铁道概论第二章铁路线路

《铁道概论》第六版海南维管段中铁电气化铁路运营管理有限公司海南维管段第二章铁路线路铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。本章内容：•§2.1概述•§2.2铁路线路的平面和纵断面•§2.3铁路路基及桥隧建筑物•§2.4轨道•§2.5限界在建筑一条铁路之前，必须进行调查研究和勘探工作，并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计。铁路建设的几个阶段：立项决策阶段：预可行性研究、初测、环境影响、水土保持评价等；设计阶段：定测、初步设计和施工图设计；工程实施阶段：工程招标投标、编制开工报告，进行工程施工、验交投产。投资效果反馈：铁路运营若干年后，由建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。一、铁路的勘测设计§2.1概述二、铁路等级及主要技术标准铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。三、铁路的种类1、国家铁路2、地方铁路3、合资铁路4、专用铁路5、专用线铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。§1.2铁路线路的平面和纵断面8§1.2铁路线路的平面和纵断面线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O的纵向连线。如下图所示：LL/2ABDCO线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面(俯视)，表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面（侧视），表明线路的坡度变化。线路纵断面线路平面§1.2铁路线路的平面和纵断面一、铁路线路的平面及平面图铁路线路在转向处所设的曲线，圆曲线基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角α，曲线长L，切线长度T；缓和曲线长度L0——直线与圆曲线之间的过渡线。线路的平面由直线、曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。线路曲线地段1、曲线要素不考虑缓和曲线时，直接根据数学公式可以得出：tan2TRm切线长度：曲线长度：180LRm10的弧长:180RLm2、曲线的计算（圆曲线）GFsinGcosF（1）外轨超高为了平衡离心力，使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，旅客不因离心加速度而感到不适，将外轨抬高一定程度。外轨超高2vFmR3、曲线地段的特点:,/,hmmvkmhRm式中——超高，——平均行驶速度，——曲线半径，。cossinFG2cossinGvGgR5sintan在时，tansin11500,km/hm/s,Smmv取由则211.8vhR22vGvFmRgRGFsinGcosF外轨超高2tanvgR21SvhgR1hS2vgR（1）外轨超高3、曲线地段的特点为防止轮对被轨道楔住或挤翻钢轨，对于小半径曲线的轨距要适当加宽(R≤350m时，≤15mm)，以使机车车辆能顺利通过曲线，并使钢轨与车轮间的横向力最小，减少轮轨间的磨耗。（2）轨距加宽3、曲线地段的特点直线164、缓和曲线2vFmR0F圆曲线R圆曲线(1)设置缓和曲线的原因ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm为了使列车安全、平顺地由直线运行到圆曲线(或由圆曲线运行到直线）而在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径逐渐变化的曲线称为缓和曲线。0F4、缓和曲线(1)设置缓和曲线的原因①缓和曲线半径从∞→R（或R→∞）；②运行中列车的离心力逐渐↑（或↓）；③缓和曲线轨距加宽逐渐↑（或↓）；④缓和曲线外轨超高逐渐↑（或↓）。18ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm0F（2）缓和曲线的特点1911.8hRvmax11.8qhhRv211.8vhR5、曲线路段对运营的影响◢限制列车运行速度；◢增加轮轨磨耗；◢增加轨道设备；◢增加轨道养护维修费用。曲线附加阻力：机车车辆在曲线上运行时的阻力大于同样条件下直线上运行的阻力，其增大部分叫曲线附加阻力，简称曲线阻力。（N/KN）Rr600ωr——单位曲线阻力（N/KN）R——曲线半径（m）600——据试验得出的数据。产生原因：机车、车辆在曲线上运行时，轮轨间的纵向和横向滑动、轮缘与钢轨内侧面的摩擦增加，同时，由于转向架转向和侧向力作用，上下心盘等部分摩擦加剧。6、曲线附加阻力经验公式：用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。7、铁路线路平面图线路平面图1、变坡点、坡段、坡度、竖曲线线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。二、铁路线路的纵断面及纵断面图线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。二、铁路线路的纵断面及纵断面图1、变坡点、坡段、坡度、竖曲线坡度指以坡段终点对起点的高差与两点之间水平距离的比值。用千分数表示。10001000tanhil‰‰二、铁路线路的纵断面及纵断面图坡道坡度及坡道附加阻力示意图2、坡道附加阻力Q坡道阻力是机车、车辆的重力沿轨道下坡方向的分力。数值上=坡度的千分数（N/KN）siniWQtan()QKN1000iiWwQtan1000QaQ()NKNii有正负区分坡度的千分数分子（1）限制坡度3、限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度限制坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。（又陡又长）（2）加力牵引坡度在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：A.可以修建隧道穿过山岭；B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。3、限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（3）动能坡度机车牵引按限制坡度计算的列车质量，利用列车的牵引力和积累的动能，以不低于机车的计算速度所闯过的、大于限制坡度的坡度称动能坡度。