張珊珊

摘 要：鐵路交通在交通運輸業(yè)中作為至關(guān)重要的部分，對我國貨運具有重要的影響，當前，我國大部分貨物運輸都是依靠鐵路進行，因此，保障鐵路線路設(shè)計的合理性具有積極的意義。本文首先從鐵路線路平縱斷面設(shè)計的原則說起，詳細闡述了平縱斷面設(shè)計的動力學評估方法以及相關(guān)的參數(shù)研究，最后針對鐵路線路中平縱斷面設(shè)計的相關(guān)要點進行了歸納總結(jié)，旨在于提高我國關(guān)于鐵路線路平縱斷面設(shè)計的水平。

關(guān)鍵詞：設(shè)計原則；動力學研究；參數(shù)設(shè)定

1 前言

鐵路線路的設(shè)計是涉及到多個領(lǐng)域的綜合性工程，其涉及到多種學科的應用，對設(shè)計者的水平要求較高。我國是人口大國，無論是滿足客運需要還是貨運需要，都需要提高現(xiàn)有的鐵路線路建設(shè)水平。為了滿足日益提高的社會需求，我國已經(jīng)開始了高速鐵路運輸線路的建設(shè)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，預計到2020年，我國時速高達200km/h的會超過2.2萬千米。盡管成績喜人，但是由于我國的高速鐵路建設(shè)起步較晚，仍舊存在一些技術(shù)難題，其中就包括做好鐵路線路平縱斷面的設(shè)計工作。因此，加大關(guān)于鐵路線路平縱斷面的研究具有實際意義。

2 鐵路線路平縱斷面設(shè)計的概述

2.1 鐵路線路平縱斷面設(shè)計的研究背景

運輸已經(jīng)成為關(guān)系社會經(jīng)濟發(fā)展的重大問題，未來鐵路運輸?shù)陌l(fā)展方向也將朝著重載運輸發(fā)展。在一些幅員遼闊礦產(chǎn)發(fā)達的國家例如美國、加拿大、巴西等，都已經(jīng)開始在鐵路線路上開展重載運輸。山西省是我國煤炭大省，近幾年來，已經(jīng)運行了在鐵路線路上運行重載列車。由此可見，在我國內(nèi)開展鐵路線路的設(shè)計研究，具有現(xiàn)實意義。

2.2 鐵路線路平縱斷面的設(shè)計原則分析

鐵路線路的設(shè)計是一項復雜的綜合型設(shè)計工程，其中多項參數(shù)的設(shè)計涉及到多種學科內(nèi)容，這也對設(shè)計人員提出了較高的要求。根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗，主要總結(jié)出了以下設(shè)計原則。首先是曲線的設(shè)置。在進行鐵路線路設(shè)計時，盡量考慮順直線路，避免在設(shè)計圖中增加曲線設(shè)計，盡量避免加大曲線的偏角，少用反向的曲線設(shè)計。當遇到地勢影響、地質(zhì)條件或者公路規(guī)劃以及地下管線建設(shè)等不可避免的因素時，要提前設(shè)計好繞行線路，避免在臨近地點繞行。通過在較遠的地方繞行，也是為了降低鐵路線路的轉(zhuǎn)向角度。

其次是坡度的設(shè)計，由于線路多為重載，因此，坡度設(shè)計應盡量平緩，線路的起伏應順應地面線。線路拉坡時，要注意保持土方平衡，路塹段注意排水坡度，排水坡度最低不可低于千分之二。當鐵路線路穿過村莊或者道路密集區(qū)時，應當適當?shù)奶Ц呔€路，隧道內(nèi)的坡度應當大于千分之三。鐵路線路平縱斷面的設(shè)計應當結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、地形等各種因素進行考慮，優(yōu)先采用單面坡道設(shè)計。如果坡度的設(shè)計過大，就增加了線路的撥起高度，加大了重載車輛運行的困難。

最后是線路縱面設(shè)計與車站安全線的設(shè)計原則。我國相關(guān)文件中有明確的規(guī)定：“在進站信號機外制動距離內(nèi)進站方向為超過千分之六下坡道的車站，應在正線或到發(fā)線的接車方向末端設(shè)置安全線”這是為了避免與對面進站的列車發(fā)生沖突。因此，在實際設(shè)計中，鐵路線路縱坡方向坡度設(shè)計應以具體實際地點為準，原則上大于千分之六。

3 鐵路線路平縱斷面設(shè)計安全性與舒適性的評估方式

3.1 機車車輛與線路最佳匹配的原理

為了達到最佳的設(shè)計要求，應當進行平縱斷面設(shè)計與安全性以及舒適性的關(guān)系研究。車輛與線路系統(tǒng)的最佳匹配應統(tǒng)一采用系統(tǒng)設(shè)計的原理，將車輛系統(tǒng)與線路系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體。通過測量整體的性能指標，進行優(yōu)化設(shè)計。但是實際研究過程中，仍舊是把車輛或者線路作為一個單獨的子系統(tǒng)進行具體研究。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應當充分把握好二者之間的相互作用，不僅需要考察單個系統(tǒng)的性能指標，也要考察該系統(tǒng)對另一系統(tǒng)的具體作用。對線路設(shè)計的考察指標即指車輛在其運行上的穩(wěn)定性以及安全性。

