基于站臺安全間隙的城際鐵路曲線車站最小曲線半徑研究

管新武

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，陜西 西安 710043)

城際鐵路是服務(wù)于城市群的快速、便捷、高密度的客運專線鐵路[1-2]。城際鐵路基于其功能定位，在城市之間追求線路順直，線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)接近于高速鐵路；在城市內(nèi)部要便于為組團(tuán)服務(wù)，便于與城市軌道交通換乘，線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)接近于城市軌道交通[3-5]。

城際鐵路在市區(qū)內(nèi)的線位和車站選址，更多地要服從城市總體規(guī)劃和綜合交通運輸體系建設(shè)規(guī)劃。受地形、地物、土地綜合開發(fā)、避免對地塊的切割等因素影響，個別車站需要布置在曲線地段[6-7]。

車站設(shè)置在曲線地段時，站臺限界須按曲線半徑及曲線超高進(jìn)行加寬[8-9]。列車?？壳€車站站臺時，車門與站臺邊緣間隙會因限界加寬以及車體偏移線路中心而較直線車站站臺增加。間隙超過允許的安全限度會增加旅客掉落站臺的風(fēng)險。TB 10623—2014《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》對車站站臺與車門的最大安全間隙沒有明確規(guī)定[10]。另外，TB 10623—2014對站內(nèi)曲線的要求除建議半徑采用較小偏角外，與區(qū)間曲線要求相同，要求比較概括，不便于指導(dǎo)工程設(shè)計，且有可能由于站臺間隙的原因需要限速，導(dǎo)致過站列車速度達(dá)不到設(shè)計預(yù)期。

因此，研究曲線車站站臺最大安全間隙，并從保障曲線車站站臺安全間隙需求出發(fā)，結(jié)合站型及通過速度對站內(nèi)最小曲線半徑提出分類要求，對指導(dǎo)工程設(shè)計無疑是必要的。

1 相關(guān)規(guī)范對曲線車站站臺安全間隙的規(guī)定

對于站臺邊緣與動車組車門最大安全間隙，TB 10623—2014中沒有明確規(guī)定。《城際鐵路設(shè)計規(guī)范條文說明》1.0.6條援引GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》[11]，規(guī)定站臺邊緣與車廂地板面高度處的車輛輪廓線之間的水平間隙不宜大于100 mm。

以城際鐵路CRH6型動車組為例，按TB 10623—2014規(guī)定的站臺基本限界進(jìn)行計算。當(dāng)基本限界為 1 750 mm 時，間隙為100 mm；當(dāng)基本限界為 1 800 mm 時，間隙為150 mm。因此，不大于150 mm的間隙是安全且被允許的。CRH6型車與站臺間隙如圖1所示。

圖1 CRH6型車與站臺間隙示意(單位：mm)

GB 50157—2013要求，曲線車站站臺邊緣至車門門檻之間的間隙，應(yīng)按站臺類型、車輛參數(shù)和曲線半徑計算確定。計算得到的曲線車站站臺邊緣與車廂地板面高度處車輛輪廓線的水平間隙不應(yīng)大于180 mm。GB 50157—2013按照站臺門設(shè)置情況，以車輛與站臺最大水平間隙(180 mm)為控制條件，根據(jù)A,B型車輛參數(shù)計算，分別規(guī)定了站內(nèi)曲線半徑。

GB 50490—2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：曲線站臺邊緣與車廂地板面高度處車輛輪廓線的水平間隙不應(yīng)大于180 mm[12]。

參考GB 50157—2013和GB 50490—2009，城際鐵路曲線車站站臺邊緣與車門處最大安全間隙按180 mm 控制是合理的。

綜上所述，曲線車站站臺邊緣與動車組車門的水平間隙不宜大于100 mm，困難條件下不應(yīng)大于180 mm。

2 曲線車站站臺安全間隙及最小曲線半徑

2.1 基本限界Wb

TB 10623—2014第1.0.6條圖1.0.6說明，正線臨靠站臺，無列車通過或列車通過速度不大于80 km/h時基本限界為 1 750 mm，列車通過速度大于80 km/h時基本限界為 1 800 mm；正線不臨靠站臺時基本限界為 1 750 mm?；鞠藿缛鐖D2所示。

注：Y為接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度。圖2 基本限界示意(單位：mm)

2.2 曲線加寬量

按TB 10623—2014附錄A，曲線外側(cè)加寬量計算式為

(1)

式中：Wo為曲線外側(cè)加寬量，mm；R為曲線半徑，m。

曲線內(nèi)側(cè)加寬量計算式為

(2)

式中：Wi為曲線內(nèi)側(cè)加寬量，mm；h為曲線超高，mm；H為站臺面高度，mm，取 1 250 mm。

2.3 動車組車門處相對于線路中心的偏移量

以城際鐵路CRH6型動車組為例，車門處相對于線路中心的偏移量可按車門中心偏離轉(zhuǎn)向架中心的距離并參照圖3所示的幾何關(guān)系進(jìn)行計算。

注：a凸為凸型站臺限界值；a凹為凹型站臺限界值；Δ為車門相對于線路中心的偏移量。圖3 曲線地段車輛與線路幾何關(guān)系示意(單位：mm)

按CRH6F型城際鐵路動車組尺寸參數(shù)進(jìn)行計算(CRH6A型車除不設(shè)中門外，其余尺寸與CRH6F型車完全相同)。每節(jié)車廂設(shè)置3對車門，側(cè)門中心距離轉(zhuǎn)向架中心420 mm，中門中心距離轉(zhuǎn)向架中心 8 750 mm。

