淺談窄軌鐵路限界研究的意義

韓志強

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

HAN Zhi-qiang

(China Railway Fifth Survey And Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing102600,China)

1 引言

1.1 概述

鐵路軌距采用1435mm的鐵路稱為標準軌距鐵路，軌距小于1435mm的鐵路稱為窄軌鐵路，反之稱為寬軌鐵路。

1.2 研究的意義

世界鐵路的一個發展方向是統一技術標準以期實現國際聯運。由于歷史原因一些國家同時存在幾種不同軌距的鐵路，未來的鐵路改造計劃仍在謀求鐵路軌距的統一以及和標準軌距鐵路的接軌；各國的高速鐵路輪軌技術的研發，無一例外地選擇了標準鐵路軌距作為統一技術標準。人們認為窄軌鐵路由于自身技術的局限，建設標準低下，世界各國尤其是發達國家早已不加側重，面臨淘汰。

20世紀70年代，繼著名的坦贊鐵路以后，我國越來越多地參與到國際鐵路的建設中，比如隨著我國對外經貿“走出去”的發展戰略，近年來我們參與的大量非洲和東南亞國家鐵路項目如坦贊鐵路、尼日利亞鐵路、越南鐵路、馬來西亞鐵路（米軌）、菲律賓鐵路、印尼鐵路和安哥拉鐵路等，都是采用1067mm軌距鐵路標準。而根據我國對外經貿政策，我國將大幅提升對拉美國家的投資力度。

我國現行頒布的中華人民共和國國家標準（GB）以及鐵道部行業標準（TB）中各類鐵路設計規范僅適用于1435mm標準軌距鐵路建設[1]。國際項目開展初期，如簽定技術合同，我們往往陷入兩難的境地：執行國際通行標準如BS、UIC等，我們了解不深；執行中國標準，我們又沒有。因此在對外承建鐵路項目過程中，迫切需要進一步研究其他國家的窄軌技術，搜集窄軌鐵路的相關資料，整理編制一套較為完整、系統的窄軌鐵路設計規范或原則，以應對國外鐵路勘測設計施工各個環節將面臨的矛盾。

2 限界研究的重要性

鐵路限界標準是鐵路設計中最基礎最重要的技術標準。限界標準也是重要的國際標準和基本的國家標準。鐵路限界標準的確定直接影響包括線橋在內的幾乎所有專業的設計工作，特別是站場專業，鐵路限界標準對站內建筑設備與線路，線路與線路的相對位置距離的確定尤為重要。在我國，限界標準經設計及試驗驗證，通過鐵道部審查最終由國家標準局批準并發布。

3 各國限界比較

限界標準制定和許多因素有關，如線路運營標準、采用機車車輛、行車速度、行車安全系數以及軌道設備的磨耗、容差等。即使采用相同鐵路標準和機車車輛，限界標準仍會存在差異。

通過1067mm軌距鐵路（南非實際軌距為1065mm）較高技術水平的日本和南非兩個國家限界資料得知，日本車輛限界的高×寬=4300mm×3000mm，建筑限界的高×寬=5200mm×3800mm[3]；南非的車輛限界高×寬=3965mm×3050mm，建筑限界的高×寬=6000mm×4920mm[5]。可看出兩國的車輛限界尺寸非常接近，而建筑限界則相差很大，日本有較大的車輛限界高度，而建筑限界卻大大低于南非標準；限界寬度的情況也比較類似。對此我們需要從兩個方面來討論這個問題。

對于限界凈空高度的確定，涉及的專業廣泛而復雜，需要納入系統研究的范疇。某些時候凈空高度標準的制定更多地牽涉了工程經濟學的考量。各國標準差異很大，不同的線路在是否要求電化、是否預留雙層集裝箱列車或開行其他超高特種車輛也多爭執不下。凈空高度限界問題本身已超越了純技術的研究范圍，這個問題涉及的專業廣泛，本文將不進行深度研究。

對于建筑限界寬度，日本建筑限界半寬為1900mm，南非為2460mm，相應的建限與車限間隙余量日本為400mm，南非為935mm。這個差異是非常大的，英國的研究發現，列車直線運行在最不利工況下（組合磨耗等），車體上部擺動量會超過250mm[6]。因此上述差異反映出所在國對于行車安全、制造技術（包括機車車輛的制造技術）、經濟性等綜合因素的考量。較小的間隙余量一方面節省了更多的空間進而節約更大的建設成本；同時，必須具備完善的制造工藝、精準的檢測和維修手段做保障，否則將無法確保行車安全。本次研究，對于制造技術和管理水平都較高的日本鐵路，宜加強比較分析。

表1是不同軌距的一些國家鐵路車輛限界和建筑限界以及相差的間隙余量比較表。

表1 各國鐵路限界比較表 單位：m

注：①限界寬度為軌面以上2.5m處的寬度值；

②*為1950年頒發，目前為曲線運動包跡概念取代[4]；

③**為建筑限界為普速鐵路建筑接近限界。

以上可以看出，相同軌距以及不同軌距的各國車輛限界和建筑限界變化范圍是比較大的。實際上，限界標準的制定是一個非常復雜的問題。

4 建筑限界的加寬

線路曲線加寬是一個純幾何問題。區間及站內曲線，各相臨線路中心線間水平距離，以及線路中心與建筑物邊緣的水平距離應根據曲線半徑大小予以加寬[2]。

一般各種軌距鐵路均可采用以下公式：

①曲線內側建筑物加寬公式（單位：mm）

式中，C：轉向架中心距；L：計算機車輛的車體長度；R：曲線半徑；h：計算高度；s：外軌超高；G：鋼軌中心距（軌距與軌頭寬度之和）。

②曲線外側建筑物加寬公式（單位：mm）

5 結語

受鐵路技術高速發展的影響，高速列車、擺式列車、寬體和超長車輛以及重載超高車輛的出現，現代限界研究已經不再局限于車輛限界、裝載限界和建筑限界等單一模式的研究，隨著對空氣動力學、列車穩定性、車輛制造和鐵路維修技術的認識，靜態車輛輪廓、運動包跡以及運動曲線包跡等概念也經常被采用。

綜上所述，對于1067mm窄軌鐵路限界問題的研究基本上可得出如下結論：①注重前瞻性和統一的技術標準。對于非洲鐵路，一些國家準備修復的鐵路多互相孤立自成系統，但是從路網發展的長遠考慮，在限界設計時須注意和周邊鄰國以及非洲大陸主流鐵路限界相適應，適當采用較寬的限界和間隙余量值，避免形成路網后，成為未來的鐵路聯運的障礙。②重視所在國鐵路現狀。我們面對的是鐵路技術水平相對落后的非洲、東南亞一些發展中國家，許多鐵路為技改項目，有的國家運營的機車車輛分別購置于五、六個國家。因此車輛限界也應適度放寬標準，設計中通過橫向比較，考慮維持既有鐵路現狀，滿足運營要求為原則。③運營安全是關鍵。非洲國家鐵路養護維修水平極低，在制定限界標準上宜充分考慮車輛輪對、鋼軌的磨耗甚至失效等不利狀況，確保安全。