黄勇

摘要：目前我国铁路现行的规章和规范中，对于缓和曲线地段及垂向加高及降低如何进行曲线地段建筑限界加宽计算，没有相关规定和计算公式和加宽办法。根据平移旋转坐标原理，利用CAD绘图软件绘制铁路限界图准确判定建筑物是否超限的方法，填补了铁路规章规范这方面的空白，较全面地解决长期以来困扰铁路工程技术人员计算曲线地段建筑限界加宽的难题。

Abstract： At present， in the current regulations and norms of railways in China， there are no relevant regulations， calculation formulas and widening methods for the curved section building boundary widening calculation in the mitigating curve section. According to the translational rotation coordinate principle， the CAD drawing software is used to draw the railway limit map to accurately determine whether the building is over-limit. It fills the blank of the railway regulations and comprehensively solves the curved section building boundary widening calculation puzzle.

关键词：铁路技术;铁路建筑限界;限界图;曲线超高;铁路机车车辆限界;CAD制图

Key words： railway technology;railway building boundary;limit map;curve super-high;railway locomotive vehicle limit;CAD drawing

中图分类号：U211.7                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）09-0174-04

0  引言

铁路建筑限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓。在此轮廓内，除机车车辆和与机车车辆有相互作用的设备（车辆减速器，路签授受器，接触电线及其他）外，其他设备或建筑物均不得侵人。

目前我国关于铁路建筑限界规章规范标准主要有《铁路技术管理规程》（TG/01—2014）、《鐵路车站及枢纽设计规范》（TB10099-2017）、《标准轨距铁路机车车辆限界》（GB146.1-1983）和《标准轨距铁路建筑限界》（GB1461-1983）[1]-[4]等，对于铁路建筑限界计算公式也各有不同，但都是针对圆曲线范围和平面限界加宽，而对于缓和曲线段平面及垂向加高及降低如何计算，没有明确和细化[5]，造成计算方法无法统一，实践中出现诸多问题，容易造成建筑物超限而难以及时发现，全路因此已造成多起严重的行车事故[6]，有必要对此问题进行研究。

1  现行规章关于曲线地段铁路建筑限界计算方法

铁路建筑限界是一个闭合的包络轮廓线，由于受曲线平面及超高的影响，铁路建筑限界包络轮廓线对于线路中心，会发生平移和倾斜，曲线上的铁路建筑限界在横向必须加宽，在垂向必须加高或降低，故在曲线地段铁路建筑限界重分布，下面就这方面的规章规定进行分析。

1.1 《铁路技术管理规程》中关于铁路建筑限界的规定

铁路建筑限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓，其分类和标准执行《铁路技术管理规程》有关规定，线路曲线限界加宽计算公式如下：

根据以上公式可知，铁路曲线限界加宽主要是由内侧加宽和外侧加宽两部分组成，一是内侧加宽：由车体中心线偏离线路曲线中心线产生的内侧加宽（mm）和因外轨超高引起的车体向曲线内侧倾斜产生的加宽两部分组成（公式（1））;二是车体中心线相对线路曲线中心偏移产生的加宽（公式（2））。而对于缓和曲线段平面及垂向加高及降低如何计算，没有介绍。

另外将车辆长度与车辆转向架中心间距离作为定值考虑的，当不同的列车车辆类型具有不同的长度数值，以述公式不能直接计算。

1.2 《铁路车站及枢纽设计规范》关于铁路建筑限界的有关规定

根据TB10099-2017铁路车站及枢纽设计规范3.1.3条规定：“……位于曲线内侧的旅客站台，如线路有外轨超高时，应降低站台高度，降低的数值为0.6倍外轨超高度”，仅对站台垂向加高及降低进行粗略规定，而对其他建筑物垂直方向限界没有作细化规定。

1.3 《标准轨距铁路建筑限界》关于铁路建筑限界的有关规定

第3.2 条：建筑限界图上的尺寸，是为水平直道上的线路制定的。

第3.3 条：在曲线部分相邻线路中心距离以及线路中线至建筑物间的扩大距离，应按规定的公式计算。

第3.4 条：在曲线部分由于外轨超高关系，建筑限界的垂直高度应自内外两钢轨最高点所组成的直线上算起。水平尺寸应自加宽后的线路中心线算起。

1.4 《标准轨距铁路机车车辆限界》关于铁路建筑限界的有关规定

综合以上现行规定的铁路建筑限界计算方法，难以适应复杂的限界判定，如跨线桥、矮柱信号机、信号箱、高低站台等设备及建筑物限界，不同的垂直高度、线路平面和车型限界限界值要求也不同，现提出利用坐标平移旋转理论绘制CAD图进行判定的方法，可较好地解决以上问题。

2  绘制CAD铁路曲线限界图及超限判定方法

根据已知铁路建筑限界资料，建立坐标系及进行坐标平移与旋转，绘制CAD铁路曲线限界图，方法和步骤如下：

2.1 在铁路建筑限界轮廓线上建立直角坐标系

根据已知铁路建筑限界轮廓线至线路中心的距离与高度，建立以线路中心线为纵坐标轴，以曲线下股钢轨顶面水平线为横坐标轴建立初步坐标系，如图1。

2.2 建立平移旋转新坐标系

2.3 判定建筑物是否侵入铁路限界和方法

建筑物坐标测量方法：从轨顶面起分左、右侧，逐一测量设备、建筑物及其他设施每个变化点距线路中心线的水平距离、高度起算高度：直线地段以轨顶面为起算点测量，曲线地段以内轨顶面为起算点测量。根据统一坐标系下，将建筑物和铁路建筑限界廓线坐标按1：1比例绘制成CAD图，根据建筑物廓线是否与铁路建筑限界轮廓线内重叠，可判定是否侵入铁路限界，如重叠则侵入限界。