3.2 基于匹配原理的線路動態(tài)設(shè)計方法

這種設(shè)計方法需要借助動力學仿真系統(tǒng)的支持，將線路設(shè)計的具方案以及車輛的運行條件直接輸入到該系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可以直接對線路軌道的受力特征以及變形性進行數(shù)據(jù)分析，同時計算出該種車輛在線路軌道上的運行指標，從而對其安全性以及穩(wěn)定性做出評價。根據(jù)車輛以及鐵路線路綜合評價結(jié)果進行評估，考量鐵路線路設(shè)計是否合理。若是測試結(jié)果表明鐵路線路存在不合理之處，尋找動力性能較差的指標以及對這些指標較為敏感的線路參數(shù)，例如線路的曲面半徑、緩和曲線長度、以及軌道的剛度參數(shù)等，通過不斷的試驗，找出較為理想的參數(shù)設(shè)計，重新輸入仿真系統(tǒng)進行測試，直至尋找出最為滿意的參數(shù)設(shè)置。

4 鐵路線路平縱斷面設(shè)計中參數(shù)的設(shè)置

4.1 最小曲線半徑

鐵路線路設(shè)計中最關(guān)鍵的參數(shù)即為曲線半徑的設(shè)置，曲線半徑的設(shè)置直接關(guān)系到線路能否安全、高效的運行。對于最小曲線半徑的選取，要綜合把握好輪軌磨耗以及安全性這兩個方面進行選取。對于主要功能為重載的線路來說，最小曲線半徑采用根據(jù)欠高值小于容許值以及磨好條件來確定的方式。在滿足行車條件的情況下，最小曲線條件可以根據(jù)以下公式來計算，即Rh≥11.8v2max/hmax+ hqy，其中，hmax就是指實際設(shè)置中超高的最大值， hqy就是指欠高容許最大值。通過該項計算公式，假設(shè)按照120千米每小時的時速來計算，對于某重載鐵路，實設(shè)超高按照150毫米計算，欠超高容許值按照普通的70毫米計算，就計算得出最小曲線半徑為772米，按照較為困難的90毫米高的欠高容許值計算，就可以得出最小曲線半徑為708米。在計算內(nèi)外軌均磨條件時，一般利用Rj≥11.8v2jhmax進行計算，vj為均磨速度，將上述值代入，可得最小曲線半徑為724米。針對不同類型的測試，可以按照動力學方式進行分析，實驗結(jié)果表明，當曲線半徑大于800米時，磨耗指數(shù)比較平穩(wěn)，但是，實際應用中發(fā)現(xiàn)，當降低曲線半徑時，則會導致鋼軌的磨耗量急劇上升，與理論值較為穩(wěn)定不符。這就是實際中鐵路曲線半徑為800米時，鋼軌每年都需要更換一次的原因。

4.2 夾直線對線路穩(wěn)定性的影響

分析夾直線對鐵路穩(wěn)定性的影響，需要綜合考慮鋼軌、軌枕以及道床之間的相互連接，建立重載列車在負載狀態(tài)下的反向曲線線路結(jié)構(gòu)體系。通過重載列車在經(jīng)過反向曲線時橫向力以及縱向力作為荷載條件，從而實現(xiàn)鐵路線路體系結(jié)構(gòu)力學性能的預測。通過對重載列車經(jīng)過反向曲線時的各項橫向力以及縱向力的數(shù)據(jù)測試表明，當重載列車經(jīng)過線路的曲率突變處時，是最不利的位置，曲率半徑突然加大，則會導致軌距的突然擴大，從而應先列車的行車安全。為了解決這一問題，通常采用反向的曲線夾直線，從而提高線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明，當夾直線的長度大于20米時，后續(xù)鐵路線路將趨于平緩。

4.3 夾直線對列車行車安全的影響

通過仿真系統(tǒng)，真實的反映了在反向曲線段列車行車的動力學性能。通過實際觀察得出，當經(jīng)過夾直線區(qū)域時，列車的橫向震動情況出現(xiàn)衰減，這是由于列車經(jīng)過曲線段時存在離心力，而經(jīng)過直線段時離心力消失，動力響應指標降低，所以，夾直線段的安全性將會大大降低。但是夾直線段并不是影響行車安全的主要因素，車體產(chǎn)生的震動在一個震動周期內(nèi)基本可以得到衰減，在兩個周期內(nèi)可以完全衰減消失。

5 總結(jié)

目前，隨著我國高速的經(jīng)濟發(fā)展，鐵路線路設(shè)計是關(guān)乎國計民生的大工程。由于工程的復雜性以及系統(tǒng)性，需要專業(yè)人才進行設(shè)計，以保障其安全性以及穩(wěn)定性。鐵路線路設(shè)計的平面組合方式多種多樣，但核心是各個參數(shù)的設(shè)定，參數(shù)的設(shè)置是否合理直接影響了列車行車的穩(wěn)定性以及安全性。在設(shè)計時要注意根據(jù)最佳匹配原理，結(jié)合仿真系統(tǒng)技術(shù)的應用，進行合理的設(shè)計。

參考文獻：

[1] 周志華，向俊，劉新元等.廣珠城際鐵路線路平縱斷面設(shè)計參數(shù)動力學評估[J].鐵道科學與工程學報，2009（5）.

[2] 龐士強.鐵路線路平縱斷面設(shè)計相關(guān)問題探討[J].絲路視野，2017（28）.