利比亚铁路沿海线轨道工程轨道几何形位及道床设计与

利比亚铁路沿海线轨道工程轨道几何形位及道床设计与国内铁路的比较浅析（中铁十一局集团三公司利比亚铺架项目 付 强）摘要：利比亚铁路沿海线轨道工程执行欧洲标准，轨道几何形位及道床断面设计与国内铁路有许多不同之处，本文将对此作浅析比较。关键词：欧洲标准、轨道几何形位、道床断面、比较。1、概述新建利比亚铁路沿海线Tripoli（的黎波理）- Sirt（希尔特）段西起利比亚首都Tripoli，沿地中海岸的Khoms（胡母斯） 、Misrata（米苏拉塔）、Hesha（黑塞）至Sirt，全长约640km，是贯穿利比境内东西向的铁路干线，也是沿海铁路通道、泛阿拉伯、泛非洲铁路网的重要组成部分，主要服务于Tripoli和Sirt之间的货物和旅客运输。2、利比亚铁路沿海线主要技术标准利比亚铁路执行欧洲标准，钢轨、轨枕、扣件的选用、轨道工程设计等均需满足UIC标准和欧洲规范。轨道工程主要技术参数如下：轨 距：1435mm轨道数目：双线线 间 距：4.5m设计速度：线下部分按250Km/h客货共线一次建成，近期开行160km/h的内燃机车，预留250km/h电气化条件轨道结构：跨区间无缝线路钢 轨：60E1、54E1扣 件：满足欧标EN 13481-2要求轨 枕：B-70W型预应力砼枕轨 底 坡：1/20道 床：有碴道床道 岔：UIC60-15、UIC60-9、UIC54-15、UIC54-9、UIC54-7.5等型号3、利比亚沿海铁路与国内同等级铁路比较利比亚铁路沿海线轨道工程开通时速为160km/h，客货列车共线运行，所以与国内客货列车共线运行、最高行车速度等于或小于160km/h干线铁路作比较。因技术标准的差异，轨道几何形位也有一定的差别，主要包括轨距测量位置、轨距加宽值、轨底坡的设置及道床断面设计等。下面对以上几点逐一对比、分析。3.1轨距测量位置利比亚铁路技术规范规定轨距的测量位置在轨顶面以下14mm处，而我国规范规定轨距测量部位在轨顶面以下16mm处，如图-1所示： 图-1轨距测量示意图由于轨距测点不一致，在国内采购的万能道尺的使用需要进行技术可行性分析。中国60kg/m钢轨与60E1钢轨（见附图），轨顶面均由R-300mm、R-80mm、R-13mm三段组成，轨头两侧直线段坡度一样同为1/20。60E1钢轨轨顶面以下14mm距离直线段垂直距离约为0.3mm，设置1/20的轨底坡，轨头侧边直线段垂直向下，轨顶以下14mm处与16mm处水平距离L0，即轨距测量因道尺的原因产生的误差0。远小于钢轨断面尺寸误差及轨距允许偏差，可直接使用。3.2轨距加宽值为保证绝大多数的车辆以自由内接形式通过曲线，如图-2： 图-2二轴转向架自由内接示意图则轨距加宽值：e = Sf - S0,式中：S0为直线轨距（1435mm）曲线轨距值Sf = qmax + L2/(2R) qmax：最大轮对宽度根据国内标准与欧洲标准的车辆尺寸、转向架尺寸、轮轨游间等参数计算，并考虑曲线最大允许轨距值，轨距加宽值对比如表-1所示：序号曲线半径（m）轨距（mm）轨距加宽值（mm）中国铁路利比亚铁路中国铁路利比亚铁路1R35014351435002350R30014401435503300R150145014351504150R125145014401555125R100145014451510表-1轨距加宽值轨距加宽值不同，需要考虑国产铺架专用设备通过曲线的能力问题。铺架专用设备采购技术协议中，虽然明确指出轮对尺寸按照欧洲规范的要求定制，但是影响曲线轨距加宽值大小的转向架尺寸，应予以考虑。根据利比亚铁路轨距加宽值验算，出口的机车、车辆能够通过的最小曲线半径均小于140m，考虑到利比亚铁路最小曲线半径出现在UIC54-7.5道岔上，导曲线半径190m，所以出口的机车、车辆能够顺利通过利比亚铁路沿海线小半径曲线。3.3、轨底坡设置轨低坡的设置，与车轮踏面的坡度密切相关。设置合理的轨底坡可以改善钢轨的受力、减轻轨头不均匀磨耗、提高钢轨横向稳定性，减缓轨头塑性变形、延长钢轨使用寿命等。