田葆栓

（青島四方車輛研究所有限公司 研究試驗部，山東 青島 266031）

為了保證行車安全，接近鐵路線路的各種建筑物和設(shè)備必須與鐵路線路保持一定的距離，同時對在線路上運行的機車車輛的橫向尺寸也須有一定的限制，所以鐵路規(guī)定了各種限界，如機車車輛、基本建筑、隧道建筑、橋梁建筑限界等，最基本的是機車車輛限界和基本建筑限界。機車車輛限界和建筑接近限界是兩個重要的相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)參數(shù)，在《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(以下簡稱《技規(guī)》) 中占有重要地位。

1 我國鐵路限界概述

1.1 我國鐵路限界的發(fā)展歷程

限界是鐵路的重要基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，與鐵路運輸、運營安全、工程建設(shè)、工務(wù)維修等關(guān)系密切。分析我國鐵路限界的發(fā)展，主要針對我國鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)管理規(guī)章的發(fā)展歷程。

我國鐵路實行統(tǒng)一的機車車輛限界始見于1950年的《技規(guī)》，它是沿用偽南滿鐵路的標(biāo)準(zhǔn)，其最大高度處距軌面4 800 mm，最大寬度在1 250～3 600 mm高度范圍內(nèi)為3 400 mm，見圖1中的基本輪廓。1959年將1950年《技規(guī)》中的機車車輛限界正式以國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 146－1959)頒發(fā)。因為其最大高度4 800 mm處，寬度僅900 mm，電力機車受電弓在非工作位置時超出限界，所以規(guī)定新造的電力機車在高度為4 800 mm處，半寬放寬到750 mm；由于高度350～1 250 mm范圍內(nèi)寬度較窄，允許新造電力機車半寬達(dá)到1 675 mm。

1959年版機車車輛限界標(biāo)準(zhǔn)兩肩過窄，使電力和內(nèi)燃機車設(shè)計受到一定限制；客車、冷藏車等在布置行李架、上層鋪位及儲水箱等設(shè)備時空間狹窄；限制了棚車兩肩形狀，降低了車廂空間利用效率；距軌面高350～1 250 mm范圍內(nèi)寬度較小，限制了機車車輛的寬度，影響對建筑限界空間的利用效率。

1983年修訂機車車輛限界標(biāo)準(zhǔn)時，本欲將兩肩寬度加大到圖1中的“——”所示位置，并將高350～1 250 mm范圍的半寬放寬到1 675 mm，但未獲得通過。只放寬了電力機車的肩部和下部寬度，仍保留了機車車輛限界基本輪廓。

1983年我國《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界》以GB146.2-1983公布。鐵路建筑限界分為基本建筑、隧道建筑、橋梁建筑等。上述限界都是按水平直線線路制定的，曲線上的建筑限界根據(jù)計算車輛、曲線半徑、外軌超高等進(jìn)行加寬，見圖2。

1.2 我國鐵路限界管理

1.2.1 鐵路限界管理的重要性

實時、準(zhǔn)確的限界資料是鐵路貨物安全運輸?shù)那疤?，限界檢測是限界資料的來源基礎(chǔ)，了解限界檢測數(shù)據(jù)來源、正確測量鐵路技術(shù)設(shè)備的限界對及時掌握鐵路限界、使用限界資料具有重要意義。

《技規(guī)》規(guī)定：一切建筑物、設(shè)備，在任何情況下不得侵入鐵路的建筑接近限界。機車車輛無論空重狀態(tài)，均不得超出機車車輛限界。鐵路的各種技術(shù)設(shè)備應(yīng)保持完整良好狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備變化規(guī)律、季節(jié)特點，安排設(shè)備檢修。鐵路對限界的檢測期限規(guī)定如下：對重要線路的平面及縱斷面復(fù)測、限界檢查，每5年至少1次；技術(shù)復(fù)雜及重要的橋梁、隧道檢定，其他線路的平面及縱斷面復(fù)測、限界檢查，每10年至少1次；對其他橋梁、隧道檢定，根據(jù)實際需要進(jìn)行；對牽出線、駝峰及峰下線路的縱斷面，每年至少1次。

