铁路工程技术标准

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铁路工程技术标准是指对铁路建筑物和设备的类型、功能、规模等所作的技术规定。因为铁路科学技术在不断地发展,铁路工程技术标准也在逐步更新。铁路工程技术标准主要有铁路等级、轨距、坡度、曲线半径、限界、到发线有效长、洪水频率、标准活载等。
中文名
铁路工程技术标准
阐    述
对铁路建筑物等所作的技术规定
类    别
技术规定
相    关
铁路工程
对铁路建筑物和设备的类型、功能、规模等所作的技术规定。一条铁路的工程技术标准,是根据这条铁路的经济意义及其在铁路网中的作用,并考虑这条铁路的发展以及同相邻铁路的配合关系等条件来确定的。一次建成后不易扩建、改建的建筑物和设备如路基、桥梁、隧道等,其技术标准应按远期运输需要来确定;随着发展的需要,可以逐步扩建、改建的建筑物和设备如房屋、轨道等,其技术标准可按近期运输需要来确定。
因为铁路科学技术在不断地发展,铁路工程技术标准也在逐步更新。铁路工程技术标准主要有铁路等级、轨距、坡度、曲线半径、限界、到发线有效长、洪水频率、标准活载等。
铁路等级根据铁路的运输能力和在铁路网中的作用等,对铁路所划定的级别。中国1975年制定的《铁路工程技术规范》中规定,中国铁路分为 3级。其中Ⅰ级铁路是在全国铁路网中起骨干作用的铁路;Ⅱ级铁路是在全国铁路网中起联络、辅助作用的铁路;Ⅲ级铁路是为某一地区服务的铁路。
轨距铁路轨道两股钢轨头部内侧之间的最短距离。铁路工程技术标准规定:标准轨距为1435毫米。轨距大于或小于标准轨距的分别称为宽轨距和窄轨距。轨距测量法各国也有明确规定,中国规定在钢轨顶面下16毫米处测量,美国和一些欧洲国家规定在轨顶面下 5/8英寸(约16毫米)处测量。
坡度铁路区段内在规定的行车速度下对机车牵引重量起限制作用的坡度,即一个一定类型的机车,牵引一定重量的列车在上坡道上能够以“计算速度”运行的最大坡度,称为该线的限制坡度。限制坡度对于线路走向、线路长度、车站分布、工程投资、输送能力和运营指标等都有决定性的影响,是关系线路全局的主要技术标准之一。这项标准是在全面分析了全国的自然条件、机车类型、路网构成、运量发展、投资效益的基础上,本着满足运量、适应地形、注意协调的原则制定的。设计铁路时,究竟采用哪个限坡数值,则需根据各条铁路的具体情况(运量需要、自然条件、牵引动力、投资效益等)拟出各种可能的方案,经过综合比较确定。
统一列车重量(牵引定数)可以避免列车换重作业,加速机车、车辆的周转,有利于提高运输效率。所以在确定干线铁路的限制坡度时,应考虑同邻接干线牵引定数的统一协调。在较长的铁路上,如果地形难易程度差别较大,采用同一限制度坡会增大工程投资时,可采用多机坡度(多机坡度通常是线路中的最大坡度),或经过技术经济比较将线路划分为若干区段,选用不同的限制坡度,并以调整机车类型等办法协调牵引定数,或在一个编组站换重、改编。在改建既有线和增建第二线时,限制坡度的大小还应根据运输要求,并结合既有线的特点来确定。超过限制坡度地段,是采用落坡,还是加强牵引动力,或是二者兼用,应进行经济比较确定。中国、苏联、美国和联邦德国采用的限制坡度或最大坡度的数值见表1。
曲线半径铁路平面的中心线,由直线和曲线(圆曲线及缓和曲线)组成。曲线设置在两相邻直线间。列车以一定速度通过曲线时,为了列车的安全,曲线最大外轨超高和未被平衡的离心加速度应受限制。当列车以求得的“平衡速度”通过曲线时,能够保证列车安全、稳定的圆曲线半径的最低限值,称为铁路的最小曲线半径。
最小曲线半径对于行车的安全和稳定影响甚大,并直接影响铁路建筑费和运营费,是线路主要技术标准之一。因此,在制定这项技术标准时,要本着保证行车安全,有利于线路维修和合理节约投资的原则,并区别不同运量和不同地形情况进行制定。至于设计铁路时究竟采用哪个标准,则需综合考虑运量和行车速度,以及地形和地质等情况,拟出不同方案,经比选确定。一般说来,采用较小的曲线半径,能较好地适应自然条件,减少工程费用,但线路平面条件恶化,钢轨磨耗增大,不利于列车运行,不利于维修养护。如采用较大的曲线半径,则将增大建筑费用,而线路平面较为平顺,维修养护较易。
在既有线改造中,虽然原有标准低,不能适应运输要求,但按新线标准改造又有困难,且费用很高,因此往往保留某些原来的标准,以期最大程度地利用既有建筑物。
中国、苏联、联邦德国对于铁路规定的最小曲线半径如表2。
限界为了保证机车车辆的安全运行和铁路建筑物不受损害,需要规定几种横断面的轮廓尺寸,以约束机车车辆的构造外型尺寸和建筑物设备的位置,这种规定称为铁路限界。可分为机车车辆限界和建筑接近限界。机车车辆限界规定了制造机车、车辆和各种“轨行机械”的最大轮廓尺寸,也规定了货物装载尺寸。建筑接近限界规定了铁路各种建筑物修建时不得侵入的轮廓尺寸。机车车辆限界和建筑物接近限界之间应留有一定空隙,这是考虑线路养护误差及列车运行时车体震动所必需的。
