市域铁路线路平纵断面标准研究及应用

市域铁路线路平纵断面标准研究及应用
白宝英
【摘要】市域铁路设计速度为100～160km/h,采用宽体车和窄体车2种车型,在我国城镇化建设中具有广阔的发展前景.线路技术标准应与市域铁路的功能定位相协调,线路平面设计标准应体现市域铁路特点结合国内外市域铁路平纵断面标准研究成果,通过优化超高参数、参考行车v-s曲线并针对不同车型进行技术参数分析,提出最小平面曲线半径取值、线间距及其加宽值、长大坡道标准和竖曲线设置条件等设计技术标准.该标准适应我国市域铁路实际情况,在关注旅客舒适性要求的同时也充分考虑了动车组的技术条件,与现行铁路线路设计标准相比具有一定创新性,充分体现了市域铁路特点,且技术经济性更为合理.
【期刊名称】《中国铁路》
【年(卷),期】2018(000)008
【总页数】7页(P17-23)
【关键词】市域铁路;线路标准;平纵断面;设计标准;技术参数
【作者】白宝英
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司,天津300142
【正文语种】中文
【中图分类】U239.5
市域铁路在轨道交通体系中具有特殊的功能定位，随着与之相适应的动车组技术条
件的形成，现行有关铁路线路设计标准不能完全适用于市域铁路的技术特点。

需要基于市域铁路动车组的技术条件对线路主要技术标准开展研究，以期完善铁路线路设计标准，为确定市域铁路技术经济合理的设计标准提供支撑。

1 概述
市域铁路是适应城镇化发展需求而兴起的轨道交通方式之一，设计速度定位为100～160km/h，服务于中心城区与周边城镇或组团客流的交流，行车速度高于城市轨道交通线路，车站分布间距大于城市轨道交通，采用类似国铁的车辆及牵引供电制式，具有速度快、运量大、公交化等服务功能，集合地铁、城际铁路、高速铁路等轨道交通方式，构建起多层级的轨道交通体系[1]。

市域铁路在不同轨道交通层级间具有“承上启下”的“桥梁”功能，既具有城际铁路、高速铁路的高速度和大运量特点，也能提供与地铁相同品质的公交化运营的便利性服务。

因其功能定位及服务属性的特殊性，现行设计标准体系不能较好的与之匹配，因此有必要对市域铁路设计标准开展研究。

2 国外市域铁路平纵断面标准特点
与我国市域铁路建设正处在起步或发展阶段不同，国外发达国家大城市的市域铁路交通网已基本稳定，其在市域铁路建设中积累了大量成熟的工程经验并建立了完善的技术标准体系，对我国市域铁路技术标准的制定具有一定的启示作用。

2.1 日本
日本对市域铁路平面标准规定，在列车速度160km/h以下铁路正线上，直线最小线间距取车辆基本限界的最大宽度加600mm，在仅限于运行使乘客无法探出身子的车辆的区间，取车辆限界的最大宽度再加400mm。

曲线地段线间距考虑加宽，加宽值为超高差引起的偏移量、相邻线由曲线引起的偏移量之和[2]。

例如日本市域铁路筑波快线，轨距1067mm，最高设计速度160 km/h，区间直线地段最小线间距3.6m。

2.2 德国
德国铁路规范规定，快速长途客运+市郊客运的指导速度目标值为120～160
km/h，最大坡度不超过35‰且长度不宜大于6 km。

在10 km坡段长度范围内，平均的上坡度/下坡度不得大于25‰；在相邻坡段的坡度差大于1‰时设置竖曲线，竖曲线最小长度为20 m，对最小坡段长度无具体规定[3]。

3 线路平面标准研究
市域铁路线路平面设计需确定与速度目标值相适应的技术标准，平面技术标准除满足各项超高参数、加速度等安全舒适性指标要求外，还应考虑不同技术参数动车组对其影响。

根据市域铁路车辆技术的相关研究，我国市域铁路列车主要有A型、D 型及CRH市域型等不同车型。

此次研究计算中采用宽体车和窄体车2种车型，宽体车车宽为3.3 m，窄体车车宽为3.0 m。

综合考虑满足旅客舒适度要求的欠、过超高允许值、超高时变率及曲率差等因素，对市域铁路平面最小曲线半径、缓和曲线长度、线间距及复曲线设置等相关标准开展研究，得出与市域铁路功能定位相协调的平面技术标准，以体现设计标准的技术经济合理性。

