中俄鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比與分析

馮德泉

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)線運(yùn)處,西安 710043)

1 概述

建國(guó)以來(lái),我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系大量引用了前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn),并一直沿襲使用下來(lái)[1]。近些年來(lái),我國(guó)鐵路設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生了較大的改變,逐漸發(fā)展形成了一套獨(dú)立自主的技術(shù)體系,取得了巨大的建設(shè)成就。同時(shí)俄羅斯的規(guī)范也在改進(jìn)發(fā)展,筆者近年來(lái)參與俄羅斯圖瓦鐵路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和咨詢,與俄羅斯專家進(jìn)行了充分的溝通與合作,以此工作經(jīng)驗(yàn)出發(fā),對(duì)比與分析目前中俄鐵路建設(shè)在研究年度、鐵路等級(jí)、旅客列車設(shè)計(jì)行車速度、曲線半徑、限制坡度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的差異,希望能夠?yàn)橥刑峁┯袃r(jià)值的參考。

2 研究年度

俄羅斯鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范《1 520 mm軌距鐵路》研究年度按照運(yùn)營(yíng)第2年、第5年、第10年[2],我國(guó)在2006年以前與俄羅斯的劃分相同,近、遠(yuǎn)期分別為第5年、第10年,2006年版《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《線規(guī)》)起,近、遠(yuǎn)期分別調(diào)整為運(yùn)營(yíng)第10年、第20年[3]。

在我國(guó),鐵路線下基礎(chǔ)設(shè)施和不易改擴(kuò)建的建筑物和設(shè)備,如車站分布、線路平縱斷面條件、建筑限界等,按遠(yuǎn)期(運(yùn)營(yíng)第20年)運(yùn)量和運(yùn)輸性質(zhì)設(shè)計(jì),并適應(yīng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展要求；對(duì)于易改、擴(kuò)建的建筑物和設(shè)備,如正線數(shù)目、開站數(shù)量、到發(fā)線有效長(zhǎng)、軌道、信聯(lián)閉設(shè)備、房屋建筑等,按近期(運(yùn)營(yíng)第10年)運(yùn)量和運(yùn)輸性質(zhì)設(shè)計(jì),預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展條件；隨運(yùn)輸需求變化增減的機(jī)車、車輛等運(yùn)營(yíng)設(shè)備,可按交付運(yùn)營(yíng)后第3年或第5年的運(yùn)量設(shè)計(jì)。

而在俄羅斯,路基寬度、到發(fā)線有效長(zhǎng)、橋梁、軌道類型、接觸網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)辦公用房屋及旅客站房面積按照運(yùn)營(yíng)第10年運(yùn)量設(shè)計(jì)；開站數(shù)量、正線數(shù)目、各車站站線股道數(shù)量、樞紐內(nèi)疏解線、機(jī)車庫(kù)臺(tái)位數(shù)量、信聯(lián)閉設(shè)備類型及容量、牽引變電所設(shè)備數(shù)量、給排水設(shè)備、廠房建筑面積、生活用房屋面積等按照第5年運(yùn)量設(shè)計(jì)；車站貨物倉(cāng)庫(kù)面積、廠房車床設(shè)備等按照運(yùn)營(yíng)第2年運(yùn)量設(shè)計(jì)[2,4]。

