幾內(nèi)亞重載鐵路曲線(xiàn)設(shè)計(jì)

趙俊軍

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

中國(guó)(香港)國(guó)際基金有限公司委托中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司對(duì)幾內(nèi)亞共和國(guó)福瑞卡利亞至馬塔康港礦石鐵路專(zhuān)用線(xiàn)進(jìn)行全面可行性研究。

中基公司要求，該鐵路除運(yùn)輸卡利亞和福瑞卡利亞地區(qū)鐵礦外，還應(yīng)考慮其他礦區(qū)的礦石運(yùn)輸。要求的年輸送能力為近期1×108t，遠(yuǎn)期3×108t。近、遠(yuǎn)期均不考慮客車(chē)。

要求鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用目前世界最先進(jìn)的重載技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軸重為40 t。現(xiàn)將本項(xiàng)目有關(guān)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)的情況作一介紹。

1 項(xiàng)目概況

1.1 線(xiàn)路概況

鐵路從擬建的馬塔康港起，設(shè)本線(xiàn)的港口前方站馬塔康站，向東北跨福瑞卡利河后，設(shè)福瑞卡利站。出站后繼續(xù)向東，至姆薩亞，設(shè)姆薩亞站。出站后折向東北，跨卡利西河至卡巴利，并以線(xiàn)路緊坡而上，至馬瑞拉站，線(xiàn)路繼續(xù)向卡利亞礦區(qū)延伸，設(shè)本線(xiàn)的礦區(qū)裝車(chē)站卡利亞站。在馬瑞拉站預(yù)留延伸至西芒渡鐵路的條件。線(xiàn)路全長(zhǎng)292 km(圖1)。

圖1 幾內(nèi)亞共和國(guó)馬塔康至卡利亞重載鐵路地理位置

1.2 鐵路主要技術(shù)參數(shù)

鐵路性質(zhì)：鐵礦石專(zhuān)用重載鐵路；鐵路軌距：1 435 mm；正線(xiàn)數(shù)目：?jiǎn)尉€(xiàn)；貨車(chē)車(chē)輛軸重：40 t；最小曲線(xiàn)半徑：一般1 200 m、困難800 m；限制坡度：重車(chē)4‰、輕車(chē)9‰；牽引種類(lèi)：內(nèi)燃；牽引質(zhì)量：11 700 t；機(jī)車(chē)類(lèi)型：DF8DJ；到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)度：1 100 m；閉塞類(lèi)型：半自動(dòng)閉塞。

1.3 車(chē)站分布

本線(xiàn)設(shè)置馬塔康、馬瑞拉等9個(gè)車(chē)站，除馬塔康、馬瑞拉車(chē)站有列車(chē)技術(shù)作業(yè)，卡利亞為列車(chē)始發(fā)終到車(chē)站，其余車(chē)站均為越行站。本段運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度286 km，最長(zhǎng)站間距離47.4 m(馬塔康～福瑞卡利)，最短站間距離18.0 km(馬瑞拉～卡利亞)，平均站間距離36 km。

1.4 線(xiàn)路能力

根據(jù)業(yè)主要求本線(xiàn)鐵礦石運(yùn)量1×108t，按照年運(yùn)營(yíng)310天計(jì)算，日開(kāi)行對(duì)數(shù)33對(duì)/日。

雙線(xiàn)鐵路采用垂直型天窗，平行運(yùn)行圖通過(guò)能力見(jiàn)表1。

表1 鐵路能力計(jì)算 對(duì)/日

由表1可知，運(yùn)輸能力可以滿(mǎn)足需求，且留有一定的富余。

區(qū)段貨流密度見(jiàn)表2。

表2 幾內(nèi)亞鐵路區(qū)段貨流密度 104 t

2 鐵路曲線(xiàn)設(shè)計(jì)

