（交通运输工程专业论文）我国高速铁路建设相关问题的研究.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 我国高速铁路建设相关问题的研究 摘要 ， 1 1 9 6 4 年日本建成东海道新干线时速2 0 0 k m h 的高速客运铁路，揭开了世界 高速铁路发展的序幕。由于高速技术日趋成熟和它自身所具有的技术经济特征， 适应了各国经济、社会发展的需要，世界各国竟相提高速度、修建高速客运铁路， 至今已有七个国家( 日本、法国、英国，德国、美国、意大利、前苏联) 建成时速 2 0 0 k m h 以上的高速铁路。高速铁路的修建和发展标志着世界铁路已进入向高速 发展的新时代。 因此，高速铁路给由于高速公路和航空事业发展而处于萧条的铁路事业带来 生机据国外资料介绍，高速铁路将分别从航空，公共汽车和私人小汽车运输中 吸引过来6 0 ，5 0 和8 0 的旅客。高速铁路将铁路运输这一传统行业推向第 二个兴盛时代。 我国早在2 0 世纪9 0 年代初就进行了京沪高速铁路的可行性论证，对纯高速 客运专线和高中速共线方案进行了论证，在当时条件下决定采用高中速共线方 案并报国家准备立项修建。r 丫 本论文不涉及对高速系统模式优劣的比选，仅就对已报国家审批的高中速 共线方案的高速铁路的有关问题进行研究和探讨。 本论文共讨论了高速铁路速度目标值的确定；高速铁路站场设计参数的选 取；高速铁路中间客运站图型及站坪长度；中间客运站的到发线通过能力计算办 法等问题。通过研究，最后提出了我国发展高速铁路是当务之急，对在高中速共 线运行方案下的有关参数选取，提出了优化方法。本论文的结论可供高速铁路规 划和建设作参考，并可为深化研究提供基础研究条件。 关键词：高速铁路速度目标值中间客运站站场设计通过能力 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t t h ec o m p l e t i o no fr n 血a in e wm a i nl i n e sw i t ht h es p e e do f2 0 0k m hi nj a p a n i nl9 6 4u n c o v e r e dt h ep r e l u d eo f t h ee x p r e s s r a i l w a yd e v e l o p m e n t o w i n gt om o r e & m o r eh i g h s p e e dt e c h n o l o g ya n di t so w nt e c h n i c a l e c o n o m i c a lc h a r a c t e r , e x p r e s sr a i l w a ym e e tt h en e e do f e c o n o m i c a la n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti nv a r i a b l e c o u n l x y ，s oe v e r yc o u n t r yc o m p e t e si ne n h a n c i n gs p e e da n dc o n s t r u c t i n ge x p r e s s p a s s e n g e rr a i l w a y u 】m ln o w , t h e r e a r es e v e n c o u n t r i e s ( j a p a n ，f r e n c h ，g e r m a n y , u s ， i t a l y , u s s r 1 w h i c hh a v ec o n s t r u e t e d e x p r e s sr a i l w a ya b o v e2 0 0 k m h t h e c o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to fe x p r e s sr a i l w a yi n d i c a t et h a tw o r l dr a i l w a yh a s e n t e r e dt h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n t a lt i m e s h e n c e ，e x p r e s sr a i l w a yb r i n g sv i t a lf o r c et ot h er a i l w a yi nd u s t r y w h i c hi si n t h ed e p r e s s i o no w i n gt od e v e l o p m e n to f e x p r e s sw a y a n da i ri n d u s t r y a c c o r d i n gt o f o r e i g nl i t e r a t u r e ，e x p r e s sr a i l w a yw i l la t t r a c tp a s s e n g e rf r o ma v i a t i o n ，p u b l i cb u