鐵路限界存在動態(tài)變化，應(yīng)定期檢測。造成鐵路限界變化原因較多，如鐵路線路兩側(cè)建筑物、設(shè)備設(shè)施發(fā)生變化，建設(shè)部門線路大修(撥道、抬道、改造)及自然災(zāi)害等。

1.2.2 限界檢測要求、內(nèi)容及方式

限界檢測要求正確繪制出鐵路沿線各種建筑物及技術(shù)設(shè)備的精確實測斷面圖及距離線路中心線的尺寸表，并注明區(qū)段起訖站名及全區(qū)段最小曲線半徑、外軌超高最大值、最小線間距、電氣化接觸網(wǎng)最低高度等。鐵路限界主要測量鐵路沿線的各種設(shè)施設(shè)備及建筑物距鐵路線路中心線的距離，限界檢測范圍是距鐵路線路中心3 500 mm、自軌面6 600 mm(雙層集裝箱專用通道為8 000 mm)以內(nèi)的所有建筑物、設(shè)備及其他設(shè)施。

目前，限界測量采用人工測量和限界軌道檢測車測量相結(jié)合的方式進(jìn)行。通過實時測量，采集鐵路沿線建筑物及相關(guān)技術(shù)設(shè)備的限界數(shù)據(jù)，按規(guī)定進(jìn)行整理、匯總后，編制“區(qū)段橋隧、區(qū)段其他設(shè)備及建筑物綜合最小建筑接近限界尺寸表”等限界資料。

鐵路沿線橋梁、隧道涉及大量限界數(shù)據(jù)采集的，一般采用隧道限界檢測車進(jìn)行限界檢測。人工檢查測量主要在檢測車不能檢測時采用，人工測量一般使用水平尺、卷尺、吊錘、經(jīng)緯儀等工具及專用簡易測量小車和便攜式測量儀進(jìn)行測量。

1.2.3 限界檢測數(shù)據(jù)測量和處理

測量鐵路限界時，鐵路限界(隧道、橋梁及其他建筑設(shè)備)的綜合最小限界是由每個實測斷面匯集而成的，實測斷面是最基本的限界資料。超限、超重貨物運輸使用的鐵路限界資料包括分區(qū)段的綜合最小限界尺寸表和斷面圖，以及線路的相關(guān)技術(shù)資料(最小線間距、最小曲線半徑、最大外軌超高值、最小接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度等)。

1.2.4 限界管理

鐵路限界實行鐵道部、鐵路局、站段三級管理，鐵道部負(fù)責(zé)全路的鐵路限界管理工作，制定有關(guān)規(guī)章制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)督、檢查各鐵路局的限界管理工作。管理內(nèi)容主要包括限界資料管理和檢測檢查。限界檢測應(yīng)配備專門的檢測設(shè)備(如限界軌道檢測車、便攜式限界檢測儀、人工檢測工具等)，并且需經(jīng)鐵道部專業(yè)機構(gòu)認(rèn)定。

2 國外鐵路限界簡述

2.1 美國

美國鐵路限界協(xié)會 (IRCA) 管理美國鐵路限界。美國鐵路機車車輛限界分3類，第一類為無限制聯(lián)運車輛限界(B)，與中國機車車輛限界相比，限界除肩部距軌面4 191～4 343 mm之間一段與中國電力機車限界接近以外，下部距軌面高約1 000～1 250 mm之間一段寬度略大于中國機車車輛限界，總體上高度4 597 mm和寬度3 251 mm均小于中國限界。但其最大寬度直線段的高度4 191 mm，比中國限界3 600 mm高出591 mm，有利于貨車側(cè)部設(shè)計提高裝貨寬度。第二類為有限制聯(lián)運車輛限界，分別有(C)、(E)、(F)多種。這些限界僅限于特定的線路，在美國特定線路上，限界高度比中國限界輪廓高度要大(僅F)。第三類為有限制聯(lián)運雙層集裝箱貨車限界(H)，與中國雙層集裝箱車限界相比，其上部寬度為2 600 mm與我國一致，但高度略高，為6 147 mm，中部較基準(zhǔn)輪廓線縮小。

