中国高铁速度之谜

中国高铁速度之谜 中國高鐵速度之謎 ——需要超高:mm:,11.8×速度:km/h:×速度:km/h:?曲線半徑:m: 高速車的需要超高,實設超高,欠超高 低速車的需要超高,實設超高,過超高 欠超高,過超高,高速車的需要超高,低速車的需要超高 列車通過曲線時,產生向外甩的不平衡狀況。為了抵消掉此狀況,將軌道設置為外軌高於內軌一定的數值,此數值稱為需要超高。在同一曲線上,高速車的需要超高大,低速車的需要超高小。因此,通常實際設置的超高值根據線路性質分側重地取為合適的中間值,稱為實設超高。 高速車的需要超高減去實設超高為欠超高,實設超高減去低速車的需要超高為過超高。欠超高反映高速車實際向外甩的程度,過超高反映低速車實際向內壓的程度, 二者都受限於乘客可承受度:客車對線路破壞小,線路可承受度高於乘客可承受度:,貨車還受限於線路可承受度,需符合國家標準。二者還互為牽制,曲線的高、 低速度和曲線半徑確定後,欠超高與過超高之和為定值,欠超高小則過超高大,欠超高大則過超高小。 只通行客車的鐵路,曲線上最大實設超高為175 mm:有砟軌道限170 mm:,其他雙線鐵路為150 mm。實設超高值為5 mm的整數倍。 ——超高變化率:mm/s:,實設超高:mm:?緩和曲線長度:m:×速度:m/s: 列車從直道進入曲線或從曲線進入直道時,超高是在直道的零數值和曲線的超高值間轉化的,反映超高的轉化激烈程度用超高變化率:單位時間的超高增減:示,其最大允許值:指乘客可承受度,線路可承受度是高於乘客可承受度的:需符合國家標準。 彎道線路外軌所在平面與直道線路所在平面有一個高度差:超高值:,將兩處線路平緩鏈結起來的過渡線路是一種特殊形狀曲線,稱為緩和曲線。緩和曲線長度值需符合國家標準。完工後緩和曲線長度難以變動。 ——最高速度(m/s),最大允許超高變化率?實設超高×緩和曲線長度 最高速度^2,:實設超高,最大允許欠超高,最大擺動超高:×曲線半徑?11.8 影響預留最高速度的因素由上面兩式概括。最大允許欠超高:按80 mm:、最大允許超高變化率:按36 mm/s:受制於可承受度,暫看作不變數:可適當調高,但引發舒適度下降:。 完工後提速只有擺式車和改線兩種方法。第二個裏有一個最大擺動超高彌補超高的不足:未來可以採用擺式車,提供擺動超高,用以抵消部分需要超高:。改線 又分小改和大改。小改就是調整實設超高,需暫時停運半年:無砟軌道耗時更長一點:。大改就是改曲線半徑或緩和曲線長度,等於停運、重建已運營高鐵,絕對不 可能。這也說明,考慮提速時,緩和曲線長度和曲線半徑是不變數。完工後提速只與實設超高和擺動超高有關。 因為對乘客來說,最大允許欠超高是更嚴格的要求,且最大擺動超高受制於技術還沒有完全發揮,所以由第二個公式限定的速度要更剛性的偏小。因此預留最高速度 由第一個公式限定。提高實設超高:假設需要提高實設超高:或擺動超高:一定是完全或部分未實現:,則相應提高當前可以達到的速度。不過按第一個公式,提高 實設超高則會降低潛在的預留最高速度。也就是說,完工後提速的應考慮是否或如何提高實設超高以彌補總需要超高值的不足。不過,第二股力量擺式車的加入 將打破這種平衡,特別是未來,擺式車技術會更成熟有效。提高實設超高應有節制。 設計施工階段,國家標準中,以一定的設計速度:指高速車,按客專或重貨線:對應如下。曲線半徑、設計超高、緩和曲線長度這三個主要資料是對應、匹配關係, 曲線半徑明確對應緩和曲線長度和設計超高:匹配的實設超高則可稍微浮動:。某一個設計速度,對應一個幾乎固定的:緩和曲線長度?實設超高:商值;而最大允 許超高變化率是不變數,因此,根據第一個公式,對於某一個設計速度,預留的最高速度看作是定值。某一個設計速度,對應一個幾乎固定的:曲線半徑×實設超 高:乘積值;而最大允許欠超高值是不變數,因此,根據第二個公式,採用越大的曲線半徑,當前可以達到的速度將越大。本文所指的設計速度是實際設計速度,比 如發改委250預留提速條件的實際設計速度是350。 在設計施工階段,實設超高通常為國家標準設計超高的0-15 mm增減值。實設超高採取比設計超高增大的時,目的是強化當前可以達到的速度。