第二章 线路平面和纵断面设计

1第二章线路平面和纵断面设计本章主要内容：平面设计纵断面设计特殊地段平纵断面设计线路平面图和详细纵断面图2第一节概述一、认识线路平、纵、横断面的对应关系如图所示，路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点O在纵向上的连线，称为线路中心线。图2—1路基横断面宽3轨距加宽时线路中心线示意4线路位置示意图5二、线路中线首先来看一个线路走向的例子：6三、线路平纵断面设计的基本要求(1)必须保证行车安全和平顺。即要要遵守《线规》的各项规定。(2)应力争节约资金。设计时必须根据设计线的特点，分析设计路段的具体情况，综合考虑工程和运营的要求、通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。(3)既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理。7左图：以桥代路右图：绕避障碍沿路爬行8四、认识线路平、纵断面图9我国铁路曲线的基本形式是：直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线第二节区间线路平面设计一、线路平面组成线路平面直线曲线圆曲线缓和曲线10二、平面曲线要素1．概略定线时未加设缓和曲线平面曲线要素计算12αsecRE180RαπL2αtanRTyyy(m)(m)(m)QZ112．详细定线时平面曲线要素计算RPRElRlRLmPRT2sec)(180218022tan)(000RlRlRlP242688242034020式中：内移距：切垂距：2240202300lRllm12ZYZHHYYHHZYZmmmm13线路纵断面图平面曲线表示示意图左偏左偏右偏右偏右偏右偏左偏左偏14纸上定线时，在相邻两直线之间需用一定半径的圆曲线连接，并使圆弧与两侧直线相切。曲线半径的选配，可使用与地形图比例尺相同的曲线板，由大到小选用合理的半径。一般先绘出两相邻的直线段，然后选配中间的曲线半径，量出偏角，再计算曲线要素和起讫点里程。15曲线各起讫点(主点)里程可按下列方法推算：(1)由各交点坐标计算交点间间距；(2)计算各曲线要素，由切线长T在图中标出各曲线主点位置，在顺线路下行方向曲线内侧画一垂直线路的线段。(3)根据交点间距和T，得到曲线起点至线路起点距离，从而计算出曲线起点里程，字头向左朝向起点方向标出里程；16(4)根据曲线长度L和曲线起点里程，由公式HZ=ZH+L计算出曲线终点里程，同时标出里程；(5)其他主点(HY、YH)里程，由公式HY=ZH+l0、YH=HZ–l0，计算后用尺量得；(6)下一曲线计算同前，只是要计算出曲线起点至前一曲线终点的距离，得到曲线起点的里程，以后方法同前。17三、直线要求：较长的直线段，较小的曲线偏角，缩短线路长度，改善运营条件，降低运营支出。夹直线：在地形困难、曲线毗连地段，两相邻曲线间的直线段，即前一曲线终点(HZ1)与后一曲线起点(ZH2)间的直线，称为夹直线。同向曲线反向曲线181．夹直线长度的确定夹直线长度应力争长一些，为行车和维修创造有利条件。但为适应地形节省工程，需要设置较短的夹直线时，其最小长度受下列条件控制：(1)线路养护要求。不宜短于50～75m；地形困难时，不短于25m。(2)行车平稳要求。不宜短于2~3节客车长度，即不宜短于48.0~76.5m；同时夹直线长度应满足车辆通过时，转向架弹簧在缓直点和直缓点产生的振动不叠加，使旅客感觉舒适。19表2—1夹直线及圆曲线最小长度（m）路段旅客列车设计行车速度(km/h)16014012010080圆曲线或夹直线最小长度(m)130(80)110(70)80(50)60(40)50(30)注：括号内的数值为特殊困难条件下经技术经济比选后方可采用。改建既有线和增建第二线的并行地段，一般应采用上述标准。特殊困难条件下，对旅客列车设计行车速度小于100km/h的地段有充分的技术经济依据时，夹直线及圆曲线长度可不受上表的数值限制，但不得小于25m。