3.1 最小曲线半径
3.1.1 超高参数选择
超高参数包括设计超高允许值、欠超高允许值、过超高允许值及其组合等[4]，均
依据设计速度、安全及舒适度条件进行选择。

（1）设计超高允许值［h］。

影响最大设计超高允许值的因素包括安全条件和舒
适条件2个方面：
①安全条件［ha］。

当列车通过设置超高的曲线时车体会发生倾斜，因车体倾斜
而导致车体中心偏离轨道中心，应控制此偏移距离，以保证车体不会因失去平衡而倾覆。

由此得出了安全条件要求的最大超高计算式为：
式中：S为钢轨中心距，取1500 mm；H为车体重心高度，目前我国市域铁路列车D型、市域A型、CRH市域型车体重心高度为1912～2065 mm，按此参数计算得到的最大允许超高为181 mm。

②舒适条件。

超高致车体倾斜，其值过大会导致乘客的不舒适，通常倾斜角度不宜大于7°，即最大超高不宜大于184 mm。

从计算结果看，最大设计超高允许值取181 mm是安全的，但是实设超高需考虑
运营养护实际条件，因此本研究建议最大实设超高取值150 mm。

（2）欠超高允许值［hq］。

根据欠超高与乘坐舒适度关系试验结果，乘客对于舒适性的体验分别为“没有感觉”“轻微感觉”“明显感觉”，对应的未被平衡横向加速度分别为0.030g 、0.054g 、0.077g ，相应的欠超高允许值分别为45、81、115 mm。

考虑市域铁路定位于设计速度160 km/h及以下，且市域铁路的运营长度一般不
超过100 km，综合现行相关设计标准确定的分析研究，本研究欠超高允许值取值一般为70 mm、困难为90 mm。

（3）过超高允许值［hg］。

市域铁路为纯客运线路，客车轴重较轻且单一、牵引质量小。

从舒适度角度分析，过超高与欠超高可采用与欠超高相同的标准，即一般为70 mm、困难为90 mm。

根据上述各项超高取值分析，设计超高+欠超高允许值、欠超高+过超高允许值见
表1。

表1 超高之和允许值 mm舒适度条件一般困难设计超高+欠超高允许值
［h+hq］ 220 240欠超高+过超高允许值［hq+hg］ 160 200
3.1.2 正线平面最小曲线半径
（1）正线平面最小曲线半径根据路段设计速度、超高参数计算，计算公式如下[5]。

①满足最高设计速度要求的平面最小曲线半径为：
②满足高、低速列车共线运行时平面最小曲线半径为：
式中：vmax为设计最高速度，km/h；vmin为低速旅客列车设计速度，km/h；［h+hq］为设计超高+欠超高允许值，mm；［hq+hg］为欠超高+过超高允许值，mm。

（2）高低速共线运营的工况一般指大站快车及站站停列车，也可能是由本线列车与跨线列车存在速差而出现的工况。

当不同速度的列车通过某一曲线时，确定最小曲线半径标准有2个条件：一是高速度列车设计速度vmax、设计超高+欠超高允许值［h+hq］；另一是高速度列车设计速度vmax、低速度列车设计速度vmin、欠超高+过超高允许值［hq+hg］。

本研究设计速度目标值分级为160、140、120、100 km/h，根据式（2）计算可知满足最高设计速度要求的最小平面曲线半径；低速度与运营组织方案有关，鉴于设计规范需具有一定的包络性，与设计速度匹配的低速度按照最大速差考虑，根据式（3）计算可知满足速差要求的最小平面曲线半径。

（3）根据上述确定的超高参数，以设计速度160 km/h为例，按照单一速度、高低速匹配下的最小曲线半径见表2。

表2 160 km/h高低速匹配下的最小曲线半径 m匹配低速/（km·h-1）条件
[h+hq]/mm R/m [hq+hg]/mm 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0一般条件 220 1373 160 1291 1416 1527 1623 1704 1770 1822 1859 1881 1888困难条件240 1259 200 1033 1133 1221 1298 1363 1416 1457 1487 1505 1510
由表2可知，当高低速速差较大时，最小半径需根据速差情况按式（2）计算。