s a n d p r i v a t ec a r 谢m t h ep r o p o r t i o no f 6 0 p e r c e n t ，5 0p e r c e n t ，8 0p e r c e n tr e s p e c t i v e l y e x p r e s sr a i l w a y w i l lp r o p e lt h er a i l w a yi n d u s t r y , t h et r a d i t i o n a lo n ei n t ot h es e c o n d p a l m yd a y s e a r l y i nt h e 1 9 9 0 s ，t h ef e a s i b i l i t y d e m o n s t r a t i o na b o u t b e i j i n g - s h a n g h a i e x p r e s sr a i l w a yh a sb e e nc o n d u c t e di nc h i n a ，t h u st h ep r o g r a mo fh i 曲s p e e da n d m o d e r a t es p e e di nc o m m o n - 1 i n ew a s a d o p t e d a tt h a tt i m ea n d r e p o r t e dt ot h es t a t ei n o r d e rt op r o j e c ta n dc o n s t r u c ti ta f t e rt h ed e m o n s t r a t i o nb e t w e e nt h ep r o g r a mo f e x p r e s sp a s s e n g e r a n dt h e p r o g r a m o fh i 曲s p e e da n dm o d e r a t e s p e e d i n c o m m o n - l i n e t h i sp a p e ri sn o tc o n c e r n e da b o u tt h ec o m p a r i s o na m o n gt h ee x p r e s ss y s t e r n m o d e s t h ei s s u e sr e l a t et oe x p r e s sr a i l w a yw i t ht h ep r o g r a mo fh i g hs p e e da n d m o d c r a t es p e e di nc o m m o n - l i n e ，w h i c hi sr e p o r t e dt os t a t et or a t i f i e d ，w i l lb e a r g u e d t h i sp a p e rw i l ld i s c u s st h ed e f i n i t i o no nt h eo b j e c t i v ev a l u eo f e x p r e s sr a i l w a y s p e e d , t h es e l e c t i o na m o n gd e s i g np a r a m e t e r so fs t a t i o n , t h ec a l c u l a t i n gm e t h o dt o c a r r y i n gc a p a c i t yo f a r r i v a la n d d e p a r t m e n tt r a c ki nm e d i a lp a s s e n g e rs t a t i o na n ds o o n a f t e r 也er e s e a r c h i tw i l lm a k eac o n c l u s i o nt h a ti ti su r g e n tt od e v e l o pe x p r e s s r a i l w a y , a n dw i l lp r o v i d eo p t i m i z a t i o n m e t h o dt o s e l e c t i n gp a r a m e t e r s i nt h e p r o g r a m o f h i g l ls p e e d a n dm o d e r a t es p e e di nc o m m o n - l i n e n i ec o n c l u s i o ni nt h i sp a p e rw i l l b er e f e r e n c e si nt h er a i l w a yp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o na n dt h eb a s i sf o rf u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：e x p r e s sr a i l w a y ；o b j e c t i v ev a l u eo