2.1 列車(chē)速度選擇

平面最小曲線(xiàn)半徑作為重載鐵路最重要的曲線(xiàn)要數(shù)，其值大小對(duì)于重載鐵路的工程投資、行車(chē)速度、行車(chē)安全、運(yùn)營(yíng)維護(hù)關(guān)系極大。從理論上看，鐵路的平面曲線(xiàn)半徑越大，行車(chē)速度、行車(chē)安全、運(yùn)營(yíng)維護(hù)越好，但工程投資費(fèi)用越大，反之亦然。根據(jù)世界各國(guó)的重載鐵路列車(chē)速度一般在40～80 km/h之間，不超過(guò)120 km/h，本項(xiàng)目經(jīng)技術(shù)方案論證列車(chē)最高速度定為120 km/h(表3)。

大秦線(xiàn)重車(chē)方向運(yùn)營(yíng)最高速度為80 km/h，輕車(chē)方向?yàn)?0 km/h。

表3 各國(guó)部分重載鐵路現(xiàn)狀

2.2 曲線(xiàn)半徑選擇

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)最小曲線(xiàn)半徑400 m即可滿(mǎn)足行車(chē)要求；采用小曲線(xiàn)半徑，鐵路能更好適應(yīng)地形、地貌和地質(zhì)條件的變化，將有利于節(jié)省項(xiàng)目的工程投資；但太小曲線(xiàn)半徑也會(huì)降低列車(chē)速度，影響行車(chē)安全，增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用，增大運(yùn)營(yíng)成本；故本次考慮重載鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，根據(jù)澳大利亞重載鐵路的實(shí)際考察，借鑒國(guó)外重載鐵路的成功經(jīng)驗(yàn)；結(jié)合項(xiàng)目工程具體情況，對(duì)項(xiàng)目平面曲線(xiàn)最小半徑進(jìn)行了綜合分析和研究，對(duì)1 600 m、1 200 m、800 m和600 m的最小曲線(xiàn)半徑進(jìn)行工程數(shù)量和投資比較(表4)。

表4 主要工程數(shù)量及投資估算表

2.2.1 從工程投資上比較

由上表可知，相應(yīng)于600 m方案，800 m投資增加較少，而相應(yīng)于最小曲線(xiàn)半徑1 200 m和1 600 m方案有一定的節(jié)約，故從工程投資上分析800 m的最小曲線(xiàn)半徑能與本段地形較好的適應(yīng)。

2.2.2 從輪軌磨耗上分析

本線(xiàn)為大軸重鐵礦石專(zhuān)用鐵路，重載鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路十分重視輪軌磨耗均勻(均磨)，指曲線(xiàn)內(nèi)外股鋼軌的均勻磨耗為優(yōu)先考慮因素。

內(nèi)外軌磨耗均勻條件的曲線(xiàn)半徑應(yīng)符合下列不等式：

式中：Rsj為舒適與均磨半徑(m)；Vh為重載貨物列車(chē)最高行車(chē)速度(km/h)，與路段設(shè)計(jì)速度相對(duì)應(yīng)，分別取80 km/h、70 km/h、60 km/h、50 km/h；hgy為允許過(guò)超高值(mm)，一般取30 mm，有困難時(shí)取50 mm。

按上式計(jì)算的最小曲線(xiàn)半徑見(jiàn)下表。最小曲線(xiàn)半徑的取值應(yīng)根據(jù)表5滿(mǎn)足各項(xiàng)條件的計(jì)算值確定。

表5 最小曲線(xiàn)半徑的取值依據(jù)

注：表中符號(hào)Rjj為經(jīng)濟(jì)半徑，Rmin為最小圓曲線(xiàn)半徑；hgy為允許欠超高值(mm)，一般取70 mm，困難取90 mm。Hqy為允許欠超高值(mm)，一般取70 mm，困難取90 mm。Hgy為允許過(guò)超高值(mm)，一般取30 mm，困難取50 mm。

綜上所述，根據(jù)工程投資比較及輪軌磨耗計(jì)算，最小半徑在800～1 200 m選取最為合適

2.2.3 運(yùn)營(yíng)維修

大秦重載鐵路采用全年50 d的封閉時(shí)間，對(duì)大秦線(xiàn)進(jìn)行鋼軌大修、道床大機(jī)清篩、成段更換砼軌枕、成組更換道岔、隧道病害整治、更換橋梁病害支座等項(xiàng)施工維護(hù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)大秦重載鐵路重車(chē)方向不同曲線(xiàn)地段鋼軌使用周期及破壞情況如下：

