站位总体设计下曲线站线间距的精确计算

孙立勇

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300142)



站位总体设计下曲线站线间距的精确计算

孙立勇

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

曲线车站线间距的计算是曲线站场设计的一个重要环节。分析站线曲线加宽相关要素之间的关系，推导出站线曲线线间距和缓和曲线长度的精确计算方法，并结合实际数据进行了验证。

站位总体设计曲线站线间距精确计算

随着铁路路网在空间的不断延展，铁路站场设计不再仅仅局限在平原地区。为了适应复杂的地形条件，按照站位总体设计的要求需要进行曲线站场设计，而曲线车站线间距的计算是曲线站场设计一个非常重要的环节，通过分析站线曲线加宽相关要素之间的关系，推导站线曲线线间距和缓和曲线长度的精确计算方法。

1　工程概况

某铁路自山西中南部铁路通道留誉站瓦塘端咽喉区接轨，分轻、重车线分别引出。重车线采用平面引出，轻车线采用立交疏解方式引出；轻车线上跨山西中南部铁路通道后，折向东北与重车线并行引入刘家棱会让站，站内预留汾西荣欣专用线接轨条件；出站后上跨大黄沟折向南，穿越胡家峁隧道，沿留誉川东侧南行，于留誉镇寨子湾村东侧设装车站，装车站末端设置筒仓及装车环线(如图1所示)。

2　站位选择的总体设计

线路所经区域属黄河东岸吕梁山西坡黄土丘陵区，地势东高西低，海拔810～1 050m，一般高差60～160m。区内黄土深切，冲沟发育，上覆厚层黄土，下伏第三系粉质黏土及基岩，冲沟壁出露粉质黏土，基岩以条带状出露于沟谷两侧。

结合现场山脉走势，在考虑线路填挖平衡和限制坡度的原则下，进行留誉川东侧设集运站及西侧设集运站两种站位总体设计综合比选。

2.1留誉川东侧设站方案

留誉集运站站位选择位于留誉川东侧山麓，线路自刘家棱会让站引出后，途径胡家峁、惠家坪，线路转至南，于留誉川东侧设站，曲线半径300m的装车环线设置于站场末端。留誉集运站按货物线兼到发线3条、装车环线1条布置，设置快速定量装车系统装车，满足万吨整列装车条件。此方案线路总长8.78km，设计9座桥梁，长度为1 913m，设计5座隧道，长度4 255m，桥隧之比为70.25%。

图1　留誉集运站工程位置示意

2.2留誉川西侧设站方案

线路沿留誉川西侧山麓行进设置留誉集运站，自刘家棱会让站引出后，途径胡家峁、惠家坪，线路转至南，在佛手寺西侧通过，斜跨贺惠公路，于留誉川西侧设站，曲线半径300m的装车环线设置于站场末端。留誉集运站按货物线兼到发线3条、装车环线1条布置，设置快速定量装车系统装车，满足万吨整列装车条件。该方案线路总长8.78km，设计6座桥梁，长度为1 557m，设计5座隧道，长度为5 250m，桥隧之比为71.65%。

2.3站位选择方案的技术经济指标比选

两比选方案技术经济指标对比情况如表1。

表1　技术经济指标对比

两比选方案优缺点对比分析见表2。

表2　各方案优缺点对比分析

由表1、表2可知，在留誉川东侧设站能有效绕避村庄，降低征拆难度，同时绕避滑坡等不良地质，预估算总额少，优势显著，留誉川东侧设站方案为推荐方案。

3　站场内曲线加宽计算

推荐方案选择留誉川东侧设站方案，站场整体线形依山脉走势而设，需要进行曲线站场设计，计算站线的曲线加宽值。

3.1曲线加宽的计算公式

这里以车体长度C=26m，转向架的中心销距Z=18m为例进行曲线加宽计算。曲线加宽值的计算要考虑两个方面：一方面是曲线内侧加宽(平面加宽与超高加宽之和)，另一方面是曲线外侧加宽。

(1)曲线的内侧加宽W内

由图2可知，ΔAOD与ΔBOD相似，所以

图2　曲线的内侧加宽示意

图3　曲线的外轨超高示意(单位：mm)