由此可見,俄羅斯十分注重工程建設(shè)與運(yùn)量的適應(yīng)性,優(yōu)點(diǎn)是可有效減少初期投資；但存在的問(wèn)題是鐵路輸送能力適應(yīng)期短,常常導(dǎo)致建成后不久能力已經(jīng)到達(dá)飽和,由于鐵路工程一般都有3年以上工期,鐵路頻繁改擴(kuò)建,不但產(chǎn)生廢棄工程,也影響鐵路正常運(yùn)輸生產(chǎn)。我國(guó)原來(lái)采用與俄羅斯相同的設(shè)計(jì)年度,在神朔線、西安安康線、西安南京線等多條鐵路通車后5年之內(nèi)能力已經(jīng)飽和,隨即開展增建第二線研究或建設(shè)。當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)正處于高速發(fā)展期,鐵路運(yùn)量增長(zhǎng)迅速,運(yùn)營(yíng)第5年、第10年運(yùn)量差別通常較大,以之確定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變化大,使鐵路大拆大改這種現(xiàn)象更為明顯。2006年以后,我國(guó)鐵路設(shè)計(jì)近、遠(yuǎn)期年度分別延長(zhǎng)至第10年、第20年,使鐵路輸送能力適應(yīng)期得到有效延長(zhǎng),以之確定的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模充分體現(xiàn)了鐵路建設(shè)強(qiáng)本簡(jiǎn)末、服務(wù)運(yùn)輸?shù)囊?鐵路的運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量得到進(jìn)一步提升,取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

3 鐵路等級(jí)的劃分

中俄兩國(guó)鐵路等級(jí)都是以鐵路意義和換算貨運(yùn)量?jī)煞矫鏇Q定,詳細(xì)對(duì)照見表1。

表1 中俄客貨共線鐵路等級(jí)劃分對(duì)比

從表1可見,我國(guó)客貨共線鐵路分為4個(gè)等級(jí),俄羅斯較我國(guó)更為細(xì)化,分為6級(jí),除Ⅰ～Ⅳ級(jí)外還有高速線和特別繁忙干線兩級(jí),高速線是以較高速度的客運(yùn)為主,兼顧部分貨運(yùn)的鐵路干線,特別繁忙干線是指運(yùn)營(yíng)第十年重車方向換算貨運(yùn)量大于50 Mt的貨運(yùn)繁忙干線。而我國(guó)將與俄羅斯對(duì)應(yīng)的高速線和特別繁忙干線兩級(jí)全部籠統(tǒng)地歸到Ⅰ級(jí)鐵路中。

俄羅斯Ⅰ～Ⅳ級(jí)鐵路的運(yùn)量分界值較我國(guó)明顯高,高50%左右。我國(guó)各等級(jí)鐵路間年客貨運(yùn)量分界值是根據(jù)1995年全路主要區(qū)段運(yùn)營(yíng)資料統(tǒng)計(jì)分析確定的,那時(shí)鐵路運(yùn)輸能力和技術(shù)水平較低,基本反應(yīng)了當(dāng)時(shí)鐵路發(fā)展水平。

隨著六次鐵路大提速的實(shí)施,全路客車旅行速度從1995年的48.1 km/h提高到2009年70.18 km/h,提高46%；貨運(yùn)列車平均總重由1995年的2 597 t增加到2010年的3 467 t,增加34%；全路換算運(yùn)輸密度從1995年的2 840萬(wàn)t·km/km提高到2009年的3 851萬(wàn)t·km/km,提高36%,是俄羅斯的1.7倍,居世界第一,我國(guó)鐵路運(yùn)輸水平已有大幅度提升[5-7]。但由于Ⅰ級(jí)鐵路的運(yùn)量門檻值較低,不論是路網(wǎng)性干線,還是區(qū)域路網(wǎng)干線、一般線路大部分國(guó)鐵線路設(shè)計(jì)中都劃為Ⅰ級(jí)鐵路,Ⅱ～Ⅳ級(jí)鐵路很少,鐵路“Ⅰ級(jí)化”現(xiàn)象越來(lái)越普遍,鐵路等級(jí)間運(yùn)量分界值已不能適應(yīng)當(dāng)前鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn),以之確定的等級(jí)已經(jīng)不能有效區(qū)分各條鐵路間的實(shí)際差異,利用鐵路等級(jí)來(lái)調(diào)整各條鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的功能顯著消弱。目前我國(guó)鐵路既有線運(yùn)能挖潛已基本完成,運(yùn)輸水平達(dá)到了較為穩(wěn)定的平臺(tái)期,因此有條件也有必要與時(shí)俱進(jìn),適時(shí)修改鐵路等級(jí)間的運(yùn)量分界值。當(dāng)然鐵路等級(jí)是鐵路最主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一,牽一發(fā)而動(dòng)全身,不宜頻繁改動(dòng),必須十分慎重。

