近日,在长春召开的首届全球(长春)制造业服务外包峰会上,中国中车股份有限公司副总裁余卫平表示,中国正在研发时速400公里可变轨高速列车,可实现在窄轨、宽轨、标轨等不同轨道上运行。
铁路两条轨道的直线轨距是多少?为什么会有不同轨距?有砟和无砟铁道,各有什么不同?
铁路之“宽”谁来定
国际铁协确定1.435米为标轨
“1937年,国际铁路协会发布公告,将两条铁道直线轨距1.435米确定为标准轨距。”中铁第四勘察设计院集团有限公司(铁四院)夏正春博士告诉科技日报记者,以1.435米为标准,大于这个标准称之为宽轨,小于这个标准称之为窄轨。
铁四院桥梁院夏正春博士在南沙港洪奇沥大桥接受科技日报记者采访
1.435米的标准轨距是如何形成的?
关于标准轨距的来源,说法不一。一种观点认为,它来自古罗马的战车轮距;另一种观点认为它来自实际运用中的修订。
标准轨距来源于古罗马的战车轮距吗
夏正春介绍,铁路发展初期,轨距没有统一标准,各国自己定义轨距,可谓五花八门,并且有些保留至今。1825年世界上第一条营业铁路、英国的斯托克顿—达灵顿铁路,采用的1.435米轨距,1846年英国国会把这个轨距确定为英国标准轨距,并在其殖民地推广。
1825年世界上第一条营业铁路、英国的斯托克顿—达灵顿铁路
“由于英国是当时世界国力最强的国家,因此国际铁路协会将这个铁道轨距定为标准轨距。”夏正春说,高铁基于标准轨开发,所以世界上高铁一般采用的是标准轨。
最初的铁路需要照顾马车的行驶,所以延用了英国马车的轮距
“目前世界上的铁路轨距有几十种,一些国家没有采用标轨,有军事防御的考虑。”夏正春说,相对邻国的标准轨而言,一旦发生战争,不同的轨距可有效阻止敌国部队通过铁路长驱直入。
英国的马车轮距沿袭了古罗马战车的轮距 夏正春认为,随着各国开始寻求扩充、统合各地的铁路网络,轨距在未来可能会进一步标准化。
标轨、宽轨、窄轨上的最高运行时速
“宽轨主要有1.524米、1.676米。”中国铁道科学研究院机车车辆研究所副所长张波说,宽轨的优点是轨距大,不容易翻车,列车运行的平稳性和舒适性高;缺点则是转弯半径大,增加建设成本。
印度新杰尔拜古里车站内的宽轨和窄轨
不同国家采用的宽轨略有不同,如俄罗斯及其独联体国家、蒙古国的1.524米;爱尔兰及北爱尔兰的1.6米;葡萄牙1.665米;西班牙1.674米(一说1.668米);印度、阿根廷、智利等国的1.676米。
“小于1.435米的轨距称为窄轨,世界上的窄轨轨距有1.067米、1米、0.762米、0.6米等,代表性的有越南的米轨,即1米轨。”张波说,窄轨的优点是铺设成本小、转弯半径小、机车的牵引力不需要太大。但缺点是稳定性差,列车速度慢。
四川嘉阳小火车依然以20公里时速穿梭运营于犍为县大山深处的窄轨铁路上
目前世界范围内标准轨上列车的最高试验速度为574.8公里/小时,由法国高速列车TGV在2007年4月3日创造。 标准轨上列车最高运营速度为我国高速列车,速度为350公里/小时。
京沪高铁刷新世界铁路运营试验最高速
目前芬兰采用的宽轨列车其最高时速为220公里,仅在凯拉瓦—拉赫蒂路段能够实现。俄罗斯采用的宽轨列车从俄罗斯首都莫斯科到圣彼得堡,是俄罗斯国内速度最快的,也是俄罗斯国内线路上唯一的一条高速线路,最高速度为250公里/小时。
穿行在喜马拉雅山脉的印度窄轨铁路 “马来西亚是目前世界窄轨铁路动车运营速度最高的国家,设计速度为160公里/小时。”张波说。
用板式轨枕替代道砟节约成本
很多人也许会注意到,除了铁路的轨距分好几种,有的铁路路面上会铺有很多碎石子,而有的路面则是用混凝土板连接起来的。
有碎石子的路面称有砟轨道,碎石子称为道砟,混凝土枕木铺设在道砟上;混凝土板铺设的路面称为无砟轨道,混凝土枕木和混凝土板形成整体道床。铁路的有砟和无砟很有讲究。
铺设有砟轨道的宣杭线东苕溪特大桥
“道砟是用来铺设铁路路面的碎石,主要作用是把列车重量分散到路基或桥面上,降低列车的振动和噪音,保障列车的安全平稳行驶。”夏正春说,碎石承压性好,可以很好地分散上部重量,碎石之间的间隙还会起排水作用。
铺设有砟轨道的厦深铁路榕江特大桥
但夏正春说,有砟铁路有两个很大的不足。第一个不足是道砟重量太大,这增加大跨度桥梁的建设成本;第二个不足是高速行驶的列车会使道砟飞溅造成安全隐患,因此高铁一般采用无砟整体道床。
但是,无砟整体道床的建设成本高,安装精度要求高,以及其他一些技术问题,目前在大跨度桥梁上应用得少。 当 然,有些国家在高铁上仍采用道砟,为了克服高速列车使道砟粉化乃至飞溅的弊端,他们采用 一种叫做聚氨酯的 特殊材料将道砟粘连在一起。
铁四院设计的时速350公里铺设无砟轨道的商合杭高铁淮河特大桥 对于中低速铁路桥梁一般采用有砟轨道,有时需要通过减轻桥面铺装层自重增强桥梁的跨越能力和降低造价,思考能否采用板式轨枕无砟桥面系。但是这里的板式轨枕不同于高速铁路的整体道床,需要自重小、造价低、方便安装和养护。
因此,铁四院承担了中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题,即《板式轨道无砟桥面钢桁梁柔性拱桥关键技术研究》,用轻型板式轨枕桥面系替代有砟桥面系。”
夏正春透露,南沙港铁路设计时速120公里,这一技术成果首次成功在南沙港铁路998米的洪奇沥大桥应用,直接节约工程造价9000余万元。
轻型板式轨枕桥面系首次运用在南沙港洪奇沥大桥上
“截至2016年底,中国时速300公里及以上的高速铁路均采用了无砟轨道。设计时速200公里的城际铁路以及设计时速200公里的客货共线铁路、设计时速250公里的高速铁路隧道内,也多采用无砟轨道。”张波说。
(作者:矫阳)