3  计算实例

以《关于细化铁路曲线上建筑限界加宽的建议》[6]算例进行检算分析，证明绘制CAD铁路限界图判定建筑物是否超限方法的正确性与可靠性：

已知条件：某车站低站台面与曲线内侧轨面距离为300mm（距直线建筑限界轮廓垂直距离为50mm），站台帽外沿距线路中心线1820mm（距直线建筑限界轮廓水平距离为95mm）。现场测量及复核表明，站台距线路中心线距离符合设计要求。正线的低站台位于半径为1040m的曲线内侧，曲线超高为130mm。2013年7月，某次旅客列车牵引的SS9G型机车通过此车站时，机车位于曲线内侧的脚蹬与低站台帽发生刮擦，造成列车非正常停车事故。

3.1 车体中部铁路限界坐标绘制CAD铁路建筑限界包络轮廓线

根据图1所示，以铁路限界区间及站内正线的横坐标X=1875mm，纵坐标Y=350mm作为控制点，进行检算，编号为包络轮廓线第5号变化点。

3.1.1 第一次平移坐标

建立以曲线下股钢轨中心线为纵坐标，以下股钢轨顶面水平线为横坐標建立新坐标系，则坐标平移750mm变为X=1875-750=1125mm，Y=350mm。

3.1.2 再次平移和旋转坐标

建立以曲线内侧轨顶中心为轴进行旋转，因曲线地段车体中心与线路中心偏离，坐标平移量及旋转角度如下：

3.2 根据站台控制点A与线路位置关系，计算在统一坐标系中的坐标值

根据已知条件，站台帽外沿距线路中心线1820mm，站台面与曲线内侧轨面距离为300mm，以曲线下股钢轨中心线为纵坐标，下股钢轨顶面水平线为横坐标建立新坐标系，站台帽外沿控制点A坐标为，

生成的车体中部断面铁路限界坐标表1，按1：1比例绘制CAD铁路建筑限界包络轮廓线图如图2。

3.3 车体端部铁路限界坐标绘制CAD铁路建筑限界包络轮廓线

根据公式（2）得车体中心与线路中心偏离值，限界坐标平移量■其他计算方法及程序与“车体中部铁路限界坐标绘制CAD铁路建筑限界包络轮廓线”一致，坐标计算结果如表2，按1：1比例绘制车体中断面部CAD铁路建筑限界包络轮廓线图，如图3。

3.4 坐标计算及CAD图分析站台侵限情况

根据表1，限界轮廓线第5点经过平移旋转后，X=1190mm，Y=252mm，横坐标由1125mm变成1190mm，增加65mm;纵坐标由350mm变成252mm降低了98mm。站台控制点A的坐标为横坐标1820-750=1070mm，纵坐标300mm未变，从坐标数据来看，相对于轮廓线上的5#控制点，站台控制点A水平差1070-1190=-120mm，垂直差252-300=-48mm，横纵坐标均已经超限，如图3。

通过图4可以看出，以曲线内侧轨顶中心为轴进行旋转后，站台控制点A位于铁路建筑限界包络轮廓线内，站台轮廓线与铁路建筑限界包络轮廓线重叠，侵入铁路建筑限界，这是造成机车位脚蹬与低站台帽发生刮擦的原因，解释理论成立。

4  结束语

通过以上分析，证明绘制CAD铁路限界图判定建筑物是否超限的方法正确和可靠，且可检算任意一处的限界情况，适用性强，判定的标准是建筑物的任意一点是否与闭合的包络轮廓线极限横断面轮廓重叠，克服了传统单一的计算模式，虽计算过程较复杂烦琐，但通过编制VB语言计算程序，利用二次开发CAD自动绘制铁路限界及建筑物控制点的CAD图，可迅速判定建筑物是否侵入限界。

利用本方法，关键是计算出曲线中车体中心与线路中心偏离距及曲线超高量，其中圆曲线地段偏离距可按公式（1）和公式（2）计算，缓和曲线段的偏离距需要按计划正矢或矢距公式计算而得[7]-[8]，计算方法参考相关资料，在此不另行介绍。

参考文献：

[1]中国铁路总公司.（TG/01—2014）铁路技术管理规程（普速铁路部分）[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[2]国家标准局.GB146.1—1983，标准轨距铁路机车车辆限界[S].1983.

[3]国家标准局.GB146.2—1983，标准轨距铁路建筑限界[S].1983.

[4]国家标准局.GB50091--2006，铁路车站及枢纽设计规范[S].2006.

[5]周兵和.铁路曲线限界加宽研究[J].铁道标准设计，2013，57（4）：2006：20-26.

[6]龙科.关于细化铁路曲线上建筑限界加宽的建议[J].铁道技术监督，2014（1）：2-4.

[7]李明炜.对铁路站场到发线曲线地段建筑限界加宽方法的探讨[J].铁道标准设计，2017，2：10-13.

[8]赵振刚.铁路建筑限界缓和曲线地段加宽研究[J].铁道标准设计，2017，5：16-22.