20212．夹直线长度的保证纸上定线时，通常仅绘出圆曲线而不绘出缓和曲线。因此，为了保证有足够长度的夹直线，相邻两圆曲线端点(YZ1与ZY2)间夹直线长度LJ应满足下列条件：式中LJmin——夹直线最小长度(m)，按表2—1取值；l01、l02——相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度(m)。夹直线长度不够时，应修改线路平面。如减小R或选用较短的l0；或改移夹直线的位置；当同向曲线间夹直线长度不够时，可采用一个较长的单曲线代替。2202min01lLlLJJ223．夹直线长度不足时的平面改建方法JD1JD2R1R2JD1R1'R2'JD2LJJL'减小曲线半径或缩短缓和曲线长度23JD1JLJD2R2R1JD1'L'JR2JD2'R1扭转公切线位置24JD1R1JD2LJR2JD1JD2R同向曲线二合一25四、圆曲线(一)曲线超高1．曲线超高的作用及设置方法曲线超高是曲线外轨顶面与内轨顶面的水平高度之差。列车在曲线上行驶时，由于离心力的作用，将列车推向外股钢轨。为抵消离心力将曲线外轨适当抬高，使列车自身重力产生的水平分力抵消离心力，使内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。26曲线超高的设置方法主要有外轨提高法和线路中心高度不变法两种。2．曲线超高值的计算曲线超高的大小由列车通过时离心力的大小确定。如图所示：离心力C=mv2/R由两相似三角形有：将v用V代替：V=3.6v，S为两股钢轨中心距，S=1500mm，g=9.81m/s2，代入上式得：GSChShGC27对于任一半径的曲线，其外轨超高值的大小与列车运行速度的平方成正比。但实际线路上运行的列车种类不同，各种列车的运行速度也不相同。在既有线上，考虑各类列车的数目、重量和速度可用均方根速度表示：新线设计与施工时，均方根速度有：(km/h)NGNGVVJF2RVRVmgRSmvGSCh22228.1181.96.31500(mm)(km/h)maxVVJF28式中Vmax——通过曲线的最大行车速度(km/h)；β——速度系数，根据我国统计资料，一般地段采用0.80，单线上、下行速度悬殊地段可采用0.65。实设超高为：(mm)我国《线规》和《修规》规定：最大超高为150mm；在单线铁路上，上、下行列车速度相差悬殊的地段，最大超高为125mm。3．未被平衡超高允许值当通过列车速度V不等于VJF时，就会产生未被平衡的离心力，相应产生未被平衡的超高：RVhJF28.1129欠超高：(mm)过超高：(mm)未被平衡的超高使内外轨产生偏载，引起内外轨不均匀磨耗，并影响旅客的舒适度。因此必须对未被平衡的超高加以限制。《线规》采用值为：hqy一般取70mm，困难时取90mm，既有线提速改造时可取110mm；hgy一般取30mm，困难时取50mm。《修规》采用值为：hqy一般应不大于75mm，困难情况应不大于90mm，hgy一般取30mm，困难时取50mm。hRVhQ2max8.11RVhhG2min8.11303．曲线超高的允许设置范围应不大于最大超高且不小于最小起高，即：使客车不产生过超高和货车不产生欠超高，即：使客车产生的欠超高和货车产生的过超高不超过其相应的允许值，即：maxminhhhRVhRVKH228.118.11gyHqyKhRVhhRV228.118.1131(二)曲线半径对工程和运营的影响1．曲线限速的计算旅客列车在曲线上运行时，要产生离心加速度，而曲线外轨超高产生的向心加速度要抵消一部分离心加速度。末被平衡的离心加速度值，不能超过旅客舒适允许的限度。代入相应极限值，则得曲线限速的计算公式为：RhhVqyR8.11(km/h)RVR3.4(km/h)322．曲线半径对工程的影响(1)增加线路长度(2)降低粘着系数(3)轨道需要加强(4)增加接触导线的支柱数量小半径曲线增加线路长度示意图33粘降后的机车牵引力轨撑轨撑34轨距杆加宽外侧道床减小支柱间距353．