黃光輝

(中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

淺談普速鐵路線路的縱斷面設(shè)計

黃光輝

(中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

文章對新建普速鐵路線路的縱斷面設(shè)計要點進(jìn)行歸納，并就設(shè)計工作中老一輩選線專家總結(jié)出來的經(jīng)驗和實際工作應(yīng)用規(guī)范條款的體會進(jìn)行闡述?？晒┚€路縱斷面設(shè)計工作及有關(guān)專業(yè)設(shè)計人員參考和借鑒。

新建普速鐵路； 線路縱斷面； 設(shè)計要點

普通速度的鐵路簡稱普速鐵路(普鐵)或普通鐵路，在當(dāng)代中國鐵路的技術(shù)環(huán)境里是設(shè)計時速不超過160 km的鐵路。

鐵路線路縱斷面設(shè)計是根據(jù)中線平面位置反映的地面標(biāo)高，繪制鐵路線中線的地形縱斷面，然后在上面設(shè)計坡度線，即得出線路縱斷面圖。為保證坡度的可行性，縱斷面設(shè)計須與平面設(shè)計緊密配合、互相協(xié)調(diào)，逐段地交替進(jìn)行。

鐵路線路縱斷面設(shè)計主要有：坡度、坡段長度、坡道的連接等基本內(nèi)容。

1 線路縱斷面坡度設(shè)計要點

鐵路縱斷面是由各種坡度的坡道所組成。一般常用的設(shè)計坡度有：限制坡度、均衡坡、加力坡。

1.1 限制坡度

限制坡度是對單機牽引起著限制牽引重量的坡度，是設(shè)計線路縱斷面最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。設(shè)計線的限制坡度應(yīng)根據(jù)鐵路等級、地形條件、牽引種類和運輸要求比選確定，并應(yīng)考慮與鄰接鐵路的牽引質(zhì)量相協(xié)調(diào)，但不大于表1值。

表1 限制坡度最大值 ‰

(1)平原地區(qū)，限制坡度值對工程數(shù)量一般影響不大。但在鐵路跨過需要立交的道路與通航河流時，因橋下要保證必要的凈空而使橋梁抬高，若采用較大的限制坡度，可使橋梁兩端引線縮短，填方數(shù)量減少。

(2)丘陵地區(qū)采用較大的限制坡度，可使線路高程升降較快，能更好地適應(yīng)地形起伏，從而避免較大的填挖方，減少橋梁高度，縮短隧道長度，使工程量減少，工程造價降低。

(3)在山區(qū)選線時，線路的坡度應(yīng)力求和線路走向的自然縱坡相吻合。若綜合各種條件和因素定出的鐵路線路縱坡與自然坡度吻合仍相差較大時，其最后無法避免的阻力，可以選用適當(dāng)?shù)臋C車予以克服。這樣，一方面順從自然定坡，另一方面借重型機車，以補救不足，就可得出一條經(jīng)濟合理的鐵路線路。

1.2 緊坡地段線路縱斷面設(shè)計要點

(1)緊坡地段應(yīng)用足最大坡度定線，爭取高度使線路不至額外展長。當(dāng)線路遇到高程障礙(如跨越分水嶺)時，為使線路達(dá)到預(yù)定高度，應(yīng)結(jié)合地形進(jìn)行展線。一般從困難地段向平易地段引線；越嶺隧道應(yīng)從隧道洞口向下引線；個別情況下，當(dāng)受山下的控制點(如高橋)控制時，也可由山下向埡口定線。

(2)越嶺地段，若限制坡度大于平均自然縱坡1 ‰～3 ‰時，就可避免額外的展長線路。線路翻越高大的分水嶺時，采用不同的限制坡度，可能改變越嶺埡口，從而影響線路的局部走向。

1.3 均衡坡

在具備一定條件的線路上設(shè)置均衡坡。在重車方向設(shè)置較緩的限制坡度(上坡坡度)，在輕車方向設(shè)置較陡的限制坡度(下坡坡度)。

(1)輕重車方向貨流顯著不平衡且預(yù)計將來也不致發(fā)生巨大變化。

(2)輕車方向上升的平均自然縱坡較陡，而重車方向上升的平均自然縱坡較緩，分方向選擇限制坡度，可以節(jié)省大量工程量。

(3)要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較證明分方向選擇限制坡度是合理的。

1.4 加力坡

按照平均自然坡度設(shè)計縱斷面時，有時會遇到突然升高的越嶺地段，就需要設(shè)計超越限制坡度的加力坡度。加力坡度就是加掛輔助機車把列車推挽上坡的一段特殊的坡道。