fs p e e d ；m e d i a lp a s s e n g e rs t a t i o n ；y a r d d e s i g n ；c a r r y i n gc a p a c i t y ； 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页共5 7 页 我国高速铁路建设相关问题的研究 第1 章绪论 1 9 6 4 年日本建成东海道新干线时速2 0 0 k m h 的高速客运铁路，揭开了世 界高速铁路发展的序幕后，世界各国竞相提高速度、修建高速客运铁路，至 今已有七个国家( 日本、法国、英国，德国、美国、意大利、前苏联1 建成时 速2 0 0 k m h 以上的高速铁路高速铁路的修建和发展标志着世界铁路已进入 向高速发展的新时代。 1 1 国外高速铁路发展的原因 早在本世纪初( 1 9 0 3 年) 德国就用电动车首创试验速度2 1 0 k i n h 的历史 纪录5 0 年代( 1 9 5 5 年) ，法国用两台电力机车牵引三节客车进行试验，又创 造了3 3 l k m h 的世界高速纪录，在长达半个世纪内，为什么高速铁路没有 发展起来，而直到六十年代日本建成世界上第一条时速2 0 0 公里的高速铁路 后才迅猛发展起来呢，这是由于高速技术日趋成熟和它自身所具有的技术经 济特征，适应了各国经济、社会发展的需要。 ( 1 ) 、铁路高速技术集中地体现了牵引动力，车辆，线路及轨道结构通 信信号，行车调度指挥系统、行车组织和运营模式等领域的科学技术进步。 铁路高速技术的研究日趋成熟，具备开发2 5 0 3 0 0 k m h 甚至更高速度的关键 技术的条件。 ( 2 ) 、社会、经济发展、人员交往日益增多，人民生活水平提高，旅游事 业的发展，使现有交通拥挤和不适应。人们普遍要求更舒适，安全、高速和 大容量的交通工具和在大城市间提供良好、便利的交通条件。 ( 3 ) 、速度方面，高速铁路最高速度均在2 0 0 k m h 以上，一般高速公路限 速1 4 0 k m h 。 ( 4 ) 、安全方面，高速铁路有绝对可靠的安全保障系统。日本、法国的高 速铁路自投入运营以来至今没有发生过重大、大事故以及旅客伤亡事故。 ( 5 ) 、高速铁路投资效益高，偿还能力相当大，经过5 6 年便可以开始 偿还贷款，卜1 2 年内可以完全还本。 因此，高速铁路给由于高速公路和航空事业发展而处于萧条的铁路事业 带来生机据国外资料介绍，高速铁路将分别从航空，公共汽车和私人小汽 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页共5 7 页 车运输中吸引过来6 0 ，5 0 和8 0 的旅客。高速铁路将铁路运输这一传统 行业推向第二个兴盛时代。 高速铁路采用了不同于传统设备和技术的新型设备和高技术，从法国巴 黎东南新干线资料分析，新线建筑费和电动车组购置费大约各占总投资的百 分之六十一和百分之三十九，其它高速铁路一般均在这个比值左右。目前日 本已有1 8 0 0 k m 高速铁路，还将建设1 4 0 0 k m ，从而以高速铁路把全国所有的 大城市联系起来。 1 2 高速铁路的特点 现已建成的高速铁路除线路上的特点外，还有以下特点： ( 1 ) 、高速铁路的生命力取决于它所在地区的客运需求以及其经济性这 些铁路均是建在人口密集，互相间有较多往来的大城市间，有足够的客流， 可以取得短期内收回投资的巨大经济效益。 ( 2 ) 、高速铁路虽然通常远离旧线但它与大居民点和工业中心的既有车 站有必要的衔接，这就给普通列车和高速列车之闻的换乘带来便利，从而吸 引更多的客流。 ( 3 ) 、为吸引和方便旅客，高速铁路有较短的的发车间隔，一般为】5 r a i n 、 3 0 m i n ，最长为1 h 。在这种行车量的情况下，满员率在工作日不少于6 5 ， 休息日和节假日不少于8 5 。 ( 4 ) 、高速铁路寻求动车组和线路建筑的最佳总体配合，充分发挥线路效 率，线路和区段的旅行速度和最高速度之比值一般应在o 8 0 以上，这是高速 铁路运营组织质量的重要指标。 ( 5 ) 、根据大城市间的距离，高速列车的停站距离有短距离和长距离等不 同类型，一般在1 0 0 - - 2 0 0 k m 之间，短于此范围的有联邦德国策勒一于尔岑 距离为5 2 3 k m ，最高速度2 0 0 k m h 旅行速度1 6 5 2 k n - g h ，旅行速度与最高 速度之比值为o 8 3 ，运行时间为1 9 r a i n ：而前苏联的莫斯科一列宁格勒长达 6 4 9 9 k m ，最高速度2 0 0 k m h 。旅行速度1 4 4 4 k n g h ，旅行速度与最高速度之 比值为0 7 2 ，运行时间为4 5 h 。 ( 6 ) 、随着运行速度的提高，列车运行阻力增加，高速列车不采用传统的 机车牵引，而采用轴重一般为1 7 吨的密封式流线型动车组。 ( 7 ) 、为保证高速列车的安全，传统的信号系统己不适用取消地面信号 机，采用以机车信号为主体信号的数字式高速列车机车信号系统。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页共5 7 页 1 3 我国高速铁路模式及本论文研究前提 我国早在2 0 世纪9 0 年代初就进行了京沪高速铁路的可行性论证，对纯 高速客运专线和高中速共线方案进行了论证，在当时条件下决定采用高中速 共线方案并报国家准备立项修建，后由于磁悬浮列车的出现，又出现了高速 轮轨系统与磁悬浮系统的比选论证，至今还未确定京沪高速系统如何修建。 