反過來看,實設超高採取比設計超高減小的方案時,目的是適當加強對低速 貨車的兼顧度,減少其對線路的破壞,不過總提速空間仍可維持。顯然,前者更適合客運專線鐵路,後者更適合客貨混跑鐵路。 綜合來說,高速的因素按重要程度排列如下 1、提高觀念,客運專線儘量採用無砟軌道:基建成本略高、維護成本略低: 2、加強勘察,常用曲線儘量採用大的半徑:最小曲線半徑是國標,須遵守: 舉例來看看完工後提速的情況。 比如,250/160 km/h無砟客運專線運營後需要提速30,:325 km/h:。後一步,還要40,。 運營速度250/160 km/h,常用曲線半徑為5500 m及以上。半徑5500 m的曲線上,緩和曲線長度為280 m,超高設120 mm,則欠超高為14.1 mm,過超高為65.1 mm。 提速後欠超高,325×325×11.8?5500,120,106.6 mm 欠超高不足,提速後欠超高,最大允許欠超高,106.6,80,26.6 mm 假設將實設超高提高30 mm :取整:,補足欠超高不足,提速後實設超高,120,30,150 mm 超高變化率,150?280×325?3.6,48.4 mm/s:而目前的國家標準極限僅僅是31 mm/s: 那麼,問題來了。現在是欠超高76.6 mm,超高變化率48.4 mm/s,還要停運改線。那我為什麼不上個擺式車擺動個52 mm。欠超高54.6 mm,超高變化率38.7 mm/s,還不用改線。 後一步,還要34,,36,,38,……咋辦, 可見,實際情況,提速措施是個綜合辦法,要找平衡、要分階段,要立足當前、要著眼未來。 客運專線鐵路有30,提速空間,且350/250 km/h高鐵可立即按380 km/h運行;客貨混跑鐵路也有30,的提速空間。以上提速空間基於提高實設超高、投入擺式車及舒適度一般:困難時,適當調高最大允許欠超高或最大允許超 高變化率:。如果更加地少考慮舒適度,按照隧道截面積、線間距、沉降控制、軌道精度等線路基礎的條件並保留合理餘量,無砟軌道客運專線的提速空間達40, :超過40,則沒有必要,設施超前成本太高:。 ——欠超高:小於60 mm,儘量小於40 mm;本文按提速的欠超高小於80 mm。 超高變化率:客專線約27 mm/s,混跑線約23 mm/s;本文按提速的超高變化率小於36 mm/s。 客運專線鐵路、250/120 km/h客貨混跑鐵路:以客為主:的過超高小於70 mm。如果需要檢算,客車的檢算速度過超高小於100 mm,輕載貨車的檢算速度過超高小於90 mm。 200/120 km/h客貨並重鐵路的檢算速度過超高小於30 mm。 常規車指非擺式車。本文按擺式車提供最大擺動超高小於100 mm。 最小曲線半徑:一般:僅為個別情況下採用。最小曲線半徑:困難:為特殊困難情況下極個別採用,須限速通過:即低於設計時速:,且須報鐵道部批准。 一、350/250 km/h:動車組: 按計算速度350/200 km/h設置曲線半徑,常用曲線滿足欠過超高之和小於130 mm。此條是從理論上確保350/200 km/h動車的運行條件,即計算欠超高小於60 mm,過超高小於70 mm。常用曲線半徑的最小值,:350×350,200×200:×11.8?130,7488 m,取整為8000 m:標準定檔是從7000 m 直接跳到8000 m:。 按運營速度350/250 km/h設置實設超高,常用曲線的實設欠過超高之和小於110 mm。同時200 km/h的檢算過超高小於100 mm。此條表示運營速度350/250 km/h, 同時,200 km/h動車只是理論上可極少量上線,因舒適性差。 運營速度350/250 km/h,常用曲線半徑為8000 m及以上。半徑8000 m的曲線上,緩和曲線長度為570 m,超高設155 mm,則欠超高為25.7 mm,過超高為62.8 mm:假設速度200 km/h動車上線時,檢算過超高為96.0 mm:。最小曲線半徑一般為7000 m:半徑6200 m以下的曲線須限速:,困難為5500 m。 京滬高鐵是按運營速度350/250 km/h設置實設超高,兼顧速度380 km/h。半徑8000 m的曲線上,超高設165 mm,過超高為72.8 mm:略超標,國家特批:。