肯尼亞既有米軌鐵路平面標準研究

李岳汶

（中交鐵道設計研究總院有限公司，北京 100089）

1 肯尼亞既有米軌鐵路情況

1.1 米軌現狀

肯尼亞米軌鐵路缺乏有效的維護管理措施，根據現場調查情況，既有病害大致分為以下五類：（1）既有線線路上垃圾較多，兩側居民侵入用地界，行人任意穿越鐵路，嚴重影響了行車安全。（2）既有線平面線型較差，最小曲線半徑為145m。列車運營缺少養護維修，平面線型扭曲變形，夾直線長度較短的曲線已擬合成復曲線，列車運營速度較低。（3）沿線除主要干線外設置立交道外，大部分公路交叉均為平交道口。平交道口道口硬化以及道口標志破壞嚴重，嚴重影響了行車以及行人安全。（4）沿線缺少標志標牌，部分段落里程樁號用油漆記錄在鋼枕上。（5）工區工務養護維修設備陳舊老化，無法滿足工區工務人員日常養護維修的需求。

1.2 主要存在問題

（1）肯尼亞米軌始建于1891年，標準較低，已不適用于當今社會，無法滿足肯尼亞經濟發展需要（2）米軌標準經過一百多年的發展已產生較大的變化，如采用舊標準不僅會產生較大的工程成本，同時還會增加施工以及后期運營養護維修難度。

2 米軌改造平面標準研究

2.1 線路速度目標值的選擇

肯尼亞米軌設計速度較低，最高設計速度為80km/h，部分地區限速50km/h。因肯尼亞米軌缺少養護維修，目前運營速度僅為30～40km/h，最小曲線半徑為145m。平面線型較差。應根據米軌所在地區以及米軌改造后的功能定位，重新確定速度目標值以及相應的米軌標準。對于內羅畢、納庫魯等城市內可采用80km/h的速度，將米軌改造成城市軌道交通，減緩城市交通壓力。對于察沃公園內可采用40～50km/h的速度，將米軌改造成旅游觀光列車。根據不同速度目標值選擇使用不同曲線半徑。可以有效減少工程投資。

2.2 曲線超高及最小曲線半徑

參考國內軌道規范，行車的穩定性分析公式：

式中：S1為米軌軌距，mm，取S1=1070mm；H為米軌機車車輛重心高度，mm，客車取H=1750mm，貨車取H=2036mm。

當n≥3時，由式（1）可求得最大超高，。考慮其他因素，如風力、車輛不良等，同時參考國標n的取值，米軌改造設定曲線外軌設計最大超高為80mm。檢算其穩定性，當n≥3時可保證有足夠的穩定性系數。

在軌道鋪設完成，列車聯調、聯試結束后，軌道變為固定設施。但列車運營無法按照設計以恒定速度前行，總會大于或小于設計速度，使得超高和行車速度不匹配。因此會產生未被平衡的加速度。參考國內規范，未被平衡的離心加速度a可按如下公式計算：

式中：g為重力加速度，m/s2，取g=9.81m/s2；S1為米軌軌距，mm，取S1=1070mm。

參考中國標準未被平衡的離心加速度容許值a0的取值范圍為0.4～0.5m/s2，欠超高的取值范圍為43.6～54.5mm。考慮安全系數及其他因素影響，米軌改造設定欠超高取值一般條件下為50mm。困難條件下為70mm。過超高與欠超高類似，但應小于欠超高。因此過超高不宜大于50mm。列車行駛過程中，根據力學hj可按如下公式計算：

式中：hj為曲線應設超高，mm；Vj為列車行駛速度，km/h；R為曲線半徑，m。

因列車行駛速度為變值，參考國標，選擇列車平均速度為最高設計速度80%，即Vj=0.8Vmax。可得一般情況下，并取整至5mm。在困難條件下，超高最小值可由如下公式計算得出：