(2)曲线的外侧加宽值W外

图4　曲线的外侧加宽示意(单位：m)

3.2曲线要素之间的关系

曲线的内偏移量是通过改变缓和曲线的长度来完成的，缓和曲线长度与内偏移量之间的关系公式如下

式中P——缓和曲线内偏移量；

R——圆曲线的半径；

l——缓和曲线的长度。

图5　站线在正线内侧

图6　站线在正线外侧

3.3曲线加宽的计算方法

根据《站场及枢纽铁路工程设计技术手册》，在设计行车速度为80km/h时，曲线线间距和曲线地段的建筑接近限界加宽值可参考表3。

表3　曲线线间距加宽值

由已知条件查表3可知最小加宽值W，根据曲线加宽中各个要素之间的关系，按照各个曲线为同心圆的原则，利用Excel自编收敛公式，推导站线的曲线线间距、缓和曲线长度。

①当正线为单线时，设计计算公式表格如图7。

图7　曲线加宽值的计算公式(一)

计算过程：首先根据已知条件填写B1、C1、F1、I5、L5所对应曲线要素的数值，在图7中显示为“已知”或“查表”中的内容，然后根据站线与正线的位置关系，参考L5得B5值的初值，接着依据G5所提供的参考值取整填写C5值，判别J5是否大于H5，如果大于则所填C5值有效，反之则均匀增大或者缩小C5值，使得J5>H5，这时第一次试算完成。试算的结果得到了N5，第二次迭代，将N5的数值直接填入B5，C5的取值与第一次同理，这样最终同样可求出N5。循环迭代，下一次计算还是将N5的数值直接填入B5，C5的取值同理，直至B5=N5，最终确定站线曲线半径和缓和曲线长度的精确值，同时满足曲线均为同心圆，达到行车舒适的目的。

假如在正线一侧不只一条站线，设计计算公式表格如图8。

②当正线为双线时，设计计算公式表格如图9。

图8　曲线加宽值的计算公式(二)

图9　曲线加宽值的计算公式(三)

计算过程：位于正线外侧和内侧的站线，分别参照与其相邻的正线进行计算，其他计算过程与正线为单线情况一致。

假如在正线一侧也不只一条站线，公式的编辑可以参照图8，这里不在赘述。

4　计算实例

留誉集运站房设于面向装车环线方向的线路右侧，车站设到发线3条(1道、Ⅱ道、3道)，有效长1 700～1 746m；大里程端设置装车环线1条，有效长3 236m。平面布置如图10。

当R左=1 600m，l左=80m，R右=1 594.85m，l右=110m，h=45mm时，考虑铁路干线上运用电力机车车辆限界高度H=3 850mm，查表3可知最小加宽值W=140mm，根据缓和曲线的参考值和站线半径的初步值进行曲线加宽的第一次计算，计算结果如图11。

由图11分析可知，3、4股道缓和曲线长度的取值可以满足实际加宽的需要，即J5>H5，但是B5≠N5，需要进一步迭代站线的曲线半径，将N5值代入B5，取代站线半径的初步值，进行曲线半径的精确计算，计算结果如图12。

图10　留誉集运站平面布置

图11　第一次曲线加宽计算(一)

图12　第一次曲线加宽计算(二)

由计算结果可知，这时B5=N5，相关要素已经完全匹配成功，只进行了两次计算，大概只需要几十秒钟就可以得出站线曲线半径和缓和曲线长的精确值，满足曲线间均为同心圆的要求。

在留誉集运站勘测设计方案比选的过程中，利用以上计算方法，能在较短的时间内计算出曲线各个要素的精确值，保证了计算结果的准确性，节约了大量的时间，快速完成了站场布置。

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[10]TB10101—2009铁路工程测量规范[S]

[11]TB10012—2004铁路工程地质勘察规范[S]

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

SUN Liyong

2016-05-04

孙立勇(1982—)，男，2007年毕业于兰州交通大学交通运输专业，工程师。

1672-7479(2016)04-0075-06

U212.33+2

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