哈萨克阿拉木图至阿斯塔纳高铁轨距方案研究

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摘要：研究目的：通过对高速铁路采用规矩的技术可行性、经济合理性以及哈国铁路技术的长远角度发展，来确定选择合理的轨距。

研究结论：从工程投资和经济效益角度分析，250～300km/h速度目标值略优，但是考虑本线在哈国的意义，及从功能定位分析、时间目标值适应性、技术先进性和与区域经济发展的适应性分析，建议采用350km/h速度方案。

关键词：高速铁路；哈撒斯坦；速度目标值

Option of Speed Target Value of the Astana---Alma-Ata of Kazakhstan high-speed Railway

LiuBin YinGuodong

（The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142，China）

Abstract： Research purposes： The analysis of the time target value of high-speed railway， construction cost， environmental requirements， regional economy and the adaptability of speed， the technical feasibility， the development of Kazakhstan railway technology， are made for the purpose of determining the reasonable speed target value of the Astana---Alma-Ata of Kazakhstan high-speed Railway.

Research conclusions： From the analysis of construction cost and economic benefits， the speed target value of 250～300km/h is little better， but the line in Kazakhstan is very important， and the analysis of the time target value of adaptability， advanced technology and the adaptability of regional economy， the 350km/h speed scheme is suggested..

Keywords： High-speed railway； Kazakhstan； the target value of speed

中图分类号：X731 文献标识码： A

1.高速铁路采用1520mm和1435mm轨距分析

1.1高速铁路运行高安全性和高平顺性

在世界各国高速铁路300km/h～350km/h高速铁路多采用1435mm的标准轨距，而且技术成熟。宽轨距1520mm在动态使轮轨作用关系变化很大，轮轨作用直接效果决定是否可以实现高安全性和高平顺性。

轮轨作用关系实际上属于非线弹性作用，宽轨距的荷载分布、减载率和轮距等都会对车辆实际运行状态以及脱轨状态等分析产生很大影响，仅凭借所谓动力仿真分析，难以解决实际运行存在的诸多问题。

轨距与车辆荷载分布变化对超高计算、欠超高、过超高舒适度限值的确定都产生影响，因为这些都是确定超高和舒适度的重要参数，研究宽轨距相关计算也是亟待解决的问题；

目前，俄罗斯宽轨高速铁路运行速度仅达到200km/h～250km/h，相关技术标准规范也仅限为200km/h。即使理论上动力仿真计算证明可以运行300km/h～350km/h，为安全运行也需要实际运行参数及相关资料，至少应进行实际轮轨作用动力谱试验，以满足高速运行安全性和平顺性的基本要求，鉴于此轨道就不同轨距进行技术和经济比较。

1.2高速铁路轨距与国家路网构成

高速铁路在国家路网构成中居于客运主干线地位，主要承担国内各大、中城市间的快速客运通道作用，兼顾沿线城市的旅客运输任务。具备国家铁路网客货运、高低速铁路线互连互通的条件。同时，在国家或地区间的国际铁路通道中，也应具有衔接各国或地区间陆路互连互通的功能。

1.3高速铁路轨距是制约国际铁路运输的主要因素

国际之间的快速旅客运输，铁路所占份额比较小，处于次要地位。

首先，最主要的原因是陆地相邻国家存在高速铁路轨距不一致，这导致陆地上的铁路难以互连互通。

其次，各国铁路轨距标准众多，存在差异，这为国际铁路运输带来了很大不方便。比如印度的轨距最长，中国的轨距中等，南美洲一些国家轨距最窄。中国与俄罗斯的铁路轨距不相同，这导致中俄两国的高速铁路列车难以相通，这为两国之间的铁路运输带来较大不便。

在世界范围内修建的国际高速铁路，必须解决高速铁路轨距不统一这个难题，才能做到国际之间的快速旅客运输的快捷便利、互连互通。

2.哈萨克斯坦高速铁路轨距选择与路网功能的适应性分析

2.1既有哈萨克斯坦铁路网轨距

哈萨克斯坦国内的既有铁路采用的是1520mm轨距。

2.2建高速铁路在国家铁路网的地位和作用

新建高速铁路作为贯穿哈萨克斯坦南北的重要客运通道，主要承担阿斯塔纳与阿拉木图两大城市间的快速客运通道作用，同时兼顾沿线城市的旅客运输任务。从国家铁路路网上来讲，本线具备与国家铁路网客运、高低速铁路线互连互通的功能较好。

