阜杭通道曲线改造优化设计方案研究

2010-06-20陶柏峰上海铁路局工务检测所

上海铁道增刊 2010年1期

陶柏峰上海铁路局工务检测所

为适应铁路重载快速运输要求，我局二通道、特别是阜杭通道的电化提速改造，正紧张有序地进行。总结京沪通道线路改造的经验，既有线路平面在电化改造前进行优化设计，并结合线路大修或维修同步施工，不仅能够提高线路质量，更重要的是减少了因线路改造施工而引起的供电调网、调线甚至移动电杆等工作的相关配合，而且能够节省大量的封锁天窗时，缓解运输和施工的矛盾。

1 曲线优化设计的技术标准

曲线优化的目的是通过优化曲线线型，合理设置曲线超高，以提高列车运行的平稳性和旅客舒适度。设计采用速度值：宣杭线按160km/h，宁芜、皖赣、淮南、阜淮线按120km/h。其主要技术标准为：

(1)曲线超高设置应能够满足：欠超高不大于75mm，个别困难地段不大于90mm；过超高不大于75mm(按货车80km/h检算)。

(2)曲线超高顺坡率应能够满足：困难条件下不大于1/（8Vmax）。可在直线段顺超高，但允许速度为120km/h(不含)～160km/h的线路，直线段顺坡的超高不大于8mm；欠超高和顺坡率不同时出现《铁路线路修理规则》中规定的困难条件。

(3)缓和曲线、圆曲线、夹直线长度在既有的基础上尽量延长。夹直线长度不得小于80m，缓和曲线、圆曲线长度可分别大于40m、80m。当线路允许速度为140km/h、160km/h，曲线半径分别取10000m和12800m时，可不设缓和曲线。

(4)设计时，原则上曲线半径不减小、曲线条数不增加，最大曲线半径不超过12800m。

(5)每处测量长度不少于曲线改造范围向外延伸各200m，采用全站仪测量和三维精确定位系统。拨量计算采用正线轨道控制计算软件，加密曲线内各点细化具体拨道量。

2 曲线优化设计方案

阜杭通道各条线路允许速度不一，曲线半径偏小、缓和曲线长度不足、反向曲线夹直线长度不足、曲线头尾连接道岔或桥梁等情况，都会限制列车运行速度和平稳性。在设定线路允许速度的前提下，针对现场曲线的不同情况，采取了以下设计方案：

2.1 增大曲线半径

旅客列车通过曲线的最大允许速度计算公式为Vmax(R)=4.3。根据旅客列车运行速度，一般曲线半径要求如表1：

表1 线路平面曲线半径

既有线路的曲线半径基本满足旅客列车运行速度，但单个曲线圆曲线长度往往不足。在保证两线线间距满足要求的条件下，采用增大曲线半径的方案，可直接增加圆曲线长度。阜杭通道中，淮南线线路平面曲线偏角较小，圆曲线长度不足的曲线较为密集，曲线半径都在3000m～5000m之间，而圆曲线长度达不到最困难60m的要求，此种情况尤合肥以北线路更为多数。以淮南线上行K76+900曲线为列：既有曲线半径为5000m，曲线长度只有41.67m，无缓和曲线；设计将曲线半径变成7000m，其它曲线要素不变，圆曲线长度大于60m（见图 1）。

图1 现场曲线优化前后示意图

具体优化曲线详细资料见表2：

此设计方案最大拨量只有25mm，且曲线范围内施工长度较短，能利用大型机械在维修天窗内同步完成，切实可行。

表2 优化曲线详细资料

2.2 延长缓和曲线

在缓和曲线范围内，其半径由无限大渐变到圆曲线半径，从而使车辆产生的离心力逐渐增加，有利于行车平稳；并且外轨超高由零递增到需要的超高量，使向心力逐渐增加，与离心力的增加相配合。

既有线曲线优化设计时，H=11.8V2max/R-Hc H/l0≤1/（8Vmax）。

式中：Vmax-线路允许速度（km/h）；H--为实设超高（mm）；Hc--为未被平衡欠超高（mm）；l0-缓和曲线长度（m）。在规定列车允许速度和欠超高数值（75mm）、曲线半径不变以及根据困难条件下的超高顺坡率，可以计算出最短缓和曲线长度理论值（见表3）。设计时尽量采用较长的缓和曲线，避免未被平衡欠超高和超高顺坡率的困难条件同时出现。

