吳勇鋒 上海鐵路局工務(wù)處

蕭甬線西起蕭山站，東至寧波站，雙線運營，延長291.774 km，線路等級Ⅰ級；正線道岔156組，正線曲線226條/78.299 km，最大曲線半徑4 000 m，最小曲線半徑400 m，全線P60區(qū)間無縫線路，以Ⅱ型混泥土軌枕為主，線路最大坡度11.9‰；橋梁總數(shù)327座，其中特大橋2座，大橋4座，中橋39座，涵渠252只。線路平縱斷面主要病害有：曲線未被平衡欠超高困難或超高順坡率困難185條曲線，其中由于提速原因造成的有127條曲線，同時存在未被平衡欠超高困難和超高順坡率困難35條曲線；緩和曲線不足的曲線有98條；兩相鄰曲線夾直線長度不滿足行車困難條件的有55處，曲線超高順坡終點距道岔的夾直線長度不足的情況有9條；縱斷面坡段長度不滿足最小坡段長度有58處；石碴厚度不足的有碴橋梁有28座；縱斷面豎曲線與緩和曲線重疊的情況有59處。

上下行K19.800-K66.500和上下行K88.150-K109.000兩個區(qū)段按最高速度140 km/h進行提速；上下行K109.000-K131.800按最高速度160km/h進行提速；在開通動車組和提速之前，曲線超高調(diào)整，延長緩和曲線、夾直線長度及改善線型等進行優(yōu)化；更換無縫道岔；平改立遺留的人行過道及道口強化改造；全線291km正線道床補充適量道碴進行大機起整作業(yè)，縱斷面優(yōu)化改善；并對全線有病害的橋梁進行加固修復。

1 曲線外業(yè)測量

外業(yè)勘查工作質(zhì)量的好壞，將直接影響到線路優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量。外業(yè)勘查工作要全面了解和掌握將要施工的線路平面、縱斷面、分界點、線路設(shè)備、橋隧等其它設(shè)備的詳細情況，取得足夠的可靠的原始資料，供設(shè)計時使用?，F(xiàn)以線路平面曲線的測量為例，曲線測量方法通常采用正矢法、矢距法、偏角法及極坐標法等，這些方法已不能滿足提速改造及日常高速動態(tài)養(yǎng)護要求。坐標法是一種方法簡單，行車干擾少，安全可靠的精確測量方法。

圖 1 曲線測量示意圖

現(xiàn)場建立臨時導線點，用已知方位角法建站（見圖1），置鏡 J1，以 J1 為坐標（ 0，0），后視 J0，設(shè)定方位角 90-00-00 建站完成。在筆記本上記清楚測量順序是順里程還是逆里程，測點是左股還是右股，現(xiàn)場曲線走向示意圖，作業(yè)里程，線別，現(xiàn)場測點名稱。司鏡：要求掃描3～5個點歸方向一次，銳角歸方向于J0，角度相差大于3"，要求重新建站。掃描到點12，測J2點，要求兩個測回重復測J2點，轉(zhuǎn)鏡。置鏡J2，置鏡點號為13號，輸入點 J2的測量坐標，后視點 J1坐標（0，0），后視 J1點讀數(shù)，記下方位角度。轉(zhuǎn)鏡完成，掃描點12，與前一鏡子讀數(shù)相差5 mm（X、Y值）以上要求返工。

曲線外業(yè)測量，不僅要準確測量曲線平面坐標，還要測量影響曲線優(yōu)化施工的線路設(shè)備坐標，遇到特征點必須要加點（供電立柱、道岔岔首、岔尾、橋梁、道口、公里牌等），道岔離曲線300 m之內(nèi)，都要求測。測點1至5間距為200～300 m，點4避開鵝頭，作為定基線點，測量一個曲線范圍內(nèi)，測點要求有兩個點與現(xiàn)場百米樁或公里牌對應(yīng)，直線上點間距要求50 m左右，曲線上點間距要求20 m左右，所有測點無須拉鏈，在跑尺之前用油漆在軌腰處標注好，建議測點放在靠路肩的一股。夾直線長度短時要求至少測量4個點，以便擬合曲線時選擇最佳方向。曲線上四大樁要求必須測。若兩個曲線夾直線長度小于400 m的要求聯(lián)測，夾直線上定基線的測點的選擇須避開大方向或"鵝頭"。