2.2 歐盟

國際鐵路聯(lián)盟 (UIC) 規(guī)定的車輛下部限界比較詳細(xì)，明確標(biāo)明特定區(qū)域僅有特定部件才能進(jìn)入，有效防止車輛其他部件誤入該區(qū)域，造成在通過豎曲線時該部件低于軌面高度，并且規(guī)定了車輪的輪廓限界和重車限界，保證了國際聯(lián)運的需要，見表2。

表2 UIC標(biāo)準(zhǔn)第V部分車輛與限界相關(guān)的內(nèi)容

2.3 俄羅斯

俄羅斯鐵路軌距為1 520 mm，其裝載限界輪廓線寬度比我國限界略小，最大寬度為3 250 mm，但高度比我國限界要高，達(dá)5 300 mm，且最大寬度部分直線段高為4 000 mm，比我國相應(yīng)尺寸高400 mm，有利于提高側(cè)墻高度，增加車輛容積。俄羅斯對鐵路貨車重心高限制為2 583 mm (重心無橫向偏移) 和2 300 mm(重心橫向偏移100 mm)。

在ΓOCT9238-83及 №∏∏/4425號指示中，建筑接近限界基本保持不變。變化僅涉及機車車輛限界，分為兩組。第一組限界——國內(nèi)運行的機車車輛限界，即僅用于軌距1 520 mm的線路。限界T、T∏、T∏p及1-T均屬于該組限界，見圖3。限界T系遠(yuǎn)期的，已用于電氣化線路上的市郊電動車組。限界1-T是到處可以行駛的，可應(yīng)用于任何機車車輛。目前用于機車、運送小汽車雙層貨車、成套設(shè)備專用貨車、敞車及個別型號的罐車。限界T∏是為罐車制定的遠(yuǎn)期限界，尚未得到廣泛應(yīng)用。限界T∏p作為遠(yuǎn)期標(biāo)準(zhǔn)，是限界1-T和限界T的過渡標(biāo)準(zhǔn)。2005年，俄羅斯鐵路公司決定按照限界T∏p制造敞車。第二組限界——供國際聯(lián)運機車車輛用，見圖4。其中最大的限界是1-BM，軌距1 520 mm (1 524 mm) 的所有客車及大部分貨車都符合該限界。該限界僅保證用于東歐和中國軌距1 435 mm的主要干線鐵路。限界0-BM受建筑物限界限制不大，而限界02-BM原則上不受建筑物限界限制。限界03-BM完全符合所有軌距1 435 mm鐵路的標(biāo)準(zhǔn)。

俄羅斯鐵路按照上述每種限界建造機車車輛。按照限界T制造市郊電動車組和用于礦山開采專用線的工礦自翻車。按照限界1-T制造機車、個別型號的汽油和輕油罐車、運送小汽車的雙層車輛、 漏斗車、12-508型和12-∏152型敞車、運送成套設(shè)備的專用車輛、15-1534型罐車。按照限界T∏p制造通用敞車和無門敞車。按照國際限界1-BM制造客車、棚車、冷藏車、個別型號罐車。按照限界0-BM制造車體容積106 m3的有蓋敞車、平車、15-1427型及15-858-856型罐車。按照限界02-BM制造罐車，按照限界03-BM (原先為國際聯(lián)運客車和行李車互用規(guī)則RIC，后來為UIC規(guī)程505-1) 制造國際聯(lián)運客車。

目前，俄羅斯正在進(jìn)一步利用線路限界的儲備(限界T的最大輪廓)改造西伯利亞鐵路剩余的8 000～9 000個超限建筑物，降低運營成本。在2018年內(nèi)可完成改造，從而可保證以限界T的最大輪廓制造任何型式車輛及符合其裝載限界的運營要求。