本论文不涉及对高速系统模式优劣的比选，仅就对已报国家审批的高中 速共线方案的高速铁路的有关问题进行研究和探讨。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 页共5 7 页 第2 章高速铁路速度目标值的确定 高速铁路最高列车运行速度值的选择是确定高速铁路总体技术方案的 前提条件，速度目标值选取得过低将不能满足人们对提高铁路运输服务水平 日益增长的需要，高效率运输的新技术得不到采用，使铁路运输企业继续滞 后于国民经济的发展；选取的速度过高，脱离国情，不但技术上难以完善和 配套，经济上也难以承受，给国家造成相当太的财力和物力的浪费：选取的速 度过低，达不到应有的社会效益。 因此，高速铁路作为社会进步的一种标志选择技术上先进、经济上合 理的最高运行速度作为我们发展目标是保证我国高速铁路能否正常、稳定发 展的重要因素之一。 2 1 选择速度目标值应遵循的主要原则 1 兼顾长远和近期的利益，既要技术先进，利于发展，又要从国情路情 出发，适用可行，经济合理； 2 在大交通中，能充分发挥铁路技术经济优势； 3 有利于缓解交通运输通道上旅客运输的紧张状态，从而促进沿线的经 济与社会发展。 2 2 制约速度目标值的主要因素 2 2 1 经济上的合理性是制约速度目标值的最主要因素 由于速度越高，要求线路参数( 如最小曲线半径、线间距) 标准、路基质 量、轨道结构、桥梁结构、隧道断面等越高，将相应增加土建工程投资。 据估算，最高时速由2 5 0 k m h 提高到3 5 0 k m h ，以京沪高速铁路为例，增 加的工程投资约占5 ，基础工程设施按3 5 0 k m h 设计与施工，一步到位， 不但可满足初、近期高中速混跑的行车要求，为远期进一步提高速度打下了 基础，而且可避免日后技术改建的巨额投资，在经济上是合理的。 2 2 2 技术上的可能性是制约速度目标值的决定因素 速度越高，技术难度越大，尤其是动车组、机车车辆，可以说动车组、 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第5 页托5 7 页 机车车辆的开发将是我国高速铁路成败的关键，也是速度目标值的决定因素。 根据分析，3 0 0 k m h 以上的动车组或机车车辆制造难度大，成本高。我 国当前正在积极研制和开发高速机车车辆和动车组，现在尚不具备规模性的 生产条件。高速铁路所需的动车组和机车车辆暂只能靠引进、消化与自我开 发，以逐步实现国产化的办法来解决。 运营初期适当整列引进，促进技术转让，积极消化吸收，加速国产化。 引进与开发既不可从国际上第一代产品( 最高时速2 5 0 k m h 以下) 开始，也不 能由国际上最新一代产品( 最高时速3 5 0 k m h 以上) 起步，而应瞄准国际上第 二个台阶产品，即正常运营速度2 5 0 k m h ，最高运行速度接近3 0 0 k m h 的动 车组或机车车辆。 这样，通过1 0 年左右的攻关开发，有可能全部国产化。因此，从动车 组或机车车辆及其我国相应的技术水水平出发，速度目标值可在2 5 0 k m h 3 0 0 k m h 间选择，根据以后的技术发展水来及运营需要，可逐步将速度提高 到3 0 0 k m h 3 5 0 k m h 。 2 2 3 高中速列车共线是制约高速列车速度目标值的另一重要因素 上高速线的中速列车虽可以固定使用，但很多这样的中速列车将主要在 一般线路上运行。因此，中速列车的速度选择主要决定于两个因素： 1 我国制造水平 中速机车车辆不可能也不应该从国外购买，应立足于国内生产。目前， 准高速机车车辆己投入运用，但上高速线运行还有若干技术问题有待解决。 近期已试制生产出了1 4 0 k m h 1 6 0 k m h 的动车组和机车车辆，批量生产出 能够在高速线运行的中速机车车辆是有可能的，将不是限制因素。 2 经济有利性 如果造价高的车辆长距离地在一般线路上运行。在当令我国的经济条件 下是不经济的。我国“铁路主要技术政策”已经明文规定，主要干线的旅客 列车速度将提高到1 4 0 k m h 个别线路与区段旅客列车将有可能提高到 1 6 0 k m h 。因而中速列车的最高时速定为1 4 0 k m h 1 6 0 k m h 是恰当的，也是 趋于合理的。 从技术和运营角度来看，1 4 0 k m h 的中速列车与2 5 0 k m h 的高速列车、 1 6 0 k m h 的中速列车与2 5 0 k m h 3 0 0 k r n h 的高速列车相匹配，是比较适中 的，技术上能够做到；2 0 世纪8 0 年代以来，世界上投入运营蛆及拟建的高 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第6 页共5 7 页 速铁路，最高时速都在2 5 0 k m h 以上，9 0 年代已达到3 0 0 k m h ，本世纪可望 提高到3 5 0 k m h 。这是世界高速铁路发展的趋势。 2 0 世纪6 0 年代初，我国铁路旅客列车最高行车速度就已达到1 2 0 k m h 。 