2 曲線優(yōu)化設(shè)計

2.1 超高調(diào)整

在線路曲線地段，因列車沿曲線運行所產(chǎn)生的離心力，使外股鋼軌承受較大壓力，旅客感覺不舒服，離心力過大還將影響行車安全。為抵消離心力的作用，需要將外股抬高，即設(shè)置超高。

式中：H--超高（ mm）；

vj--平均速度（ km/h）；

R--曲線半徑（m）；

Ni--一晝夜各類列車次數(shù)（列）；

Qi--各類列車重量（ t）；

Vi--實測各類列車速度（km/h）；

按上式算出后，對未被平衡欠超高和未被平衡過超高分別按下列公式檢算：

式中：H--實設(shè)超高（ mm）；

Hc--未被平衡欠超高（mm）；

Hg--未被平衡過超高（mm）；

vmax--線路允許速度（ km/h）；

vh--貨物列車平均行車速度（km/h）；

未被平衡欠超高太大會降低旅客乘車的舒適度，甚至影響行車安全。但實設(shè)超高過大，在緩和曲線內(nèi)順不完，或者超高在緩和曲線內(nèi)順坡坡度太大，引起行車穩(wěn)定性不良；在客貨混跑的既有線，又要兼顧未被平衡過超高；因此曲線超高需要一個合理的設(shè)置。

按規(guī)范要求：未被平衡欠超高不大于75 mm，困難地段不大于90 mm；未被平衡過超過不大于30 mm，困難情況下不大于50 mm。曲線超高順坡率應(yīng)能夠滿足：允許速度大于120 km/h的線路，順坡坡度不應(yīng)大于1/(10 Vmax)；困難條件下不大于1/(8 Vmax)。如緩和曲線長度不足，順坡可以延伸至直線上，允許速度為120 km/h(不含)～160 km/h的線路，在直線上順坡的超高不大于8 mm。

按站段現(xiàn)場養(yǎng)護經(jīng)驗，在設(shè)計時，未被平衡欠超高和順坡率不同時出現(xiàn)以上所述中的困難條件。

表1 曲線緩和曲線長度與超高調(diào)整

以上行K32+349～K32.615曲線為例，如表1所列：R-曲線半徑（ m），H-實設(shè)超高（ mm），l0-緩和曲線長度（ m），L-曲線全長（m），Hg-未被平衡過超高（mm），過超高以貨物列車運行速度80km/h檢算，I-順坡倍，Bmax-線路最大撥量（mm）。本設(shè)計超高順坡在緩和曲線內(nèi)順完，順坡率i=H/l0，由此轉(zhuǎn)化可以得出，I=1 000×l0/（H×Vmax）。既有曲線行車條件良好，提速目標與區(qū)間允許速度140 km/h一致；方案二通過超高調(diào)整就可以達到目標，不過未被平衡欠超高困難。而方案一通過超高調(diào)整，再延長緩和曲線長度20 m，線路最大撥道量60 mm，施工切實可行的，現(xiàn)場也沒有影響到其它設(shè)備，因此，方案一為首選方案。

曲線超高調(diào)整一般結(jié)合延長緩和曲線同步進行，通過曲線超高調(diào)整，解決了欠超高大于75 mm困難條件的曲線有158條，超高順坡率大于1/（10 Vmax）困難條件有82條。

2.2 延長夾直線長度

車輛通過夾直線及兩端超高順坡地段時，在前一個順坡地段產(chǎn)生的振動，應(yīng)在進入后一個順坡地段前消失，避免振動重疊。因此兩超高順坡終點間的直線段過短，會影響過渡時行車的平穩(wěn)性。反向曲線與同向曲線相比，所承受外力的情況比較復雜，軌道幾何尺寸比同向曲線難于保持。圓曲線與夾直線最小長度要求一樣，滿足表2的要求。

表2 圓曲線或夾直線最小長度

在具體曲線優(yōu)化設(shè)計中，會經(jīng)常遇到反向曲線。相鄰兩線在車站兩端、站內(nèi)和橋隧地段利用反向曲線變更線間距時，一般曲線半徑都較大，曲線偏角也較小。延長夾直線長度設(shè)計方案(見圖2)。