表3 各种运行速度条件下可以设置的最短缓和曲线长度(m)理论值

设计时，虽然采用较长的缓和曲线可以减小超高时变率，能够增加旅客舒适度，但在既有线曲线优化设计时，必须同时考虑缓和曲线和圆曲线的长度。不能延长缓和曲线太长，否则将减小圆曲线的长度，使客车同时跨越圆弧两端的缓和曲线，影响行车平稳。

2.3 反向曲线

既有线路存在的反向曲线，基本是半径较大、偏角较小、长度较短、转向相反的两条曲线。优化设计曲线的圆曲线长度、夹直线长度需满足表4要求。

表4 圆曲线或夹直线最小长度

设计相邻曲线、尤其是反向曲线的半径，结合具体条件尽可能配合协调：

（1）相邻两圆曲线间夹直线较短时，避免一个半径很大，另一个半径很小。必要时适当缩小相邻大半径曲线的半径，以达到增大相邻小半径曲线的半径。

（2）圆曲线半径、缓和曲线长度及夹直线长度的配合。设计时，两相邻曲线间，尤其在反向曲线间，尽量设置较长的夹直线。但同时考虑圆曲线长度或者缓和曲线的长度，否则线路改造时曲线拨移工程量会很大。以阜淮线下行K89.344～K89.498反向曲线为例：既有曲线圆曲线长度只有40m，夹直线长度为50m，线间距为5.07m，圆曲线和夹直线长度均不满足表4要求。曲线优化设计后曲线头尾的移动量、圆曲线长度和夹直线长度（见图2）及拨量见表5：

图2 曲线头尾的移动量、圆曲线长度和夹直线长度示意图

表5 下行轨道控制计算表

从图2和表5中可以看出，反向曲线的优化，不仅曲线头尾向两端直线段移动，曲线要素也发生较大变化。其拨道量最大点位于既有曲线曲中位置，且拨量值相当、方向相反。即一条曲线往路肩一侧拨道的同时，另一条曲线则往两线当中拨移。设计反向曲线必须考虑既有线曲线范围内及向外延伸直线段的线间距，曲线优化后满足列车运行要求。

2.4 调整曲线线形

既有线经过长期的运行和养护维修，受无缝线路地段钢轨的应力、道床的脏污程度以及轨道结构的整体状态影响，既有曲线要素会发生一定变化。对位于混凝土桥上、钢梁桥头、隧道内、离道岔近距离等特殊条件下的曲线影响更大，这类曲线在宣杭线范围内尤其突出。只能通过大幅度改造改变现状，但受其它设备的限制，大幅度改造既不能提高该区间列车运行的速度，又需要很大的费用。设计对此类曲线只利用现场测量数据对曲线线形进行优化设计，增强曲线内部的圆顺度。以宣杭线下行K137.296-K137.456曲线为列，计算结果如表6：

表6 下行轨道控制计算表

通过现场测量数据计算和设计的曲线与既有曲线各项要素相比，曲线半径、缓和曲线不变，曲线长度和偏角值有微小变动，说明现场曲线两端直线即曲线的切线方向发生微小变化，通过微小拨量就能改变曲线内部个别点不圆顺的情况。

3 施工方案

每条线路各区段的线路允许速度不一致，而且曲线分布较散，优化设计不尽相同。结合工务线路大修施工或养护维修天窗，采用大型机械同步完成曲线改造施工，既能发挥大型养路机械的作用和节约封锁天窗，又能保证曲线改造的施工质量。

只做线型调整和拨量较小的曲线，大型养路机械能一次性完成曲线改造；拨量较大的曲线改造施工，必须分阶段实施拨道、捣固；在完成前一阶段施工后，不能简单的按设计拨量与大机前次拨量的差值来决定后续大机拨道数据，有条件的用全站仪按既有线路控制点重新测量、重新计算线路拨道量，为后一阶段拨道提供准确数据。

此外，该线路平面和纵断面的改造优化设计是一个整体，必须保证行车的安全平顺，保证旅客有一定的舒适度及维修工作的方便。在平面设计时，要考虑纵断面的要求；纵断面抬道时，也要考虑平面有无改善的可能。既有曲线改造，对曲线改造地段的线路病害同步处理，使既有曲线下路基的坚固和稳定。适当调整线路纵断面，保证线路轨道结构状态的整体良好。