4 旅客列車行車速度

中俄兩國(guó)客貨共線鐵路旅客列車設(shè)計(jì)行車速度對(duì)比見表2。

表2 中俄客貨共線鐵路旅客列車設(shè)計(jì)行車速度對(duì)比

可以看到,俄羅斯旅客列車最高行車速度高速線不超過(guò)200 km/h,特別繁忙干線一般不超過(guò)120 km/h(有依據(jù)時(shí)可超過(guò)120 km/h,但不得超過(guò)160 km/h),Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)鐵路不超過(guò)160 km/h,Ⅲ級(jí)鐵路不超過(guò)120 km/h,Ⅳ級(jí)鐵路不超過(guò)80 km/h[2,8]。

而我國(guó)鐵路列車運(yùn)行速度與鐵路等級(jí)無(wú)強(qiáng)制限定,通常情況下Ⅰ級(jí)鐵路旅客列車設(shè)計(jì)行車速度宜為120～200 km/h,Ⅱ級(jí)鐵路宜為80～120 km/h,Ⅲ、Ⅳ級(jí)鐵路無(wú)限定。

俄羅斯規(guī)范僅規(guī)定了各級(jí)鐵路的速度上限值,對(duì)于下限值并未作規(guī)定。規(guī)定高速線不超過(guò)200 km/h；特別繁忙干線一般不超過(guò)120 km/h,有經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較依據(jù)時(shí)可超過(guò)120 km/h,但不得超過(guò)160 km/h；Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)鐵路不超過(guò)160 km/h；Ⅲ級(jí)鐵路不超過(guò)120 km/h；Ⅳ級(jí)鐵路不超過(guò)80 km/h。這一規(guī)定與最小曲線半徑選取存在共性的問(wèn)題,由于線路選取了過(guò)小的曲線半徑,致使相應(yīng)地段成為限速地段,因此無(wú)法保障列車以穩(wěn)定的速度運(yùn)行。

與俄羅斯規(guī)定相同,我國(guó)客貨共線鐵路最高客車運(yùn)行速度亦為200 km/h,但對(duì)Ⅰ、Ⅱ鐵路旅客列車速度確定更為明確,Ⅰ級(jí)鐵路劃分為200、160、120 km/h 3個(gè)速度等級(jí),Ⅱ級(jí)鐵路劃分為120、100、80 km/h 3個(gè)速度等級(jí),對(duì)Ⅲ、Ⅳ級(jí)未規(guī)定。這一規(guī)定與我國(guó)路段設(shè)計(jì)速度的概念相符合,保證了列車的最低運(yùn)行速度不會(huì)被嚴(yán)重的降低,使線路技術(shù)條件得到有力的保障。

5 線路曲線半徑

5.1 最小曲線半徑

我國(guó)《線規(guī)》規(guī)定線路平面曲線半徑按照不同的路段設(shè)計(jì)速度確定,而俄羅斯規(guī)范仍按不同的鐵路等級(jí)確定曲線半徑,兩國(guó)鐵路線路曲線半徑的選取規(guī)定見表3、表4。

表3 俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》線路曲線半徑的選取 m

俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》規(guī)定在越嶺地段旅客列車行車速度低于120 km/h、貨物列車速度低于60 km/h時(shí),經(jīng)交通部批準(zhǔn),Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路可采用300 m,Ⅲ級(jí)鐵路可采用250 m的最小曲線半徑；鐵路樞紐內(nèi)疏解線允許采用半徑為250 m的曲線。

