学文网摘 要：以我国高速铁路设计标准为依据，从机车车辆限界、列车运行时的横向偏移、保证列车运行安全的安全预留三个方面，阐述了确定高速铁路建筑限界宽度的影响因素。从保证行车安全出发，分析了高速铁路建筑限界最大宽度的确定机理，论述了曲线上建筑限界加宽的理论和方法。
关键词：高速铁路 机车车辆限界 建筑限界 宽度
中***分类号：U298.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0083-02
为了防止列车与铁路线路两旁的建筑物或设备发生刮蹭、碰撞，凡接近铁路线路的各种建筑物和设备，必须与线路保持一定的距离，保证列车在铁路线路上的运行安全，这就形成了铁路建筑限界。建筑限界是铁路基础的技术标准，它的制定与机车车辆、信号、桥梁、隧道等设备的设置密切相关。建筑限界过小，影响列车的运行安全，限制列车的运行速度；建筑限界过大，则会使站场、桥梁、隧道的建设费用增大。高速铁路列车运行速度高，既保证列车运行安全，又要减少建设费用，更要科学、经济、合理的确定建筑限界。本文就关于高速铁路建筑限界最大宽度的影响因素及确定方法进行探讨。
1 高速铁路建筑限界的概念及作用
高速铁路建筑限界是一个与线路中心线垂直的极限横断面轮廓，除机车车辆及与机车车辆相互作用的设备外，其它设备和建筑物均不得侵入的轮廓范围。建筑限界是确保机车车辆能够安全通过的起码空间，是确定线路两旁建筑物或设备，至相邻线路中心线的最短距离，以及站场设计的依据。
2 确定高速铁路建筑限界最大宽度应考虑的因素
2.1 机车车辆限界的宽度
机车车辆限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓。无论是新造的机车车辆，还是具有最大限度公差或磨耗的空重车，停放在水平线路上，应无侧向倾斜与偏移，除使用中需要探出的部分（如受电弓、塞拉门等）外，任何部分都应容纳在限界轮廓内，不得超越。机车车辆限界是静态限界轮廓，规定机车车辆不同部位宽度、高度的最大尺寸和其零部件至轨面的最小距离，因此它决定了新造机车车辆的外形尺寸。
机车车辆限界宽度越大，其建筑限界的宽度就愈大。在确定高速铁路机车车辆限界宽度时，应考虑现行机车车辆情况，并为远期发展留有余地。目前我国高速铁路运行的动车组，CRH2的车体宽度最大为3.38 m，考虑座位布置能从2+2排列方式发展成为2+3排列方式，使车体宽度有增加的余地。因此高速铁路机车车辆静态限界，其宽度仍为3.4 m，与GB146.1-83中机车车辆限界规定的宽度相同。
2.2 列车运行时的横向偏移量
列车运动是复杂的动态过程，除了滚动之外，还有横向、垂向的振动和滑动，其中车辆的横向振动会使车辆横摆、摇头和侧滚，造成车体中心线偏离线路中心线，从而产生车辆的横向偏移。列车运动时所产生的横向偏移量越大，建筑限界的宽度就越宽。造成列车横向振动的原因如下。
2.2.1 车辆结构
车辆是由车体、轴箱、摇枕、侧架、轮对等基本部件组成的，各部件之间通过刚性、弹性、或摩擦阻尼装置相连接。车辆的这种结构特点，使列车运行时产生横向振动。同时车辆转向架各部件之间的游间，以及制造误差等，也会使车辆产生横向振动。
2.2.2 轨道的不平顺
高速铁路线路的两股钢轨顶面在直线地段应保持同一水平，线路和道岔处的轨距都应是标准轨距。但由于施工技术的问题使新铺的轨道，在验收时其水平和轨距都允许有一定的误差，这些因素造成轨道的不平顺，当高速列车运行时，使列车横向振动加剧。
通过研究表明，车辆的横向偏移量随着列车运行速度的提高而增大，且速度越高，振动偏移量随速度变化越明显。高速铁路虽然动车组的制造技术高，轨道按照高平顺性设计，但高速运行会使列车由于车辆结构和轨道状态引起的横向振动加剧，横向偏移量增大。所以，确定建筑限界的宽度时，就必须考虑列车的横向振动所引起的横向偏移量对建筑限界的影响。
2.3 安全裕量
安全裕量是考虑一些未定因素如施工误差、线路大修等，使线路可能发生的非正常状态偏移，以及车辆各部件磨耗引起的车辆摇头、点头振动、列车会车压力波等对横向偏移量的影响，而裕留的安全空间。
3 高速铁路直线地段建筑限界最大宽度的确定