在不考虑低速情况下，满足设计速度要求的最小曲线半径见表3。

表3 不考虑低速情况下的最小曲线半径 m设计速度/（km·h-1） 160 140 120 100 80一般条件 1400 1100 800 600 400困难条件 1300 1000 700 500 350 3.2 缓和曲线长度
缓和曲线最小长度需满足安全舒适的要求，根据设计速度、曲线半径，按照相应的公式计算确定并取最大值。

安全性指标为超高顺坡率，舒适性指标为超高时变率和欠超高时变率[6]。

（1）满足最大超高顺坡率要求的缓和曲线长度为：
（2）满足超高时变率要求的缓和曲线长度为：
（3）满足欠超高时变率要求的缓和曲线长度为：
式中：h为设计超高值，根据平衡超高值（设计速度及曲线半径计算）和欠超高取值（按照与半径计算所取参数相协调的原则选取）确定，最小取值10 mm；imax 为满足安全条件的最大超高顺坡率，一般取2‰；v为设计速度，km/h；f为超
高时变率，一般条件为30 mm/s，困难条件为40 mm/s；β为欠超高时变率，一般条件为45 mm/s，困难条件为50 mm/s。

缓和曲线长度一般由舒适条件控制，结合现行有关线路设计标准及运营实践，确定本研究的相应技术参数。

超高时变率一般条件采用30 mm/s，相当于超高顺坡率
1/（9v）；困难条件采用40 mm/s，相当于超高顺坡率1/（7v）。

现行高速铁路、城际铁路、客货共线铁路等超高顺坡率的取值在1/（11v）～1/（8v），根据市
域铁路在轨道交通体系中的层级地位，本研究确定的舒适度水平是比较合理的。

3.3 设置复曲线的相关标准
因为复曲线在测量、养护等方面较困难，因此在现行新建铁路标准中不允许设置复
曲线。

而在实际工程建设过程中，按原设计纠正施工错误或误差可能会出现废弃工程，所以当特殊困难条件下经技术经济比选，可设置复曲线。

但是，为保证舒适度要求需对复曲线的曲率差进行适当约束，在复曲线间设置缓和曲线可以使线形的曲率过渡更加平顺，但是在较短的线路长度范围内精确地测设、养护复杂的线形比较困难，因此规定复曲线的半径选择需满足不设置缓和曲线的要求，以尽可能地简化测设及养护工作[7]。

不设中间缓和曲线的复曲线的曲率差需满足式（7）的规定，不设中间缓和曲线的复曲线最大曲率差见表4。

式中：R1、R2为曲线半径，m；L为车体长度，市域D型、A型车22.00 m，CRH市域型车25.45 m；b为欠超高时变率，一般条件为45 mm/s，困难条件为50 mm/s；f 为超高时变率，一般条件为30 mm/s，困难条件为40 mm/s。

表4 不设中间缓和曲线的复曲线最大曲率差1/R1-1/R2设计速度/（km·h-1）160 140 120 100 80计算值一般 1/10171 1/6814 1/4291 1/2483 1/1271困难1/8718 1/5840 1/3678 1/2128 1/1090取整一般 1/12000 1/8000 1/6000
1/4000 1/2000困难 1/10000 1/6000 1/5000 1/3000 1/1500
3.4 线间距及曲线地段线间距加宽
区间直线并行地段的线间距及区间曲线地段线间距加宽，需根据车辆技术条件、会车压力及两线间设置设施（设备）要求等，综合分析确定。

3.4.1 车体间净距
市域铁路宽体车的最大宽度为3.3 m，根据限界研究的仿真计算结果，市域D型车考虑30 m/s侧风风速时，车体最宽处横向最大偏移位置为1734 mm；不考虑侧风作用时，车体最宽处横向最大偏移位置为1697 mm，其中包括轨道的几何不平顺。

车体最大动态宽度为1734+1697=3431 mm，动态偏移量3431-
3300=131 mm；CRH市域型车体宽度3.3 m时，考虑30 m/s侧风风速，车体
最大动态宽度为3424 mm，动态偏移量124 mm。

市域A型车车体基本宽度3.0 m时，考虑最大侧风风速30 m/s，车体最大动态宽度为3129 mm，动态偏移量129 mm。

据此推算不同线间距、不同车体宽度时车体间的最小净距见表5。

表5 不同线间距、不同车体宽度时车体间最小净距 mm车体宽度/m线间距/m 4.0 3.8 3.63.3 569 3693.0 871 671 471
3.4.2 会车压力
通过仿真软件模拟计算了列车行驶速度160、120 km/h时，在线间距3.8、3.6 m会车时列车所受风压见表6。