大秦鐵路因設(shè)計(jì)之初技術(shù)等級(jí)較低，最小半徑為400 m，且曲線(xiàn)半徑R≤1 000 m的地段較多，經(jīng)檢查，此部分的鋼軌磨耗嚴(yán)重，大秦鐵路工務(wù)部門(mén)建議最小半徑選取在1 000 m以上，以利于運(yùn)營(yíng)維護(hù)，降低鋼軌磨耗。

澳大利亞Pilbara鐵路所處地形與本項(xiàng)目相似，在平原區(qū)采用最小半徑為1 500 m，在山區(qū)采用最小半徑1 000 m。

綜上所述，考慮兩條重載鐵路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，結(jié)合本線(xiàn)的實(shí)際工程情況以及輪軌磨耗的因素，本次研究推薦最小半徑采用1 200 m，個(gè)別困難地段采用800 m。

3 軌頂潤(rùn)滑技術(shù)

世界各國(guó)重載鐵路為了降低輪軌接觸應(yīng)力和橫向力，在重載鐵路曲線(xiàn)地段進(jìn)行軌頂潤(rùn)滑技術(shù)來(lái)降低列車(chē)的輪軌磨耗。如加拿大QCM鐵路公司有418.4 km線(xiàn)路是曲線(xiàn)，其開(kāi)行的鐵礦石重載列車(chē)經(jīng)常在曲線(xiàn)區(qū)段發(fā)生脫軌事故，2003年7月就發(fā)生28輛車(chē)嚴(yán)重脫軌的事故。此后采用軌頂潤(rùn)滑的技術(shù)，沒(méi)有再發(fā)生曲線(xiàn)脫軌事故。美國(guó)采用兩種軌頂潤(rùn)滑方式，通過(guò)試驗(yàn)，采用道旁潤(rùn)滑裝置，每1 000輛噴油0.35 L，輪軌橫向力下降32%～38%。采用機(jī)車(chē)潤(rùn)滑裝置，2003年7月沒(méi)有潤(rùn)滑時(shí)，輪軌橫向力為90 kN，2003年9月采用一個(gè)噴嘴潤(rùn)滑后，輪軌橫向力降至60 kN，2003年12月采用5個(gè)噴嘴潤(rùn)滑，輪軌橫向力降至40 kN。加拿大CP鐵路采用軌頂潤(rùn)滑管理5年，曲線(xiàn)區(qū)段鋼軌磨耗下降43%～58%，輪軌橫向力降低40%～45%，并節(jié)省燃油1%～3%。本項(xiàng)目在平面曲線(xiàn)地段推薦采用軌頂潤(rùn)滑技術(shù)降低輪軌接觸應(yīng)力和橫向力。

4 結(jié)束語(yǔ)

世界各國(guó)鐵路運(yùn)輸能力的提高主要靠?jī)牲c(diǎn)：一是提高貨物列車(chē)的重量，二是增加行車(chē)密度。中國(guó)重載鐵路提高鐵路運(yùn)輸能力主要是采用提高行車(chē)密度來(lái)提高運(yùn)輸能力；而本次在幾內(nèi)亞重載鐵路則采用提高列車(chē)軸重來(lái)提高列車(chē)的運(yùn)輸能力。使列車(chē)年輸送能力為近期1×108t，遠(yuǎn)期3×108t滿(mǎn)足業(yè)主的要求。作為大軸重重載鐵路的曲線(xiàn)設(shè)計(jì)，是整個(gè)重載鐵路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只有將鐵路曲線(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和研究，使重載鐵路曲線(xiàn)達(dá)到車(chē)軌輪的最佳配合，從而提高列車(chē)的行車(chē)安全，降低列車(chē)和鋼軌的相互磨耗，降低鐵路的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用。

[1] 耿志修．大秦鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[2] 武汛．大秦重載鐵路電務(wù)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

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[4] 朱穎，易思蓉．高速鐵路曲線(xiàn)參數(shù)動(dòng)力學(xué)分析-理論與方法[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011