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《重载铁路设计规范》专家解读

  • 索 引 号:0791JXJT/2017-000187
  • 主题分类:内设机构
  • 机构分类:政策法规处
  • 服务对象分类:
  • 发文日期:2017年03月06日
  • 公开责任部门:
  • 公开范围:全部公开
  • 公开方式:
  • 文种:其他
  • 文号:
  • 主 题 词:

  ◆《重载铁路设计规范》有什么作用和意义?

  重载铁路运输因其运能大、效率高、能耗及运输成本低而受到世界各国的广泛重视,已被国际公认为铁路大宗货物运输发展的方向,特别是对于我国这样幅员辽阔、资源分布不均衡的大陆型国家,发展重载铁路运输对于快速提升运输能力、缓解运能瓶颈制约、提高运输综合经济效益具有广阔的市场空间和重要的战略意义。为满足重载铁路建设和发展需要,统一重载铁路设计技术标准,使重载铁路设计符合安全可靠、先进成熟、经济适用的要求,根据我国货物运输需求和机车车辆技术装备的发展研究制定发布了《重载铁路设计规范》。

  《重载铁路设计规范》是我国第一部重载铁路行业标准,也是世界上首部系统完整、内容全面的重载铁路设计规范,填补了重载运输领域技术标准的空白,进一步丰富和完善了我国铁路工程建设标准体系,对于指导重载铁路健康发展、提高铁路建设的社会经济效益具有重要促进作用。

  ◆什么是重载铁路?《重载铁路设计规范》适用范围是如何确定的?

  重载铁路是指满足牵引质量8000t及以上、轴重为270kN及以上、在至少150km线路区段上年运量大于40Mt三项条件中两项的铁路。

  本规范适用于铁路网中货物列车机车车辆轴重大于等于250kN和牵引质量大于等于10000t、设计速度不大于100km/h的标准轨距重载铁路。设计速度分为80km/h、100km/h两级。具体范围参数确定情况如下:

  1.设计轴重:相关研究和大秦线运营经验表明,现行规范设计标准不能适应250kN及以上轴重的机车车辆运行的需要。考虑与现行规范的衔接,同时结合国内外重载铁路轴重现状及我国《铁路主要技术政策》相关内容,设计轴重按250kN、270kN、300kN三档划分,可满足不同轴重标准的设计需要。

  2.牵引质量:考虑到目前我国大秦线、大准线,朔黄线、准朔线、北同蒲线、山西中南部铁路、张唐线等既有重载铁路列车牵引质量现状,确定牵引质量为10000t及以上。

  3.设计速度:结合机车、车辆构造速度、上坡道上重载列车能够实现的速度、下坡制动限速等因素以及《铁路主要技术政策》规定,确定重载货物列车设计速度不大于100km/h。设计速度划分为80、100km/h两个等级,设计中根据项目功能定位、运输需求、工程条件等因素研究确定。

  4.运量:我国重载铁路年运量一般大于40Mt,基本不构成控制因素,故适用范围中未做具体规定。

  ◆《重载铁路设计规范》编制主要遵循哪些原则?

  《重载铁路设计规范》编制遵循了系统优化的建设理念,以及安全可靠、先进成熟、经济适用的基本原则。主要有如下特点:

  1.贯彻安全优先原则,强调可持续发展。将安全设计的理念贯穿到规范编制工作的全过程中,进一步提高主体结构、信号设施、行车设备安全可靠性,体现安全优先原则,明确了耐久性和“四新”设计要求,强调了节能、节地、节水、节材和环境保护等绿色建设理念,适应国家可持续发展战略的要求。

  2.与国际标准接轨,坚持自主创新。重载铁路定义采用了国际重载协会标准,与国际标准接轨,并结合我国重载运输实际合理确定规范适用范围,总结吸纳我国大秦、朔黄、山西中南部等重载铁路工程建设及运营实践经验和有关研究成果,系统提炼和发展重载铁路技术,强化重大科研、试验成果对规范关键技术的理论支撑与验证,体现了中国重载铁路特色。

