铁路线路平面

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[外文]：railwayalignment铁路中线在水平面上的投影。线路平面由直线和曲线连接而成。一条理想的铁路线其区间平面应尽可能取直。一般在平坦地带的铁路线以直线为主，只有在绕避障碍或趋向预定目标时，才采用曲线。但在地形复杂的山区，线路平面往往迂回曲折，出现大量曲线，有时候，曲线长度甚至超过直线。线路曲线在一般情况下，一条曲线的半径始终不变的，通称单曲线。为了适应特殊地形，有时需要在一个曲线上采用几个不同的半径形成复曲线。在线路平面上最常见的是单曲线，简称曲线。曲线半径是表示圆弧曲度的指标。有些国家用角度表示曲线的弯度。在线路平面设计中，曲线半径的大小是影响工程费和运营条件的基本因素，按照地形条件和设计行车速度的要求，规定最小半径。曲线对于铁路运营的不利影响主要在于产生曲线阻力、影响或限制行车速度和加速轨道磨损，尤其是小半径曲线，这些影响更突出。列车通过曲线时产生离心力，为平衡这种离心力，在曲线轨道上设置超高。超高有一定的限度，当离心力过大，超高不能平衡时，就必须限制速度(见铁路轨道几何形位)。由于超高是固定设置的，而通过曲线的各种列车速度是不同的，其离心加速度各不相同;对速度较高的旅客列车，势必产生未被平衡的离心加速度，它影响列车运行的安全和旅客的舒适度。由于具体条件不同，各国规定的最高离心加速度(ɑ)有些差别:中国规定ɑ0.40～0.60(米/秒2);欧美各国规定ɑ＝0.55～0.85;苏联和国际铁路联盟规定ɑ＝0.50；日本规定ɑ＝0.33～0.40（窄轨）。在外轨超高值和α已定的情况下，速度和半径的关系，可用公式(公里/时)表示，式中C是常数，由实设的超高及ɑ决定，中国一般客车用C＝4.3；R是半径，以米计。小半径曲线往往引起车轮和钢轨的磨耗。列车通过曲线时，由于车轮在钢轨上的纵向滑动和横向挤压，增加了车轮和钢轨的相互磨损，半径愈小磨损愈大。根据中国现用机车实测资料统计，半径在600米以下时，磨损明显加大；半径小于400米时，磨耗急剧增加。总之，在条件许可时，曲线半径应尽量用得大些。然而，在漫长的铁路线上，自然条件往往是错综复杂的，在地形困难山区中，小半径曲线不可能完全避免。迄今，许多国家的山区标准轨距的干线上，还保持200米以下的最小曲线半径。1米轨距铁路的最小曲线半径为100米。在早期的铁路建设中，容许的最小半径是指在地形特别复杂的群山间，为了节约工程造价而允许采用的最低标准。1960年以来，高速铁路兴起，最小半径标准问题显得更为突出。容许的最小半径在技术经济比较的基础上，还必须结合设计速度来考虑。以日本东海道新干线为例，设计速度210公里/时，最小半径为2500米。法国巴黎里昂高速铁路线设计速度300公里/时，最小半径为4000米（见铁路工程）。工程技术的进步和经济上的精打细算，使山区与平原地带的曲线半径标准差距由以往的数倍，发展到20倍。与此同时，英国铁路采用了不同的办法。早期英国铁路所采用的曲线半径较小（干线上标准半径为2640英尺，即805米），为了在小半径密布的旧线上提高客车速度，特别研制了可控倾斜车体的电动车组，在不经过改造的旧线上实现了200公里/时的高速。这种措施为在旧线上提高速度开辟了新途径。缓和曲线在最初的铁路上并没有缓和曲线，仅圆曲线和直线直接相连。经过多年实践，发现这段曲直紧接的线路经常在平面上走动，很难稳定，给线路维修工作带来许多麻烦。因此针对线路走动的规律，在直线和圆曲线之间插入一段过渡性的曲线，实施后，收到了良好的效果。于是从19世纪60年代后期开始，缓和曲线就在铁路平面设计的实践中得到肯定。缓和曲线的目的主要有：（1）消除列车由直线进入圆曲线时，由于车体转向架和挂钩之间相互位置的突然变更而引起的冲动；（2）消除列车由水平轨道变为倾斜轨道所引起的突然反应。所以缓和曲线的作用，在于使转向架、弹簧、挂钩以及车体从直线运行时的位置，逐渐地转到循着圆曲线弯道运行时的位置。在工程实施上，理想的缓和曲线既须满足上述要求，又必须便于敷设，保持相对稳定。缓和曲线的线型在行车速度不大于160公里/时的线路上，一般采用三次抛物线型。在速度大于200公里/时的高速铁路线上则用曲线递减型缓和曲线。中国铁路现在采用的是三次抛物线型缓和曲线。缓和曲线的长度缓和曲线必须有足够的长度才能发挥作用。决定的因素有三：（1）超高顺坡不宜过陡，以保证行车安全。按中国铁路的设计标准，不得大于2‰。（2）外轮的提升速度不宜过快，以保证旅客的舒适。在中国铁路干线上其标准为32毫米／秒。（3）欠超高（未被平衡的超高）的增长率不宜过大。严格控制未被平衡的离心加速度的时变率，这对于旅客舒适是更为重要的。根据理论分析和实验观察，旅客可以接受的时变率约为0.3～0.4米/秒3而日本的新干线标准则为0.245米/秒3。总之，合理的长度应该全面满足前述三个因素。夹直线在前后相连续的两个曲线之间的一段直线，其长短影响到乘车舒适度。应按照列车在通过前一曲线所产生的振动到达后一曲线时已衰减完毕的所需历程，来决定夹直线的长度。因此行车速度愈高，夹直线应愈长。中国铁路设计规程规定夹直线的最小长度为80～25米，视线路等级而定。外国铁路的夹直线最小长度标准亦不一致，如美国不论同向或反向曲线都定为30米，而欧洲、日本及国际铁路联盟所规定的夹直线最小长度皆和行车速度有关，如英国规定夹直线长度为（米），v为行车速度（公里/时），法国规定为（米），但不得小于30米等。大桥、长隧道及车站处的线路平面较长的大桥、隧道和车站都宜设在直线上。曲线桥梁的设计和施工复杂得多，钢轨更换和整形也都较困难，特别在无道碴的桥梁上，线路不易固定，设置外轨超高也有困难，直接影响行车安全。如大桥必须设置在曲线上，曲线半径也要尽量放大（例如1000米以上）。在同一座桥梁上，更不能设置反向曲线，以免列车过桥时，左右摇动剧烈，严重影响安全和舒适。隧道如必须设在曲线上时，应采用较大的曲线半径，并尽量避免把隧道设在反向曲线上，以改善运营、养护和通风条件。曲线车站不利于了望，直接影响通过能力和作业安全，由于曲线阻力，也不利于列车起动，如车站必须设在曲线上，也应尽量采用较大半径的曲线和减小转向角度，以缩小影响。反向曲线的车站平面，上述影响更严重，非有充分依据，不得采用。中国铁路的线路平面设计标准中国幅员辽阔，地形复杂多变，因此，铁路平面设计的标准很难统一规定，可以在指定的范围内因地制宜适当采用。即Ⅰ、Ⅱ级铁路的标准可以较高，Ⅲ级铁路则较低。1975年公布的《铁路工程设计技术规范》，对曲线半径及其他标准规定如下：铁路的平面组成，最后在线路平面图上反映出来，结合铁路线路纵断面就能表现该段线路的主要情况。