曲线半径对运营的影响(1)增加轮轨磨耗(2)维修工作量加大(3)行车费用增加曲线限速对行车费用影响示意图36(三)最小曲线半径的选定1．最小曲线半径的计算式客货列车共线运行铁路的最小曲线半径的计算，主要满足旅客舒适度和轮轨磨耗均匀两个条件。其数值应采用其中的较大者，并取为50m的整倍数。(1)旅客列车最高行车速度要求以最高速度通过时，最大欠超高不超过允许值。QYhhVRmax2maxmin8.11(m)37式中：Vmax——旅客列车最高行车速度(km/h)；分别取160，140，120，100，80km/h；hmax——最大超高，取150mm；hqy——允许欠超高，一般取70mm；困难取90mm。(2)旅客舒适度与内外轨均磨条件要求在客货共线运行铁路上，满足舒适与均磨的曲线半径应符合不等式：Vh——货物列车设计速度(km/h)；分别取90，80，70，60，50km/h；hgy——允许过超高，一般取30mm；困难取50mm。gyqyhhhVVR22maxmin8.1138(3)保证运行在曲线上的列车具有一定抗倾覆安全系数参考国外资料，抗倾覆安全系数取为3，满足此条件的公式由于很复杂，且计算出的最小曲线半径值较前两式小，所以这里不再考虑。2．最小曲线半径选定的影响因素(1)路段设计速度(2)货物列车通过速度(3)地形条件39403．《线规》拟定的最小曲线半径线路平面的最小曲线半径根据路段设计速度、工程条件以及运输性质和运输需求比选确定，不得小于下表规定的数值。路段旅客列车设计行车速度(km/h)16014012010080最小曲线半径(m)工程条件一般地段200016001200800600困难地段16001200800600500注：特殊困难条件下，在列车进、出站等必须减、加速地段有充分技术经济依据时，可采用与行车速度相匹配的曲线半径。41改建既有线或增建第二线时的最小曲线半径应结合既有线标准比选确定。一般条件下不应小于上表的规定，困难条件下，如按上述标准改建引起巨大工程时，可经技术经济比选确定合理的改建方案，以节约工程投资。此时根据线路具体情况确定该路段旅客列车设计行车速度。(四)曲线半径的选用1．曲线半径系列为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取50、100m的整倍数，即12000，10000，8000，7000426000，5000，4500，4000，3500，3000，2800，2500，2000，1800，1600，1400，1200，1000，800，700，600，550，500m。不同设计路段的曲线半径应优选下表规定范围内的序列值；困难条件下，可采用规定范围内10m的整数倍。线路平面曲线半径优先取值范围路段设计速度(km/h)16014012010080曲线半径(m)2500～50002000～40001600～30001200～2500800～2000432．因地制宜由大到小合理选用选用的曲线半径，应既能适应地形、地质等条件，减少工程，又能利于养护维修，满足行车速度要求，做到技术经济合理，一般优先选用上表值。在地形困难、工程艰巨地段，小半径曲线宜集中设置，以免列车频繁限速，损失列车动能，增大能量消耗，恶化运营条件。3．结合线路纵断面特点合理选用如曲线位于平缓坡段、双方向行车速度较高，应采用优先选用半径；如曲线位于停车站的站外引线上，由于行车速度较低，为减少工程，可选用较小半径。44作业：1．双线铁路通过能力为什么不是单线铁路的两倍？2．某电力机车单机牵引的单线铁路，采用半自动闭塞方式Tt=90min，tB=6min，tH=3min；普通货物列车站间往返运行总时间为28min，Gj=2600t，折算的普通货物列车对数是通过能力的80%，β=1.15，请计算输送能力。451：因为单线铁路一般采用半自动闭塞，采用公式：(对/d)，而我国单线铁路站间距离一般为8～15公里，普通货物列车单程运行时分在10～15min，加上车站作业间隔时分，公式中的分