(1)加力牽引坡度應(yīng)集中使用，使補機能在較長的路段上行駛，提高其利用率。

(2)加力坡度的起訖站，宜有一個為區(qū)段站或其他有機務(wù)設(shè)備的車站，困難時也應(yīng)盡量與車站接近，以利用其機務(wù)設(shè)備。

(3)與起訖站鄰近的加力牽引區(qū)間的往返行車時分，要相應(yīng)減少，以免限制通過能力。

(4)各級鐵路內(nèi)燃、電力牽引的最大加力牽引坡度值分別不得大于25 ‰ 、30 ‰。

(5)輕車方向的最大坡度值不宜大于重車方向的三機牽引坡度值，且應(yīng)進(jìn)行重車方向的下坡制動安全檢算。

1.5 最大坡度的折減

當(dāng)線路平面上出現(xiàn)曲線或遇到長于400 m的隧道時，要考慮曲線附加阻力和隧道附加阻力增加的影響，需將最大坡度值減緩。

(1)縱斷面設(shè)計坡度值+曲線當(dāng)量坡度大于最大坡度時，才進(jìn)行曲線坡度減緩。

(2)既要保證必要的減緩值，又不要折減過多，以免損失高程，使線路額外展長。

(3)折減涉及的曲線長度是未加設(shè)緩和曲線前的圓曲線長度；設(shè)計的貨物列車長度為近期貨物列車長度。

(4)減緩坡段長度不短于且盡量接近于圓曲線長度，取為50 m的整倍數(shù)，并不短于200 m；所取坡段長度不宜大于貨物列車長度。

(5)兩圓曲線間不小于200 m的直線段，可設(shè)計為一個坡段，按最大坡度設(shè)計，不予折減。

(6)長度不小于貨物列車長度的圓曲線，可設(shè)計為一個坡段，曲線阻力的坡度減緩值按《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中(3.2.5-1)公式計算；長度小于貨物列車長度的圓曲線，設(shè)計為一個坡段坡度減緩值按《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中(3.2.5-2)公式計算。

(7)若連續(xù)有一個以上長度小于貨物列車長度的圓曲線，其間直線長度小于200 m，可將小于200 m的直線段分開，并入兩端曲線進(jìn)行減緩；也可將兩個曲線合并進(jìn)行折減，設(shè)計坡段不宜大于貨物列車長度，坡度減緩值按《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中(3.2.5-2)公式計算。

(8)當(dāng)一個曲線位于兩個坡段上時，每個坡段上分配的曲線轉(zhuǎn)角度數(shù)，應(yīng)按兩個坡段上曲線的比例計算；相應(yīng)的曲線坡度減緩值按分配的曲線長度折減。

(9)電力牽引在長大坡道上小半徑曲線范圍內(nèi)，應(yīng)按《Ⅲ、Ⅳ級鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中表3.1.13-1規(guī)定的數(shù)值對坡度減緩。

(10)長度大于400 m的隧道線路坡度不得大于最大坡度乘以《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中表3.2.5規(guī)定系數(shù)所得的數(shù)值。位于曲線地段的隧道，應(yīng)先進(jìn)行隧道坡度折減，再進(jìn)行曲線坡度減緩。

(11)減緩后的設(shè)計坡度值，一般取小數(shù)點后一位。

2 線路縱斷面坡段長度設(shè)計要點

(1)從運營層面上看，應(yīng)以減少變坡點，把縱斷面設(shè)計成盡量長的同一坡度。但為了減少土石方工程量，在實際設(shè)計時還是考慮了較多的變坡點，盡可能使變坡點與地面起伏相吻合，因而把坡段長度縮短。

(2)旅客列車設(shè)計行車速度為160 km/h的路段，坡段長度不小于400 m，且最小坡段不宜連續(xù)使用兩個以上。當(dāng)旅客列車設(shè)計行車速度小于160 km/h的路段，其最小坡段長度不小于表2值。

表2 最小坡段長度 m

(3)凸形縱斷面頂部為緩和坡度差而設(shè)置的分坡平段的長度不應(yīng)小于200 m。Ⅳ級鐵路及臨時鐵路可縮短至100 m。

3 線路縱斷面坡道的連接設(shè)計要點

(1)相鄰坡段的連接宜設(shè)計為較小的坡度差。相鄰坡段的坡度差不大于《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中表3.2.6規(guī)定的數(shù)值和《Ⅲ、Ⅳ級鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中表3.1.14-2規(guī)定的數(shù)值。

(2)相鄰坡段應(yīng)以圓曲線形豎曲線連接。其規(guī)定值見表3。

表3 相鄰坡度間連接豎曲線半徑

(3)鐵路Ⅰ、Ⅱ級的路段設(shè)計速度大于120 km/h時，在緩和曲線地段、明橋面上、正線道岔范圍內(nèi)均不得設(shè)置變坡點。鐵路Ⅲ、Ⅳ級規(guī)范規(guī)定：在緩和曲線地段、明橋面上、正線道岔范圍內(nèi)不得設(shè)置圓曲線形豎曲線。

