铁道科学研究院 黄建苒
一．客运专线的设计速度及其性质
世界社会与经济的发展，对铁路运输的量与质的需求不断提高，使得世界各国铁路积极研究并采用现代高新技术，加强铁路技术装备和现代化管理，向着客运高速化、快速化，货运重载化、快捷化两个方向发展。在客货运输繁忙地区，实现客货分流。此外，国外经验表明，在客货并重的、中长距离的既有繁忙干线上，试图通过改造提速到160km/h以上实现与航空和公路的竞争，是困难又不经济的，不如修建客运专线。
客运专线的设计速度，从1964年日本建成世界上第一条时速210公里的高速客运专线后，法、德、西、意、韩、中国台湾等国家和地区纷纷修建高速客运专线，设计速度从210km/h到270、300、350km/h。1985年5月欧洲经济委员会(ECE)对铁路最高运行速度的观点是：高速客运专线为300km/h，既有线提速改造为160—200km/h。国际铁路联盟(UIC)高速部，在“速度320—350km/h的新线设计科技发展动态(第一部分)”(2001年10月25日版本)资料中的观点：新建高速铁路的速度目标值是320~350 km/h。随着世界经济和技术的发展，高速客运专线的最高设计速度还会有所改变。
客运专线的性质，日本政府1970年第71号法令中曾有过规定：列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁路为高速铁路。
此外，从对轨道的平顺度要求来看，时速达200公里的铁路实际已属于高速铁路的范畴(见表1)。国外对时速200公里轨道铺设精度的要求与对时速300公里的要求相当接近。
综上所述，可以认为：客运专线的设计速度应在200km/h以上，其性质应该说是属于高速铁路的范畴。此外，笔者认为：在经济最为发达，人口最为稠密，客运量很大的地区，修建中长距离的客运专线，其设计行车速度宜选择在300~350km/h；修建城际间短距离的客运专线，其设计行车速度宜选择在250~300km/h。
为给旅客提供直达运输的条件，新建客运专线还应考虑跨线列车的运行，因此存在本线与跨线列车的速度匹配问题。根据我国目前的研究情况，暂取350/200、250/140和200/120/lOOkm/h的匹配关系。
表l 国外200km/h以上高速轨道的铺设精度标准(动态)
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不平顺种类 |
瑞典国铁 |
前西德联邦铁路 |
法国国铁 |
西班牙铁路 |
日本铁路 |
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最高行车速度
(km/h) |
200～210 |
250
(280) |
300
(320) |
300 |
210
(280) |
|
水平(mm) |
2 |
2 |
3 |
4 |
2 |
|
扭曲
(三角坑)(mm) |
2 |
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1‰(每3米
测量基线) |
1.3‰ |
1.5/2.5m |
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高低(mm) |
2 |
2/5m |
3 |
3 |
2 |
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轨向(m) |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
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轨距(mm) |
±2 |
|
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±3 |
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“最高行车速度”栏中数值为设计速度，括号中数值为提速后速度。
二．客运专线线路的特征
由于客运专线实际已属于高速铁路的范畴，因此客运专线线路的特征也就是高速铁路线路的特征。
1.高平顺性
轮轨相互作用的理论研究指出，轨道不平顺所引起的轮轨动力响应及其对行车安全性、平稳性和乘车舒适性的影响，均随行车速度的提高而显著增大。
高速铁路的理论研究和实践表明，在平顺的轨道上，车辆处于稳态运行状态，列车速度低于临界速度时，即使速度很高，轮轨动力附加荷载也很小。反之，即使轨道、路基和桥梁结构在强度方面完全满足要求，而平顺性不良时，列车运行虽未接近临界速度，但由线路引起的车辆振动和轮轨动作用力将大幅度增加。
表2表明了不同列车速度对轨道不平顺动态响应的比较，从中可以看出为什么高速线路需要具有高平顺性。
对于数量较少，而幅值较大的局部轨道不平顺，为保障旅客阅读、书写、餐饮等不受干扰，不受到，惊吓，不产生反感，日、法、德等国规定，局部轨道不平顺引起的瞬时作用的垂向加速度不得大于0.12-0.15g，横向加速度不大于0.10-0.12g。再如，一个微小的0.2mm的迎轮台阶形焊缝不平顺，在300km/h行车速度下，引起的冲击性轮轨高频动作用力P1达720kN，低频轮轨附加力P2达320kN，可导致轨道破坏，路基产生不均匀沉陷。各种微小的短波不平顺，都是恶化轨道几何状态的根源，可能引发轮、轨、轴断裂，也是产生噪音的根源之一。
因此，高速铁路要求高平顺性的轨道。而高平顺性的轨道是依托在高平/顷性的线路空间曲线、路基、桥梁等基础之上的。高平顺性是设计、建设高速铁路的控制性条件，也是高速铁路有别于中、低速铁路的最主要之点。必须从线形、路基、道床、钢轨、桥梁等各方面采取保证措施，才能达到高平顺性要求。
表2 不同行车速度对轨道不平顺的动态响应比较
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轨道不平顺 |
动态响应及管理 |
IS02631国际振动
环境控制标准 |
|
普速 |
300km/h |
|
连续高低不
平顺
波长40m、
幅值10mm |
不予管理 |
产生频率2Hz、半幅
有效值0.13g的持续
振动加速度 |
“保障健康限度”：人体可承
受5小时，否则人体血压、脉
搏等生理现象会不正常 |
|
连续高低不
平顺
波长40m、
幅值10mm |
不予管理 |
产生频率2Hz、半幅
有效值0.045g的持
续横向振动加速度 |
“工作能力减退限度”：可连
续工作3小时，否则司机工作
能力下降，判断、应急能力减
退 |
|
|
不予管理 |
频率1—2Hz、半幅有
效值横向0.0118g垂
向0.025—0.035的持
续振动加速度 |
“舒适度减退限度”：累计4
小时，否则舒适度减退 |
2.高稳定性
稳定、沉降小且沉降均匀的平顺路基是高平顺性轨道的基础。稳定性好的路基，主要是靠控制路基工后沉降和不均匀沉降，以及控制路基顶面的初始不平顺保证。这正是高速铁路路基设计、施工与普速铁路的主要区别。即高速铁路主要是以“变形”控制路基的设计、施工，而普速铁路则主要是以“强度”控制路基的设计与施工。因为，路基的工后沉降大或沉降不均匀，就要求经常维修线路，而经常处于维修的线路，其稳定性、平顺性肯定是差的，这就影响了高速行车。同时，路基的不均匀沉降过大，或其顶面初始不平顺大，将导致道床厚度不一致，道床的残余变形积累不
均匀。这在日、法等国高速铁路上是有教训的。当行车速度在160km/h
