高速铁路缓和曲线设计研究

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科苑论谈

高速铁路缓和曲线设计研究

赵海燕

（铁道第二勘察设计院昆明院，云南昆明６５００００）

摘本：通过对高速铁路缓和曲线主要线形、长度计算主要参数选择的初步研究，探讨了高速铁路设计时缓和曲线的选择和长度的合理使用。关键词：高速铁路$缓和曲线$研究

高速铁路的主要特征为高速、高架、电气化。铁路高速化后，行车速度越高，平面曲线和竖曲线半径增幅也越大。此外，列车通过缓和曲线时产生的超高时变率和欠超高时变率也随列车的速度成正比增加，从而影响乘车的舒适性。因此，缓和曲线要有足够的长度，使线性过渡平缓，以保证列车运行平稳和旅客乘坐的舒适性，但过长的缓和曲线控制着平面选线和纵断面变坡点设置的灵活性，并引起工程数量的增大。因此，缓和曲线设计是高速铁路设计的重要参数之一。

１缓和曲线的主要线性

缓和曲线线性基本上可以归纳为两种基本类型：一种是线性缓和曲线，其超高和曲率变化成线性变化，如三次抛物线形；第二种是非线性缓和曲线，比如三次抛物线园、余弦改善形、半波正弦形、五次代数式、七次四项式、一波正弦式等。

缓和曲线线性的选择，主要从保证列车运行平稳和曲线上旅客乘坐的舒适性来考虑。从各种研究和实测结果表明，只要缓和曲线长度达到一定要求，各种线形的缓和曲线都能保证高速行驶安全和旅客乘坐舒适度的要求，国外高速铁路的运营实践也表明了这一点。由于传统的三次抛物线形简单、设计方便，平立面有效长度长，现场应用、养护经验丰富等特点，我国目前设计的高速铁路仍以三次抛物线形缓和曲线为首选线形。

２缓和曲线长度的计算

缓和曲线长度是高速铁路平面设计的主要参数之一，为保证列车运行的安全和旅客舒适度的要求，缓和曲线应该有足够的长度。但过长的缓和曲线将影响平面选线和纵断面设计的灵活性，引起工程投资的增加。所以，长度的选择要合理选用，结合现场实际，从长到短选择。缓和曲线长度的计算，主要取决于以下几个因素：

２．１超高顺坡率允许值

缓和曲线地段，由于外轨超高使车轮处于三点只承状态，必须限制超高顺坡率的最大值。这个值主要由转向架轴距、前后转向架中心距、轮缘高度来决定。国外（日、英、德）规定的超高顺坡率最大值分别为１／２００～１／４００不等，我国现行规定的最大超高顺坡率为不大于２‰即１／５００。据此，三次抛物线形缓和曲线车辆脱轨安全因素决定的缓和曲线长度Ｌ１为

Ｌ１≥ｈ／ｉｍａｘ＝０．５ｈ

由上式可以看出，对于缓和曲线普遍较长的高速铁路，由脱轨安全要求计算的缓和曲线长度显然不起控制作用。故高速铁路缓和曲线长度主要取决于其他两个条件，即：

２．１．１乘坐舒适度允许的未被平衡横向加

速度时变率（即欠超高时变率限值［β］）要求的缓和曲线长度Ｌ２

Ｌ２≥（Ｖｍａｘ．α未）／（３．６［β

］）＝（Ｖｍａｘ．ｈｑ．ｇ）／（３．６［β

］．Ｓ）式中：ｈｑ—圆曲线上计算的欠超高值（ｍｍ）；

Ｖｍａｘ—设计速度目标值（ｋｍ／ｈ）；

［β

］—未被平衡横向加速度时变率允许值

从相关试验得出的未被平衡横向加速度

在不同变率下舒适感觉概率表明，当［β

］＝０．０１５ｇ／ｓｅｃ时，旅客平均舒适指数为０．５，９６％的乘客感觉在“轻微感觉”内；当［β］＝０．０２５ｇ／ｓｅｃ时，旅客平均舒适指数为１．０，８０％的乘客感觉在“轻微感觉”内，２０％的乘客感觉在“明显感觉”内；当［β］＝０．０３４ｇ／ｓｅｃ时，旅客平均舒适指数为１．３，“轻微感觉”与“明显感觉”的旅客各占一半。

２．１．２乘坐舒适度允许的车体倾斜角速度（即超高时变率限值［ｆ］）要求的缓和曲线长度

Ｌ３

Ｌ３≥（Ｖｍａｘ．ｈ）／（３．６［ｆ］）＝ｋ．Ｖｍａｘ．ｈ式中：ｋ—１／（３．６［ｆ］）；

ｈ—圆曲线上的设计超高值（ｍｍ）；［ｆ］—超高时变率允许值（ｍｍ／ｓ）

日本东海道采用半波正弦形缓和曲线，［ｆ］＝３４ｍｍ／ｓｅｃ，ｋ平＝８．２，ｆｍａｘ＝５３ｍｍ／ｓｅｃ时，ｋｍａｘ＝５．２。法国ＴＧＶ线采用三次抛物线改善形缓和曲线，设计速度目标为３００ｋｍ／ｈ时，ｆ＝２５～５６ｍｍ／ｓｅｃ，ｋ＝１１～５，设计速度目标为３５０ｋｍ／ｈ时，ｆ＝２９～５０ｍｍ／ｓｅｃ，ｋ＝９．５～５．５。我国现行规范规定，［ｆ］一半条件下取２５ｍｍ／ｓｅｃ，困难条件下取３１ｍｍ／ｓｅｃ。

３小结

经计算分析，对于高速铁路而言，多以计算出的Ｌ３作为控制缓和曲线长度，把［ｆ］代入Ｌ３的计算公式后可以简化为：

一般条件：Ｌ３≥１１×１０－３Ｖｍａｘ．ｈ困难条件：Ｌ３≥９×１０－３Ｖｍａｘ．ｈ

可以看出，对于某一个曲线而言，Ｖｍａｘ为定值，故影响缓和曲线长度的要素只是设计超高ｈ的取值问题，ｈ值越大，缓和曲线越长，反之则短。因此在铁路选线和设计中，要综合考虑现场的实际情况，结合工程量大小、

投资等综合因素确定合理的缓和曲线长度。

责任编辑：杨帆