3、限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为1:10000、垂直方向为1:1000）和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图。4、铁路线路纵断面图线路纵断面图三、线路标志1、线路标志的作用（1）里程标(公里标、半公里标)公里标从铁路线路起点开始，每走一公里设置一个；半公里标设于线路的半公里处。2、线路标志的类型及设置地点设置线路标志是为了便于工务人员从事线路的维修和养护；及司机和车长掌握线路的变化，安全行车。（2）曲线标为曲线的技术参数，在上面标明曲线的有关要素(曲线长度、缓和曲线长度、曲线半径、超高、加宽)。该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：2、线路标志的类型及设置地点（3）坡度标表示该坡道的坡度大小及坡段长度，并用箭头表示上坡和下坡。坡度标设在变坡点处。2、线路标志的类型及设置地点（4）桥梁标设在桥梁中心里程（或桥头）处，标明桥梁编号和中心里程。2、线路标志的类型及设置地点（5）管界标设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，两侧标明所向的单位名称。2、线路标志的类型及设置地点通常，把垂直于线路中心线的路基横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照路基所处的地势情况与横断面的形状，路基断面可以分为6类：一、路基的断面形式1、路堤路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。铁路路基是为了满足轨道铺设和运营条件而修建的土工构筑物。它是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。§2.3铁路路基及桥隧建筑物路堤断面简图路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。路堑实物图路堑断面简图一、路基的断面形式2、路堑路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。半路堤断面简图不填不挖路基断面简图4、半路堤在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。一、路基的断面形式3、不填不挖路基5、半路堑在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。半路堑断面简图半路堑实物图一、路基的断面形式6、半路堤半路堑经过填、挖两部分构成的路基。半路堤半路堑断面简图一、路基的断面形式二、路基的组成路基边坡铁路路基本体组成路基路基本体路基顶面路肩排水设备防护加固建筑物1、路基顶面路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面，由被道砟覆盖的路拱和两侧的路肩组成。路基顶面的形状，分为人字路拱（4%的排水坡）、无路拱（水平）两种形式。路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。无路拱路基断面有路拱路基断面路基顶面宽度示意图二、路基的组成2、路肩与路基边坡路肩：路基顶面两侧没有道砟覆盖的部分。路基边坡：路肩边缘以外的斜坡。路基路肩与边坡示意图路肩的作用：1）抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动、变形，加强路基的稳固性；2）防止道砟滚落于路基坡面，保持道床完整；3）便于设置必要的线路、信号标志；4）供铁路现场作业人员行走，便于进行工作。二、路基的组成3、路基附属设施排水沟路基附属设施的作用：保证路基的强度与稳定。①排水设施地面排水设施→汇集地表雨水，引到路基以外。（排水沟、截水沟）地下排水设施→截断、疏导地下水，排出路基。二、路基的组成路基边坡度冲刷防护②防护设施路基边坡坡面防护→增强路基边坡的抗风化能力。（植被、砌石）路基边坡冲刷防护→用于滨河、河滩、水库地段防护。3、路基附属设施挡土墙加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。（挡土墙、扶壁、挡棚等）山体挡棚3、路基附属设施为了跨越或穿越地形上障碍物（山河、公路及其他建筑物）需修建桥梁、隧道、涵洞、明渠。内昆线金沙江大桥三、桥隧建筑1、桥梁的作用与分类作用：供铁路线路跨越水流、山谷或其它建筑物的设施。跨越河流——跨河桥。跨越山谷——跨谷桥。跨越铁路、公路——跨线桥。跨越市区、工业区、农作物区——旱桥。跨河桥(陇海线渭河桥)桥梁的型式很多，根据桥梁受力情况，分为5类：梁桥、拱桥、刚架桥、悬桥和组合体系桥等。跨谷桥(南昆线八渡3号大桥)跨线桥旱桥(西康线)跨河桥组成部分简单图2、桥梁组成结构我们以跨河桥为例，其组成部分为：桥面、桥跨结构；桥墩、桥台；墩台及基础。桥梁由上部结构（桥跨）和下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）组成。轨道传来的力，通过桥墩、桥台、基础，传递至基底面上。隧道，铁路穿越山岭所开凿的地下通道。其底部承托着轨道，四周承受着围岩的压力。隧道也可以代替桥梁，从河道、海峡下穿过，即水下隧道。内昆线安边2号隧道3、隧道的基本组成隧道是修筑在地层内的建筑物，铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成。主体建筑物——洞门、洞身衬砌。作用是保持隧道的稳定，保证列车的安全运行。附属建筑物——避车洞、防排水设施、通风设施。为隧道安全、养护与维修隧道的需要而设置。3、隧道的基本组成大瑶山隧道洞门秦岭隧道的洞身衬砌3、隧道的基本组成隧道洞口的安全思考：如何防止仰坡塌方，落石堵塞洞口？防排水设施我国的隧道防排水技术，采用以“排”为主，“截、堵、排”的综合治水方法。“截”——截断地表水、地下水流入隧道的通道。“堵”——在洞身衬砌内设置防水层，防止地下水渗入隧道。“排”——将洞身衬砌后的积水引入隧道，通过隧道内的水沟排出。4、铁路隧道附属建筑物避车洞及其作用小避车洞——保证隧道内维修人员的安全。大避车洞——存放工具材料。隧道两侧，每隔60m设置一小洞，每隔300m设置一大洞。涵洞，设置在路基下的过水或通过人与车的建筑物。承受通过路基传来的动力载荷，以及路基土体的土压力。涵洞5、涵洞钢轨§2.4轨道一、轨道的组成防爬设备轨枕道