钢轨承受来自车轮的作用力、轨枕及扣件的作用力、自身重力（自身重力相对车轮作用力较小）。根据平衡条件，近似认为车轮作用力与轨枕扣件的作用力在一直线上，并通过重心位置。钢轨的受力分析简图如图-3：图-3钢轨受力简图P: 车轮作用力， P1：轨枕和扣件作用力V: 车轮作用力垂直分量， V1：轨枕和扣件作用力垂直分量L: 车轮作用力水平分量， L1：轨枕和扣件作用力水平分量来自车轮的竖直作用力、水平作用力，夹角，的大小主要与车轮踏面的坡度、轨顶曲线等有关。若的大小与静态轨底坡大小一致，则近似认为钢轨承受轴心力。我国LM磨耗型轮踏面与欧洲标准的车轮踏面有较大差别， LM磨耗型轮踏面与钢轨接触的主要是1/20坡度部分，欧标车轮主要是坡度为1/46的部分。轨底坡设置与车轮踏面示意图如图-4所示：图-4车轮踏面及轨低坡示意图钢轨承受车轮作用力，轨道将发生弹性变形，轨枕产生挠曲，轨下垫板产生压缩变形，主要表现为轨头产生横向、纵向位移。另外在曲线轨道上，需要设置超高，通常采取的是抬高外股钢轨的办法，使内股钢轨中心线向轨道外侧倾斜，在车轮指向轨道外侧的水平力作用下，钢轨倾覆的可能性增加，应视超高的大小适当增大曲线内股钢轨轨底坡。我国LM磨耗型轮踏面经过一段时间磨耗后，1/20的坡度斜面将接近1/40。综上叙述，结合多年施工经验、统计资料，在我国设置1/40轨低坡是合理的。并且在养护维修过程中，根据钢轨光带（车轮碾磨形成）在轨顶的位置，调整轨低坡。利比亚铁路标准，采用的1/46的车轮踏面坡设置1/20轨底坡虽然是相匹配的，但是钢轨轨头受力线将偏离钢轨中心，移向外侧，车轮作用力水平方向分量L减小，钢轨的倾覆力矩较大，并在轨腰两侧分别产生竖直方向的拉、压应力。相比而言，我国铁路轨底坡的设置更为合理。正因为轨底坡设置不同，本项目所出口的大型铺架专用设备的轮对，轮缘尺寸、踏面坡度等全部按照欧洲标准定做，以适应利比亚铁路的技术特点。3.4、道床设计道床需要提供足够的横向、纵向阻力，以抵抗无缝线路的温度力，保持轨道的空间几何形位。道床横、纵向阻力的大小与轨枕类型、轨枕铺设密度、道床断面尺寸、道床的铺设质量等有关系，利比亚铁路沿海线采用欧洲经典B70型砼轨枕，正线铺设密度与国内一致，为1667根/km。与国内型砼枕相比，尺寸较小、重量较轻，在提供道床阻力方面，B70型轨枕略逊色于国内型砼枕，下面仅以道床断面设计做分析。道床半断面如下图-5所示：图-5 道床断面示意图3.4.1道床厚度道床厚度除了保证道床阻力外，还要考虑路基面的应力，国内标准主要是根据国外和我国秦沈实践经验，利比亚铁路与国内铁路一样，正线轨道道床厚度设计为35cm。3.4.2碴肩宽度适当的道床肩宽可以提供一定的道床横向阻力，但是并非道床肩宽越大越好，据国内某大学对砼枕轨道碴肩的加宽试验，从30cm肩宽起测，结果表明：道床横向阻力随碴肩宽度的增大而增加，当碴肩宽度增加到55cm时横向阻力达到最大值，若再加宽，阻力几乎不再增加。在日本也做过类似试验，认为碴肩宽度超过4046cm后道床纵向阻力几乎不再增加。另外有资料表明：碴肩宽度从40cm以下增加到4045cm,阻力增长最快，当碴肩宽度超过45cm后，纵向阻力的增长趋于平缓。国内重载无缝线路碴肩宽度通常设计为45cm，而利比亚铁路沿海线道床碴肩宽度设计为50cm。3.4.3碴肩堆高碴肩堆高是提高道床横向阻力、提高轨道横向稳定性最有效、最经济的手段。根据国内广深线的实测资料碴肩宽度相近情况下（48cm），设置10cm的碴肩堆高与平碴肩相比，横向阻力提高约20%。在国外有试验表明：当碴肩宽度达到50cm，碴肩堆高对道床横向阻力的提高甚微。因此国内重载无缝线路通常设置15cm碴肩堆高，而利比亚铁路沿海线道床不设碴肩堆高。对于两种不同道床断面设计，道床边坡等引起的路基宽度，国内铁路较利比亚铁路沿海线宽约18cm（单线、直线路基地段）；道碴用量也不一致，国内铁路比利比亚沿海线道碴用量多，约85m3/km（单线、直线路基地段）。但是在提供道床阻力保证轨道几何形位能力方面，国内铁路道床断面设计要优于利比亚沿海铁路。4、结束语利比亚铁路与我国铁路因采用不同的标准