對鐵路限界的分析與思考

田葆栓

（青島四方車輛研究所有限公司 研究試驗部，山東 青島 266031）

為了保證行車安全，接近鐵路線路的各種建筑物和設備必須與鐵路線路保持一定的距離，同時對在線路上運行的機車車輛的橫向尺寸也須有一定的限制，所以鐵路規定了各種限界，如機車車輛、基本建筑、隧道建筑、橋梁建筑限界等，最基本的是機車車輛限界和基本建筑限界。機車車輛限界和建筑接近限界是兩個重要的相互關聯的技術參數，在《鐵路技術管理規程》(以下簡稱《技規》) 中占有重要地位。

1 我國鐵路限界概述

1.1 我國鐵路限界的發展歷程

限界是鐵路的重要基礎標準，與鐵路運輸、運營安全、工程建設、工務維修等關系密切。分析我國鐵路限界的發展，主要針對我國鐵路限界標準及相關管理規章的發展歷程。

我國鐵路實行統一的機車車輛限界始見于1950年的《技規》，它是沿用偽南滿鐵路的標準，其最大高度處距軌面4 800 mm，最大寬度在1 250～3 600 mm高度范圍內為3 400 mm，見圖1中的基本輪廓。1959年將1950年《技規》中的機車車輛限界正式以國家標準(GB 146－1959)頒發。因為其最大高度4 800 mm處，寬度僅900 mm，電力機車受電弓在非工作位置時超出限界，所以規定新造的電力機車在高度為4 800 mm處，半寬放寬到750 mm；由于高度350～1 250 mm范圍內寬度較窄，允許新造電力機車半寬達到1 675 mm。

1959年版機車車輛限界標準兩肩過窄，使電力和內燃機車設計受到一定限制；客車、冷藏車等在布置行李架、上層鋪位及儲水箱等設備時空間狹窄；限制了棚車兩肩形狀，降低了車廂空間利用效率；距軌面高350～1 250 mm范圍內寬度較小，限制了機車車輛的寬度，影響對建筑限界空間的利用效率。

1983年修訂機車車輛限界標準時，本欲將兩肩寬度加大到圖1中的“——”所示位置，并將高350～1 250 mm范圍的半寬放寬到1 675 mm，但未獲得通過。只放寬了電力機車的肩部和下部寬度，仍保留了機車車輛限界基本輪廓。

1983年我國《標準軌距鐵路建筑限界》以GB146.2-1983公布。鐵路建筑限界分為基本建筑、隧道建筑、橋梁建筑等。上述限界都是按水平直線線路制定的，曲線上的建筑限界根據計算車輛、曲線半徑、外軌超高等進行加寬，見圖2。

1.2 我國鐵路限界管理

1.2.1 鐵路限界管理的重要性

實時、準確的限界資料是鐵路貨物安全運輸的前提，限界檢測是限界資料的來源基礎，了解限界檢測數據來源、正確測量鐵路技術設備的限界對及時掌握鐵路限界、使用限界資料具有重要意義。

《技規》規定：一切建筑物、設備，在任何情況下不得侵入鐵路的建筑接近限界。機車車輛無論空重狀態，均不得超出機車車輛限界。鐵路的各種技術設備應保持完整良好狀態，根據設備變化規律、季節特點，安排設備檢修。鐵路對限界的檢測期限規定如下：對重要線路的平面及縱斷面復測、限界檢查，每5年至少1次；技術復雜及重要的橋梁、隧道檢定，其他線路的平面及縱斷面復測、限界檢查，每10年至少1次；對其他橋梁、隧道檢定，根據實際需要進行；對牽出線、駝峰及峰下線路的縱斷面，每年至少1次。

鐵路限界存在動態變化，應定期檢測。造成鐵路限界變化原因較多，如鐵路線路兩側建筑物、設備設施發生變化，建設部門線路大修(撥道、抬道、改造)及自然災害等。

1.2.2 限界檢測要求、內容及方式

限界檢測要求正確繪制出鐵路沿線各種建筑物及技術設備的精確實測斷面圖及距離線路中心線的尺寸表，并注明區段起訖站名及全區段最小曲線半徑、外軌超高最大值、最小線間距、電氣化接觸網最低高度等。鐵路限界主要測量鐵路沿線的各種設施設備及建筑物距鐵路線路中心線的距離，限界檢測范圍是距鐵路線路中心3 500 mm、自軌面6 600 mm(雙層集裝箱專用通道為8 000 mm)以內的所有建筑物、設備及其他設施。