从仿真计算看，会车压力远小于车辆技术条件规定的车体强度，因此线间距标准不受会车压力控制。

表6 在线间距3.8、3.6 m会车时列车所受风压 Pa行车速度/（km·h-1）风压最大值峰值3.8 m 3.6 m 3.8 m 3.6 m 160 1462 1476 1031 1205 120 823 831 573 670
3.4.3 最小线间距标准
目前我国市域铁路采用的主要车辆类型有2种，车辆宽度分别为3.0、3.3 m。

线间距标准选择需考虑兼容不同车辆上道运营需求，以提高铁路设备运用的灵活性。

为保证安全，车体间的净距应留有一定的安全裕量，一般不小于360 mm。

因此本研究规定区间直线地段最小线间距标准见表7。

表7 区间直线地段最小线间距 m项目车体宽度3.3 3.0最小线间距 4.0 3.8
3.4.4 曲线地段线间距加宽
区间双线的曲线地段是否需要加宽以及加宽值大小与曲线两端直线地段的最小线间距、曲线半径、车辆类型等因素有关。

（1）当车体位于曲线时，车体中部及端部会分别偏离线路中线一定距离，偏移量与车体长度、车辆定距及固定轴距有关。

①市域D型车：车体长度22.0 m（无司机室）、22.0 m+△（单司机室），车辆
定距15.7 m，固定轴距S=2.5 m；车体中部偏移量Wm=30811/R，车体端部
We=29689/R，总偏移量W=60500/R。

②CRH市域型车：车体长度24.50 m（中间车）、25.45 m（首尾车），车辆定
距17.5 m，固定轴距2.5 m；车体中部偏移量Wm=38281/R，车体端部偏移量We=42682/R，总偏移量W=80963/R。

（2）曲线两端直线地段的最小线间距及曲线半径因素。

按照前述线间距标准分析，在线间距4.0 m、车体宽度3.3 m、预留360 mm安全裕量后，仍有剩余间距
209 mm，因此在曲线地段当车体偏移量小于209 mm时可以不考虑曲线加宽。

但是曲线地段车体动态偏移变化较直线地段复杂，根据前述仿真结果及实测数据分析，小半径地段考虑一定的间距裕量有利于运营安全及方便养护维修，净距裕量值按100 mm考虑，即车体偏移量小于109 mm的曲线地段可不考虑加宽[8]。

当
曲线两端的直线线间距为最小线间距时，曲线地段线间距加宽见表8。

表8 曲线地段线间距加宽值 mm曲线半径/m 加宽值800及以上 0700 10600 25500 55400 95300 160
上述计算分析是基于内外侧线路曲线超高相同、线间未设置任何建（构）筑物，当工程设计条件与上述不符时，需结合具体工况分析线间距是否需要加宽及其大小。

4 线路纵断面标准研究
高速铁路和地铁设计规范中，根据列车性能、设计速度以及乘坐舒适性等指标分别对纵断面坡段长度、竖曲线半径等设计参数进行了规定。

与高速铁路、地铁一样，市域铁路在纵断面设计时也要基于车辆技术条件及行车速度要求，选用经济技术合理的设计指标[9-11]。

主要对市域铁路线路的长大坡道标准、竖曲线设置条件、最小竖曲线半径取值开展研究，为市域铁路纵断面设计及规范编制提供参考。

4.1 长大坡道标准
客运专线铁路的长大坡道标准，需考虑动车组的上坡牵引及下坡制动的技术特性，
按照“列车以一定初速度进入长大坡道，行驶到坡道末端时的速度不低于设计速度的80%”确定，其目的在于令线路设计标准与其他系统根据设计速度所选用的设
计标准的协调与适应，避免因长大坡道导致的运行速度过低而使得其他系统设计投入的不合理闲置，可以更好地体现建设项目整体的技术经济合理性，且标准形式简单明了易于设计者选用。

因此，本研究从控制末速度的角度对长大坡道长度标准进行分析研究。

4.1.1 计算条件
速度目标值分为160、140和100 km/h三档；分为以速度目标值为初速度驶入
大坡道、以低于设计速度为初速度驶入大坡道2种运行工况；最大坡度设置15‰、20‰、25‰、30‰、35‰五档；坡段长度按每1 m递增至20 km。