当时日本东海道新干线最高时速为2 1 0 k m h ，待京沪高速铁路全线贯通后， 一些国家最高时速已经达到3 5 0 k m h ，要缩小这一差距，必须把我国高速铁 路的速度目标值定在2 5 0 k m h 以上。 另一方面，速度目标值的选取应当具有相当竞争力，由于高速公路、航 空事业的发展，高速铁路作为铁路运输业中一项长远的建设规划项目，要考 虑到它未来几十年或上百年后的生命力，就必须研究它在运输业内的竞争地 位问题。 在进行与其它交通方式竞争的有利性比较时需考虑以下两个方面的问 题： ( 1 ) 完成全部旅程所需时间的比较 ( 2 ) 旅客的时间价值与铁路票价对旅客选择交通方式的影响。 旅客完成全部的旅程需三部分时间： ( 1 ) 是在车或飞机上的旅行时间： ( 2 ) 是由家( 或单位) 到车站或机场和由机场或车站到家( 或单位) 所需 路程的时间； ( 3 ) 是各种等待和空费时间。 第二项和第三项台称为附加旅行时间。 1 高速公路的旅客附加旅行时间( 仅指公共交通车辆) 高速公路的旅客附加旅行时间由如下因素组成： 从出发地到长途汽车站和从长途汽车站到目的她的时间；安全检查、检 票、等待及进站所需时间；以及下车、检票出站所需时间。 2 。高速铁路的旅客附加旅行时间 高速铁路的旅客附加旅行时间由如下因素组成： 包括出发地到火车站或由火车站到目的地所用时间；站内安全检查、检 票、等待及进站所需时间：下车、检票出站等所需时间等。 3 民航的旅客附加旅行时间 民航的旅客附加旅行时间由如下因素组成： 从出发地点到机场所用时间；提前半小时换票的时间；登机前的安全检 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第7 页共5 7 页 民航的旅客附加旅行时间由如下因素组成： 从出发地点到机场所用时间；提前半小时换票的时间；登机前的安全检 查、托运行李、等待和检票等所需时间；到达后提取行李、出场等所用时间； 从机场至目的地的时间。 由于高速公路、高速铁路和民用航空机场在城市中的位置不同，所以所 花费的时间也不同，这要具体进行比较分析。 按上所述，从总旅行时间来考虑高速铁路对高速公路、民用航空有利 服务范围可按下列比较式计算： 呈+ t ls 兰+ c ， v h v ， r ，f ?， = _ + f ：= - + 式中： 旅行距离； 巧巧高速铁路、民用航空、高速公路平均运行速度； ，f ，r f ，i 各运输工具的附加时间。 2 3 速度目标值的综合选择 根据以上分析，可归纳出速度目标值的结论性意见如下： 1 考虑今后的发展，高速铁路的线、桥、隧等基础设施按3 5 0 k m p a 的行 车要求设计与施工，一步到位，不留隐患，以避免今后技改的巨额投资； 2 高速列车初期运营速度的目标值为2 5 0 k m h 3 0 0 k m h ：在高速线上 运行的中速列车速度为1 4 0 k m h 1 6 0 k m h 。如果高速列车速度达到 3 0 0 k m h ，而中速列车速度必须达到1 6 0 k m h 。 3 速度目标值定为2 5 0 k m h 3 0 0 k m h ，大体上相当于国际上2 0 世纪 8 0 年代或9 0 年代初的水平。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第8 页共5 7 页 第3 章高速铁路站场设计参数 3 1 高速铁路站场纵断面设计技术要求 站场纵断面设计技术要求，包括车站正线、站线、高中速联络线，各种 段内线及和车站联络线的坡度要求；坡度的衔接条件；设置竖曲线的条件和 竖曲线半径取值等几个方面： 3 1 1 站线、段线和各种联络线坡度要求 为了列车运行和作业的安全，站坪宜设在平道上。但受地形、地质、水 文等条件的限制，以及为了尽可能的减少工程量降低造价，有的车站需建 在坡道上，此对，应满足下列要求： ( 1 ) 列车进站能够安全停车； ( 2 ) 列车能够起动； ( 3 ) 车辆不会自行溜逸； ( 4 ) 必要的站内调车作业条件 根据我国最近修改的铁路车站及枢纽设计规范规定，站坪坡度不得 大于1 5 9 0 。对于高速客运专线的站坪坡度取值，由于列车起动牵引力和制 动力都比较大，列车的起动、停车以及站内作业安全都不成问题，站坪坡度 主要考虑车辆防溜。 单纯从高速列车的走行性能和防溜方面考虑： 其站坪坡度应该在既有规范的规定范围内，但考虑到高速列车是不摘动 头车整列停站的，列车处于制动状态下，所以，其坡度值按既有站规确定， 取不大于1 5 ； 对于不办理调车等作业的中间站，其坡度值可以放宽到6 0 。 此外，高速铁路车站正线上铺设的可动心轨辙叉单开道岔，由于结构复 杂，线路坡度的大小直接影响道岔状态的变化，如坡度过大，将会产生线路 爬行，从而恶化道岔的技术状态，增加道岔的养护维修难度和列车运行的不 安全因素。 为确保高速列车的安全运行，站内咽喉区的正线坡度，宜与站坪坡度相 同： 通过对滚动轴承车辆的试验和运营情况分析，结合国外铁路采用站坪坡 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第9 页共5 7 页 度情况，建议我国高速铁路站坪坡度取值如下： 为防止车辆溜逸和保证站内必要的作业安全，站坪宜设在平道上； 困难条件下，可设在不大于l 。5 的坡道上； 在特殊困难条件下，如有充分依据，中间站可设在不大于2 5 的坡道 上： 对不办理调车、甩车等作业的中间站，可设在不大于6 o o 的坡道上，但 不得连续设置【1 】。 