嚴格來說,不能算380/250高鐵,因為不符合常用曲線的實設欠過超高之和小於110 mm。 武廣客專是按運營速度350/250 km/h設置實設超高,速度380 km/h時舒適度比京滬高鐵略差。半徑8000 m的曲線上,超高設155 mm,速度380 km/h時欠超高已達58.0 mm。不過理論上,武廣客專的最大可達速度不低於京滬高鐵。 常規車預留提速399 km/h 典型線路:鄭徐客專、鄭西客專、西寶客專、蘭新二線、合福鐵路、滬昆客專、成渝高鐵、哈大高鐵、京津城際、津秦客專、廣深港:廣-深:高鐵、西成客專、大西客專:原平-西安:、武黃:石:城際。 二、300/200 km/h:動車組: 按計算速度300/200 km/h設置曲線半徑,常用曲線滿足欠過超高之和小於110 mm。 按運營速度300/200 km/h設置實設超高,常用曲線實設欠過超高之和小於110 mm。 常用曲線半徑為5500 m及以上。半徑5500 m的曲線上,緩和曲線長度為470 m,超高設155 mm,則欠超高為38.1 mm,過超高為69.2 mm。最小曲線半徑一般為5000m:半徑4700m以下的曲線須限速:,困難為4000 m。 常規車預留提速330 km/h 典型線路:貴廣鐵路、成綿樂城際、甯安:慶:城際、武咸:寧:城際、滬甯高鐵、哈齊客專、沈丹客專。高阻可能的傑作:京張高鐵。 三、:1:250/120 km/h客貨混跑:以客為主: :客車,速度120 km/h、軸重18 t輕載貨車: 常用曲線半徑為5500 m及以上。半徑5500 m的曲線上,緩和曲線長度為280 m,超高設95 mm,則欠超高為39.1 mm,過超高為64.1 mm。最小曲線半徑一般為5000m:半徑4500m以下的曲線須限速:,困難為4000 m。軸重18 t輕載貨車對線路的影響,約可等同於客車。 常規車預留提速285 km/h 典型線路:合寧鐵路、漢宜鐵路、石太客專、津保鐵路:保霸段:、南廣鐵路:貴港-三水:、雲桂鐵路:昆百段:、湘桂新線:衡柳段:、渝黔鐵路、蘭渝:南充-重慶:鐵路。 :2:250/160 km/h客運專線 :a.純客車線;b. 兼顧速度160 km/h、軸重18t貨車線: 按三、:1:250/120 km/h:客專或混跑:設置曲線半徑,常用曲線半徑為5500 m及以上。 按運營速度250/160 km/h設置實設超高。速度120 km/h的檢算過超高小於100 mm:a.純客車線:或90 mm:b. 兼顧速度160 km/h、軸重18 t輕載貨車線:。 運營速度250/160 km/h,常用曲線半徑為5500 m及以上。半徑5500 m的曲線上,緩和曲線長度為280 m;:a:純客車線的超高設120 mm,則欠超高為14.1 mm,過超高為65.1 mm,速度120 km/h的檢算過超高為89.1 mm;:b:的超高設115 mm,高速輕載貨運成本很高。最小曲線半徑一般為5000 m:半徑4500 m以下的曲線須限速:,困難為4000 m。 常規車預留提速301 km/h 典型線路:合武鐵路:b:、湘桂新線:柳南段:、南廣鐵路:南寧-貴港:、雲桂鐵路:南百段:、津保鐵路:津霸段:、長吉城際、吉圖客專、東環鐵路。高阻傑作:寶蘭客專、青榮城際、:可能:張呼高鐵。 四、250/160 km/h高速鐵路:客車: 常用曲線半徑為4500 m及以上。半徑4500 m的曲線上,緩和曲線長度為340 m,超高設135mm,則欠超高為28.9mm,過超高為67.9mm。最小曲線半徑一般為4000m,困難為3500m。 常規車預留提速286 km/h 典型線路:昌九城際、秦沈客專、武孝:感:城際、鄭焦城際、膠濟客專:200鐵路改造而來,T梁,許多地段達不到250,算半條250:。高阻傑作:渝萬鐵路、石濟客專、商杭鐵路。 五、250/200 km/h有砟軌道:城際動車組: 常用曲線半徑為4000 m及以上。半徑4000 m的曲線上,緩和曲線長度為370 m,超高設155 mm,則欠超高為29.4 mm,過超高為38.0 mm。最小曲線半徑一般為3500m:半徑3300m以下的曲線須限速:,困難為3000 m。 