圖 2 反向曲線示意圖

(1)圖 2（ a） 反向曲線的類型，以下行 K 114+453～K 114+600反向曲線為例，夾直線長度為67 m，不滿足表2中160 km/h允許速度下夾直線長度大于80 m的困難要求，既有曲線要素：R-4 000 m，無緩和曲線。以夾直線中點為轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)一個角度，使夾直線長度為82.96 m，在設(shè)置曲線JD1和JD2時，曲線半徑取值盡量相等，R取9 000 m，不設(shè)緩和曲線。最大撥道量為83/-83 mm，兩曲線撥量相反，使工作量最小，優(yōu)化后的曲線滿足160 km/h允許速度下困難的行車條件。

(2)圖2（b）反向曲線除了要旋轉(zhuǎn)一個角度以外，還要控制曲線超高順坡終點與正線道岔之間的直線長度，線路允許速度為120km/h（不含）～160km/h時不應(yīng)小于40m。在設(shè)計擬合時，先把鄰近控制點的曲線交點移至JD1'，再旋轉(zhuǎn)一個角度。這種情況的反向曲線改造，撥量往往較大，外業(yè)測量時要做好路肩寬度，橋梁偏心情況，道岔，供電立柱限界及線間距等勘測。

(3)圖2（c）反向曲線中兩個曲線要素相差較大，一般是"喇叭口"的情況，兩個曲線偏角有差別，這種情況需結(jié)合超高設(shè)置，緩和曲線長度的檢算，延長夾直線長度時可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備控制點靈活處理，根據(jù)需要曲線交點單邊移動亦可。

既有線夾直線長度不足的情況五花八門，并不能以幾種理想的類型加以概括。以站段現(xiàn)場養(yǎng)護的經(jīng)驗來說，曲線改造時，兩相鄰曲線間，尤其在反向曲線間，考慮在曲線撥移工程量允許條件下，盡量設(shè)置較長的夾直線。通過優(yōu)化設(shè)計后，優(yōu)化解決了有夾直線長度不足病害的曲線28處，曲線超高順坡終點距道岔的夾直線長度不足的情況有4條。

2.3 延長緩和曲線長度及曲線半徑的選配

曲線的構(gòu)造無論是外股超高還是圓曲線的曲率都不可能突然進行的，均由直線與圓曲線之間的緩和曲線完成的。在緩和曲線范圍內(nèi)，其半徑由無限大漸變到圓曲線半徑，從而使車輛產(chǎn)生的離心力逐漸增加，有利于行車平穩(wěn)；并且外軌超高由零遞增到需要的超高量，使向心力逐漸增加，與離心力的增加相配合。

在既有線改造中，緩和曲線長度和曲線半徑的選用，既要滿足既有曲線行車的要求，又要使其撥量最小。在實際設(shè)計中應(yīng)做到：

(1)考慮曲線超高順坡的條件，優(yōu)先選用緩和曲線。緩和曲線是一條空間曲線，情況復雜，采用較長的緩和曲線可以減小超高順坡率，能夠增加旅客舒適度。

(2)緩和曲線長度的選擇必須同時考慮圓曲線的長度，不能延長緩和曲線太長，否則將減小圓曲線的長度，使客車同時跨越圓曲線兩端的緩和曲線，影響行車的平穩(wěn)性。

(3)現(xiàn)場的情況往往很復雜，受制于現(xiàn)場設(shè)備的限制而不能同時延長兩端緩和曲線長度，為滿足緩和曲線長度的要求，可以采用不等長緩和曲線長度。

優(yōu)化設(shè)計延長了緩和曲線67條。

3 縱斷面設(shè)計

線路大修的縱斷面設(shè)計是在既有線原設(shè)計基礎(chǔ)上進行，修正和改善原有縱斷面上不符合技術(shù)要求的部分。因此，縱斷面的優(yōu)化設(shè)計，必然會受到原有建筑物的嚴格限制，車站內(nèi)的天橋、上跨立交、站臺及隧道等建筑凈空的限制，道口、有碴橋石碴厚度、明橋面及道岔區(qū)等設(shè)備控制點的限制，一般來說是不能隨意抬道或落道的。為線路大機起整施工用的線路縱斷面優(yōu)化設(shè)計，又區(qū)別于線路大修清篩的拉坡設(shè)計。具體優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：

