摘要：目前，国内许多城市正在进行地铁的建设或前期准备工作，而平面曲线设计作为地铁线路设计中的重要环节，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响。平面曲线设计是地铁线路设计中的重要环节，它不仅影响行车安全、旅客舒适度等行车指标，而且影响行车速度、运营时间等运营技术指标，以及工程投资、运营支出等经济指标。文章从曲线长度、线路长度、行车速度、曲线超高、钢轨磨耗等方面进行探讨，对成都地铁4号线二期平面曲线进行设计并提出相关建议。
关键词：地铁线路；曲线半径；曲线超高；设计
引言
平面曲线半径过小不能满足行车安全和旅客舒适度的要求，平面曲线半径过大又会加大建设工程投资。现以成都地铁4号线二期为例，从曲线长度、线路长度、行车速度、曲线超高等方面进行探讨，对地铁平面曲线进行设计并提出建议。
1、地铁线路设计的特点
1.1地铁线路设计的主要内容
每个阶段线路设计的重点内容有所不同，主要表现如下：1）可行性研究阶段主要是通过线路多方案比选，完善线路走向、路由、敷设方式，稳定车站、辅助线等的分布，提出设计指导思想、主要技术标准、线路平纵剖面及车站的大致位置等，尤其是要确定线路起、终点的具体位置。2）总体设计阶段，线路设计主要内容是线位、站位重大方案的补充比选和对可行性研究报告的评审意见的落实，通过方案比选，初步稳定线路平面位置、车站位置、辅助线形式、不同敷设方式的过渡段位置，提出线路纵断面的初步标高位置。3）初步设计阶段是根据总体设计文件及审查意见，完成对线路设计原则、技术标准等的确定，通过局部的平面、纵断面方案比选，稳定线路平面位置，基本稳定车站位置及线路纵剖面设计。4）施工设计阶段，线路设计是根据初步设计文件及审查意见，有关专业对线路平、纵断面提出的要求，对部分车站位置及个别曲线半径等进行微调，对线路平面及纵断面（包括左线）进行精确计算和详细设计，提供施工图纸说明文件。5）此外，在土建施工和轨道铺设阶段，还需要进行线路调线调坡设计，通常是指完成线路施工图后，在配合土建施工或轨道铺设前进行的线路的局部、必要的调整工作。地铁线路按其在运营中的功能定位，分正线（干线与支线）、配线和车场线。正线是指载客列车运营的贯穿全程的线路，包括区间正线、支线、车站正线；配线是指除正线外，在运行过程中为列车提供收发车、折返、联络、安全保障、临时停车等功能服务，通过道岔与正线或相互联络的轨道线路，应包括车辆基地出入线、联络线、折返线、停车线、渡线、安全线等；车场线是指设在车辆基地内（或停车场）内，提供列车停、检、修的线路，或各种维修车辆停放的线路。
1.2地铁线路设计的特点
地下铁道线路设计是个系统工程，涉及多个专业及系统，需要各专业及系统的互相配合，无论是在土建施工中还是在轨道铺设、机电系统安装阶段，线路设计均有着重要的引领作用，且线路设计的特点是工作量大、难度大，它是一项综合性的工作，需要综合考虑及协调土建、车辆、限界、轨道、供电、通信信号、给排水等专业的影响、配合因素，在地下铁道设计中起到龙头的作用，要求设计者有全面的知识、较强的协调能力。总结其主要特点如下：1）涉及面广，几乎涉及所有的专业及系统，是各专业和系统设计的前提和基础。2）具有总体性的特点，要总体考虑问题，平衡各方面的关系。3）工作量大、难度大，线路设计的过程就是不断调整平面、纵断面的过程，直到轨道铺设完成那一刻。4）影响和制约因素多，外部和内容的诸多因素都影响着线路的设计。5）一旦确定，极难调整，受地铁列车行车的约束，线路的技术标准非常高和严格，因此，一般很难进行在短距离内的平、纵断面调整，这就要求土建施工中需控制好施工精度，不能出现太大的超限现象。6）现场踏勘的质量直接影响到线路设计的质量，通过精心、详细、针对性强的现场踏勘工作，可使线路设计工作顺利开展，设计的线路相对合理，利于土建施工，节约工程投资和降低施工风险，同时使行车平衡、舒适，节约运营费用。7）需重视细节，线路设计不容许有任何差错，那怕微小的错误，也可能会影响到行车安全或者是乘客的舒适度，或者是长期换乘的不便捷，或者是长期运营中产生各种病害，增加维修工作量和难度。8）需与多个政府部门协调，协调工作量大、难度大，需与政府规划、建委、交委、市政、财政、民政等部门协调沟通，反复多次，直到线路站位等得到稳定。