表4 中國(guó)《線規(guī)》線路曲線半徑的選取 m

我國(guó)規(guī)范曾經(jīng)參照前蘇聯(lián)規(guī)范按照鐵路等級(jí)選取曲線半徑,后發(fā)展到“小半徑曲線集中設(shè)置”,從1999年版《線規(guī)》起徹底摒棄了按鐵路等級(jí)劃分的思路,突出鐵路設(shè)計(jì)“服務(wù)運(yùn)輸”的理念,改用按路段速度為主選取曲線半徑的模式,避免出現(xiàn)限速點(diǎn),使線路技術(shù)條件得到充分提升,保證列車在一個(gè)路段內(nèi)能夠以規(guī)定速度平穩(wěn)運(yùn)行,提高整體運(yùn)行速度,更為科學(xué)合理。

雖然鐵路等級(jí)與路段速度有密切的關(guān)系,但同等級(jí)的鐵路仍然可劃分不同的速度等級(jí),而給不同速度等級(jí)鐵路規(guī)定相同的最小曲線半徑顯然不妥。按照俄羅斯規(guī)范和根據(jù)本人參加俄羅斯圖瓦鐵路技術(shù)咨詢的經(jīng)驗(yàn),俄羅斯國(guó)內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)目前還沒(méi)有采用路段設(shè)計(jì)速度的概念,僅按照工程難易度選取最小曲線半徑,極限半徑的采用比較隨意,導(dǎo)致線路在50 km內(nèi)有幾個(gè)限速點(diǎn),嚴(yán)重限制了列車運(yùn)行速度,惡化了運(yùn)營(yíng)條件。

同時(shí)也應(yīng)當(dāng)看到,俄羅斯鐵路對(duì)曲線半徑的選取變動(dòng)幅度較大,選取更為靈活。如俄羅斯Ⅰ級(jí)鐵路在越嶺地段旅客列車行車速度低于120 km/h、貨物列車速度低于60 km/h時(shí),經(jīng)批準(zhǔn)最小半徑可以減小到300 m,這對(duì)我國(guó)鐵路目前設(shè)計(jì)來(lái)講是不可想象的。但是正是在這種降低運(yùn)營(yíng)水平不大的特殊情況下,為設(shè)計(jì)人員提供了靈活性,可有效減小工程投資。反觀我國(guó)規(guī)范,規(guī)定較為生硬,靈活性不足。

5.2 最大曲線半徑

我國(guó)《線規(guī)》對(duì)最大曲線半徑無(wú)明確規(guī)定,《新建時(shí)速200 km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》規(guī)定最大曲線半徑不宜大于10 000 m,特殊困難條件下不應(yīng)大于12 000 m[9]。

俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》中建議曲線半徑最大值為4 000 m,僅在加寬線間距、受曲線長(zhǎng)度控制時(shí)可采用半徑大于4 000 m的曲線。

從曲線最大半徑的規(guī)定方面來(lái)看,俄羅斯規(guī)范控制較為嚴(yán)格,限制4 000 m以上大半徑的使用范圍,半徑越大線路繞避障礙的能力下降,選線的靈活度降低,勢(shì)必產(chǎn)生增加橋隧工程、拆遷工程,加大工程投資。在滿足線路運(yùn)行速度條件下采用較小的適宜半徑可顯著縮短曲線長(zhǎng)度,從而減少曲線維修養(yǎng)護(hù)工作量。同時(shí)既有線曲線養(yǎng)護(hù)通常采用弦正法(弦長(zhǎng)20 m),對(duì)于半徑5 000 m的圓曲線正矢為10 mm,半徑為10 000 m時(shí)正矢僅為5 mm,其值已與曲線正矢允許偏差相差無(wú)幾,養(yǎng)護(hù)維修工作十分困難,理論上的曲線半徑圓順很難保持,更成為軌道不平順的隱患[10]。因此,半徑不是越大越好,對(duì)于人工養(yǎng)護(hù)的有砟軌道線路最大半徑的采用應(yīng)該慎重,俄羅斯規(guī)范在這方面的規(guī)定值得我們借鑒、學(xué)習(xí)。