常規車預留提速282 km/h 典型線路:武黃:岡:城際。 六、250/200 km/h無砟軌道:城際動車組: 常用曲線半徑為3500 m及以上。半徑3500 m的曲線上,緩和曲線長度為420 m,超高設175 mm,則欠超高為35.7 mm,過超高為40.1 mm。最小曲線半徑一般為3200m:半徑3200m以下的曲線須限速:,困難為2800 m。 常規車預留提速275 km/h 典型線路:長株潭城際:高阻治下降標為時速160-200 km:、長益常城際:全國僅此兩條:。 七、:1:200/120 km/h客貨混跑:客貨並重: :客車,軸重23 t以上【每延米8 t以下】重貨車: 按計算速度200/80 km/h設置曲線半徑,常用曲線滿足欠過超高之和小於90 mm,常用曲線半徑為4500 m及以上。 按運營速度200/120km/h設置實設超高。由於在長大坡道上,設計速度120 km/h重貨車的最低速度約80 km/h,且此情況較多出現,因此須對80 km/h的過超高進行檢算:要求小於30 mm:。動車的保速能力極高,檢算時不考慮動車坡道降速。 運營速度為200/120 km/h,常用曲線半徑為4500 m及以上。最小曲線半徑一般為3500 m:半徑4300 m以下的曲線須限速:,困難為2800 m。半徑4500 m的曲線上,緩和曲線長度為120 m,超高設45 mm,則欠超高為59.9 mm:因線路為客貨並重,為確保不因重貨車而遭到破壞,因此適當放低實設超高,客車的舒適度不嚴格要求:,120 km/h的過超高為7.2 mm,坡道速度80 km/h的檢算過超高為28.2 mm:如果為平原線路,將實設超高提高為50 mm,按坡道速度88 km/h,檢算過超高為29.7 mm:。相應機力和牽引品質按此調整:以HXD2、HXD3計算:。 1、【限坡9.0‰,加力坡18.5‰】系列 限坡 9.0‰,貨運機車功率為 初期 7200 kw :牽引品質3000 t:,遠期 10000 kw :牽引品質4000 t:。 加力坡 18.5‰,貨運機車功率為 初期 2×7200 kw:牽引品質3000 t:,遠期 2×10000 kw:牽引品質4000 t:。 當這種高鐵用於陡坡線路貨運時:坡度18‰:,雙機HXD2機車:功率2×10000 kw:,牽引品質4000 t,在長坡地段均衡速度僅79 km?h,機力消耗巨大,最高運行速度120 km?h。 2、【限坡6.0‰,加力坡13.0‰】系列 限坡 6.0‰,貨運機車功率為 初期 7200 kw :牽引品質4000 t:,遠期 10000 kw :牽引品質5000 t:。 加力坡 13.0‰,貨運機車功率為 初期 2×7200 kw:牽引品質4000 t:,遠期 2×10000 kw:牽引品質5000 t:。 當這種高鐵用於平緩線路貨運時:坡度小於6‰:,HXD3機車:功率7200 kw:,牽引品質4000 t,機力消耗較小,最高運行速度120 km?h。 常規車預留提速222 km/h 典型線路:渝利鐵路:類似改造前膠濟客專,線間距4.4 m隧道4.5 m,常用4500 m,緩長按250 km/h,超高按200/120:、向莆鐵路:常用5500 m,常規車預留236 km/h:、成昆擴能、成蘭:哈達鋪:鐵路:以上四條限坡9.0‰,加力坡18.5‰:、蘭渝:蘭州-南充:鐵路、九景衢鐵路、黔張常鐵路、成遂渝鐵路、 懷邵衡鐵路、衡茶鐵路、贛龍鐵路、龍廈鐵路、石:門:長鐵路、韶贛鐵路、張集鐵路、太中銀鐵路、合湛鐵路、寧啟擴能、滬通鐵路。 :2:200/120 km/h客貨混跑:略偏客運: :客車,軸重21 t普通貨車: 按七、:1:200/80 km/h:客貨混跑:設置曲線半徑,常用曲線半徑為4500 m及以上。 按運營速度200/120km/h設置實設超高。因線路略偏客運,且有既有單線或江海分流重貨,故將貨車軸重限制為21 t,將坡道速度80 km/h的檢算過超高放寬為50 mm。 運營速度200/120 km/h,常用曲線半徑4500m及以上。最小曲線半徑一般3500m:半徑3700m以下曲線限速:,困難2800 m。