中国在1949年以后,考虑了既有线的具体情况和新建改建铁路发展的需要,规定了国家统一的限界标准。1956年,随着货运量的增加,超限货物尺寸的增大,电气化铁路的修建,以及国际联运的要求,对限界标准进行了修改。1984年10月,正式颁发标准轨距铁路机车车辆限界和建筑接近限界的标准,并列为国家标准。
到发线有效长到发线是站线的一种,是供列车到达或出发使用的线路。到发线供列车停留而又不妨碍邻线行车或调车的长度,称为到发线有效长。一条铁路线路的到发线有效长应根据这条铁路的等级、输送能力和所处的地形,并考虑与相邻区段到发线有效长的配合等因素决定。此外,一条铁路线路的旅客列车和货物列车的到发线有效长也往往不同。如中国铁路旅客列车到发线有效长一般为450~500米,远期为600米。货物列车到发线有效长采用的标准有1050、850、750、650、550米。
洪水频率根据数理统计原理,推算一定大小的洪水在任何一年会发生的概率,常以分数 1/T来表示。例如,设计洪水频率为 1/100,则其含义是建筑物在未来使用期内,每年因出现等于或大于该设计洪水从而使建筑物的安全程度达到或低于设计情况的可能性为1%。
采用哪一种洪水频率作为设计依据,应根据建筑物的重要性、经济性以及建筑物的安全、寿命等因素来确定。用洪水频率设计可以使桥梁接近同等强度。但由于洪水频率是数理统计计算的,所以一般设计规范除采用洪水频率外,还考虑实际发生过的最大洪水。
根据历史最高洪水位来推算流量有时是不经济的,同样由于水文资料不足,由历史最高洪水推算流量也可能偏小。因此,在设计时,还需运用必要的工程判断。
苏联在1936年以前是按历史最高洪水位和相应流量来设计建筑物的,1937年才开始采用一定频率的洪水进行设计。历年的苏联铁路设计技术规范中,都有关于洪水频率的规定。
中国在1950年以前,铁路建筑物也以历史最高洪水位和相应流量设计,但保留了较大的安全量。1950年制定的桥涵设计规程开始采用洪水频率这一概念,后经几次修改,最后根据各方面使用经验及发现的问题,于1974年的《铁路工程技术规范》规定洪水频率如表3。
标准活载在铁路桥梁和线路建筑物设计中,要考虑各种可能产生的外力作用,其中主要外力之一就是列车的活载。但是铁路上使用的机车车辆类型繁杂,车列组合形式也不尽相同,因此需要制定一种有代表性的车列组合,作为设计的依据,这种特定车列组合所形成的活载,就称为标准活载。标准活载是根据机车、车辆的轴重、轴距及列车的组合形式制定出来的,它必须符合安全和经济的原则,并力求形式简单,计算方便。
美国库珀根据两台 2-8-0蒸汽机车轴重和轴距排列形式,于1880年提出库珀氏E活载图式(图1)。
图中E表示活载等级。美国至今仍用库珀氏E活载图式,只是根据运输发展的需要和各个时期活载的发展而修改数值,最初使用E-30,到1964年北美铁道工程协会(A.R.E.A)把活载提高到E-80。
苏联1931年制订HK活载图式,如图2所示。
图中 K表示活载等级,可按线路级别、运量和结构物类型采用不同活载等级。1956年苏联标准轨距铁路桥涵设计技术规范(TyIIM-56)采用K值如表4。
1962年苏联铁路、公路、城市道路桥涵设计技术规范(CH200-62)荷载标准改为CK制,按承载长度和影响线顶点位置根据经验公式定出换算均布荷载进行设计,对永久性桥梁采用K=14,对木桥采用K=10。
英国、联邦德国、法国、日本都制定有活载标准。中国早期修建的铁路,一般采用美国的E-50或E-40或其他国家的标准,没有统一的标准活载。1936年首次制定了中华级荷载制,中华20级相当于库珀E-50。1951年开始制定中华人民铁道标准活载,即“中-E 活载”。1974年将“中-E 活载”改为“中-活载”,其图式如图3。
国际铁路联盟(UIC)的活载图式如图4。
为了统一全国铁路的技术标准,加快设计进度和保证设计、施工及运营的质量,中国铁路曾制定标准设计图,其中包括线路、轨道、路基、桥梁、涵洞、隧道、站场、房屋、电力、给排水、机车车辆和机械设备以及通信信号等标准设计图。轨道包括不同重量的钢轨断面及其联结扣件;路基包括不同等级铁路在不同土质的填挖方断面和挡土墙;桥涵包括不同材料、不同结构、不同形式、不同跨度的梁部结构、桥梁墩台和涵洞;隧道包括电气化铁路和非电气化铁路断面、不同土质的衬砌断面等;站场则包括会让站、中间站等的股道布置;房屋包括各种类型车站的站房和沿线作业房屋等。这些标准设计图是经过广泛的调查研究和方案的技术经济比较选定的,对铁路建设和铁路新技术的发展起了重要作用。
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