式中：h過為允許過超高，mm；h欠為允許欠超高，mm；Vmax為最高設計速度，km/h；R為曲線半徑，m。

一般情況下， 當h欠=50mm、h過=80mm時，，即為一般情況，最小半徑在不同速度目標值下的計算公式。困難情況下，當h欠=70mm、h過=80mm時，，即為困難情況，最小半徑在不同速度目標值下的計算公式。由公式可得最小曲線半徑如表1所示。

表1 最小曲線半徑

2.3 一般緩和曲線設置標準

肯尼亞米軌平面線型復雜，曲線變形嚴重，由于米軌列車運行在車站處減速，因此當曲線在站場范圍內時，可不設置緩和曲線。其他情況下，緩和曲線根據下列公式并取較大值。（1）根據超高時變率計算緩和曲線長度：

式中：l為緩和曲線長度，m；Vmax為最高設計速度，km/h；h為實設超高，mm；f為旅客舒適容許的超高時變率，mm/s，一般地段取f=28mm/s，困難地段取f=35mm/s。（2）緩和曲線根據超高順坡不致使車輛脫軌計算緩和曲線長度：

式中：l為緩和曲線長度，m；h為實設超高，mm。

2.4 復曲線設置標準

根據肯尼亞米軌現狀參照中國鐵路標準，新建米軌線路不應采用復曲線。改建既有米軌產生較大工程費用時，可經比選保留復曲線，但必須滿足曲率差要求。

當曲線為復曲線時，曲率差應滿足如下公式：

式中：L為列車長度，m，一般取L=21m；i為超高順坡率，；f為旅客舒適容許的超高時變率，mm/s，一般地段取f=28mm/s，困難地段取f=35mm/s；b為欠超高時變率，mm/s，一般地段取b=45mm/s，困難地段取b=52.5mm/s。

2.5 圓曲線和夾直線的設置標準

（1）圓曲線和夾直線的最小長度如表2所示，新建米軌圓曲線和夾直線的最小長度不應小于表2的規定。（2）肯尼亞既有米軌線型較差，當圓曲線和夾直線長度按照表2設計會產生較大工程量時，可不受表2限制，但圓曲線和夾直線的最小長度不得小于20m。

表2 圓曲線和夾直線的最小長度

2.6 線間距設置標準

米軌與米軌之間線間距計算如下：兩列車間的最小間距為350mm，列車橫向影響安全余量150mm。列車線間距為A車限界半寬+0.5m+B車限界半寬。米軌機車限界半寬為1524mm。則雙線線間距為1524+1524+0.5=3548mm。取整至3600mm。米軌與準軌之間線間距計算類似，準軌機車限界半寬為1800mm。區間線路直線地段線間距規定的數值如表3所示。

表3 區間線路直線地段線間距

2.7 橋梁平面設計標準

肯尼亞米軌平面線型復雜，且大多橋梁為明橋面。若橋梁進行重建，平面線型可根據橋梁兩端地形重新設計為直線或選用大半徑曲線。若橋梁進行加固整修，曲線半徑可維持既有現狀進行限速設計。

2.8 車站平面設計標準

米軌車站年久失修，除幾處較大車站外，其余車站僅保留會讓功能。米軌車站改造困難，大部分需重建。肯尼亞米軌改造可根據站間距以及周邊城市發展重新設計。僅對較大車站進行改造升級。車站平面設計標準包括（1）新建米軌車站宜設在直線上；困難條件下必須設在曲線上時，應經過計算后特殊設計。（2）改建既有車站可保留小于600m的曲線半徑。（3）新建車站不應設在反向曲線上。（4）車站咽喉區應設在直線上。

3 結束語

肯尼亞米軌改造不應盲目進行，而應根據社會需求、經濟發展以及環境保護等因素采用不同速度目標值有計劃地分批改造。通過對既有鐵路資產的再利用，實現利用有限的投資帶動肯尼亞城市發展的新浪潮。