《线路平面和纵断面设计》讲义

1线路平面和纵断面设计（内部交流）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、横断面的对应关系图2—1路基横断面宽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。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。(2)应力争节约资金。(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绕避障碍沿路爬行以桥代路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10ααOQZLyJDEy(m)(m)(m)12αsecRE180RαπL2αtanRTyyy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K1212345679ZYYZK=0K=1/R11ααOJD平面简图中曲线偏向的判断：顺里程增大方向来看，曲线开口向左即为左偏，曲线开口向右即为右偏。98234567K23YZZYK=0K=1/R122．详细定线时加设缓和曲线平面曲线要素计算αQZJDEαOQZα－2β0LRPRElRlRLmPRT2sec)(180218022tan)(00013αJDEαOQZα－2β0LRPRElRlRLmPRT2sec)(180218022tan)(000RlP2420式中：缓和曲线角：切垂距：内移距：)(9000RlZHHZK=0K=1/RHYYHK121234567989K1320lm14ZYZHHYYHHZYZmmmm15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16①①②①②③②直线法曲线法17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；18(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。19三、直线夹直线同向曲线反向曲线较长的直线段，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。要求：201．夹直线长度的确定最小长度应满足：夹直线长度应力争长表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)35025020016014012010080圆曲线或夹直线最小长度(m)280(210)200(150)160(120)130(80)110(70)80(50)60(40)50(30)线路养护要求；行车平稳要求注：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。2122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。2．夹直线长度的保证ZY1ZY2YZ1YZ2“LJ”m1m1ZH1HY1HZ1YH1m2m2m2m2m1m1ZH2HY2HZ2YH2LJmin23纸上定线(概略定限)时，YZ1与ZY2间夹直线长度LJ应满足下列条件：2202min01lLlLJJZY1ZY2YZ1YZ2“LJ”m1m1ZH1HY1HZ1YH1m2m2m2m2m1m1ZH2HY2HZ2YH2LJmin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)。243．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25JD1JLJD2R2R1JD1'L'JR2JD2'R1扭转公切线位置26JD1R1JD2LJR2JD1JD2R同向曲线二合一27四、圆曲线(一)曲线超高1．外轨超高的作用及设置方法作用：①钢轨受力均匀②旅客舒适③提高线路稳定性、安全性外轨超高：是曲线外轨顶面与内轨顶面的水平高度之差。28设置方法：外轨提高法、线路中心高度不变法。外轨提高法线路中心高度不变法29302．曲线超高值的计算离心力C=mv2/R曲线超高的大小由列车通过时离心力的大小确定。31将V=3.6v，S为两股钢轨中心距，S=1500mm，g=9.81m/s2，代入①式得：ShGCGSChgRSvmgRSmvGSCh22①RVRVgRSvGSCh22228.1181.96.31500(mm)②32RVh2008.11取平均速度V0，(mm)平均速度V0的确定：①全面考虑每一次列车的速度和重力来计算V0NGNGVGNGNGNVGNVGNVGNVnnnnn222112222221110式中N——一昼夜通过的各类相同速度和牵引重量的列车次数；G——各类列车总重量(kN)；V——实测各类列车速度(km/h)。33max0VV②在新线设计与施工时，采用的平均速度V0式中Vmax——预计该地段最大行车速度(km/h)；β——一般地段采用0.80，单线上、下行速度悬殊地段可采用0.65。规定：圆曲线外轨超高按5mm整倍数设置。V0称作加权平均速度，简称均方根速度(VJF)。343．