站位總體設(shè)計(jì)下曲線站線間距的精確計(jì)算

孫立勇

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300142)

?

站位總體設(shè)計(jì)下曲線站線間距的精確計(jì)算

孫立勇

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142)

曲線車站線間距的計(jì)算是曲線站場(chǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。分析站線曲線加寬相關(guān)要素之間的關(guān)系，推導(dǎo)出站線曲線線間距和緩和曲線長(zhǎng)度的精確計(jì)算方法，并結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

站位總體設(shè)計(jì)曲線站線間距精確計(jì)算

隨著鐵路路網(wǎng)在空間的不斷延展，鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)不再僅僅局限在平原地區(qū)。為了適應(yīng)復(fù)雜的地形條件，按照站位總體設(shè)計(jì)的要求需要進(jìn)行曲線站場(chǎng)設(shè)計(jì)，而曲線車站線間距的計(jì)算是曲線站場(chǎng)設(shè)計(jì)一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，通過(guò)分析站線曲線加寬相關(guān)要素之間的關(guān)系，推導(dǎo)站線曲線線間距和緩和曲線長(zhǎng)度的精確計(jì)算方法。

1　工程概況

某鐵路自山西中南部鐵路通道留譽(yù)站瓦塘端咽喉區(qū)接軌，分輕、重車線分別引出。重車線采用平面引出，輕車線采用立交疏解方式引出；輕車線上跨山西中南部鐵路通道后，折向東北與重車線并行引入劉家棱會(huì)讓站，站內(nèi)預(yù)留汾西榮欣專用線接軌條件；出站后上跨大黃溝折向南，穿越胡家峁隧道，沿留譽(yù)川東側(cè)南行，于留譽(yù)鎮(zhèn)寨子灣村東側(cè)設(shè)裝車站，裝車站末端設(shè)置筒倉(cāng)及裝車環(huán)線(如圖1所示)。

2　站位選擇的總體設(shè)計(jì)

線路所經(jīng)區(qū)域?qū)冱S河?xùn)|岸呂梁山西坡黃土丘陵區(qū)，地勢(shì)東高西低，海拔810～1 050m，一般高差60～160m。區(qū)內(nèi)黃土深切，沖溝發(fā)育，上覆厚層黃土，下伏第三系粉質(zhì)黏土及基巖，沖溝壁出露粉質(zhì)黏土，基巖以條帶狀出露于溝谷兩側(cè)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)山脈走勢(shì)，在考慮線路填挖平衡和限制坡度的原則下，進(jìn)行留譽(yù)川東側(cè)設(shè)集運(yùn)站及西側(cè)設(shè)集運(yùn)站兩種站位總體設(shè)計(jì)綜合比選。

2.1留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案

留譽(yù)集運(yùn)站站位選擇位于留譽(yù)川東側(cè)山麓，線路自劉家棱會(huì)讓站引出后，途徑胡家峁、惠家坪，線路轉(zhuǎn)至南，于留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站，曲線半徑300m的裝車環(huán)線設(shè)置于站場(chǎng)末端。留譽(yù)集運(yùn)站按貨物線兼到發(fā)線3條、裝車環(huán)線1條布置，設(shè)置快速定量裝車系統(tǒng)裝車，滿足萬(wàn)噸整列裝車條件。此方案線路總長(zhǎng)8.78km，設(shè)計(jì)9座橋梁，長(zhǎng)度為1 913m，設(shè)計(jì)5座隧道，長(zhǎng)度4 255m，橋隧之比為70.25%。

