最小曲線半徑

最小曲線半徑是鐵路上常用的技術標準，非專業的場合也稱為‘轉彎半徑’，其意義等於幾何學上的曲線半徑。這個數字的倒數能夠反映曲線的彎曲程度，即曲率。在鐵路上提到這個參數時一般是指水平面上的彎道，對於豎直投影是直線而實際上鐵路處於坡道上面的情形，使用坡度來衡量。

基本介紹

• 中文名：最小曲線半徑
• 外文名：Minimum curve radius
• 性質：常用的技術標準
• 特點：由於離心力作用向彎道的外側產生
• 其他制約：緩和曲線和夾直線的長度
• 適用學科：交通工程

高速鐵路的最小曲線半徑

因列車在高速通過彎道時由於離心力作用向彎道的外側產生橫向力，會對鋼軌產生擠壓，外翻。（參看：2008年膠濟鐵路列車相撞事故），為了保證列車的行駛安全，在鐵路的設計和建造時，國家《修規》對不同速度等級的鐵路規定了車輛可以安全通過的圓曲線的最小半徑，就是線路的最小曲線半徑。高速鐵路和平原地區幹線鐵路一般比較平直，用較大的曲線半徑；山區鐵路、工廠支線、車輛段道岔的咽喉區、編組站、城市捷運等受地形的制約較大的地段，只能使用較小的曲線半徑，列車必須限速通過。

較大的最小曲線半徑的鐵路線路的例子

京津城際鐵路，最小曲線半徑：5500m，最大縱坡：20‰。

台灣高速鐵路，最小曲線半徑：6250m，最大縱坡：35‰。

較小的最小曲線半徑的鐵路線路的例子

阿里山森林鐵路，最小曲線半徑：40m。

上海軌道交通4號線，最小曲線半徑：150m～300m。

廣州捷運5號線，最小曲線半徑：260m。

城市捷運車輛段的最小曲線半徑

既有車輛段內最小曲線半徑設定情況

車輛段內設定曲線的地方主要在咽喉區岔群、試車線、燈泡線等，分析國內外車輛段最小曲線半徑的選擇，對車輛段最小曲線半徑並無統一的標準。

1992、1999年捷運設計規範及建設標準中關於車輛段最小曲線半徑的標準主要是以北京捷運1號線的建設、運營經驗和數據分析為基礎的，反映了我國20世紀七八十年代的城市建設、車輛及鋼軌發展水平的綜合結果。20世紀七八十年代，我國捷運工程借鑑國外建造經驗，選取的曲線半徑較小，車輛段製造水平低，鋼軌材質較差，對鋼軌磨耗影響評估不足。隨著經濟技術水平的不斷提高，如今車輛段最小曲線半徑標準提高，主要因為考慮列車通過曲線帶來的噪聲和磨耗，適當提高曲線半徑有助於降低營運成本。

美國、日本、法國等國捷運車輛段並無統一的最小曲線半徑標準。紐約捷運最小曲線半徑為107 m，芝加哥和波士頓捷運為100 m;東京、大阪等城市捷運最小曲線半徑大部分不足200 m ；巴黎捷運最小曲線半徑僅為75 m 。

車輛段最小曲線半徑影響因素

車輛段最小曲線半徑的確定，是綜合考慮車輛的轉向架型式、工程的可實施性，工程與運營的經濟性、環境影響等各個方面平衡的結果。主要包括以下幾個方面：

1）車輛的轉向架型式

轉向架是捷運車輛的重要技術部件，它除了發揮支承、導向和隔振等重要作用外，還要起傳遞牽引力和制動力的作用，對車輛的運行性能起著決定性的作用。

轉向架本身的結構、懸掛參數等對捷運車輛系統的輪對橫移量、輪對搖頭角、輪軌橫向力、脫軌係數、輪重減載率等有很大的影響。也就是說轉向架的型式制約著捷運車輛所能通過的最小曲線半徑。

2）工程的可實施性

車輛段設計和施工中，任何小半徑曲線均可實施，一般來說影響最小曲線半徑的因素主要有徵地拆遷和接觸網(接觸軌)兩種。

以廣州捷運5號線魚珠車輛段為例，其庫外軌道最小曲線半徑為65 m，直線段接觸網支柱側面限界為2300 mm；曲線段，受線路條件所困，為增大支柱側面限界，需採用小250 mm支柱作為門形架中間支柱，經過計算該區域支柱側面限界最小為2125 mm即可滿足要求。此外由於曲線半徑太小，原接觸網懸掛方案雖可以保證將接觸線高度調整至機車受電弓工作範圍，但卻超過了接觸線設計高度，這可能導致接觸網和受電弓基礎壓力不夠，在瞬間可能發生弓網分離(“離線”狀態)，其後果是使列車工作電流時斷時續，時大時小，運行發生異常。綜上，最小曲線半徑會影響車輛段接觸網施工難度，並直接影響弓網關係。

3）工程和運營的經濟性

較小的曲線半徑，能夠更好地適應地形、地質等外部條件的約束。隨著城市的快速發展，車輛段基地周邊可能存在較多建築物，其對車輛段選址形成較大約束。此外，一些需要保護的古樹、古蹟，大中型市政管、高壓線以及其他特殊類型構築物也在一定程度上影響車輛段的選址，某些情況下，這些因素決定著車輛段選址能否成立。曲線半徑可靈活運用，合理規避不必要的征地和拆遷，從而達到節省工程投資的目的。但是，選擇曲線半徑較小，也意味著增加線路長度、加大維護保養工作量或者改變鋼軌材質而引起投資費用增加。

此外，軌道交通輪軌系統的反覆相互作用引起了輪軌磨耗，輪軌磨耗不僅造成金屬的大量浪費，還增加了線路的養護維修成本，降低了車輪和軌道的可靠性，尤其是曲線半徑越小，鋼軌的磨耗越嚴重，鋼軌更換周期越短。

4）環境對曲線半徑的高要求

車輛段內由於不載客運行，因此不存在旅客舒適度的要求。但是，捷運列車在通過小半徑曲線時，車輪相對於鋼軌產生橫向滑動，往往要發出尖嘯的噪聲。2001年8月22日，德國SIEMENS公司在廣州捷運1號線對捷運車輛的振動進行檢測，結果表明，上行線長壽路一陳家祠區間小半徑曲線垂向振動加速度最大值達37 m/s²，而無波磨地段垂向振動加速度最大值達15 m/s²。嚴重的波磨引起捷運車輛的劇烈運動，發出尖嘯的噪聲。

而目前，捷運車輛段物業開發是未來捷運車輛段建設的趨勢，列車通過較小曲線半逕往往會加劇車輪與鋼軌的碰撞，從而產生較大的噪聲，影響車輛段物業開發的品質，甚至車輛段周邊居民正常生活。

鐵路車輛的最小曲線半徑

鐵路車輛由於受轉向架上前後兩個輪之間距離的制約，彎度過急的線路是無法通過的。鐵路車輛能夠通過的曲率最大的圓曲線的最小半徑，就是車輛的最小曲線半徑。

這種情況在一個轉向架上有多個軸的鐵路機車上尤為明顯，如Co-Co軸式的機車適合跑平直高速幹線。相對而言，同為六軸的Bo-Bo-Bo軸式的鐵路機車更適合跑小彎道、大坡度的山區鐵路。

較大的最小曲線半徑的鐵路車輛的例子

和諧號CRH3型電力動車組

較小的最小曲線半徑的鐵路車輛的例子

韶山7型電力機車

其他制約

除了最小曲線半徑和最大縱坡以外，列車通過的速度還受到緩和曲線和夾直線的長度的制約。