  3.强化系统设计,细化专业接口。结合我国国情、经济社会发展水平、运输需求和环境条件等因素,合理优化设备配套和各专业主要设计参数,使技术标准更符合系统性、先进性、成熟性及经济合理性要求。

  4.体现铁路政企分开改革要求,适应市场需求。通过强化铁路质量安全、节能环保等方面的基本要求,强调政府在行业标准制定中的政策导向,对一些涉及组织机构、管理模式等属于企业管理的内容、或针对特定情况需要由企业自主决定的内容,做了原则性要求,以防止规定过严、过死,不利于发挥市场在资源配置中的决定性作用。

  5.突出重载铁路运输特点,体现适用性和经济性。规范针对体现重载铁路运量大、轴重大、牵引质量大的三大技术特点,注重牵引质量、行车密度、运行速度合理匹配,科学确定各专业设施技术标准,以提高运输效率,注重全生命周期成本,更好地体现了规范的适用性和经济性。

  ◆《重载铁路设计规范》主要技术标准在适用性和经济性方面有哪些体现?

  与普速客货共线铁路相比,重载铁路在功能定位需求、内在技术特点和运输组织模式等方面存在显著差异,规范编制在总结工程实践和运营经验及有关研究成果的基础上,从以下几个方面提高主要技术标准的适用性和经济性:

  1.规定了重载铁路分级技术标准

  设计轴重按250kN、270kN、300kN三级划分;设计速度划分为80、100km/h两个等级;规范中根据不同牵引质量和运量水平,分别确定相关标准。重载铁路分级技术标准的划分,满足了不同等级重载铁路设计需要,提高了标准的经济适用性。

  2.注重全生命周期成本

  为了提高运输效率,降低运营成本,提出了列车编组可采用单元、组合等形式;列车开行方式可根据大宗货物运量和流向,组织开行始发直达列车;集疏运系统满足直通运输、整列到发要求,列车运行可按行车方式办理。在满足运营维护要求的基础上,规定了线路平面、路基、轨道等技术标准以及大型养路机械作业的有关要求,充分体现了注重全生命周期成本的理念。

  3.在突出质量安全的基础上,条文规定更加灵活,体现经济适用的原则。

  在贯彻安全质量优先的基础上,为适应不同类型重载铁路设计需要,条文规定更加灵活。部分条文正文仅做原则性规定,在条文说明中进行详细案例分析,例如到发线有效长度、车站分布、列车追踪间隔、车站布置图型、维修设施配备等;部分条文正文规定了可供选择的内容,例如牵引变电所外部电压等级规定宜采用220kV及以上电压等级,困难情况下可采用110kV电压等级,又如运输调度指挥系统宜采用调度集中系统,也可采用列车调度指挥系统等。

  4.规定了按轻重车流分方向确定技术标准原则

  重载铁路往往重轻车方向明显,由于重车方向较轻车方向对线下工程和平纵断面标准要求高,轻车方向采用相对重车方向较低的技术标准,既能满足运输需要,又能节省大量工程投资。规范规定了轻重车流方向明显的重载铁路可分方向确定技术标准,例如轻、重车方向货流显著不平衡,远期也不致发生巨大变化,且分方向采用不同限制坡度有显著经济价值时,可分方向选择限制坡度;又如双线铁路轻、重车方向的年通过总质量有显著差别时,轻、重车线应按年通过总质量及设计轴重分别确定轨道技术标准。

  5.桥梁结构选择适用的梁型

  重载铁路轴重大,设计速度低,对桥梁的刚度及动力性能比高速铁路低,重载铁路常用跨度简支梁可采用T梁,以节省工程投资。

  6.合理确定路基填料、沉降控制、过渡段标准

  通过深入研究,轴重300kN的基床表层材料可采用A组填料、沉降控制、过渡段标准可采用现行客货共线铁路标准,体现了经济性。

  ◆《重载铁路设计规范》在技术创新方面有哪些内容?