2.3新建高速铁路在国际铁路通道中的定位和作用

新建高速铁路在世界洲际、国家或地区间的国际铁路通道中，应具有联接邻国、衔接各地区或各大洲国际铁路通道的定位，承担国际间旅客快速运输通道作用。同时，具备世界洲际陆路国际铁路通道互连互通的功能。

新建阿斯塔纳至阿拉木图高速铁路是亚欧大陆桥国际铁路通道（中国-哈萨克斯坦-俄罗斯-欧洲）的重要组成部分，该通道研究年度客、货物运输增长潜力巨大。

因此，新建高速铁路的轨距选择既要考虑国家铁路网客货运、高低速铁路线的互连互通，又须兼顾世界洲际陆路国际铁路通道的便捷畅通。

综上分析，一方面，从哈萨克斯坦本国既有铁路线网的角度看，选用1520mm轨距对实现本国铁路网内运输的互联互通更有利，有利于对既有铁路维护、救援设备的利用，也为与独联体国家铁路相互衔接提供了有利条件；从长期看，可以在未来实现连接到俄罗斯的高速铁路网（1520mm的轨距）。

另一方面，新建阿斯塔纳至阿拉木图高速铁路是新亚欧大陆桥国际铁路通道（中国―哈萨克斯坦―俄罗斯―白俄罗斯―波兰―德国，西至荷兰鹿特丹港）最为便捷的通道。从未来与欧洲及中国高速铁路网发展联网运输的角度看，就像目前欧洲高速铁路网那样，选用1435mm轨距则更具有前瞻性。

3.1520mm与1435mm轨距的技术经济比选

3.1 1520mm与1435mm轨距技术分析

最小曲线半径

见下表：

表1 1435mm轨距 最小曲线半径表（m）

表2 1520mm轨距 最小曲线半径表（m）

线间距

在采用相同的设计速度、相同的动车组（或车体宽度相同）条件下，1435mm轨距和1520mm轨距铁路的线间距相同。

本项目参考CRH动车组的技术参数，不同设计速度条件下的线间距见下表：

表3 线间距表（不同速度）

轨道

不同轨距标准的有砟、无砟轨道技术比选详见表4。

表4 不同轨距轨道结构比选

比较项目 1435mm轨距 1520mm轨距

轨道结构 有砟轨道 客专用钢轨；扣件间距600mm；轨枕1667根/km；特级道砟；道床顶面宽3.6m，厚0.35，道床边坡1：1.75。 客专用钢轨；扣件间距600mm；轨枕1667根/km；特级道砟；道床顶面宽3.85m，厚0.35，道床边坡1：1.5。

无砟轨道 客专用钢轨；扣件间距650mm；板式无砟轨道。 客专用钢轨；扣件间距650mm；板式无砟轨道，钢筋混凝土数量比准轨结构增加约5%。

设计和施工技术 技术成熟 无相关经验，成套技术的研究开发和试验验证需要一定时间。

道岔

中国与国际高速铁路采用道岔的对照分析，见下表。

表5 UIC侧向允许速度100km/h及以上道岔数据表

表6 俄罗斯主要高速道岔技术参数表

俄罗斯目前已有侧向通过满足120Km/h，直向通过速度满足200Km/h的高速道岔，而且随着莫斯科至圣彼得堡高速铁路的开通，俄罗斯的高速铁路道岔直向通过速度最高已经达到250km/h。

中国道岔号码的定义同UIC，均用道岔辙岔角的正切值表示。我国标准道岔号码高于UIC，但从道岔侧向速度来说中国和UIC标准的高速铁路是一致的。

直向通过速度满足300km/h以上的的1435mm轨距道岔目前在中国及国际高铁的运用中，技术比较成熟，直向通过速度满足350km/h的1435mm轨距道岔在中国各高速铁路上已经普遍采用。

1520mm轨距目前尚无满足直向通过速度满足大于250km/h的高速道岔，如果采用直向通过速度350km/h的宽轨高速道岔，需考虑一定的研发周期、研发费用及实验上道时间。