半徑4500 m曲線上,緩和曲線長度120 m,超高設65 mm:提高實設超高,超高變化率達30.1 mm/s:,則欠超高39.9 mm,120 km/h的過超高27.2 mm,坡道速度80 km/h的檢算過超高48.2 mm。相應機力和牽引品質按此調整,參考七、:1:。 常規車預留提速235 km/h 典型線路:牡綏擴能、丹大鐵路、連鹽鐵路、包西鐵路、婁邵擴能、昆玉鐵路、昆廣鐵路、廣大:理:鐵路、大西客專:大同-原平:、惠:農:銀擴能、西銀:慶陽-銀川:鐵路:耳朵舒服:。高阻可能的傑作:南三龍:岩:鐵路。 八、200/120 km/h:城軌動車組: 常用曲線半徑2800 m及以上。半徑2800 m曲線上,緩和曲線長度320 m,超高設130 mm:預留120 km/h動車走行,故適當降低超高,超高變化率僅22.6 mm/s:,則欠超高38.6 mm,過超高69.3 mm。最小曲線半徑一般2500 m:半徑2400 m以下曲線限速:,困難2200 m。 常規車預留提速223 km/h 典型線路:廣珠城軌、莞惠城軌、佛肇城軌、成灌:都江堰:城際、鄭開城際。 ——250/120客貨混跑鐵路目前不能跑重貨車:5500 m曲線上,80 km/h檢算速度的過超高達81.3 mm:,實質接近於客運專線。所以它適合於既有單線鐵路擴能或沿海沿江岸路網空白區的新建雙線高鐵。如雲桂---南廣鐵路:百色—貴港為客專:、甬溫福廈 深茂湛鐵路、金溫擴能。時機恰當時可提速為准300高鐵。另外,還有一個未來的升級方向。目前不能跑重貨車,主要是因為重貨車的軸重及通過總重大,對曲線 內軌磨耗及線路的破壞作用大,故需較嚴格地限制貨車的過超高值。未來可以研發速度200 km/h、軸重21 t的高速貨車。這樣就可以提高貨運能力。當然,成本和難度都極高。 250/160客運專線:常用曲線半徑為5500 m及以上:近期內不用擺式車就可以提速到時速300公里:5500 m曲線的欠超高為73.1 mm,超高變化率為35.7 mm/s偏高:。由於採用了較高實設超高的方案:5500 m曲線的超高為120 mm,普通的250/120客貨混跑鐵路為95mm:,使得其可以做到迅速有效提速。遠期,運營速度能達到325 km/h:提速30,:。其損失是進一步降低貨運能力:儘管那個所謂250/120客貨混跑鐵路擁有貨運能力僅僅是理論上的,誰又能預知未來技術不能做 到:。而且,假設沒有貨運需求,同樣是5500 m的半徑,同樣是客運專線,成本也一樣:幾乎:,不搞成300 km/h高鐵,值得商榷。所謂民間、非正式的說法,合武鐵路、雲桂鐵路:南百段:、柳南客專、長吉城際、吉圖客專、東環鐵路、青榮城際預留有300 km/h,就是這麼個情況吧。 200/120客貨混跑鐵路可行駛動車組、普通貨車及機輛客車。所以它的適合面相對比較廣泛。如太中銀鐵路、龍廈---贛龍---衡茶吉---懷邵衡鐵 路、寧啟擴能、張集鐵路、向莆鐵路、蘭渝鐵路:蘭南段:。時機恰當時200/120高鐵可提速為准250高鐵。新建200/120客貨混跑鐵路,經常僅按 曲線半徑3500 m甚至2800 m實際設置的設計師是不負責任的設計師,須達到4000 m 最好是標準推薦的4500 m及以上才能實現動車、貨車混跑。 300/200高鐵和350/250高鐵適合於既有複綫鐵路地段平行相鄰的新建高鐵。如蘭新二線、哈大高鐵、合福鐵路、滬昆客專、大西—西成客專。350 高鐵和300高鐵基礎設施採用世界最高標準線形控制,路基橋樑沉降指標、軌道平順指標、高速穩定性指標都達到世界先進水準,具備進一步提速的空間。 ——中國高鐵標準現有的框架具有前瞻性,最小曲線半徑、超高、欠超高、過超高、:欠:超高變化率、緩和曲線、線間距、隧道淨空都採用了世界最好的指標。簡單說,就是中國高鐵標準預留了很高的舒適性餘量,具備比別國更高的提速空間。這是我國地大物博、人口眾多的國情和西部大開發的戰略需要所 決定的。 路網空白地區新建時速200公里客貨並重高鐵,往往意味著一條全國性大幹線的橫空出世。時速200公里表明連接大城市,路網空白表明區域重新洗牌、改變路網結構。 典型線路:蘭渝鐵路 新建時速350公里高鐵,是中國經濟社會持續發展的強大引擎。 典型線路:京滬高鐵