  1.针对我国区域经济社会发展、产业政策和自然环境特征,以及促进重载运输发展和适应市场需求,形成了涵盖不同轴重等级、不同牵引质量的重载铁路设计标准,是世界上首部系统完整、内容全面的重载铁路设计规范。

  2.针对既有中-活载图式难以适应更大轴重和载重等级的货运发展的问题,根据重载运输特征,研究提出了ZH荷载图式,以及不同设计轴重的荷载系数,既满足了重载铁路运输现状,也兼顾了今后发展需要。

  3.研究确定了重载铁路线路平纵断面设计标准。规定最小平面曲线半径不应小于800m,困难条件下不应小于600m,不宜设置2个以上连续反向的曲线,节省了全生命周期成本,减少了换轨施工对运营的干扰。结合长大隧道坡度折减研究有关成果,提出了“单洞双线铁路隧道内线路最大坡度减缓值”标准,有效降低投资。

  4.研究确定了重载铁路路基面宽度、基床结构、填料及压实、工后沉降等设计标准。结合近年来大秦、朔黄、山西中南部等重载铁路相关研究成果,确定轴重300kN的基床表层厚度0.7m,基床深度3.0m,轴重270kN的基床表层厚度0.6m,基床深度2.5m;确定基床表层材料可采用级配碎石或级配砂砾石或A组填料等。为了保证路基填料具有良好的使用性能,基床表层采用A组填料时,规定不均匀系数,最大粒径等参数取值范围;为了减少运营期间路基变形,有效减少路基病害和运营期间的养护维修成本,规定重载铁路路基基床表层、底层及以下部分压实系数取值范围。

  5.研究确定了重载铁路桥梁离心力、横向摇摆力、制动力、结构变形、变位和自振频率限值、列车运行安全性指标。根据我国新型车辆发展,离心力作用位置调整为轨顶以上2.4m;考虑重载铁路虽然运行速度相对较低,但列车参振质量大,例如我国大秦等重载线路在实营中,仍有部分桥梁结构出现振动响应较大的现象,研究提出了列车运行安全性指标,以保证桥梁足够的强度、刚度、稳定性和耐久性,确保重载铁路桥梁安全可靠。

  6.研究确定了重载铁路隧道内轮廓、衬砌等设计标准。为满足重载列车运行,提出了衬砌仰拱结构加强措施,明确了隧道内铺设有砟轨道时,内轮廓应满足大型机械养护维修作业要求的规定,以改善重载铁路隧道线路养护维修条件。

  7.研究确定了重载铁路有砟轨道、无砟轨道设计标准。规定了重车线采用与设计轴重匹配的混凝土轨枕、扣件;年通过总质量大于100Mt小于250Mt、设计轴重大于等于300kN时,重车线宜采用75kg/m钢轨;设计轴重为250kN的线路动载系数取值为2.5,其他情况下取值为3.0。明确了桥梁、隧道等刚性基础地段宜根据年通过总质量和设计轴重采取减缓道砟破碎、粉化的技术措施,长度1km及以上的隧道内和隧道群地段经技术经济比选后可采用无砟轨道,减少维修工作量,节省全生命周期成本。

  8.研究提出了组合分解站、装卸车站等图型布置及设备配备标准。根据重载列车的作业特点,车站的分类增加了组合分解站,规定了组合分解站股道宜采用在两条重车线或两条空车线的中间夹一条机走线的布置形式,重车线或空车线与机走线之间设置渡线的位置根据组合分解列车的长度确定;装车站装车方式及设备配置应根据作业量及地形、地物条件确定;卸车站宜设翻车机,处于港口的卸车站宜采用重空车场横列、咽喉区环线连接的布置型式,专为电厂等企业服务的卸车站宜采用重车线及空车线中间夹机走线的布置型式。组合分解站、装卸车站等图型布置有利于提高作业效率。

  9.研究确定了重载铁路外部电源电压等级、供电方式、牵引变电所分布、接触网设计等要求。规定了新建牵引变电所宜采用220kV及以上电压等级供电,以增大电网对谐波、负序的承受力,减小对其它负荷的谐波、负序影响,减小牵引变电所母线电压的波动,降低输电线路损耗,保证输电线路的动态、静态稳定,降低运营成本低。