目前，限界測量采用人工測量和限界軌道檢測車測量相結合的方式進行。通過實時測量，采集鐵路沿線建筑物及相關技術設備的限界數據，按規定進行整理、匯總后，編制“區段橋隧、區段其他設備及建筑物綜合最小建筑接近限界尺寸表”等限界資料。

鐵路沿線橋梁、隧道涉及大量限界數據采集的，一般采用隧道限界檢測車進行限界檢測。人工檢查測量主要在檢測車不能檢測時采用，人工測量一般使用水平尺、卷尺、吊錘、經緯儀等工具及專用簡易測量小車和便攜式測量儀進行測量。

1.2.3 限界檢測數據測量和處理

測量鐵路限界時，鐵路限界(隧道、橋梁及其他建筑設備)的綜合最小限界是由每個實測斷面匯集而成的，實測斷面是最基本的限界資料。超限、超重貨物運輸使用的鐵路限界資料包括分區段的綜合最小限界尺寸表和斷面圖，以及線路的相關技術資料(最小線間距、最小曲線半徑、最大外軌超高值、最小接觸網導線高度等)。

1.2.4 限界管理

鐵路限界實行鐵道部、鐵路局、站段三級管理，鐵道部負責全路的鐵路限界管理工作，制定有關規章制度、技術標準，監督、檢查各鐵路局的限界管理工作。管理內容主要包括限界資料管理和檢測檢查。限界檢測應配備專門的檢測設備(如限界軌道檢測車、便攜式限界檢測儀、人工檢測工具等)，并且需經鐵道部專業機構認定。

2 國外鐵路限界簡述

2.1 美國

美國鐵路限界協會 (IRCA) 管理美國鐵路限界。美國鐵路機車車輛限界分3類，第一類為無限制聯運車輛限界(B)，與中國機車車輛限界相比，限界除肩部距軌面4 191～4 343 mm之間一段與中國電力機車限界接近以外，下部距軌面高約1 000～1 250 mm之間一段寬度略大于中國機車車輛限界，總體上高度4 597 mm和寬度3 251 mm均小于中國限界。但其最大寬度直線段的高度4 191 mm，比中國限界3 600 mm高出591 mm，有利于貨車側部設計提高裝貨寬度。第二類為有限制聯運車輛限界，分別有(C)、(E)、(F)多種。這些限界僅限于特定的線路，在美國特定線路上，限界高度比中國限界輪廓高度要大(僅F)。第三類為有限制聯運雙層集裝箱貨車限界(H)，與中國雙層集裝箱車限界相比，其上部寬度為2 600 mm與我國一致，但高度略高，為6 147 mm，中部較基準輪廓線縮小。

2.2 歐盟

國際鐵路聯盟 (UIC) 規定的車輛下部限界比較詳細，明確標明特定區域僅有特定部件才能進入，有效防止車輛其他部件誤入該區域，造成在通過豎曲線時該部件低于軌面高度，并且規定了車輪的輪廓限界和重車限界，保證了國際聯運的需要，見表2。

表2 UIC標準第V部分車輛與限界相關的內容

2.3 俄羅斯

俄羅斯鐵路軌距為1 520 mm，其裝載限界輪廓線寬度比我國限界略小，最大寬度為3 250 mm，但高度比我國限界要高，達5 300 mm，且最大寬度部分直線段高為4 000 mm，比我國相應尺寸高400 mm，有利于提高側墻高度，增加車輛容積。俄羅斯對鐵路貨車重心高限制為2 583 mm (重心無橫向偏移) 和2 300 mm(重心橫向偏移100 mm)。

在ΓOCT9238-83及 №∏∏/4425號指示中，建筑接近限界基本保持不變。變化僅涉及機車車輛限界，分為兩組。第一組限界——國內運行的機車車輛限界，即僅用于軌距1 520 mm的線路。限界T、T∏、T∏p及1-T均屬于該組限界，見圖3。限界T系遠期的，已用于電氣化線路上的市郊電動車組。限界1-T是到處可以行駛的，可應用于任何機車車輛。目前用于機車、運送小汽車雙層貨車、成套設備專用貨車、敞車及個別型號的罐車。限界T∏是為罐車制定的遠期限界，尚未得到廣泛應用。限界T∏p作為遠期標準，是限界1-T和限界T的過渡標準。2005年，俄羅斯鐵路公司決定按照限界T∏p制造敞車。第二組限界——供國際聯運機車車輛用，見圖4。其中最大的限界是1-BM，軌距1 520 mm (1 524 mm) 的所有客車及大部分貨車都符合該限界。該限界僅保證用于東歐和中國軌距1 435 mm的主要干線鐵路。限界0-BM受建筑物限界限制不大，而限界02-BM原則上不受建筑物限界限制。限界03-BM完全符合所有軌距1 435 mm鐵路的標準。

