淺談鐵路曲線外股超高的設(shè)量方法

龐永紅

大家都知道安全在鐵路運(yùn)輸和建設(shè)中的作用，也都知道鐵路是由直線和曲線組成的。曲線作為鐵路的組成部分之一，是鐵路的薄弱環(huán)節(jié)。許多的線路病害往往都是發(fā)生在曲線上。如何能夠合理的設(shè)置曲線外股超高，不僅關(guān)系著行車運(yùn)輸?shù)陌踩灿绊懼F路設(shè)備的使用壽命。在影響和約束安全生產(chǎn)以及施工的各種因數(shù)里，，曲線鐵路在新建和維修當(dāng)中當(dāng)然更需要科學(xué)的設(shè)量和鋪設(shè)。

一、曲線超高的設(shè)置范圍及實(shí)設(shè)超高檢算

1. 曲線超高允許設(shè)置范圍

我所工作的呼鐵局京包鐵路，不考慮增建的集包第二雙線鐵路，其實(shí)是屬于客貨混運(yùn)的既有線雙線鐵路線。翻開七十年代的建線設(shè)計(jì)圖紙（集寧南～呼和浩特）資料，我們可以很容易的理解到，當(dāng)初在設(shè)計(jì)全線曲線超高設(shè)量問題時(shí)的全面考量，即需要充分考慮到客運(yùn)與可能會(huì)逐漸加大運(yùn)量和速度的貨運(yùn)列車在超高設(shè)置的可能影響，由于運(yùn)行速度的不同，客貨運(yùn)列車在外軌最大欠超高和過超高的平衡方面，需要更多的理論依據(jù)。高低速列車共線的超高設(shè)置，是需要符合下列公式的：

（1）應(yīng)不大于最大超高而且不小于最小超高 hmin≤h≤hmax

（2）高速不產(chǎn)生過超高和低速不產(chǎn)生欠超高。11.8V2D/R≤h≤11.8V2g/R

（3）高速產(chǎn)生的欠超高和低速產(chǎn)生的過超高不超過允許值

11.8V2G/R-hqy≤h≤11.8V2D/R+Hgy

2. 緩和曲線

我們都知道鐵路軌道是由直線和曲線組成的。其實(shí)，曲線也是有不同分別的，這是因?yàn)樵诨疖噺闹本€鐵軌要進(jìn)入曲線鐵軌時(shí)，超高（直線段的兩股鋼軌是平等的，我們認(rèn)為其超高為0）不可能直接從0突變到某一數(shù)值，列車的離心力是需要漸變，逐漸增大的，外股的超高也是這樣，不連續(xù)的超高變化會(huì)使列車產(chǎn)生可怕的沖擊力這是可以理解的，所以為了列車運(yùn)行的穩(wěn)定性，我們需要在直線段與曲線段之間，接入一段緩和曲線，所以，這段緩和曲線需要符合這樣的條件：即它是一段曲率和外軌超高量都漸變的曲線，其半徑變化域?yàn)閺摹逎u變到R，其曲率半徑與曲線長成反比，所以，這是一條數(shù)學(xué)里的螺旋線。鐵路緩和曲線的長度值經(jīng)過計(jì)算可以表示為：L=0.09808V2/R，而緩和曲線的外股超高漸變過程，與圓曲線是不同的。

3.緩和曲線外軌順坡

從縱斷面看，外軌的順坡情況有兩種。一種是直線型，直線型超高順坡，平面為三次拋物線。我國，英，美，日，法等國客貨共線列車都是采用的這種線型，速度一般控制在160km/h以內(nèi)。一種是曲線型。直線型的超高順坡適用于行車速度不高，超高量不太大的線路地段，它對(duì)曲線外股的沖擊也相對(duì)小一些，對(duì)于行車速度很快，超高量比較大的緩和曲線地段，則需要設(shè)置為曲線型的順坡模式。

二、曲線外股超高的布設(shè)方法

1. 緩和曲線以及圓曲線的布設(shè)方法

緩和曲線內(nèi)外股超高的布設(shè)方法：

傳統(tǒng)的緩和曲線超高的布設(shè)方式是從直緩點(diǎn)（ZH）或緩直點(diǎn)（HZ）到緩圓點(diǎn)（HY）或圓緩點(diǎn)（YH）按順坡率遞增方式圓曲線超高，緩和曲線超高點(diǎn)從直緩點(diǎn)（ZH）或緩直點(diǎn)（HZ）開始每隔5米設(shè)一個(gè)點(diǎn)，這種超高點(diǎn)的布設(shè)方法是最常見的一種方法，另外實(shí)踐中還有一種布設(shè)方法，即緩和曲線各相鄰兩點(diǎn)之間的超高差滿足1 mm的設(shè)量方法。如某緩和曲線的曲線長為150m，半徑為3000m，超高設(shè)置量為25mm，經(jīng)過計(jì)算，曲線長除以設(shè)置的超高量，即此緩和曲線可每6米設(shè)置一個(gè)超高點(diǎn)，超高量每隔6米逐步遞增為1，2，3，4.。。。。mm，直至順遞到圓曲線內(nèi)為止。根據(jù)鐵道部頒發(fā)的《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》第39條，曲線超高度一般應(yīng)在整個(gè)緩和曲線內(nèi)順完。順坡坡度應(yīng)不大于1/10umax，如果緩和曲線長度不足，順坡可以延伸至直線上，如果沒有緩和曲線，則可以在直線上順坡。困難條件下可適當(dāng)加大順坡坡度。在有同向曲線（含夾直線）的情況下，順坡終點(diǎn)間的夾直線段應(yīng)不低于25米，順坡終點(diǎn)間的夾直線不足25米時(shí)，可以在直線部分設(shè)置不短于25米的相等超高段。困難條件下，可在直線部分從較大超高到較小超高均勻順坡。同時(shí)，反向曲線的設(shè)置中，夾直線的也應(yīng)不短于25米，不足時(shí)可不短于20米（正線），站線不短于10米。