枢纽进出站线路的纵断面应符合相邻区段正线的规定。 3 1 2 竖曲线设置条件及竖曲线半径 3 1 2 1 变坡点对列车运行的影响 不同坡度的坡段相连接时，就产生一个变坡点。列车通过变坡点时，受 到的影响从安全和乘客舒适度方面考虑，具体表现在以下四个方面： 1 ) 列车在线路上运行时。线路的走向即是列车运行方向，即列车运行方 向与线路走向的一致性当出现变坡点时，列车在变坡点处将改变运行方向， 由此产生一种附加力，当车钩受到这种力的作用大于其允许强度时，就有可 能断钩； 2 ) 列车通过凸形变坡点，由于惯性的作用，机车将沿原来的坡段方向前 进，在重心未过变坡点的瞬间，前轮呈悬空状态，当此悬空高度超过轮缘高 度时，有脱轨的可能； 3 1 机车、车辆通过变坡点时，将引起相邻车辆的车钩中心线上下错动， 当错动量超过限定数值时，有可能脱钩； 4 ) 列车通过变坡点时，会在竖直方向产生离心力和离心加速度，此加速 度超过一定限度时，将引起车内乘客感觉不舒适或使车内物品产生位移。 显然，从保证安全和舒适度的角度出发，相邻坡段最大坡度差应保证不 断钩、不脱钩、不脱轨及行车平稳的要求由于坡度差超过一定数值时，实 际上是用竖曲线来连接的，因此，考虑最大坡度差时尚应综合考虑竖曲线的 影响。实践与理论分析说明，竖曲线对减少附加力的作用不显著，也就是对 断钩的影响不大【2 】，而对改善脱轨、脱钩及行车平稳有较明显的影响。因 此，可以从不断钩的要求出发确定相邻坡段的最大坡度差，而从行车平稳、 不脱轨、不脱钩的要求出发确定竖曲线的设置标准。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第l o 页若5 7 页 3 1 2 2 相邻坡段允许最大坡度代数差值的确定 相邻坡段允许最大坡度代数差值根据列车运行在变坡点处产生的纵向 力，不得造成断钩的安全条件确定。列车纵向力的大小主要取决于列车质量、 长度和列车运行工况。 一般说来，列车在线路上运行时，车钩传递机车的牵引力，使整个列车 向前运行，在未遇变坡点时，车钩只受牵引力的作用，当列车通过变坡点时， 车钩则受到两种应力的作用： 一为机车牵引力； 一为变坡点处产生的附加力。 这两种应力之和不能大于车钩允许工作应力，否则，将有断钩的可能。 当然，列车在运行过程中，其受力情况是复杂的变坡点的附加内力，还要 受列车制动、缓解、加速等运动变化以及操纵不当、轨道状态不良等的影响， 但这些不利因素，目前很难以理论计算值表达。考虑这些不利因素，并非能 同时出现，而运营中也很少在变坡点附近发生断钩情况。在给出一定的安全 系数后，线规考虑不断钩条件下相邻坡段的坡度差以不超过限制坡度值为 宜。 车站情况与区间线路有所不同，要考虑列车的起动，停车及车辆防溜等 情况车站线路的最大坡度往往低于区间限坡，所以就车站范围而言，坡度 差值一般不会对列车运行安全构成威胁。 3 1 2 3 竖曲线半径的确定 设置竖曲线与否由以下三个主要条件确定【3 】： 1 ) 小于使列车纵向力明显增加的坡度变化的临界值，不设置竖曲线； 2 ) 不设置竖曲线车辆重心在接近坡度变坡点时，一端车轮升高不致造 成轮缘爬轨： 3 ) 不设置竖曲线，变坡点处的轨道不平顺度应满足高速列车行车平稳度 要求。 从国外资料得出，日，德两国的标准甚为严格，波兰居中。而法国则较 宽【2 】。对于京沪高速铁路车站正线设置竖曲线起始坡度，建议与区间规定 值相同，取1 o ；车站的其他线路，由于在其上运行的列车速度较低，按站 场设计规范规定，坡度值小于4 0 时，不设置竖曲线【4 】。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第11 页共5 7 页 1 列车通过变坡点不脱轨的要求 相邻坡段折线连接成凸形断面，而又不设竖曲线时，机车的前转向架中 间轴未过变坡点前，机车前轮将呈悬空状态，其最大悬空值不能超过轮缘高 度。 我国的轮缘高度为2 9 r a m ，产生最大悬空值的机车重心至导轮中心的距 离为6 5 0 m ，由此可得保证不脱轨的，值为4 3 ，也就是说，只要相邻坡 度差不大于4 _ 3 ，任何类型机车都不会脱轨。 以上并没有考虑机车在重力作用下，将以重心所在的车轮为支点的回转 作用，和机车导轮轮对的下落活动量，所以是留有余地的。 考虑到在纵距( 外矢距) 为1 0 m m 左右而不设竖曲线时，在施工、养护时 变坡点处轨面亦能自然形成竖曲线。从圆曲线型竖曲线的要素可以计算出： 当相邻坡段的坡度差为3 ，竖曲线半径为1 0 0 0 0 m 时，变坡点在竖曲 线中点的外矢距为毫米； 当相邻坡段的坡度差为4 0 时，若竖曲线半径为5 0 0 0 m ，则上述外矢距 为1 0 r a m 。 外矢距与竖曲线半径和相邻坡度差的大小成正比，外矢距较小时( 如 1 0 m m 左右) ，无论从行车安全或施工养护方面看，设置竖曲线都没有实际意 义。 由于线路等级越高，行车速度越快，从满足行车平稳的要求出发，往往 要求竖曲线半径也越大。这时，为保证在变坡点处的外矢距较小，相应地要 求设置竖曲线的坡度差值也较小。 