中門處相對于線路中心的偏移量為

(3)

式中Δ1為中門處相對于線路中心的偏移量，mm。

中門處偏移量對凸型站臺間隙是有利的，對凹型站臺是不利的。

側(cè)門處相對于線路中心的偏移量為

(4)

式中Δ2為側(cè)門處相對于線路中心的偏移量，mm。

側(cè)門處偏移量很小，對凸型站臺間隙是不利的，對凹形站臺是有利的。

2.4 因超高引起的動車組車門處車體傾斜偏移量

動車組在圓曲線上停車時，各車門處車體傾斜角度等于轉(zhuǎn)向架處的超高角。

動車組在緩和曲線上停車時，各車門處車體傾斜角度不但與每輛車的2個轉(zhuǎn)向架中心的超高有關(guān)，而且與車體抗扭轉(zhuǎn)剛度有關(guān)。CRH6F型動車組側(cè)門距離轉(zhuǎn)向架中心0.42 m，中門位于2個轉(zhuǎn)向架之間中點處。側(cè)門處車體傾斜角度可按等于轉(zhuǎn)向架傾斜角度考慮，中門處車體傾斜角度按等于2個轉(zhuǎn)向架傾斜角度的平均值考慮。

車體最大傾斜工況出現(xiàn)在動車組在圓曲線上停車。

曲線超高引起的車體傾斜偏移量Wh為

(5)

對于凸型站臺，曲線超高引起的加寬量與車體傾斜偏移量正負(fù)抵消。因此，曲線超高對凸型站臺間隙無影響，對凹型站臺有不利作用。

TB 10623—2014和T/CRS C0101—2017《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》對站內(nèi)曲線超高均未做出明確規(guī)定。應(yīng)按正線是否臨靠站臺明確超高設(shè)置要求。正線不臨靠站臺時，曲線可按區(qū)間曲線，根據(jù)列車運行速度-位移曲線設(shè)置超高；正線臨靠站臺時，宜按GB 50157—2013設(shè)置超高，或參考TB 10623—2014中11.3.2條的規(guī)定，最大超高不應(yīng)大于20 mm。到發(fā)線應(yīng)參照正線臨靠站臺設(shè)置超高。

2.5 曲線車站站臺安全間隙

綜合上述4方面，曲線車站站臺(圓曲線范圍)邊緣與車門最大間隙W為：

1)凸型站臺(側(cè)門控制)

W=Wb+Wi-Δ2-Wh-B

(6)

2)凹型站臺(中門控制)

W=Wb+Wo+Δ1+Wh-B

(7)

式中B為動車組車廂地板面高度處半寬，mm。

將式(1)—式(5)代入式(6)、式(7)可知，在車型、曲線超高確定的情況下，站臺間隙僅與曲線半徑有關(guān)。

2.6 滿足站臺安全間隙控制值的最小曲線半徑

以180 mm為安全間隙控制值，根據(jù)車站限速及站臺是否臨靠正線，反算出滿足站臺安全間隙要求的最小曲線半徑(適當(dāng)取整)，見表1。

表1 滿足站臺安全間隙要求的最小曲線半徑 m

列車配置安全踏板時，扣除踏板寬度后的間隙宜按不大于100 mm控制，建議城際鐵路曲線車站最小曲線半徑如表2所示。

表2 配置踏板時滿足站臺安全間隙要求的最小曲線半徑 m

3 結(jié)論

本文基于對車輛基本限界、曲線地段加寬量、動車組車門處偏離線路中心距離及動車組車門處因超高引起的車體傾斜偏移量等限制因素的綜合計算，分析并結(jié)合相關(guān)規(guī)范對站臺安全間隙限值的規(guī)定，研究了城際鐵路曲線車站站臺安全間隙，并且結(jié)合站型布置，研究了站內(nèi)曲線半徑要求。得出的主要結(jié)論如下。

1)曲線車站站臺邊緣與動車組車門的水平間隙不宜大于100 mm，困難條件下不應(yīng)大于180 mm。

2)基本限界的選擇對站臺間隙的影響很大，當(dāng)必須設(shè)置曲線車站時，首先應(yīng)選擇有配線曲線車站(使站臺不臨靠正線)，避免造成正線通過列車限速。

3)車體偏移線路中心的距離和車體因超高發(fā)生的傾斜偏移量對于車門與站臺邊緣間隙的影響，對于凸型站臺來說是減小的，有利的；對于凹型站臺來說是增大的，不利的。因此，凸型站臺較凹型站臺對車站曲線半徑要求小。城際鐵路車站一般上下行并行，故車站曲線半徑的大小由凹型站臺間隙控制。個別采取上下行分設(shè)的車站(一般為地下站)可按站臺曲線形式選擇不同的曲線半徑。

4)對于無配線曲線車站，其通過速度不能按區(qū)間曲線計算限速。應(yīng)根據(jù)過站列車與停站列車的速度差，合理設(shè)置曲線超高，并按站臺安全間隙要求，確定合理的通過速度。

線路設(shè)計人員在設(shè)計無配線曲線車站曲線半徑時，應(yīng)考慮站臺安全間隙的影響，并應(yīng)注意到站臺安全間隙對通過速度的限制。檢查限速對運營需求的影響是否可以接受。如果限速影響運營需求，則需要增加曲線半徑，直至符合運營需求。如果地形條件限制了增加曲線半徑的可能性，可在停站列車上配置安全踏板，縮小站臺間隙。

5)曲線車站應(yīng)按站臺是否臨靠正線、過站列車速度、超高設(shè)置、車門是否配置安全踏板，按表1或表2的要求選擇最小曲線半徑。