根据CRH 市域型动车组、市域D型动车组、市域A型动车组等3种车型的牵引特性进行仿真计算得到末速度值。

本研究中初速度低于设计速度的工况选择基于2种考虑：高于设计速度0.8倍的初速度，是指区间线路列车正常牵引行驶的工况；低于设计速度0.8倍以下的初速度，是指停站列车位于车站两端加速地段的工况。

4.1.2 取值分析
按照末速度不小于设计速度0.8倍左右的原则，对CRH市域型动车组、市域D型动车组、市域A型动车组等3种车型的大坡道末速度计算进行分析。

因不同车型
的动车组其牵引性能不同，导致在相同速度目标值、初速度、坡度及坡段长度条件下，末速度有一定的差异，但线路条件应具备一定的兼容性，以适应不同车型的列车运营，因此对于长大坡道标准的取值应考虑一定的余量，按此原则提出市域铁路长大坡道标准的建议。

（1）区间线路，坡度20‰及以下的坡段长度可不做限制；坡度25‰的坡段长
度不宜大于8 km；坡度30‰的坡段长度不宜大于3 km；坡度35‰的坡段长度
不宜大于1 km。

20‰以上的坡度慎用。

（2）车站两端线路，根据v-s曲线并考虑牵引供电、通信信号及行车研究等综合
分析确定最大坡度及其坡段长度。

当进入大坡道的初速低于120 km/h时，需结
合相关专业要求慎用大于20‰的坡度，且控制坡段长度不大于1000 m。

在长大坡道上的末速度不小于设计速度的80%时，对于线路的设计能力及行车间
隔要求没有影响，长大坡道的坡度也可理解为平均坡度。

4.2 相邻坡段连接
4.2.1 设置竖曲线条件分析
相邻坡段的坡度差较大时，需按照安全及舒适要求设置竖曲线。

满足安全条件的坡度差是指列车通过变坡点时不脱轨、不脱钩，与车辆参数有关，包括车体重心、转向架、踏面轮缘高度、相邻车钩中心水平线的高差等。

根据目前市域铁路的主导车型的相关技术参数，按照最不利的车辆参数条件计算，得到安全条件允许的最大相邻坡段坡度差为3.2‰，即当相邻坡段坡度差小于3.2‰时不设竖曲线也是安全的，因此本研究建议相邻坡段坡度差大于或等于3.0‰设置竖曲线。

4.2.2 竖曲线半径
最小竖曲线半径应满足安全和舒适要求。

安全要求的最小竖曲线半径与车辆参数有关，包括车体长度、转向架、车钩等。

以车体长度25.4 m、转向架中心距17.5 m、车钩中心线上下位移允许值25.3 mm为例，安全要求的最小竖曲线半径为1674 m。

舒适条件要求的最小竖曲线半径根据设计速度及竖向加速度确定，现行相关设计标准中竖向加速度在0.40～0.15 m/s2，根据市域铁路的功能定位，并结合客运专线铁路标准体系情况，本研究建议竖向加速度采用一般条件0.25 m/s2、困难条件0.4 m/s2，考虑一定的裕量后对计算值取整作为设计标准。

以设计速度100
km/h为例，竖向加速度取0.4 m/s2时，最小竖曲线半径计算值为1929 m，由
此可见安全要求的最小竖曲线半径小于舒适度要求的最小竖曲线半径，即竖曲线半
径由舒适条件确定。

5 结束语
市域铁路线路设计标准研究在关注旅客舒适性要求的前提下，根据其功能定位和动车组技术条件等制定技术经济合理的设计标准。

通过优化超高参数研究，提出了最小平面曲线半径取值、最小缓和曲线长度取值等技术指标；通过对市域A型、D 型、CRH型动车组有关技术参数分析，提出了复曲线设置标准、线间距及其加宽标准；通过结合动车组牵引及制动性能并参考行车模拟的v-s曲线，提出了长大坡道标准、竖曲线设置条件等研究成果。

研究成果充分体现了市域铁路特点，与现行铁路线路设计标准相比具有一定的创新性，为市域铁路设计提供了理论依据与数据支撑，更好地体现了建设项目的技术经济合理性。

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