最小曲线半径

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最小曲线半径是铁路上常用的技术标准,非专业的场合也称为‘转弯半径’,其意义等于几何学上的曲线半径。这个数字的倒数能够反映曲线的弯曲程度,即曲率。在铁路上提到这个参数时一般是指水平面上的弯道,对于竖直投影是直线而实际上铁路处于坡道上面的情形,使用坡度来衡量
中文名
最小曲线半径
外文名
Minimum curve radius
性    质
常用的技术标准
特    点
由于离心力作用向弯道的外侧产生
其他制约
缓和曲线和夹直线的长度
适用学科
交通工程

最小曲线半径高速铁路的最小曲线半径

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因列车在高速通过弯道时由于离心力作用向弯道的外侧产生横向力,会对钢轨产生挤压,外翻。(参看:2008年胶济铁路列车相撞事故),为了保证列车的行驶安全,在铁路的设计和建造时,国家《修规》对不同速度等级的铁路规定 [1]  了车辆可以安全通过的圆曲线的最小半径,就是线路的最小曲线半径。高速铁路和平原地区干线铁路一般比较平直,用较大的曲线半径;山区铁路、工厂支线、车辆段道岔的咽喉区、编组站、城市地铁等受地形的制约较大的地段,只能使用较小的曲线半径,列车必须限速通过。
较大的最小曲线半径的铁路线路的例子
京津城际铁路,最小曲线半径:5500m,最大纵坡:20‰。
台湾高速铁路,最小曲线半径:6250m,最大纵坡:35‰。
较小的最小曲线半径的铁路线路的例子
阿里山森林铁路,最小曲线半径:40m。
上海轨道交通4号线,最小曲线半径:150m~300m。
广州地铁5号线,最小曲线半径:260m。

最小曲线半径城市地铁车辆段的最小曲线半径

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最小曲线半径既有车辆段内最小曲线半径设置情况

车辆段内设置曲线的地方主要在咽喉区岔群、试车线、灯泡线等,分析国内外车辆段最小曲线半径的选择,对车辆段最小曲线半径并无统一的标准。
1992、1999年地铁设计规范及建设标准中关于车辆段最小曲线半径的标准主要是以北京地铁1号线的建设、运营经验和数据分析为基础的,反映了我国20世纪七八十年代的城市建设、车辆及钢轨发展水平的综合结果。20世纪七八十年代,我国地铁工程借鉴国外建造经验,选取的曲线半径较小,车辆段制造水平低,钢轨材质较差,对钢轨磨耗影响评估不足。随着经济技术水平的不断提高,如今车辆段最小曲线半径标准提高,主要因为考虑列车通过曲线带来的噪声和磨耗,适当提高曲线半径有助于降低营运成本。
美国、日本、法国等国地铁车辆段并无统一的最小曲线半径标准。纽约地铁最小曲线半径为107 m,芝加哥和波士顿地铁为100 m;东京、大阪等城市地铁最小曲线半径大部分不足200 m ;巴黎地铁最小曲线半径仅为75 m 。

最小曲线半径车辆段最小曲线半径影响因素

车辆段最小曲线半径的确定,是综合考虑车辆的转向架型式、工程的可实施性,工程与运营的经济性、环境影响等各个方面平衡的结果。主要包括以下几个方面:
1)车辆的转向架型式
转向架是地铁车辆的重要技术部件,它除了发挥支承、导向和隔振等重要作用外,还要起传递牵引力和制动力的作用,对车辆的运行性能起着决定性的作用。
转向架本身的结构、悬挂参数等对地铁车辆系统的轮对横移量、轮对摇头角、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等有很大的影响。也就是说转向架的型式制约着地铁车辆所能通过的最小曲线半径。
2)工程的可实施性
车辆段设计和施工中,任何小半径曲线均可实施,一般来说影响最小曲线半径的因素主要有征地拆迁和接触网(接触轨)两种。
以广州地铁5号线鱼珠车辆段为例,其库外轨道最小曲线半径为65 m,直线段接触网支柱侧面限界为2300 mm;曲线段,受线路条件所困,为增大支柱侧面限界,需采用小250 mm支柱作为门形架中间支柱,经过计算该区域支柱侧面限界最小为2125 mm即可满足要求。此外由于曲线半径太小,原接触网悬挂方案虽可以保证将接触线高度调整至机车受电弓工作范围,但却超过了接触线设计高度,这可能导致接触网和受电弓基础压力不够,在瞬间可能发生弓网分离(“离线”状态),其后果是使列车工作电流时断时续,时大时小,运行发生异常。综上,最小曲线半径会影响车辆段接触网施工难度,并直接影响弓网关系。
3)工程和运营的经济性
较小的曲线半径,能够更好地适应地形、地质等外部条件的约束。随着城市的快速发展,车辆段基地周边可能存在较多建筑物,其对车辆段选址形成较大约束。此外,一些需要保护的古树、古迹,大中型市政管、高压线以及其他特殊类型构筑物也在一定程度上影响车辆段的选址,某些情况下,这些因素决定着车辆段选址能否成立。曲线半径可灵活运用,合理规避不必要的征地和拆迁,从而达到节省工程投资的目的。但是,选择曲线半径较小,也意味着增加线路长度、加大维护保养工作量或者改变钢轨材质而引起投资费用增加。
此外,轨道交通轮轨系统的反复相互作用引起了轮轨磨耗,轮轨磨耗不仅造成金属的大量浪费,还增加了线路的养护维修成本,降低了车轮和轨道的可靠性,尤其是曲线半径越小,钢轨的磨耗越严重,钢轨更换周期越短。
4)环境对曲线半径的高要求
车辆段内由于不载客运行,因此不存在旅客舒适度的要求。但是,地铁列车在通过小半径曲线时,车轮相对于钢轨产生横向滑动,往往要发出尖啸的噪声。2001年8月22日,德国SIEMENS公司在广州地铁1号线对地铁车辆的振动进行检测,结果表明,上行线长寿路一陈家祠区间小半径曲线垂向振动加速度最大值达37 m/s2,而无波磨地段垂向振动加速度最大值达15 m/s2。严重的波磨引起地铁车辆的剧烈运动,发出尖啸的噪声。
地铁车辆段物业开发是未来地铁车辆段建设的趋势,列车通过较小曲线半径往往会加剧车轮与钢轨的碰撞,从而产生较大的噪声,影响车辆段物业开发的品质,甚至车辆段周边居民正常生活。

最小曲线半径铁路车辆的最小曲线半径

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铁路车辆由于受转向架上前后两个轮之间距离的制约,弯度过急的线路是无法通过的。铁路车辆能够通过的曲率最大的圆曲线的最小半径,就是车辆的最小曲线半径
这种情况在一个转向架上有多个轴的铁路机车上尤为明显,如Co-Co轴式的机车适合跑平直高速干线。相对而言,同为六轴的Bo-Bo-Bo轴式的铁路机车更适合跑小弯道、大坡度的山区铁路。
较大的最小曲线半径的铁路车辆的例子
较小的最小曲线半径的铁路车辆的例子

最小曲线半径其他制约

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除了最小曲线半径和最大纵坡以外,列车通过的速度还受到缓和曲线夹直线的长度的制约。
参考资料
  • 1.    赵志松. 高速铁路最小曲线半径研究[J]. 路基工程,2008,(01):81-83.
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