桥梁

相同设计速度、相同动车组条件下，1435mm与1520mm轨距的线路的线间距相同，桥梁的结构尺寸相同。

路基

-路基面形状

有砟轨道路基面形状为三角形，由路基面中心向两侧设置不小于4%的横向排水坡。曲线加宽时，路基面仍应保持三角形。

无砟轨道支承层（或底座）底部范围内路基面水平设置，支承层（或底座）外侧路基面两侧设置不小于4%的横向排水坡。

-路基面宽度

表7 1435mm轨距路基面标准宽度（中国标准）

表7 1520mm轨距路基面标准宽度

说明：采用1520mm轨距时，线路中心至接触网力臂净距3.3m，力臂0.35m，基础0.9m。（无砟及有砟相同）

路基面宽度=（3.3+0.35+（0.9-0.35）/2+0.05+0.72）×2=9.4m

1520mm轨距对1435mm轨距区间土方增加约3.5%，地基处理增加约2.5%，边坡防护工程数量基本相同。

基础设施维修机械

高速铁路基础设施维修需利用大型养路机械（如钢轨打磨列车、道岔打磨车、钢轨探伤车等）、接触网作业车、轨道车等轨行车辆，这些轨行车辆在国际上均有成熟的产品。基础设施维修用轨行车辆能够适应不同轨距（1520mm和1435mm）的线路条件。

动车组研发

设计速度满足300km/h以上的的1435mm轨距动车组目前在国际高铁的运用中技术比较成熟，速度满足350km/h的1435mm轨距动车组在中国各高速铁路上已经普遍采用。

1520mm轨距目前尚无速度大于250km/h的高速动车组，如果采用速度350km/h的宽轨动车组，需考虑一定的研发周期、研发费用及实验上道时间。主要技术难点在于转向架的研发、运营试验等。宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架优缺点分析见表8。

表8 宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架优缺点分析表

从上表可以看出，宽轨1520mm与准轨1435mm轨距的转向架各有优缺点，主要在于：与既有还是规划线网的互联互通适应范围、发展趋势以及运营维护经验两大方面。宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架在技术层面上的差异不大。

站后配套工程

1520mm轨距对站后配套工程影响较小，相同设计速度下，不同轨距标准的站后工程投资基本相同。

3.2高速铁路1520mm轨距与1435mm轨距经济比选

不同线路走向方案、不同设计速度条件下的不同轨距标准的经济经测算，线路采用I方案，设计速度350km/h时，1520mm轨距方案静态投资较1435mm轨距方案静态投资增加约2%。测算费用中不含1520mm轨距高速道岔和动车组的研发、试验费用。

6.轨距SWOT分析

表9 1435mm轨距SWOT分析表

表10 1520mm轨距SWOT分析表

7.轨距的综合比选

采用1520mm轨距的高速铁路目前仅俄罗斯、芬兰有运行速度250km/h的既有线提速铁路，运营了一年多，实际运营、维护等经验相比1435mm轨距的高铁来说不够成熟。如果采用更高的速度目标值，所面临的主要问题是需要研制1520mm轨距的道岔、动车组转向架和其他技术装备等，即需要建立全面的技术标准体系，而这些都是需要时间和费用来完成的，风险性相对较大。

通过对线型、线间距、轨道、道岔、基础设施维修、动车组等几个方面进行的技术分析以及对1435mm和1520mm两种轨距的经济比较，可以看出：在建设与维护的经济性方面，1435mm轨距高速铁路的建设与维护上的周期、成本等方面优势明显。1520mm轨距与之相比，技术体系并不十分完善、但也可实现，主要是研发的周期相对较长，研发成本以及批量较少，会间接导致产品价格较高，其成熟、可靠性等方面有待于时间进一步检验。

8.结论

轨距的选择问题，不是简单的技术问题，更多的是技术政策的倾向性，需由政府部门来最终决策。无论是采用1435mm还是1520mm轨距，都能适合并满足本工程的需求。相比来说，采用1435mm轨距无论从建设工期、后期的运营维护成本以及技术的成熟性等方面的优势更加明显。

本次研究推荐采用1435mm轨距。

参考文献：

[1] TB10621-2009 高速铁路设计规范（试行）[S]

[2] GB50091-2006 铁路车站及枢纽设计规范[S]

[3] 铁道第三勘察设计院集团有限公司 阿斯坦纳-阿拉木图高速铁路经济技术论证第二篇[Z].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2011.