俄羅斯鐵路按照上述每種限界建造機車車輛。按照限界T制造市郊電動車組和用于礦山開采專用線的工礦自翻車。按照限界1-T制造機車、個別型號的汽油和輕油罐車、運送小汽車的雙層車輛、 漏斗車、12-508型和12-∏152型敞車、運送成套設備的專用車輛、15-1534型罐車。按照限界T∏p制造通用敞車和無門敞車。按照國際限界1-BM制造客車、棚車、冷藏車、個別型號罐車。按照限界0-BM制造車體容積106 m3的有蓋敞車、平車、15-1427型及15-858-856型罐車。按照限界02-BM制造罐車，按照限界03-BM (原先為國際聯運客車和行李車互用規則RIC，后來為UIC規程505-1) 制造國際聯運客車。

目前，俄羅斯正在進一步利用線路限界的儲備(限界T的最大輪廓)改造西伯利亞鐵路剩余的8 000～9 000個超限建筑物，降低運營成本。在2018年內可完成改造，從而可保證以限界T的最大輪廓制造任何型式車輛及符合其裝載限界的運營要求。

2.4 澳大利亞

澳大利亞鐵路“貨車基本最大車輛限界”(D限界) 斷面未超出我國鐵路車輛限界輪廓，其斷面最寬處為3 050 mm，最高處為4 270 mm，計算車輛的定距為15 000 mm。但其客貨車過渡性最大限界 (E限界) 最大寬處為3 200 mm，最大高度為5 900 mm，且上面為平直線，計算車輛定距為18 300 mm。

客貨車極限最大車輛限界 (F限界) 最大寬處為3 200 mm，最大高度為6 500 mm，且上面為平直線。計算車輛定距為18 300 mm。

可以看出，澳大利亞鐵路機車車輛限界的基本限界斷面比我國限界斷面要小，但其過渡性最大車輛限界(E限界)和極限最大車輛車輛限界 (F限界) 要比我國限界大，主要是高度增加，而且最大高度為平直線，給貨車側墻設計帶來很大空間。

澳大利亞對鐵路貨車重心高限制是軌距的1.75倍，即2 511.25 mm。

3 我國鐵路限界分析

3.1 我國限界標準分析

3.1.1 計算車輛參數的規定

標準軌距鐵路限界的國家標準分為兩項，即GB 146.1-1983《標準軌距鐵路機車車輛限界》(以下簡稱《車限》)和GB 146.2-1983《標準軌距鐵路建筑限界》(以下簡稱《建限》)。《車限》是按靜態的標準計算車規范機車車輛橫斷面最大輪廊的標準；《建限》是按動態的標準計算車規范建筑物橫斷面最小輪廓的標淮量，亦即規范線路上各種建筑物與(非指定的)設備距離線路中心線和軌面最小尺寸的標準量。

鐵路限界原理的靜態理論表明，停留在曲線上的車輛由于其縱向中心線和線路中心線不一致(成為圓曲線的割線)，車體中部產生最大的橫向內偏差量，車體端部產生最大的橫向外偏差量。為此，曲線上建筑限界應有相應的加寬量或車輛寬度應有相應的縮減量，以便車輛能順利通行。我國應用的是曲線上建筑限界加寬的辦法。加寬量的確定必須按照一種有規范常量的標準計算車計算，當設計機車車輛確定車體最大容許制造寬度時，還必須同時再按照一種有規范常量的標準計算曲線半徑。

二十世紀五十年代的鐵路限界中雖然未明確計算車輛的定義與參數，而在《建限》中引用了車體長度為26 m，車輛定距為18 m的計算車輛參數。《車限》第4.2條規定了計算車輛的參數。對于在全路運行的機車車輛，計算車輛的車體長度規定為13.22 m，定距為9.35 m，計算曲線半徑為300 m。這與《鐵路超限超重貨物運輸規則》的規定一致。按此規定，新設計的貨車，超過這種計算車輛參數的規定時，則需要縮減車體寬度。