對(duì)于這兩種設(shè)置超高的方法，我覺得無論從新建線路初期，還是對(duì)于日常的檢查保養(yǎng)來講，毫米遞增法都是比較實(shí)用的方法。也比較適合目前鐵路對(duì)于基礎(chǔ)軌道精細(xì)化，現(xiàn)代化，機(jī)械化的發(fā)展方向，針對(duì)近幾年鐵路跨越式的發(fā)展和提速要求，大型養(yǎng)路機(jī)械化的大修和維修任務(wù)也越來越多，對(duì)于機(jī)械化的超高順坡更是精確到了毫米。《鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定，曲線的超高應(yīng)在整個(gè)緩和曲線里順完，順坡坡度不應(yīng)大于1/9Vmax，困難條件下不得大于1/7V max.當(dāng)1/7Vmax大于2‰時(shí)，按2‰設(shè)置。圓曲線里的超高設(shè)量問題比較簡單，因?yàn)榍€里各點(diǎn)的超高量是相同的。

2. 附帶曲線與曲線超高

還有一種曲線，是由道岔側(cè)股引出的與導(dǎo)曲線成反向曲線的曲線。它與道岔有著密切的聯(lián)系。叫做道岔附帶曲線。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的規(guī)定，從轍叉跟端至附帶曲線始點(diǎn)的直線段長度，一般不短于7.5米，特殊地段不短于6米。附帶曲線可以設(shè)置超高，但超高不應(yīng)大于15mm，順坡率不得大于2‰。若附帶曲線為圓曲線，可以不設(shè)緩和曲線，但其長度不得小于20米。

另外，曲線實(shí)設(shè)超高值既要滿足中高速列車共線運(yùn)行的條件，又要體現(xiàn)以高速客車為重點(diǎn)的特點(diǎn)，此外，還需要預(yù)留為遠(yuǎn)期超高量調(diào)整以及單一高速客車運(yùn)行所需要的條件，在實(shí)際的設(shè)量中，需要與供電部門密切配合，根據(jù)我國電力牽引供電技術(shù)的有關(guān)規(guī)定，一般絕緣關(guān)節(jié)兩懸掛點(diǎn)的水平距離設(shè)計(jì)值保證500mm，困難時(shí)采用450mm.曲線半徑越小，超高設(shè)置會(huì)越大，所以曲線外股鋼軌超高與接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)需匹配才好。

3.建筑限界與超高設(shè)置

下面我們談?wù)勄€地段超高對(duì)建筑限界的影響。

建筑限界分為鐵路建筑接近限界，隧道建筑限界，橋梁建筑限界。建筑限界是鐵路的基本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。與設(shè)備設(shè)施的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。我國現(xiàn)行的普速電氣化鐵路建筑接近限界，電氣化建筑接近限界和橋梁建筑限界三者是略有不同的，主要差別在于隧道下部輪廓線根據(jù)隧道邊墻而定，橋梁下部輪廓線根據(jù)下承式板梁角撐尺寸確定。且兩者的限界上部均有用于安裝照明，通信，信號(hào)等設(shè)備的空間，因此要比鐵路建筑接近限界寬。

在曲線超高布設(shè)的過程中，根據(jù)計(jì)算出來的限值，同時(shí)按照線間距的的有關(guān)規(guī)定，合理設(shè)置曲線內(nèi)側(cè)的限界加寬。（注：我國鐵路線間距根據(jù)鐵路技術(shù)管理規(guī)程規(guī)定為最小4米，三線和四線區(qū)間的第二線與第三線的線間距為5.3米，客運(yùn)專線線間距最小為4.4米）

目前，我國處于高速客運(yùn)專線鐵路以及城際快速列車專線的大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，高速鐵路代表著高新技術(shù)的集成以及運(yùn)用。行車速度的提高加劇了基礎(chǔ)設(shè)施和列車之間動(dòng)態(tài)效應(yīng)的影響。與以往的新建，以及既有線線路不同，有砟軌道的鋪設(shè)也會(huì)越來越少，以往的一些建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和心得也逐漸用的不太多了，新時(shí)期的軌道框架主要會(huì)以無砟軌道為主。由于無砟軌道的曲線外股超高可調(diào)量很小，一旦建成，重新調(diào)整設(shè)置的可能就會(huì)很小，也會(huì)非常困難，所以，目前高速鐵路的客運(yùn)專線的外軌超高設(shè)量問題也是很多人學(xué)習(xí)的熱門課題。