2.4 澳大利亞

澳大利亞鐵路“貨車基本最大車輛限界”(D限界) 斷面未超出我國鐵路車輛限界輪廓，其斷面最寬處為3 050 mm，最高處為4 270 mm，計算車輛的定距為15 000 mm。但其客貨車過渡性最大限界 (E限界) 最大寬處為3 200 mm，最大高度為5 900 mm，且上面為平直線，計算車輛定距為18 300 mm。

客貨車極限最大車輛限界 (F限界) 最大寬處為3 200 mm，最大高度為6 500 mm，且上面為平直線。計算車輛定距為18 300 mm。

可以看出，澳大利亞鐵路機車車輛限界的基本限界斷面比我國限界斷面要小，但其過渡性最大車輛限界(E限界)和極限最大車輛車輛限界 (F限界) 要比我國限界大，主要是高度增加，而且最大高度為平直線，給貨車側(cè)墻設(shè)計帶來很大空間。

澳大利亞對鐵路貨車重心高限制是軌距的1.75倍，即2 511.25 mm。

3 我國鐵路限界分析

3.1 我國限界標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1.1 計算車輛參數(shù)的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界的國家標(biāo)準(zhǔn)分為兩項，即GB 146.1-1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機車車輛限界》(以下簡稱《車限》)和GB 146.2-1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界》(以下簡稱《建限》)?！盾囅蕖肥前挫o態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)計算車規(guī)范機車車輛橫斷面最大輪廊的標(biāo)準(zhǔn)；《建限》是按動態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)計算車規(guī)范建筑物橫斷面最小輪廓的標(biāo)淮量，亦即規(guī)范線路上各種建筑物與(非指定的)設(shè)備距離線路中心線和軌面最小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)量。

鐵路限界原理的靜態(tài)理論表明，停留在曲線上的車輛由于其縱向中心線和線路中心線不一致(成為圓曲線的割線)，車體中部產(chǎn)生最大的橫向內(nèi)偏差量，車體端部產(chǎn)生最大的橫向外偏差量。為此，曲線上建筑限界應(yīng)有相應(yīng)的加寬量或車輛寬度應(yīng)有相應(yīng)的縮減量，以便車輛能順利通行。我國應(yīng)用的是曲線上建筑限界加寬的辦法。加寬量的確定必須按照一種有規(guī)范常量的標(biāo)準(zhǔn)計算車計算，當(dāng)設(shè)計機車車輛確定車體最大容許制造寬度時，還必須同時再按照一種有規(guī)范常量的標(biāo)準(zhǔn)計算曲線半徑。

二十世紀(jì)五十年代的鐵路限界中雖然未明確計算車輛的定義與參數(shù)，而在《建限》中引用了車體長度為26 m，車輛定距為18 m的計算車輛參數(shù)?！盾囅蕖返?.2條規(guī)定了計算車輛的參數(shù)。對于在全路運行的機車車輛，計算車輛的車體長度規(guī)定為13.22 m，定距為9.35 m，計算曲線半徑為300 m。這與《鐵路超限超重貨物運輸規(guī)則》的規(guī)定一致。按此規(guī)定，新設(shè)計的貨車，超過這種計算車輛參數(shù)的規(guī)定時，則需要縮減車體寬度。

3.1.2 我國現(xiàn)行限界的兩肩與下部寬度

我國的限界寬度及高度分別為3 400 mm與4 800 mm，同美國的B限界寬3 251 mm，高4 597 mm，以及俄羅斯的1—T限界寬3 400 mm，高5 300 mm相比，凈空是比較大，但由于兩肩及下部的收縮，使限界寬度與高度不能充分利用。在貨車設(shè)計中，車鉤中心線距軌面高為880 mm，主型轉(zhuǎn)向架心盤面自由高為690 mm左右，所以貨車地板面高度一般在1 080～1 210 mm。即通用貨車的底架平面均在距軌面1 250 mm以下，這個高度范圍的限界寬度為3 200 mm，3 400 mm寬限界部分的利用率較低。我國現(xiàn)行限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，兩肩部分從3 600 mm高度以上開始收縮，寬度為3 200 mm時，高度只有3 750 mm，上部空間也難以充分利用。