2 满足行车平稳的要求 列车通过变坡点时产生竖直离心力和离心加速度a v ，竖曲线半径r v ( m ) 与行车速度v ( k m h ) 、a ，( n v s 2 ) 的关系为： r ，= ；v 2 ( 3 6 2 a v )( 3 1 ) 国外经验：当a ，值在o 3 1 0 m j s 2 范围内时，不致引起旅客的不舒适感 觉。通过上面公式可以计算出一系列三者关系值见表3 1 ： 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 2 页共5 7 页 表3 一l r v 、v 及a ，关系表单位：m o 30 4o 5o 6o 7o 80 91 o 2 5 01 6 0 0 01 2 0 0 01 0 0 0 08 0 0 07 0 0 06 0 0 05 5 0 05 0 0 0 3 0 02 3 0 0 01 7 0 0 0 1 4 0 0 01 2 0 0 01 0 0 0 09 0 0 08 0 0 07 0 0 0 3 5 03 2 0 0 02 4 0 0 01 9 0 0 01 6 0 0 01 4 0 0 01 2 0 0 01 1 0 0 01 0 0 0 0 r v 竖曲线半径，单位n 1 ； v 行车速度，单位k m h ； a v 离心加速度，单位m s 2 。 3 满足不脱钩的要求 列车在变坡点处，由于相邻车辆的相对斜倾，使相邻车钩的中心线上下 错动，如超过限定的数值，就容易引起上下脱钩。 技规规定，客车车钩允许的上下括动量为6 0 m m ，在该允许值中， 还应考虑下列一些造成相邻车钩中心线上下错动的因素： ( 1 ) 车轮踏面的允许磨耗：客车不能大于8 r a m ； ( 2 ) 轮对轴颈允许磨耗值； ( 3 ) 轴承、转向架上下心盘允许磨耗值； ( 4 ) 轨道维修的允许水平差所引起的上下位移：客车为2 r a m 。 综合以上最不利因素，即相邻车体为一新车，与一各方面都磨耗到限的 旧车相连，且轨道水平养护误差也是最大时，即可求得相邻车钩中心线的上 下位移值，从车钩允许的上下活动量中扣除这部分位移值，便是变坡点处相 邻车辆相对斜倾引起的车钩中心线上下位移允许值。 列车通过竖曲线时，由于相邻车辆相对斜倾引起的车钩中心线上下位移， 其允许值经过计算，可得相应的竖曲线半径，即保证不脱钩条件的最小竖曲 线半径既有规范中规定的竖曲线半径值，完全能满足车辆通过变坡点 不脱钩，对于高速铁路，往往要求竖曲线半径取值更大，所以更不致于引起 脱钩了。 通过上面的分析可以看出： 车站内的变坡点远不会对列车运行的安全构成威胁，其安全系数是很大 的。对于不通过高速列车的车站线路，完全可以按既有规范的要求来设 置纵断面。对有高速列车通过的线路，则要遵守高速铁路纵断面设计的特殊 要求。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 3 页共5 7 页 3 1 2 4 高速铁路站场设计中竖曲线的设置条件及竖曲线半径 纵观国外高速铁路的有关“标准”及“规程”，一般情况下，要求车站 站坪设计为平道，困难条件下，允许设在坡道上，但要求线路坡度不大于2 5 。 结合我国具体情况，技规规定：站坪坡度不大于1 5 ，对于高速铁 路也不应低于这一标准，故取站坪坡度最大允许值为1 5 。对车站正线， 由于有高速列车通过，因此，线路纵向坡度差超过1 时，要设置竖曲线； 坡度差小于l 时，可不设竖曲线。 对车站内不通过高速列车的站线，仍可按既有站规的要求， 即相邻坡段的坡度差大于4 时，可采用5 0 0 0 m 半径的竖曲线连接； 困难条件下，其竖曲线半径不应小于3 0 0 0 m ： 坡度差小于0 4 时，可不设竖曲线。 竖曲线半径的取值一般跟列车运行速度密切相关，其相关关系可用计算 公式，= 0 4 砰计算； 困难条件下可将竖曲线半径降低，由计算公式r = 0 2 5 v , 2 计算，但要 求竖曲线半径不得低于允许最小半径r l = 2 0 0 0 m 【5 】。 我国有关专家经过分析计算，推荐的高速铁路竖曲线半径计算公式为： ，= 0 2 v j 。 竖曲线半径与列车运行速度的关系( 按公式计算) ，见表3 2 ： 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 4 页共5 7 页 表3 _ _ 2竖曲线半径与行车速度关系表单位：m 设计速度v c竖曲线半径竖曲线半径竖曲线半径 ( k m h ) r = 0 4 曙r = 0 2 5 嘭，= 0 2 曙 5 01 0 0 06 2 55 0 0 6 01 4 4 09 0 07 2 0 7 01 9 6 01 2 2 59 8 0 8 02 5 6 01 6 0 01 2 8 0 9 03 2 4 02 0 2 51 6 2 0 l o o4 0 0 02 5 0 02 0 0 0 1 5 09 0 0 05 6 2 54 5 0 0 2 0 01 6 0 0 01 0 0 0 08 0 0 0 2 5 02 5 0 0 01 5 6 2 51 2 5 0 0 3 0 03 6 0 0 02 2 5 0 01 8 0 0 0 3 5 04 9 0 0 03 0 6 2 52 4 5 0 0 我国高速铁路的速度目标值定为2 5 0 k m h 3 0 0 k m h 从上表中的计算值 可以看出，在涉及高速列车运行的线路上，竖曲线半径的取值范围可为 2 0 0 0 0 m 3 0 0 0 0 m 建议竖曲线取值2 5 0 0 0 m 。 