  10.研究确定了重载铁路通信网构成、通信线路、各通信系统、机车同步操控系统及可控列尾信息传送等主要设计标准。规定当重载铁路通信系统需要传送机车同步操控信息时,GSM-R系统无线覆盖应采用冗余设计,长途光缆应采用双光缆设计,以避免传输通道出现问题时,造成前后2台机车不能同步操控,危及行车安全,体现安全性。

  11.研究确定了重载铁路地面固定信号、运输调度指挥、闭塞、联锁、电源、接地等技术要求。双线重载铁路应采用自动闭塞,单线重载铁路宜采用自动站间闭塞,提高了运输效率。自动闭塞应采用ZPW-2000系列无绝缘轨道电路四显示移频自动闭塞;自动站间闭塞进站信号机应设置第一接近和第二接近两段接近区段、并在第一接近区段和第二接近区段分界处设置进站接近信号机采用3灯位机构,确保重载列车安全降速和停车。

  12.研究确定了重载铁路牵引计算和能力计算原则。根据重载铁路运输组织特点,规范规定了多机牵引时,列车采用机车同步操控系统后,每台机车的牵引力均取全值,重联机车牵引力按《列车牵引计算规程》TB/T 1407规定取值;制动空走时间及缓解时间按照列车编组中的连续车辆数计算;列车配置可控列尾装置时,计算制动空走时间的列车编组辆数按连续辆数的一半取值。明确了货物列车追踪间隔、起停车附加时分、车站作业间隔均应结合线路技术条件、列车编组、车站布置形式和信联闭设备类型,通过牵引计算确定。

  ◆ 重载铁路与客货共线铁路网能互联互通吗?

  重载铁路服务于大宗货物运输,当货物来源和去向相对固定且集中时,可采用独立运营的运输组织模式。当重载铁路集疏运量来自客货共线铁路网时,需考虑与客货共线铁路联通,重载铁路在轨距、限界标准等与客货共线铁路一致,在机车车辆轴重、牵引质量等方面有较大不同,此时,重载铁路设计轴重、牵引质量、到发线有效长度等主要技术标准要与既有路网相协调,运输组织和输送能力要匹配,达到工程经济、运输组织合理、车流顺畅、运输效率高、能力均衡的效果。因此,规范明确了重载铁路与客货共线铁路网衔接时,主要技术标准、建设方案等要与相关线相协调。

  ◆《重载铁路设计规范》与国外的重载铁路设计标准有哪些不同?

  国外重载铁路运输组织比较简单,一般都是专线运输,没有其他路网衔接,采用固定车底循环的运输模式,根据运输货物为矿石、煤炭等品类特征确定轴重,轴重达到250-300kN,最大达到375kN;牵引质量达到10000-30000t;运行速度不高,大部分在50~70km/h;行车密度低,一般不超过20对/天;运量较小,基本在150Mt以内。

  我国重载运输货物主要为煤炭,一般利用路网集疏运,货流的来源与去向多样、车流组织复杂。为适应重载货物的运输需求和路网条件,我国重载铁路轴重既有线为250kN,发展270kN,新建线300kN;牵引质量达到20000t,并成功进行了30000t列车试验;运行速度高,既有线重车80km/h、空车90km/h,设计速度不超过100km/h;行车密度大,运量大,例如大秦线开行列车近90对/天,已经实现了年运量450Mt。大秦线的运量、运行速度、运输密度等居世界首位,体现了投资少,效益高,安全性好的特点。

  我国重载铁路的建设和运营实践经验、以及科研和试验成果为标准的制定提供了强有力的技术支撑。《重载铁路设计规范》系统完整、内容全面,符合规模化建设要求,满足重载运输对于大轴重、大牵引质量、高行车密度、高运行速度、大运量等多种需求,并能适应多种气候条件、多类地形地质等工程要求,具有系统性、综合性、经济性和灵活的可操作性。