圖1　留譽(yù)集運(yùn)站工程位置示意

2.2留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站方案

線路沿留譽(yù)川西側(cè)山麓行進(jìn)設(shè)置留譽(yù)集運(yùn)站，自劉家棱會(huì)讓站引出后，途徑胡家峁、惠家坪，線路轉(zhuǎn)至南，在佛手寺西側(cè)通過(guò)，斜跨賀惠公路，于留譽(yù)川西側(cè)設(shè)站，曲線半徑300m的裝車環(huán)線設(shè)置于站場(chǎng)末端。留譽(yù)集運(yùn)站按貨物線兼到發(fā)線3條、裝車環(huán)線1條布置，設(shè)置快速定量裝車系統(tǒng)裝車，滿足萬(wàn)噸整列裝車條件。該方案線路總長(zhǎng)8.78km，設(shè)計(jì)6座橋梁，長(zhǎng)度為1 557m，設(shè)計(jì)5座隧道，長(zhǎng)度為5 250m，橋隧之比為71.65%。

2.3站位選擇方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選

兩比選方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比情況如表1。

表1　技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

兩比選方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析見(jiàn)表2。

表2　各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

由表1、表2可知，在留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站能有效繞避村莊，降低征拆難度，同時(shí)繞避滑坡等不良地質(zhì)，預(yù)估算總額少，優(yōu)勢(shì)顯著，留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案為推薦方案。

3　站場(chǎng)內(nèi)曲線加寬計(jì)算

推薦方案選擇留譽(yù)川東側(cè)設(shè)站方案，站場(chǎng)整體線形依山脈走勢(shì)而設(shè)，需要進(jìn)行曲線站場(chǎng)設(shè)計(jì)，計(jì)算站線的曲線加寬值。

3.1曲線加寬的計(jì)算公式

這里以車體長(zhǎng)度C=26m，轉(zhuǎn)向架的中心銷距Z=18m為例進(jìn)行曲線加寬計(jì)算。曲線加寬值的計(jì)算要考慮兩個(gè)方面：一方面是曲線內(nèi)側(cè)加寬(平面加寬與超高加寬之和)，另一方面是曲線外側(cè)加寬。

(1)曲線的內(nèi)側(cè)加寬W內(nèi)

由圖2可知，ΔAOD與ΔBOD相似，所以

圖2　曲線的內(nèi)側(cè)加寬示意

圖3　曲線的外軌超高示意(單位：mm)

(2)曲線的外側(cè)加寬值W外

圖4　曲線的外側(cè)加寬示意(單位：m)

3.2曲線要素之間的關(guān)系

曲線的內(nèi)偏移量是通過(guò)改變緩和曲線的長(zhǎng)度來(lái)完成的，緩和曲線長(zhǎng)度與內(nèi)偏移量之間的關(guān)系公式如下

式中P——緩和曲線內(nèi)偏移量；

R——圓曲線的半徑；

l——緩和曲線的長(zhǎng)度。

圖5　站線在正線內(nèi)側(cè)

圖6　站線在正線外側(cè)

3.3曲線加寬的計(jì)算方法

根據(jù)《站場(chǎng)及樞紐鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)》，在設(shè)計(jì)行車速度為80km/h時(shí)，曲線線間距和曲線地段的建筑接近限界加寬值可參考表3。

表3　曲線線間距加寬值

由已知條件查表3可知最小加寬值W，根據(jù)曲線加寬中各個(gè)要素之間的關(guān)系，按照各個(gè)曲線為同心圓的原則，利用Excel自編收斂公式，推導(dǎo)站線的曲線線間距、緩和曲線長(zhǎng)度。

①當(dāng)正線為單線時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算公式表格如圖7。

圖7　曲線加寬值的計(jì)算公式(一)

計(jì)算過(guò)程：首先根據(jù)已知條件填寫(xiě)B(tài)1、C1、F1、I5、L5所對(duì)應(yīng)曲線要素的數(shù)值，在圖7中顯示為“已知”或“查表”中的內(nèi)容，然后根據(jù)站線與正線的位置關(guān)系，參考L5得B5值的初值，接著依據(jù)G5所提供的參考值取整填寫(xiě)C5值，判別J5是否大于H5，如果大于則所填C5值有效，反之則均勻增大或者縮小C5值，使得J5>H5，這時(shí)第一次試算完成。試算的結(jié)果得到了N5，第二次迭代，將N5的數(shù)值直接填入B5，C5的取值與第一次同理，這樣最終同樣可求出N5。循環(huán)迭代，下一次計(jì)算還是將N5的數(shù)值直接填入B5，C5的取值同理，直至B5=N5，最終確定站線曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)度的精確值，同時(shí)滿足曲線均為同心圓，達(dá)到行車舒適的目的。

