定緩和曲線長(zhǎng)度及曲線線間距離加寬值等相關(guān)平面標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)。曲線超高設(shè)計(jì)參數(shù)包括實(shí)設(shè)超高、欠超高、過(guò)超高、超高時(shí)變率以及欠超高時(shí)變率。曲線超高設(shè)計(jì)參數(shù)的合理取值詳見(jiàn)表1。

3 最小曲線半徑的確定

確定最小曲線半徑要綜合考慮路段最高行車速度的要求和內(nèi)外軌均衡磨耗這兩個(gè)因素。

3.1 按行車速度確定最小曲線半徑

最小半徑曲線上設(shè)置最大超高，且貨物列車以最高設(shè)計(jì)速度通過(guò)該曲線時(shí)，最小曲線半徑應(yīng)滿足式(1)規(guī)定。

表1 曲線超高設(shè)計(jì)參數(shù)合理取值

注：Vj為列車均衡速度；Vmax為列車最高行車速度；Vmin為重車行車速度。

(1)

式中：Rh為列車最高行車速度要求的曲線半徑(m)；Vmax為列車最高運(yùn)行速度(km/h)，本線取95 km/h；Hmax為最大實(shí)設(shè)超高(mm)，本線取125 mm；Hqy為允許欠超高(mm)，本線取90 mm。

3.2 按內(nèi)外軌均衡磨耗確定最小曲線半徑

最小曲線半徑要滿足內(nèi)外軌均衡磨耗條件，按式(2)計(jì)算。

(2)

式中：Rj為均磨半徑(m)；Vmax為列車最高運(yùn)行速度(km/h)，本線取95 km/h；Vmin為重車運(yùn)行速度(km/h)，本線取55 km/h；Hqy為允許欠超高(mm)，本線取90 mm；Hgy為允許過(guò)超高(mm)，本線取60 mm。

3.3 確定最小曲線半徑

最小曲線半徑為：

Rmin=maxRh,Rj

(3)

4 緩和曲線長(zhǎng)度的確定

緩和曲線長(zhǎng)度應(yīng)保證列車運(yùn)行安全，并滿足一定的舒適度要求。一般按下列方法計(jì)算，并取最大值。

4.1 按超高順坡確定緩和曲線長(zhǎng)

設(shè)置超高順坡是為了避免車輪脫軌，參照美國(guó)AREMA標(biāo)準(zhǔn)，滿足不使車輪脫軌的緩和曲線長(zhǎng)度為：

L1≥744H

(4)

式中：L1為緩和曲線長(zhǎng)度(m)；H為實(shí)設(shè)超高(m)。

4.2 按超高時(shí)變率確定緩和曲線長(zhǎng)

超高時(shí)變率不應(yīng)引起司乘人員的不適，滿足此條件的緩和曲線長(zhǎng)度為：

(5)

式中：L2為緩和曲線長(zhǎng)度(m)；H為實(shí)設(shè)超高(mm)；Vmax為通過(guò)曲線的最高行車速度(km/h)；f為舒適度容許的超高時(shí)變率(mm/s)。

4.3 欠超高時(shí)變率確定的緩和曲線長(zhǎng)

欠超高時(shí)變率不應(yīng)使司乘人員不適，滿足此條件的緩和曲線長(zhǎng)度為：

(6)

式中：L3為緩和曲線長(zhǎng)度(m)；Hq為列車以最高速度通過(guò)曲線時(shí)的欠超高(mm)；Vmax為通過(guò)曲線的最高行車速度(km/h)；b為舒適度容許的欠超高時(shí)變率(mm/s)。

4.4 確定緩和曲線長(zhǎng)度

最終緩和曲線的標(biāo)準(zhǔn)值為：

L=maxL1,L2,L3

(7)

5 FMO鐵礦專用線擴(kuò)能改造線路設(shè)計(jì)參數(shù)最終取值

根據(jù)本文介紹的方法確定該專用線改造的線路設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最小曲線半徑為500 m。該值與既有線的最小曲線半徑相當(dāng)，改造過(guò)程中引起的工程量不大。超高取值見(jiàn)表2，緩和曲線長(zhǎng)度見(jiàn)表3。

表2 超高取值表

表3 緩和曲線長(zhǎng)度表

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化曲線半徑、曲線超高和緩和曲線的匹配關(guān)系，采用合理的線路設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)FMO鐵礦專用線進(jìn)行改造，將極大改善既有線的運(yùn)營(yíng)狀況，提高行車速度，改造后的既有線行車將更加安全、舒適，既有線的維護(hù)費(fèi)用也將大為減少。

確定重載貨運(yùn)專線的線路設(shè)計(jì)參數(shù)，旨在為科學(xué)合理地應(yīng)用計(jì)算參數(shù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。也為類似項(xiàng)目的實(shí)施提供一定的參考和依據(jù)。隨著中國(guó)企業(yè)越來(lái)越多的參與海外鐵路項(xiàng)目的建設(shè)，工程師應(yīng)具備靈活的應(yīng)用美標(biāo)、歐標(biāo)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的能力。

[1] GB 50090-2006鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] ISSN 1542-8036美國(guó)鐵路工程和道路維護(hù)協(xié)會(huì)鐵路工程手冊(cè)(AREMA標(biāo)準(zhǔn))[S]

[3] 賀挨寬.緩和曲線線型及長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(1)：1-6

[4] 馬文敏，劉孝康.緩和曲線長(zhǎng)度和參數(shù)的確定[J].交通科技，2008(7):54-55

[5] 胡敘洪.既有鐵路提速改造線路方案研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2003(2)：23-26