我國鐵路貨車限界依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為《車限》，貨車的地板面高度基本為1 100mm，而我國限界中在高度1 250 mm以下半寬為1 600 mm，則貨車寬度不能超過1 600 mm；我國限界最寬處的高度低于國外限界400 mm以上，在高度方面，我國的鐵路貨車設(shè)計也受到了一定限制。我國的重心高限度為2 000 mm，與同軌距的美國、澳大利亞鐵路貨車相比，重心的限制比較嚴(yán)格。我國目前的C80系列專用運煤敞車已充分利用了我國機車車輛限界。建議30 t 軸重專用車采用《車限》中電力機車的限界，這樣可以充分利用我國機車車輛限界中的寬度條件，并可適當(dāng)增加車輛的高度，滿足30 t 軸重專用車的容積要求。

3.2 雙層集裝箱運輸列車的限界

我國鐵路發(fā)展雙層集裝箱運輸具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，雙層較單層每列可提高運輸能力40%。雖然擴大建筑限界會增加工程投資，但可以釋放繁忙干線能力，并且節(jié)省運營成本。新建線路應(yīng)考慮雙層集裝箱運輸方案，對規(guī)劃中的線路應(yīng)考慮雙層集裝箱運輸列車的限界要求。

3.3 超限列車會車條件分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機械、化工、電力和國防等行業(yè)的國家重點工程建設(shè)急需的關(guān)鍵設(shè)備日益增多，其中多為超限貨物。超限貨物運輸是鐵路限界管理的重要內(nèi)容，我國對超限貨物運輸進(jìn)行了大量的科學(xué)研究和試驗，其研究成果集中體現(xiàn)在現(xiàn)行的《鐵路超限超重貨物運輸規(guī)則》和《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》等規(guī)章中。

制定超限列車運行條件的主要目的就是要在保證運行安全前提下，合理利用限界空間，即機車車輛限界與建筑限界之間的空間運輸超限貨物。車輛在線路上運行時會產(chǎn)生垂向和橫向振動，其橫向振動偏移量減小了車輛、貨物與建筑限界之間的橫向距離。研究車輛系統(tǒng)各種振動型式下的橫向偏移量是合理確定超限車運行條件的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論及建議

4.1 完善車輛限界

雖然在1.25 m以上機車車輛限界容許車輛寬度按3.4 m考慮，但考慮到下部的限界寬度，車輛寬度只能按3.2 m設(shè)計。但在不改變橋梁、隧道大型建筑的情況下，如車長、車高不變，車輛寬度用足3.4 m限界寬度后可以增加裝載容積；如果車長不變、裝載量不變，增加車輛寬度200 mm，可以降低車體重心高度150 mm左右，對提高運行安全性是很有意義的；大型運煤敞車如果車輛寬度能按3.4 m限界寬度考慮，能較充分利用軸重，擴大裝載量；增加限界容許寬度可以增加客車座位寬度和走廊寬度，改善旅客的運行條件。所以如果采取措施，則車輛可按3.4 m限界來考慮?？刹捎脙煞N方法：用撥線的方法把線路中心線撥出站臺100 mm，這種方法可適用于貨場；采用去除站臺一部分邊緣以增加站臺與線路中心之間距離。

4.2 加強鐵路建筑限界管理

采用精密的限界測試儀器對鐵路線間距、限界變化進(jìn)行規(guī)范化管理。實現(xiàn)限界管理的電子信息化，提高限界資料使用的便捷性、準(zhǔn)確性、安全性，為超限貨物運輸提供決策依據(jù)，建立完善鐵路建筑限界的實時動態(tài)管理信息系統(tǒng)。

4.3 重視對動態(tài)限界的研究

各國由于歷史等原因，車輛限界差異很大，但對于新建線路特別是高速線路的限界有加寬的趨勢，對動態(tài)限界有明確的要求。因此，在完善限界時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步明確特殊部件的限界，如高速車輛部分采用輪盤制動、磁軌制動等形式，這些部件可能在某些狀態(tài)下侵入下部限界，應(yīng)規(guī)定出具體狀態(tài)下的限界，確保不被誤用。