(1)做好大機起整縱斷面優(yōu)化設(shè)計，原則上不能落道，理想是平均抬道20～50 mm，個別點有落道的，組織人工進行扒碴落道，落道工作量不能太大。

(2)豎曲線線型有拋物線和圓曲線兩種，為了減少工作量，采用與原設(shè)計相同的線型。為降低養(yǎng)護維修難度和工作量，豎曲線不得與豎曲線、緩和曲線重疊，也不得進入道岔及無碴橋梁上。如遇到豎曲線進入道岔區(qū)等設(shè)備時，可以采用不同類型的豎曲線和技術(shù)參數(shù)，選用最合理的方案。豎曲線半徑應(yīng)根據(jù)線路行車條件和道床厚度選擇較大的豎曲線半徑。

(3)可以不設(shè)豎曲線的兩坡段變坡點，為了列車通過變坡點不再受到其它附加力的影響，在條件允許的情況下，盡量將變坡點避開緩和曲線、道岔、無碴橋梁上及道口處。

(4)拉坡設(shè)計時，盡量采用較長的坡段，減少變坡點。最小坡段長度不僅與機車車輛的運行要求有關(guān)，而且與列車牽引質(zhì)量和列車長度有關(guān)，較長的坡段長度有利于提高列車通過時的運行品質(zhì)。但從節(jié)省投資的角度分析，較短的坡段能夠較好地適應(yīng)地形，減少工程量。因此，設(shè)計時需要選擇一個合理的坡段長度，既要滿足列車平穩(wěn)性要求，又要盡可能地減少工程數(shù)量。

通過縱斷面優(yōu)化設(shè)計后，優(yōu)化解決了蕭甬線縱斷面坡段長度不滿足最小坡段長度有38處；石碴厚度不足的有碴橋梁有28座；縱斷面豎曲線與緩和曲線重疊的情況有30處。

4 施工注意事項

平縱斷面改造施工采用結(jié)合大型機械起道搗固同步完成曲線超高調(diào)整及撥道，既能發(fā)揮大型機械的作用和節(jié)約封鎖天窗，又能保證曲線改造的撥道質(zhì)量。施工時應(yīng)注意：

(1)線路起道、撥道量大的地段先組織人工起起撥道，而且要分多次起撥道，特別是大起道地段，要及時卸碴。

(2)在直線上大機起整作業(yè)須開啟激光對中進行線路起撥道；在曲線地段大機利用人工撥道曲線時間間隔，起整曲線頭尾直線段，起整也須采用激光對中進行撥道。

(3)撥量大的曲線在完成前幾次撥道施工后，不能簡單的按設(shè)計撥量與前幾次撥量的差值來決定后續(xù)大機撥道數(shù)據(jù)，需要用全站儀按既有線控制點重新測量、重新計算線路撥道量，為大機精確撥道提供準確數(shù)據(jù)。

(4)撥量大的曲線要計算出線路的縮短量，以及線路縮短量引起鎖定軌溫的變化值，鎖定軌溫差超過5℃要及時進行應(yīng)力調(diào)整，連同曲線兩頭的直線區(qū)段作為一個單元鎖定軌節(jié)，做好鎖定軌溫的記錄。

5 施工效果和建議

(1)線路改造迅速改善及提高了線路質(zhì)量，既滿足了提速要求的行車條件，又解決了站段日常養(yǎng)護時難以處理的線路病害。尤其是曲線地段原來存在兩個以上困難甚至特別困難條件，通過改造后只有一個困難行車條件或者成為一般行車條件。

(2)線路改造受資金和運輸?shù)南拗?，較大工作量的改造工程未實施，部分曲線地段仍存在兩個及以上的困難行車條件，建議該曲線地段進行速度優(yōu)化，降低行車速度以保持線路的穩(wěn)定性。

(3)建議在資金允許情況下，進行線路大修清篩，以解決道床臟污、板結(jié)及道床冒漿等病害。