3.1.2 我國現行限界的兩肩與下部寬度

我國的限界寬度及高度分別為3 400 mm與4 800 mm，同美國的B限界寬3 251 mm，高4 597 mm，以及俄羅斯的1—T限界寬3 400 mm，高5 300 mm相比，凈空是比較大，但由于兩肩及下部的收縮，使限界寬度與高度不能充分利用。在貨車設計中，車鉤中心線距軌面高為880 mm，主型轉向架心盤面自由高為690 mm左右，所以貨車地板面高度一般在1 080～1 210 mm。即通用貨車的底架平面均在距軌面1 250 mm以下，這個高度范圍的限界寬度為3 200 mm，3 400 mm寬限界部分的利用率較低。我國現行限界標準規定，兩肩部分從3 600 mm高度以上開始收縮，寬度為3 200 mm時，高度只有3 750 mm，上部空間也難以充分利用。

我國鐵路貨車限界依據的標準為《車限》，貨車的地板面高度基本為1 100mm，而我國限界中在高度1 250 mm以下半寬為1 600 mm，則貨車寬度不能超過1 600 mm；我國限界最寬處的高度低于國外限界400 mm以上，在高度方面，我國的鐵路貨車設計也受到了一定限制。我國的重心高限度為2 000 mm，與同軌距的美國、澳大利亞鐵路貨車相比，重心的限制比較嚴格。我國目前的C80系列專用運煤敞車已充分利用了我國機車車輛限界。建議30 t 軸重專用車采用《車限》中電力機車的限界，這樣可以充分利用我國機車車輛限界中的寬度條件，并可適當增加車輛的高度，滿足30 t 軸重專用車的容積要求。

3.2 雙層集裝箱運輸列車的限界

我國鐵路發展雙層集裝箱運輸具有較好的經濟效益，雙層較單層每列可提高運輸能力40%。雖然擴大建筑限界會增加工程投資，但可以釋放繁忙干線能力，并且節省運營成本。新建線路應考慮雙層集裝箱運輸方案，對規劃中的線路應考慮雙層集裝箱運輸列車的限界要求。

3.3 超限列車會車條件分析

隨著我國經濟的快速發展，機械、化工、電力和國防等行業的國家重點工程建設急需的關鍵設備日益增多，其中多為超限貨物。超限貨物運輸是鐵路限界管理的重要內容，我國對超限貨物運輸進行了大量的科學研究和試驗，其研究成果集中體現在現行的《鐵路超限超重貨物運輸規則》和《鐵路貨物裝載加固規則》等規章中。

制定超限列車運行條件的主要目的就是要在保證運行安全前提下，合理利用限界空間，即機車車輛限界與建筑限界之間的空間運輸超限貨物。車輛在線路上運行時會產生垂向和橫向振動，其橫向振動偏移量減小了車輛、貨物與建筑限界之間的橫向距離。研究車輛系統各種振動型式下的橫向偏移量是合理確定超限車運行條件的基礎。

4 結論及建議

4.1 完善車輛限界

雖然在1.25 m以上機車車輛限界容許車輛寬度按3.4 m考慮，但考慮到下部的限界寬度，車輛寬度只能按3.2 m設計。但在不改變橋梁、隧道大型建筑的情況下，如車長、車高不變，車輛寬度用足3.4 m限界寬度后可以增加裝載容積；如果車長不變、裝載量不變，增加車輛寬度200 mm，可以降低車體重心高度150 mm左右，對提高運行安全性是很有意義的；大型運煤敞車如果車輛寬度能按3.4 m限界寬度考慮，能較充分利用軸重，擴大裝載量；增加限界容許寬度可以增加客車座位寬度和走廊寬度，改善旅客的運行條件。所以如果采取措施，則車輛可按3.4 m限界來考慮。可采用兩種方法：用撥線的方法把線路中心線撥出站臺100 mm，這種方法可適用于貨場；采用去除站臺一部分邊緣以增加站臺與線路中心之間距離。

4.2 加強鐵路建筑限界管理

采用精密的限界測試儀器對鐵路線間距、限界變化進行規范化管理。實現限界管理的電子信息化，提高限界資料使用的便捷性、準確性、安全性，為超限貨物運輸提供決策依據，建立完善鐵路建筑限界的實時動態管理信息系統。

4.3 重視對動態限界的研究

各國由于歷史等原因，車輛限界差異很大，但對于新建線路特別是高速線路的限界有加寬的趨勢，對動態限界有明確的要求。因此，在完善限界時，應當進一步明確特殊部件的限界，如高速車輛部分采用輪盤制動、磁軌制動等形式，這些部件可能在某些狀態下侵入下部限界，應規定出具體狀態下的限界，確保不被誤用。