未被平衡超高及其允许值h0RVhq2max8.11当V≠V0时，Δh=∣h－h0∣；VV0Δh=RVhhg2min08.11VV0Δh=hq：欠超高hg：过超高35未被平衡的超高与未被平衡的离心加速度的关系：153)(81.91500)(2022022020RvRvRvRvgSgRSvgRSvhhh)(1530hhh当VV0时：当VV0时：二者关系：欠超高向心加速度离心加速度过超高153h36钢轨产生偏载，内外轨不均匀磨耗；影响旅客舒适度。][153h影响措施：即：对a或Δh进行限制式中Δh——未被平衡的超高(mm)；——未被平衡的加速度允许值。][37我国铁路经验一般情况离=0.4～0.5m/s2困难情况离=0.6m/s2][][离取值说明][未被平衡的欠超高容许值：[α]＝0.4m/s2时，＝61mm，取[]＝61mm；[α]＝0.5m/s2时，＝76mm，取[]＝75mm；[α]＝0.6m/s2时，＝92mm，取[]＝90mm。hhhhhh=0.4m/s2——基本感觉不出；=0.5m/s2——有感觉，能适应；=0.6m/s2——感觉有横向力，比较容易克服。][][][38《铁路线路设计规范》对[hq]的规定：[hq]一般取70mm，困难时取90mm，既有线提速改造时可取110mm；《铁路线路修理规则》对[hq]的规定：[hq]一般应不大于75mm，困难情况应不大于90mm；Vmax120km/h个别特殊情况下已设置90(不含)～110mm可暂时保留，但应逐步改造。39[hg]的实质：限制速度差，控制低速列车对钢轨磨耗及线路变形的影响。[hg]一般不得大于30mm，困难时不得大于50mm。《线规》、《修规》对[hg]的规定：hg的影响内轨垂直磨耗加剧，轨头压宽、飞边；外轨侧磨依旧；404．最大超高允许值《线规》、《修规》规定：Vmax≤160km/h地段实设最大超高单线为125mm，双线为150mm。考虑到低速列车行驶于超高很大的曲线时，有向内倾覆的危险，尤其当列车在曲线上停车时。为保证行车安全，必须限制外轨超高的最大值。415．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超高，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228.118.1142(二)曲线半径对工程和运营的影响1．曲线限速的计算(km/h)8.11RhhVqyR代入相应极限值，则得曲线限速的计算公式为：考虑到允许未被平衡的离心加速度值，不能超过旅客舒适允许的限度，则有：(km/h)3.4RVR432．曲线半径对工程的影响小半径曲线增加线路长度示意图(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44粘降后的机车牵引力45轨撑46防脱护轨47轨距杆加宽外侧道床48减小支柱间距493．曲线半径对运营的影响曲线限速对行车费用影响示意图波浪形磨耗(1)增加轮轨磨耗(2)维修工作量加大(3)行车费用增加50(三)最小曲线半径的选定1．最小曲线半径的计算式客货共线最小曲线半径，主要满足旅客舒适度和轮轨磨耗均匀两个条件。并应采用较大者，并取为50m的整倍数。(1)旅客列车最高行车速度要求(m)8.11max2maxminqyhhVR51式中：Vmax——取160，140，120，100，80km/h；hmax——取150mm；hqy——一般取70mm；困难取90mm。(m)8.11max2maxminqyhhVR(2)旅客舒适度与内外轨均磨条件要求(m)8.1122maxmingyqyhhhVVRVh——分别取90，80，70，60，50km/h；hgy——一般取30mm；困难取50mm。52(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，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53543．《线规》拟定的最小曲线半径路段旅客列车设计行车速度(km/h)350250200客20016014012010080最小曲线半径(m)工程条件一般7000400022003500200016001200800600困难35002000280016001200800600500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。根据设计速度、工程条件、运输性质、运输需求比选确定，不得小于下表规定的数值。55改建既有线或增建第二线时的最小曲线半径一般条件下不应小于上表的规定，困难条件下，可经技术经济比选确定合理的改建方案，以节约工程投资。(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。56通常路段的曲线半径应优选下表序列值；困难条件下，可采用规定范围内10m的整数倍。路段设计速度(km/h)350250200客20016014012010080曲线半径(m)9000～110005500～80004000～80004500～70002500～50002000～40001600～30001200～2500800～2000线路平面曲线半径优先取值范围2．因地制宜由大到小合理选用一般优先选用上表值。困难地段，小半径曲线宜集中设置。3．结合线路纵断面特点合理选用57五、缓和曲线缓和曲线是设置在直线与圆曲线间或不同半径的同向圆曲线之间的曲率连续变化的曲线。作用：设计缓和曲线时，有线形选择、长度计算、如何选用和保证缓和曲线间圆曲线必要长度四个问题。行车缓和；超高缓和；加宽缓和。(一)线形选择1．缓和曲线的线形58(1)直线形超高顺坡，缓和曲线为三次抛物线。(2)s形超高顺坡。(3)中间为直线、两端为二次抛物线的超高顺坡。(4)半波正弦形超