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        肯尼亞既有米軌鐵路平面標(biāo)準(zhǔn)研究

        2020-12-02 05:48:00李岳汶
        工程技術(shù)研究 2020年19期
        關(guān)鍵詞:肯尼亞半徑間距

        李岳汶

        (中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司,北京 100089)

        1 肯尼亞既有米軌鐵路情況

        1.1 米軌現(xiàn)狀

        肯尼亞米軌鐵路缺乏有效的維護(hù)管理措施,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況,既有病害大致分為以下五類:(1)既有線線路上垃圾較多,兩側(cè)居民侵入用地界,行人任意穿越鐵路,嚴(yán)重影響了行車安全。(2)既有線平面線型較差,最小曲線半徑為145m。列車運營缺少養(yǎng)護(hù)維修,平面線型扭曲變形,夾直線長度較短的曲線已擬合成復(fù)曲線,列車運營速度較低。(3)沿線除主要干線外設(shè)置立交道外,大部分公路交叉均為平交道口。平交道口道口硬化以及道口標(biāo)志破壞嚴(yán)重,嚴(yán)重影響了行車以及行人安全。(4)沿線缺少標(biāo)志標(biāo)牌,部分段落里程樁號用油漆記錄在鋼枕上。(5)工區(qū)工務(wù)養(yǎng)護(hù)維修設(shè)備陳舊老化,無法滿足工區(qū)工務(wù)人員日常養(yǎng)護(hù)維修的需求。

        1.2 主要存在問題

        (1)肯尼亞米軌始建于1891年,標(biāo)準(zhǔn)較低,已不適用于當(dāng)今社會,無法滿足肯尼亞經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要(2)米軌標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過一百多年的發(fā)展已產(chǎn)生較大的變化,如采用舊標(biāo)準(zhǔn)不僅會產(chǎn)生較大的工程成本,同時還會增加施工以及后期運營養(yǎng)護(hù)維修難度。

        2 米軌改造平面標(biāo)準(zhǔn)研究

        2.1 線路速度目標(biāo)值的選擇

        肯尼亞米軌設(shè)計速度較低,最高設(shè)計速度為80km/h,部分地區(qū)限速50km/h。因肯尼亞米軌缺少養(yǎng)護(hù)維修,目前運營速度僅為30~40km/h,最小曲線半徑為145m。平面線型較差。應(yīng)根據(jù)米軌所在地區(qū)以及米軌改造后的功能定位,重新確定速度目標(biāo)值以及相應(yīng)的米軌標(biāo)準(zhǔn)。對于內(nèi)羅畢、納庫魯?shù)瘸鞘袃?nèi)可采用80km/h的速度,將米軌改造成城市軌道交通,減緩城市交通壓力。對于察沃公園內(nèi)可采用40~50km/h的速度,將米軌改造成旅游觀光列車。根據(jù)不同速度目標(biāo)值選擇使用不同曲線半徑。可以有效減少工程投資。

        2.2 曲線超高及最小曲線半徑

        參考國內(nèi)軌道規(guī)范,行車的穩(wěn)定性分析公式:

        式中:S1為米軌軌距,mm,取S1=1070mm;H為米軌機(jī)車車輛重心高度,mm,客車取H=1750mm,貨車取H=2036mm。

        當(dāng)n≥3時,由式(1)可求得最大超高,??紤]其他因素,如風(fēng)力、車輛不良等,同時參考國標(biāo)n的取值,米軌改造設(shè)定曲線外軌設(shè)計最大超高為80mm。檢算其穩(wěn)定性,當(dāng)n≥3時可保證有足夠的穩(wěn)定性系數(shù)。

        在軌道鋪設(shè)完成,列車聯(lián)調(diào)、聯(lián)試結(jié)束后,軌道變?yōu)楣潭ㄔO(shè)施。但列車運營無法按照設(shè)計以恒定速度前行,總會大于或小于設(shè)計速度,使得超高和行車速度不匹配。因此會產(chǎn)生未被平衡的加速度。參考國內(nèi)規(guī)范,未被平衡的離心加速度a可按如下公式計算:

        式中:g為重力加速度,m/s2,取g=9.81m/s2;S1為米軌軌距,mm,取S1=1070mm。

        參考中國標(biāo)準(zhǔn)未被平衡的離心加速度容許值a0的取值范圍為0.4~0.5m/s2,欠超高的取值范圍為43.6~54.5mm。考慮安全系數(shù)及其他因素影響,米軌改造設(shè)定欠超高取值一般條件下為50mm。困難條件下為70mm。過超高與欠超高類似,但應(yīng)小于欠超高。因此過超高不宜大于50mm。列車行駛過程中,根據(jù)力學(xué)hj可按如下公式計算:

        式中:hj為曲線應(yīng)設(shè)超高,mm;Vj為列車行駛速度,km/h;R為曲線半徑,m。

        因列車行駛速度為變值,參考國標(biāo),選擇列車平均速度為最高設(shè)計速度80%,即Vj=0.8Vmax。可得一般情況下,并取整至5mm。在困難條件下,超高最小值可由如下公式計算得出:

        式中:h過為允許過超高,mm;h欠為允許欠超高,mm;Vmax為最高設(shè)計速度,km/h;R為曲線半徑,m。

        一般情況下, 當(dāng)h欠=50mm、h過=80mm時,,即為一般情況,最小半徑在不同速度目標(biāo)值下的計算公式。困難情況下,當(dāng)h欠=70mm、h過=80mm時,,即為困難情況,最小半徑在不同速度目標(biāo)值下的計算公式。由公式可得最小曲線半徑如表1所示。

        表1 最小曲線半徑

        2.3 一般緩和曲線設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

        肯尼亞米軌平面線型復(fù)雜,曲線變形嚴(yán)重,由于米軌列車運行在車站處減速,因此當(dāng)曲線在站場范圍內(nèi)時,可不設(shè)置緩和曲線。其他情況下,緩和曲線根據(jù)下列公式并取較大值。(1)根據(jù)超高時變率計算緩和曲線長度:

        式中:l為緩和曲線長度,m;Vmax為最高設(shè)計速度,km/h;h為實設(shè)超高,mm;f為旅客舒適容許的超高時變率,mm/s,一般地段取f=28mm/s,困難地段取f=35mm/s。(2)緩和曲線根據(jù)超高順坡不致使車輛脫軌計算緩和曲線長度:

        式中:l為緩和曲線長度,m;h為實設(shè)超高,mm。

        2.4 復(fù)曲線設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)肯尼亞米軌現(xiàn)狀參照中國鐵路標(biāo)準(zhǔn),新建米軌線路不應(yīng)采用復(fù)曲線。改建既有米軌產(chǎn)生較大工程費用時,可經(jīng)比選保留復(fù)曲線,但必須滿足曲率差要求。

        當(dāng)曲線為復(fù)曲線時,曲率差應(yīng)滿足如下公式:

        式中:L為列車長度,m,一般取L=21m;i為超高順坡率,;f為旅客舒適容許的超高時變率,mm/s,一般地段取f=28mm/s,困難地段取f=35mm/s;b為欠超高時變率,mm/s,一般地段取b=45mm/s,困難地段取b=52.5mm/s。

        2.5 圓曲線和夾直線的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

        (1)圓曲線和夾直線的最小長度如表2所示,新建米軌圓曲線和夾直線的最小長度不應(yīng)小于表2的規(guī)定。(2)肯尼亞既有米軌線型較差,當(dāng)圓曲線和夾直線長度按照表2設(shè)計會產(chǎn)生較大工程量時,可不受表2限制,但圓曲線和夾直線的最小長度不得小于20m。

        表2 圓曲線和夾直線的最小長度

        2.6 線間距設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

        米軌與米軌之間線間距計算如下:兩列車間的最小間距為350mm,列車橫向影響安全余量150mm。列車線間距為A車限界半寬+0.5m+B車限界半寬。米軌機(jī)車限界半寬為1524mm。則雙線線間距為1524+1524+0.5=3548mm。取整至3600mm。米軌與準(zhǔn)軌之間線間距計算類似,準(zhǔn)軌機(jī)車限界半寬為1800mm。區(qū)間線路直線地段線間距規(guī)定的數(shù)值如表3所示。

        表3 區(qū)間線路直線地段線間距

        2.7 橋梁平面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

        肯尼亞米軌平面線型復(fù)雜,且大多橋梁為明橋面。若橋梁進(jìn)行重建,平面線型可根據(jù)橋梁兩端地形重新設(shè)計為直線或選用大半徑曲線。若橋梁進(jìn)行加固整修,曲線半徑可維持既有現(xiàn)狀進(jìn)行限速設(shè)計。

        2.8 車站平面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

        米軌車站年久失修,除幾處較大車站外,其余車站僅保留會讓功能。米軌車站改造困難,大部分需重建??夏醽喢总壐脑炜筛鶕?jù)站間距以及周邊城市發(fā)展重新設(shè)計。僅對較大車站進(jìn)行改造升級。車站平面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括(1)新建米軌車站宜設(shè)在直線上;困難條件下必須設(shè)在曲線上時,應(yīng)經(jīng)過計算后特殊設(shè)計。(2)改建既有車站可保留小于600m的曲線半徑。(3)新建車站不應(yīng)設(shè)在反向曲線上。(4)車站咽喉區(qū)應(yīng)設(shè)在直線上。

        3 結(jié)束語

        肯尼亞米軌改造不應(yīng)盲目進(jìn)行,而應(yīng)根據(jù)社會需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)等因素采用不同速度目標(biāo)值有計劃地分批改造。通過對既有鐵路資產(chǎn)的再利用,實現(xiàn)利用有限的投資帶動肯尼亞城市發(fā)展的新浪潮。

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