(4)旅客列車設(shè)計行車速度為160 km/h的地段，豎曲線與平面圓曲線不宜重疊設(shè)置，困難條件下豎曲線可與半徑不小于2 500 m的圓曲線重疊設(shè)置。

4 線路縱斷面設(shè)計應(yīng)注意的問題

(1)路肩設(shè)計高程≥設(shè)計水位+雍水高度+波浪侵襲高度+0.5 m。

(2)有道碴的橋梁可設(shè)在任何縱斷面上；不鋪道碴的鋼橋，應(yīng)盡量放在平道上；若設(shè)在坡道上，坡度不大于4 ‰。橋上線路縱坡應(yīng)盡可能避免設(shè)置凹坡，一旦橋上設(shè)置凹形線路縱斷面，其中的一個橋墩須特殊設(shè)計，方可將順線路方向相鄰兩孔的固定支座安設(shè)在同一個橋墩上。

(3)隧道處的縱斷面，可設(shè)置單向坡或人字坡，坡度不小于3 ‰，以利于排水。

①需要用足最大坡度路段的隧道，一般設(shè)計為單面坡。

②越嶺隧道，當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育且地形條件允許時，應(yīng)設(shè)計為人字坡。

③巖溶隧道應(yīng)設(shè)計為人字坡，盡可能抬高線位使隧道置于巖溶水(泉群或暗河附近)的水季節(jié)變動帶之上，避免反坡排水。

④嚴(yán)寒地區(qū)且地下水發(fā)育的隧道，可適當(dāng)加大坡度，減少冬季排水結(jié)冰的影響。

(4)在單機牽引均衡坡路段，上坡坡度受列車牽引質(zhì)量的控制，下坡坡度受列車制動性能和安全性及回空車牽引質(zhì)量的控制。因此，貨物列車輕車下坡道上可不考慮曲線和隧道附加阻力。

(5)在設(shè)計困難山區(qū)鐵路(需展線)時，要掌握“晚展不如早展、硬展不如順展、小范圍展不如大范圍展”的展線原則。

(6)站坪范圍內(nèi)的縱坡宜設(shè)計為一個坡段且為平坡。為減少工程量，也可將站坪設(shè)計在不同的坡段上和一定的坡道上。

(7)車站道岔咽喉區(qū)的正線坡度宜與站坪坡度相同。特殊困難條件下，可將咽喉區(qū)設(shè)在限制坡度減2 ‰的坡道上。但區(qū)段站、客運站不大于2.5 ‰，中間站、會讓站、越行站不大于10 ‰。

(8)在進(jìn)站信號機外制動距離內(nèi)進(jìn)站方向為超過6 ‰下坡道的車站，應(yīng)在正線或到發(fā)線的接車方向末端設(shè)置安全線。

(9)限制坡度≤6 ‰的內(nèi)燃牽引鐵路，編組站、區(qū)段站和接軌站進(jìn)站信號機前的線路坡度，不能保證貨物列車順利起動時，應(yīng)設(shè)置起動緩坡。

(10)站坪盡可能設(shè)在兩端坡度較緩、升高不大的凸形縱斷面頂部，以利于列車進(jìn)站減速和出站加速。

(11)路基挖方地段縱斷面不應(yīng)設(shè)凹曲線，且設(shè)計坡度不小于2 ‰。

(12)設(shè)計足坡地段的線路縱斷面，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、自然條件以及其他綜合因素等情況，在坡度設(shè)計上要注意適當(dāng)留有余地。

5 結(jié)束語

本文對現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》、《Ⅲ、Ⅳ級鐵路線路設(shè)計規(guī)范》中的縱斷面設(shè)計規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行了梳理，歸納出兩規(guī)范共同部分和不同之處的主要要點內(nèi)容。同時，總結(jié)了新建普速鐵路線路縱斷面設(shè)計方面的成功經(jīng)驗(包括借鑒經(jīng)驗)和本人工作踐行體會。僅供專業(yè)設(shè)計人員分享，以能快速、便捷地了解和掌握相關(guān)內(nèi)容，不斷豐富知識，提高工作質(zhì)量和效率。

[1] GB 50090-2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50012-2012 Ⅲ、Ⅳ級鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司. 新建鐵路林東(衙門廟)至白音華煤田專用線可行性研究總說明書[R]. 成都: 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，2008.

[定稿日期]2017-07-12

黃光輝(1961～)，大專，工程師，從事鐵路線路設(shè)計工作。

U212.34

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