建筑限界的确定是在考虑机车车辆限界的基础上，将车辆结构、轨道不平顺所引起的横向偏移量，按照最不利情况进行组合，得出高速车辆在直线和曲线上的振动总偏移量，再考虑未定因素的影响而留有的安全裕量。
目前，机车车辆限界的宽度为1700 mm，列车运动时的最大横向偏移量约为446 mm，安全余量取150 mm，加总后取整为2300 mm，按此计算高速铁路建筑限界最大宽度应为4600 mm。由于高速铁路没有货物列车运行，建筑限界可适当减小。但考虑到与既有铁路限界宽度的一致性，并且不引起工程量增加，因此高速铁路建筑限界的最大宽度可不小于既有铁路，与GB146.2-83中规定的一致，为4880 mm。第十版《铁路技术管理规程》规定，200 km/n≤v≤350 km/h的客运专线，其建筑限界的最大宽度为4880 mm。日本新干线建筑限界的最大宽度为4400 mm，德国大部分线路也是4400 mm，可见我国建筑限界的最大宽度已留有足够的安全空间，能够保证高速列车的运行安全。
4 高速铁路曲线上建筑限界的加宽
当列车在曲线上运行时由于车体中心线与轨道中心线不吻合，两转向架中心销之间的车体中心线向曲线内侧倾斜，车体纵向两端向曲线外侧突出，同时由于曲线部分外轨超高也使车体向曲线内侧倾斜，这些因素都会使车体与建筑限界之间的安全空间减少。因此为保证行车安全，曲线上的建筑限界应加宽。加宽量的计算式为：
公式（1）中的第一项和公式（2）都是由于车体中心线与轨道中心线不吻合，所产生的曲线内侧加宽和外侧加宽，即几何偏移，公式（1）中的第二项是由曲线外轨超高所产生的曲线内侧加宽，即超高倾斜。由此可以看出，几何偏移所引起的加宽量与曲线半径有关，曲线半径越大，加宽量越小。第十版《铁路技术管理规程》规定的客运专线最小曲线半径为2200 m，困难情况下为2000 m。按照困难情况计算，其内侧加宽为20.25 mm，外侧加宽为22.00 mm。在确定建筑限界最大半宽时，各种影响因素已按最不利情况组合，还考虑了150 mm的安全裕量，在此基础上由2300 mm加宽到2440 mm，有足够的安全空间。因此，几何偏移所引起的加宽数值就显得太小，可以不用考虑。所以高速铁路曲线上建筑限界的加宽，只考虑超高倾斜加宽就可以了。即：
由（3）式可以看出，高速铁路曲线建筑限界的加宽量与H、h有关。H为计算点至钢轨顶面的高度。当线路旁的建筑物或设备的高度大于或等于机车车辆限界上外侧突出点的高度时，取机车车辆限界上外侧突出点作为计算点，该点至钢轨顶面的高度为3850 mm，即H=3850 mm.。当建筑物或设备的高度小于机车车辆限界上外侧突出点的高度时，计算点取建筑物或设备的顶点，H为建筑物或设备的高度。h为曲线外轨超高，它随曲线半径的不同而不同，可利用公式求的。通过铁科院研究表明，当列车停在外轨超高为200 mm的曲线上时，旅客感到站立不稳，行走困难且有晕眩之感，德国和法国为180 mm，日本新干线为200 mm，因此我国高速铁路曲线外轨超高最大值为180 mm。
5 高速铁路曲线上建筑限界的加宽方法
列车运行从直线经过缓和曲线到圆曲线，或从圆曲线经过缓和曲线到直线，为保证列车在此过程中运行平稳，曲线上建筑限界的加宽不是突变，而是采用阶梯递减的方法。加宽范围为部分直线、缓和曲线和圆曲线。阶梯递减法将加宽区域分为两段进行加宽，具体为
第一段：取直缓点外22 m处作为加宽的起点，该距离为车体一侧转向架中心至另一侧车体端部的距离，该点是产生加宽的临界点。取缓中点向直缓点方向13 m处为第一段加宽的终点，该距离为车体长度的一半。该段按加宽量的一半进行加宽。
第二段：从第一段的终点开始直到缓圆点，该段按全部加宽量进行加宽。
6 结语
随着高速铁路建设及运营，高速列车运行安全问题日显突出，建筑限界的确定就成为保证高速列车运行安全的重要内容之一。本文基于我国高速铁路设计标准，对高速铁路建筑限界影响因素及确定方法进行了探讨，旨在正确理解建筑限界宽度的影响因素、曲线上建筑限界加宽理论和方法，合理确定线路两旁建筑物和设备至线路中心线的距离，为高速铁路站场设计提供帮助。
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