道岔是铁路线路的薄弱环节，且列车运行速度越高，对道岔的几何状态 要求越严。高速铁路一般采用可动心轨辙叉单开道岔，它与固定辙叉单开道 岔相比在结构上有明显的不同，前者各部件之间的几何尺寸要求较后者更为 严格，因而养护条件要求更高。国外高速铁路为了确保安全与舒适，降低维 修费用，一般都要求可动心轨道岔与竖曲线不能重叠设置。 虽然从理论上分析，在特定条件下，将竖曲线的折线段延长到一定值r 如 从2 0 m 延长到3 0 m ) ，并相应加大竖曲线半径，是允许在一组道岔的导轨部 分与竖曲线重叠的，但这样做，维修条件更为复杂，技术难度更大，增加巨 额维修费，给安全留下隐患，旅客舒适度也受到影响。因此，为避免留下后 患，要求道岔与竖曲线不能重叠设置。 借鉴国外高速铁路站场设计参数的取值，结合我国实际情况，高速铁路 初期是高、中速共线的运营模式，对我国高速铁路站场设计站内线路纵断面 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第15 页共5 7 页 的有关参数取值建议如下： 1 ) 车站站坪宜设计为平道，困难条件下，允许设在坡道上，但线路坡度 不应大于1 5 ；在特殊困难条件下，可设在不大于2 5 的坡道上。对不办 理调车、甩车或摘下机车等作业的车站，可设在不大于6 的坡道上【1 】： 2 ) 对高速铁路的始发、终到站，为确保安全，车站线路坡度应限制在不 大于1 的范围内： 3 ) 车站咽喉区的正线坡度，宜与站坪坡度相同；困难条件下，坡度值也 不宜大于2 5 ；特别困难条件下，可适当放宽到6 ；车站道岔应避免布置 在竖曲线范围内； 4 ) 枢纽进出站线路的纵断面应符合相邻区段正线的规定，即不大于1 2 。在困难条件下，仅为列车单方向运行的进出站线路，可设在大于限制坡 度的下坡道上。段外机车走行线的坡度宜尽量放缓，困难条件下不应大于1 2 ，设立体交叉时，内燃、电力机车使用的走行线不应大于3 0 ； 5 ) 对于通过高速列车的车站正线，线路纵向坡度差超过1 时，要设置 竖曲线，坡度差小于等于l 时，可不设竖曲线：对于不通过高速列车的其 它站线，则当线路纵向坡度差超过4 时，设置竖曲线，若小于等于4 ，可 不设竖曲线： 6 ) 竖曲线半径取值为：对通过高速列车的车站正线，竖曲线半径取值范 围2 0 0 0 0 m 3 0 0 0 0 n ，建议取值2 5 0 0 0 m 对不通过高速列车的其它站线，竖 曲线半径取值为5 0 0 0 m ，困难条件下可按不小于3 0 0 0 m 的半径取值。 3 2 高速铁路站场平面设计技术参数 3 2 1 站内曲线半径的选择 3 2 1 1 曲线车站的曲线半径 1 确定曲线车站曲线半径的原则 确定曲线车站的曲线半径，必须在保证速度的前提下，综合考虑以下三 方面因素。 ( 1 ) 行车安全 保证列车在运行时不因离心力，风力和横向振动力若同作用而倾覆，不 因作用于轨道的水平力太大而使轨道失去稳定，不因横向力及轮轴偏载太大 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 6 页共5 7 页 而脱轨； ( 2 ) 乘客舒适 列车在曲线上运行产生的未被平衡加速度，应该满足乘客必要的舒适度 的要求； ( 3 1 经济合理 尽量减少列车对线路结构的破坏作用，减少经常维修工作量，保持曲线 内外轨磨耗均匀，缩短车站咽喉长度，尽量减少工程费用。 2 确定曲线车站曲线半径的要素 根据曲线上最大、最小速度、超高、欠超高、过超高和内外轨均匀磨耗 等限制条件，可得一组约束方程。 即：在我国的客运专线上 当高速列车以最高速度( v 。) 通过半径为r 、超高为h s 的曲线时，产生 欠超高( h 。) ； 当中速列车以较低速度( v 。i 。) 通过曲线时，则产生过超高( h g ) ，而且分别 小于允许值 h q 】 h 臣】。 h 目= 1 1 8 1 0 t r h ， h g 】 ( 3 - 1 ) h g = h ，- 1 1 8 x 吃i r 旧g 】 ( 3 2 ) 为了保证内、外轨磨耗均匀，要求实设超高能使列车以平均速度通过曲 线时，对内、外轨的作用力相等。 即： 皿= 1 1 8 x 吁i r ( 3 3 ) 式中： y 。通过曲线的高、e e 速列车平均速度： 一= 舾习i 而了五面了函 以，m 分别为高、中速列车的对数 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 7 页共5 7 页 为了保证安全，实设超高必须小于最大允许超高( h 一) 。 即： 1 - i , s h 。( 3 4 ) 以上四式联合可以确定最小曲线半径。 3 高速铁路曲线车站的曲线半径 正线与区间线路直接相连，运行高、中速列车，原则上应设计成直线， 困难条件下设计为曲线，应按式3 1 式3 - 4 确定而且不低于所衔接区 间的设计标准。 我国高速铁路的平均速度按表3 1 确定。 表3 1平均速度表 吒( ) 矿 t ( v m ) 九g ( k m h )( k m h )( k m h ) 3 0 01 6 00 6 6 0 7 52 6 l 2 7 2 2 5 01 4 00 6 6 0 7 52 1 9 2 2 9 x 。开行高速列车数占高、中速列车总数的比重 我国高速铁路的最大允许超高、欠超高和过超高的取值，分别取值为 1 5 0 r a m