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1、交通运输论文城市轨道交通中小半径曲线问题探讨【摘 要】 简述小半径曲线对列车运行安全影响,对工程影响以及对运营中钢 轨的磨耗的影响,并就相关问题提出建议及改善措施。【关键词】城市轨道交通；小半径曲线；最小曲线半径；影响；磨耗； 直线电机城市轨道交通是大城市公共客运交通的骨干，是大众化、大运量的城市客运 系统。同时乂是城市的大型基建工程,所以它在城市建设中占有十分重要的地位。 目前,国内许多城市正在进行轨道交通的建设或前期准备工作,基本上都进行了 各种形式的轨道交通线网规划。最小平曲线半径是城市轨道交通线路设计主耍技 术标准之一。它对地下铁道线路的造价、运行速度、养护维修量和运营支出有很 大的影
2、响。平曲线半径过小，不能满足高速列车行车舒适性的要求;平曲线半径过 大,乂会大大增加建设工程投资。本文就从轨道交通中的小半径曲线出发,讨论其 对工程和运营的影响以及如何改善这些问题。1小半径曲线的选择小半径曲线是在轨道交通设计过程中为了照顾客流走廊，绕避严重不良地 质地段、文物古迹、高层建筑、地下管线，减少工程投资等而不得不采用的半径 较小的曲线。2小半径曲线的影响以下浅谈小半径曲线在列车运行安全、对工程影响以及运营中钢轨的磨耗等三个方面的影响。2.1小半径曲线对运营安全的影响列车在小半径曲线地段下坡道上运行时,引起地铁车辆的剧烈振动，在振 动很剧烈的地段特别要用瞬时舒适度水平(2 s舒适度水
3、平)，舒适度水平表达式 为：L r 二20 1 g a / a r e f (1)其中are f为标准加速度，a为测定的加速度。由该式可知舒适度水平 与振动加速度相关，振动加速度大,舒适度水平大，从而乘客舒适度差。舒适度等 级越小，舒适度评价越好,舒适度等级在1以下，振动舒适度评价非常好。旅客乘 车舒适度是衡量列车通过曲线时运营质量好坏的一个最直观的指标。另外，小半 径曲线上视距较短,司机瞭望线路条件差，严重时会威胁到列车安全。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，徳国S I EMENS公司在广州地铁一号线 对地铁车辆的振动进行检
4、测，结果表明，上行线长寿路陈家祠区间小半径曲线 垂向振动加速度最大値约达37m/S2,而无波磨地段垂向振动加速度最大値约 达15m / S2。严重的波磨引起地铁车辆的剧烈运动，发出尖啸的噪声，大大降低 了乘客的舒适度。2.2小半径曲线对工程的影响在困难地段,采用较小的曲线半径能够更好地适应地形变化，可减少路基、 挡墙的工程数量，对降低工程造价有显著效果，但也会由于增加线路长度、降低粘 着系数，而引起工程费用增大。2.3小半径曲线对钢轨磨耗的影响轮轨间的摩擦包括滚动摩擦和滑动摩擦，据冇关资介绍,单纯的滚动摩 擦使钢轨磨耗甚微，而车轮只有0 2%的滑动，磨耗就会显著增加。列车在曲线上 运行时,附加
5、动压力及轮轨间的相对滑动与曲线半径成反比,半径越小滑动磨耗 越大。钢轨磨耗主要是指小半径曲线上钢轨的侧面磨耗和波浪型磨耗，主要是由 于轮轨之间发牛摩擦造成的。从广州地铁一号线运营情况来看，最小曲线半径为300m，有些地段磨耗较严重； 二号线最小曲线半径350m，僭耗情况尙可，曲线半径R 400m的曲线尙未发现 不正常磨耗现象。曲线半径越小，钢轨磨耗越严重，钢轨更换周期越短。3主要问题及建议3.1选定最小曲线半径最小曲线半径是指系统在正常的运行速度下，保证行车安 全和旅客乘坐舒适的最小曲线半径。它是修建地下铁道的主耍参数之一，它与地 铁线路的性质、车辆性质、行车速度、地形地物条件等有关。3.1