假如在正線一側(cè)不只一條站線，設(shè)計(jì)計(jì)算公式表格如圖8。

②當(dāng)正線為雙線時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算公式表格如圖9。

圖8　曲線加寬值的計(jì)算公式(二)

圖9　曲線加寬值的計(jì)算公式(三)

計(jì)算過(guò)程：位于正線外側(cè)和內(nèi)側(cè)的站線，分別參照與其相鄰的正線進(jìn)行計(jì)算，其他計(jì)算過(guò)程與正線為單線情況一致。

假如在正線一側(cè)也不只一條站線，公式的編輯可以參照?qǐng)D8，這里不在贅述。

4　計(jì)算實(shí)例

留譽(yù)集運(yùn)站房設(shè)于面向裝車環(huán)線方向的線路右側(cè)，車站設(shè)到發(fā)線3條(1道、Ⅱ道、3道)，有效長(zhǎng)1 700～1 746m；大里程端設(shè)置裝車環(huán)線1條，有效長(zhǎng)3 236m。平面布置如圖10。

當(dāng)R左=1 600m，l左=80m，R右=1 594.85m，l右=110m，h=45mm時(shí)，考慮鐵路干線上運(yùn)用電力機(jī)車車輛限界高度H=3 850mm，查表3可知最小加寬值W=140mm，根據(jù)緩和曲線的參考值和站線半徑的初步值進(jìn)行曲線加寬的第一次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖11。

由圖11分析可知，3、4股道緩和曲線長(zhǎng)度的取值可以滿足實(shí)際加寬的需要，即J5>H5，但是B5≠N5，需要進(jìn)一步迭代站線的曲線半徑，將N5值代入B5，取代站線半徑的初步值，進(jìn)行曲線半徑的精確計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖12。

圖10　留譽(yù)集運(yùn)站平面布置

圖11　第一次曲線加寬計(jì)算(一)

圖12　第一次曲線加寬計(jì)算(二)

由計(jì)算結(jié)果可知，這時(shí)B5=N5，相關(guān)要素已經(jīng)完全匹配成功，只進(jìn)行了兩次計(jì)算，大概只需要幾十秒鐘就可以得出站線曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)的精確值，滿足曲線間均為同心圓的要求。

在留譽(yù)集運(yùn)站勘測(cè)設(shè)計(jì)方案比選的過(guò)程中，利用以上計(jì)算方法，能在較短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出曲線各個(gè)要素的精確值，保證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，節(jié)約了大量的時(shí)間，快速完成了站場(chǎng)布置。

[1]侯福國(guó)，曾樹(shù)古.京津客運(yùn)專線曲線軌距加寬條件的研究[J].鐵道建筑，2006(8)

[2]張義軍.鐵路站場(chǎng)專用線曲線的優(yōu)化[J].鐵道勘察，2005(11)

[3]鐵路軌道曲線正矢計(jì)算新方法研究[J].鐵道勘察，2012(6)

[4]周兵和.鐵路曲線限界加寬研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(4)

[5]侯江波，衣永亮.鐵路緩和曲線的設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2012(10)

[6]王磊，孟凡鐵.地鐵線路同心圓設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2013(7)

[7]王祖華.鐵路緩和曲線代數(shù)式方程的通用設(shè)計(jì)方法[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011(2)

[8]中華人民共和國(guó)鐵道部.GB50091—2006鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006

[9]TB10601—2009高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S]

[10]TB10101—2009鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S]

[11]TB10012—2004鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

Under the Station Position Overall Design Line Spacing of the Curve Station Accurate Calculation

SUN Liyong

2016-05-04

孫立勇(1982—)，男，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)04-0075-06

U212.33+2

B