6 限制坡度

中俄兩國(guó)客貨共線鐵路限制坡度規(guī)定見表5、表6。

表5 俄羅斯《1 520 mm軌距鐵路》限制坡度的規(guī)定

表6 中國(guó)《線規(guī)》限制坡度的規(guī)定

可以看到,我國(guó)鐵路限制坡度規(guī)定更為細(xì)化,按照地形類別分為平原、丘陵、山區(qū)3類,再細(xì)分電力或內(nèi)燃牽引2種不同的牽引類型,可操作性強(qiáng),根據(jù)機(jī)車類型、牽引質(zhì)量與限制坡度的合理搭配,易與相鄰線匹配。而俄羅斯規(guī)定較為籠統(tǒng),只規(guī)定了最大值,雖然選取的靈活性高,但選取難度加大,沒(méi)有按照一定的模數(shù),與相鄰線的匹配性差,勢(shì)必會(huì)造成解編作業(yè)量的增加或機(jī)力虛糜。

對(duì)于加力牽引坡度,俄羅斯規(guī)范按照鐵路等級(jí)進(jìn)行了嚴(yán)格的限制,在運(yùn)輸特別繁忙和Ⅰ級(jí)鐵路加力牽引最大坡度不得超過(guò)18‰,Ⅱ級(jí)鐵路不得超過(guò)20‰,Ⅲ級(jí)鐵路不得超過(guò)30‰,Ⅳ級(jí)鐵路不得超過(guò)40‰；而我國(guó)無(wú)論鐵路等級(jí)如何,電力牽引最大坡度為30‰,內(nèi)燃牽引最大坡度為25‰,規(guī)定較為寬松,選擇更為靈活。在實(shí)際應(yīng)用中,也鮮有采用最大值的情況,既有電氣化鐵路寶成線最大坡度為30‰,新建內(nèi)燃預(yù)留電化條件的青藏線格拉段、精伊霍線最大坡度為20‰,新建電氣化鐵路大理瑞麗線鐵路最大坡度為24‰。

中俄兩國(guó)鐵路在線路最小坡段長(zhǎng)度、最大坡度代數(shù)差、曲線間夾直線長(zhǎng)度等方面的規(guī)定也存在著一定差別。俄羅斯在選線、路基擋護(hù)、橋梁、隧道等工點(diǎn)的設(shè)置等方面與我國(guó)設(shè)計(jì)理念也有很大不同,這種不同與兩國(guó)的氣候條件、土地資源、勞動(dòng)力、建筑材料生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)葒?guó)情密切相關(guān),限于篇幅,不再贅述。

7 結(jié)語(yǔ)

中俄兩國(guó)的鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系都不同程度地借鑒或繼承了前蘇聯(lián)鐵路標(biāo)準(zhǔn),但通過(guò)對(duì)比分析中俄鐵路設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選取情況可以看到,經(jīng)過(guò)近20年來(lái)的發(fā)展,兩國(guó)的鐵路標(biāo)準(zhǔn)都不同程度地不斷發(fā)展創(chuàng)新和改進(jìn),差異化明顯產(chǎn)生。我國(guó)鐵路建設(shè)已經(jīng)建立了以“服務(wù)運(yùn)輸”為核心的科學(xué)理念,擺脫了以降低工程投資唯是的陳舊觀念,鐵路科技和建設(shè)取得巨大成就。

通過(guò)對(duì)比與分析,我國(guó)在項(xiàng)目建設(shè)研究年度、列車路段速度、限制坡度等方面有了創(chuàng)新的發(fā)展,但在鐵路等級(jí)劃分、最大曲線半徑選取等方面俄羅斯的規(guī)定有優(yōu)勢(shì)和合理性,對(duì)我們有積極的借鑒意義?！八街?可以攻玉”,希望我們進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際交流與合作,取長(zhǎng)補(bǔ)短,使我國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)真正經(jīng)得起考驗(yàn),讓更多的國(guó)家所認(rèn)可,這樣我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)“走出去”的步伐將更堅(jiān)實(shí)、更有力。

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