6、1理论公式Rm i n二11 8v2 ( hm a x + h g y )(2)式中:Rm i n为满足欠超高要求的最小曲线半径(m);v为设计速度(k in/ h ); h m a x为最大超高(120mm); h g y为允许欠超高(h g y二61 2m in) 3.1 2半径选择线路平面最小曲线半径，按地下铁路设计规范(GB50157-92)规定， 如表1: 表1最小曲线半径(m)3.2选择新型转向机构在小半径曲线上,轮沿与钢轨轨头角部接触,这不仅会造成轮轨磨损，也会 产生很大的振动和刺耳的噪声。如果轴间容许有一定的自由度，将使噪声减小。直线电机平面转弯半径小,有利于线路平面选线,可避
7、开已建或规划待建 的建筑，以及建筑基础、地下管线和其它地下建筑物,降低工程造价。直线屯机采 用径向转向架通过曲线地段如图1所示。采用径向转向架带来如下优点：(1) 平面转弯半径小，与传统的粘着驱动式系统(转向架轴距、定距相同) 相比，最小水平转弯半径由一般轮轨系统的200m可减至80m ;(2) 有利于线路平面选线，可避开已建或规划待建的建筑,以及建筑基础、 地下管线和其它地下构筑物,降低工程造价;(3) 通过关键技术部位特殊装置的动作，使车轴产生一定的转角,使其随 着弯道的曲线改变轴距，有效地减少了机车车轮与钢轨间的摩擦，人人降低了轮 缘的磨耗；(4) 噪声低。没有旋转勻传动系统，使轮轨磨耗
8、降低,噪音比传统车辆减小10 B (A )左右;(5) 体积小，重量轻。缩小隧道端面和高架结构，大幅度降低工程造价；(6) 通过小半径曲线能力提高,提高运行速度,适应城市街区，减少工程拆 迁，加减速度大,爬坡能力强,不受气候影响；(7) 自重小，没有牵引传动和粘着损失，自动化程度高,耗电省。目前广州地铁四号线已采用直线电机车辆，降低了广州后续轨道交通线建设的工程投资和运营费用，保持了轨道交通系统的发展潜力，同时冇利于城市土 地和地下空间的合理开发和利用,塡补了国内轨道交通技术上的空白。3.3养护维修通过养护维修措施可以克服小半径曲线带来的不袞影响。如剥离掉块、波 浪磨耗等3.3 1钢轨涂油小半
9、径曲线段可通过涂油来大大减缓磨耗。新钢轨由于没有受到列车车轮 的碾压，其表面硬度很低,经过一定时间的碾压后，其表面形成一个超过原来硬度 约1 51 8倍的保护层，可大大提高钢轨表面的耐磨性能。通过涂油可使保护层 顺利形成,降低钢轨的磨耗速度。3.3 2钢轨打僭钢轨打磨是目前最有效的消除波磨的措施，巳发展成为一种多功能的现代 化养路技术。打磨的重点已从钢轨修理转向钢轨保养。钢轨的定期打磨,可以消 除和延缓波磨、消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断面打磨还可以改 善轮轨接触条件,降低接触应力。冃前广州地铁正用美国HTT公司购买的RG H10SER I E S C1-32磨轨车对小半径曲线进行
10、打磨，效果良好。另外,通过优化轨道结构部件（如垫板、橡胶垫等）的刚度匹配,设置合理的 轨底坡也可以减少小半径曲线处的磨耗程度。4结束语在进行轨道交通线路方案设计时，应尽可能使用较大的曲线半径,以避免 或减少在运营过程中出现的这些不良问题,300m以下的曲线半径轮轨磨耗大，噪 音大，应尽量少用，尤其位于两站中间更应少用。随着我国材料科学及车辆工业技 术不断进步,钢轨的耐僭性继续提高,轮轨之间的匹配关系还可以改善,将来小半径曲线处的钢轨更换周期可以延长。能适应小半径曲线的车型也越來越丰富，其 不良影响也可以很大范围内的降低。参考文献1GB50157-2003,地铁设计规范S 北京:中国计划出版社,2003.2 郝瀛.铁道工程M 北京:中国铁道出版社,2000.3 日佐藤吉彦等.新轨道力学M 北京:中国铁道出版社,2001.4 顾保南等论城市轨道交通最小曲线半径标准的选择J .同济大学学报.5 张庆贺等地铁与轻轨M .人民交通出版社,2002.
