由一个圆曲线组成的曲线称单曲线,由两个或两个以上同向曲线组成的曲线称复曲线。为了适应特殊地形,有时需要用几个不同半径的曲线组成复曲线。由于复曲线会增加勘测设计、施工和养护维修工作的难度,降低列车运行的平稳性以及旅客乘坐舒适度,因此,新建铁路不允许设置复曲线。只有在改建既有线遇到困难的情况下,为减少改建工程,才可保留或采用复曲线。曲线半径的大小应结合工程条件、线路设计速度以及减少维修工作量等因素因地制宜,合理选用,不得小于规范规定的最小值;对于高速铁路,为保证轨道的高平顺性,曲线半径不得大于规范规定的最大值。
铁路圆曲线
在铁路线路平面直线方向发生改变的转角处,为使行驶在线路上的机车车辆转向顺畅而设置的曲线。
- 英文名称
- circular curve of railway
- 所属学科
- 土木工程
铁路全线或某一路段内规定的平面圆曲线半径的最小值。小半径曲线对运营条件影响较大,且影响程度随运量和行车速度的提高而增大。半径过小,不仅限制行车速度,而且影响旅客乘坐的舒适度,甚至危及行车安全。列车通过曲线路段时,由于车轮在钢轨上的纵向滑动和横向挤压,增加了车轮和钢轨之间的相互磨损,半径愈小磨损愈大,从而增加维修工作量,增大运营支出。在地形困难山区中,选用曲线半径偏大,则会增加桥、隧和路基的工程量,增大工程费用。然而,过小的曲线半径对工程也会产生不利影响,如需要加强轨道,导致机车黏着系数降低,在紧坡地段因黏着系数降低和曲线阻力引起坡度折减增大而展长线路等。因此,需要针对不同类型的铁路,综合考虑各种影响因素,制定最小曲线半径标准。
确定最小曲线半径的基本要求:①保证行车安全,即列车运行在曲线路段时,不因离心力、风力和横向振动力共同作用而发生车辆倾覆,不因横向力及车轮减载过大而使车辆脱轨,不因作用于轨道的水平力过大而使轨道失稳。②满足旅客乘坐舒适度要求。③经济合理,既要考虑尽量适应地形,减少工程量和投资,又要考虑减少养护维修工作量和运营支出,即经济合理的最小曲线半径。
无论是客货共线还是客运专线,或是货运专线,都会有不同速度的列车运行。因此,最小曲线半径既要满足外轨实设超高不大于允许最大超高(),又要满足列车以最高速度通过时产生的欠超高不大于允许最大欠超高(
),还要满足列车以最低速度通过时产生的过超高不大于允许最大过超高(
)。由上述3种条件推导出计算最小曲线半径的公式。
满足列车以最高速度通过的最小曲线半径
(1) |
满足列车以最高、最低速度通过的最小曲线半径
(2) |
将最大超高、最大欠超高、最大过超高允许值([][
][
])带入公式计算,即可得出不同类型铁路、不同等级铁路、不同设计速度、不同地形等条件下的最小曲线半径标准(表1、表2、表3)。最小曲线半径与设计速度的平方成正比增加,同时也随着最高、最低速度平方差的增大而增大。从客货共线铁路与城际铁路的比较中可见,在相同的设计速度下,客货共线铁路上的列车速差大,而城际铁路上各次旅客列车的速差小,甚至无差别,在保证同样的甚至是更高的旅客乘坐舒适度条件下,最小曲线半径可取小。
具体到对某一条线路的设计,最小曲线半径应根据该线的运输性质、铁路等级、设计速度和工程条件经比选确定,但不得小于规范中规定的数值。
设计速度/km·h-1 | 350 | 300 | 250 | ||
最小曲线 半径/m | 有砟轨道 | 一般 | 7000 | 5000 | 3500 |
困难 | 6000 | 4500 | 3000 | ||
无砟轨道 | 一般 | 7000 | 5000 | 3200 | |
困难 | 5500 | 4000 | 2800 | ||
*引自中国《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014)。 |
设计速度km·h-1 | 200 | 160 | 120 | ||
最小曲线 半径/m | 工程 条件 | 一般 | 2200 | 1500 | 900 |
困难 | 2000 | 1300 | 800 | ||
*引自中国《城际铁路设计规范》(TB 10623—2014)。 |
旅客列车设计速度km·h-1 | 200 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | ||
最小曲线 半径/m | 工程 条件 | 一般 | 3500 | 2000 | 1600 | 1200 | 800 | 600 |
困难 | 2800 | 1600 | 1200 | 800 | 600 | 500 | ||
*引自中国《铁路线路设计规范》(TB 10098—2017)。 |
铁路全线或某一路段内规定的平面圆曲线半径的最大值。最大半径通常是在小偏角情况下为保证最小圆曲线长度而采用的。由于高速铁路线路高平顺性的要求,依赖线路的测量、铺设、检测和维修养护的精度保证,当曲线半径大到一定程度后,正矢值将很小,测设和检测精度均难于保证极小的正矢值的准确性,也就难于保证大半径曲线上轨道的高平顺性,反而成为轨道不平顺的隐患。因此,提出对圆曲线最大半径应加以限制。
综合考虑线路测设精度和轨道检测精度,并参考世界上已建成的高速铁路线路最大曲线半径运用情况,以及世界上研究350千米/时高速铁路设计标准的新动向,中国《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014)中规定最大圆曲线半径为1.2万米。
扩展阅读
- 铁道部铁道科学研究院.铁道建筑研究所论文集:第2集-铁路设计.北京:中国铁道出版社,1987.
- 铁道科学研究院高速铁路技术研究总体组.高速铁路技术.北京:中国铁道出版社,2005.