2、行车速度与曲线超高
在实际的地铁线路设计过程中，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半径较小的曲线。当列车通过这类小半径曲线地段时，为保证行车安全和旅客舒适度要求，需要限速运行。列车通过曲线的最大允许速度受旅客舒适度和外轨超高2个因素的控制。列车在曲线上运行时，由于惯性离心力的作用，将车辆推向外股钢轨，加大了外轨的压力，使旅客产生不适，因此，需要把外轨抬高，通过自身重力产生一个向心的水平分力，以平衡惯性离心力，从而满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。曲线半径与行车速度、曲线超高之间的关系见公式（1）。
公式（1）中，h为曲线超高，mm；R为曲线半径，m；V为行车速度，km/h。由公式（1）可以看出，当曲线半径一定时，列车的速度越大，要求设置的超高就越大；相反，对于某一实设曲线而言，外轨超高已成为固定设施，当列车通过曲线的速度Vmax大于实设超高允许的速度，就会产生欠超高hq和未被平衡的离心加速度∆a，影响旅客舒适度及行车安全。因此，对于欠超高hq的大小也必须有所限制，GB50157-2013《地铁设计规范》中规定地铁曲线设置超高最大值为120mm。地铁列车属于城市轨道交通，车内站立乘客多、站立密度大、平均乘距短，故选定∆a=0.4m/s2较适宜。据此，地铁线路允许的最大欠超高值hqmax可以按公式（2）进行计算。
式（2）中，∆amax为未被平衡的离心加速度允许最大值。以∆amax=0.4m/s2带入式（2），即可得出地铁线路允许的最大欠超高值为：
可见，地铁线路允许的最大欠超高值为61mm，据此可以通过公式（1）得出地铁线路曲线最大通过速度
由公式（4）计算出不同小半径曲线的限速值见表1。目前，我国地铁设计最高运行速度一般为100km/h和80km/h两种，由表1可见，当曲线半径小于700/450m时，设计速度100/80km/h的线路列车通过需做限速运行。
表1不同半径曲线限速值
3、小半径曲线和钢轨磨耗
表2给出了不同车型、不同线路区段的最小曲线半径值。根据目前国内某城市的地铁运营情况来看，当最小曲线半径为300m时，钢轨磨耗较为严重；当最小曲线半径为350m时，磨耗情况尚可；当曲线半径在400ｍ及以上时，曲线地段的不正常磨耗现象基本消失。因此，在运营期间，需加强小半径曲线地段的钢轨养护，采用钢轨预打磨、钢轨涂油等措施来减小车轮与钢轨之间的磨耗。
表2最小曲线半径m
结束语
线路设计是个系统工程，难度大，时间跨度长，涉及面广，要做到方方面面协调，各专业各系统满意，是非常困难的，为了尽可能做好线路设计。
参考文献：
[1]王洪刚，肖宏，彭华.地铁小半径曲线钢轨波磨影响因素分析[J].铁道标准设计，2013（8）.
[2]张建武.关于广州地铁5号线曲线钢轨磨耗及九段线小半径更换钢轨的探讨[J].科技信息，2013（20）.
[3]张俊峰.地铁线路曲线半径和列车速度对轮轨磨耗的影响[J].城市轨道交通研究，2014（6）.
论文作者:孙刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/9/18
标签：线路论文; 曲线论文; 半径论文; 地铁论文; 钢轨论文; 磨耗论文; 行车论文; 《基层建设》2018年第27期论文;