铁道概论第二章-铁路线路--平纵断面

铁路线路—线路平纵断面天津铁道职业技术学院铁道概论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。第二章铁路线路新线和改建铁路施工前，需要进行大量的调查研究、技术勘测及总体规划、个体工程设计等工作，即勘察设计。铁路建设的三个阶段：前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和初步设计工作。基本建设阶段：主要进行定测、技术设计和施工图设计，最后进行工程施工、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。2.1.1铁路的勘测设计2.1铁路线路的平纵断面2.1.2铁路等级及主要技术标准等级铁路在路网中的意义近期年客货运量Ⅰ在路网中起骨干作用的铁路≥20MtⅡ在路网中起联络、辅助作用的铁路＜20Mt且≥10MtⅢ为某一地区或企业服务的铁路＜10Mt且≥5MtⅣ为某一地区或企业服务的铁路＜5Mt铁路等级注：近期为交付运营后第10年。线路等级是铁路的基本标准。设计铁路时，首先要确定铁路等级。铁路的技术标准和装备类型都要根据铁路等级来选定。2.1.2铁路等级及主要技术标准铁路主要技术标准依据国家要求的年输送能力和确定的铁路等级，考虑沿线资源分布和国家科技发展规划，结合设计线路的地形、地质、气象等自然条件，经过慎重比选，慎重决定铁路的主要技术标准。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。•高速铁路设计应包含以下主要技术标准：•——设计速度；•——正线线间距；•——最小平面曲线半径；•——最大坡度；•——到发线有效长度；•——动车组类型；•——列车运行控制方式；•——行车指挥方式；•——最小行车间隔。2.1.3线路分类线路分类按用途分正线站线段管线岔线特殊用途线路按正线数目分单线双线部分双线多线线路2.1.3线路分类1、按用途正线：连接车站并贯穿或直股伸入车站的线路。站线：供列车到达或出发使用的到发线，为列车编组、解体、转线使用的调车线，为货物装卸设的货物线等。正线货物线到发线调车线调车线2.1.3线路分类1、按用途段管线是指由机务、车辆、工务、电务、供电等段专用并由其管理的线路。如机务段的机车准备线、机车转头用的三角线、转盘线、卸油线；车辆段内车辆检修作业用的线路和工务、电务、供电段内停留轨道车、作业车及其他车辆用的线路。段管线段管线2.1.3线路分类1、按用途岔线是指在区间或站内与铁路接轨，通往路内外单位（厂矿企业、砂石场、港口、码头、货物仓库）专用线路。岔线2.1.3线路分类1、按用途为防止列车或机车、车辆进入另一列车运行线，防止进站停车的列车驶过警冲标进入区间，在支线与正线或到发线衔接处铺设的有效长度不小于50m的尽头线叫安全线。安全线2.1.3线路分类1、按用途为防止在陡长的坡道上失去控制的列车发生冲突或颠覆，根据线路情况，计算确定在区间或站内设置避难线，避难线一般设计为有较大的上升坡度，以减缓失控列车的速度。避难线2.1.3线路分类2、正线数目按正线数目分单线部分双线多线线路双线铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。2.2铁路线路的平面和纵断面2.2铁路线路的平面和纵断面线路中心线是指距钢轨工作边半个轨距的铅垂线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（走向）；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（起伏）。线路纵断面线路平面2.2铁路线路的平面和纵断面18线路位置示意图19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2.2.1铁路线路的平面及平面图线路平面直线曲线圆曲线缓和曲线一、线路平面组成线路曲线地段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；1.圆曲线2.2.1铁路线路的平面及平面图圆曲线半径的大小，反映了曲线弯曲度的大小。圆曲线半径越小，弯曲度越大。一般情况下，曲线半径越大，行车速度可以越高，但工程费用越高。小半径曲线具有容易适应地形困难的优点，对工程条件有利。列车在曲线上行驶的速度越快，所产生的离心力也就越大，为保证列车运行的安全、平衡和舒适，必须限制列车通过曲线时的速度。为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取50、100m的整数倍。曲线半径对运营的影响不考虑缓和曲线时，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圆曲线的计算在线路设计时，一般是先设计出和R，再计算出T和L。无缓和曲线的曲线地段•区间线路的最小曲线半径客货共线Ⅰ、Ⅱ级铁路区间线路最小曲线半径铁路等级ⅠⅡ路段设计行车速度（km/h）20016012012080一般（m）3500200012001200600特殊困难（m）28001600800800500设计速度（km/h）最小曲线半径最大曲线半径一般困难一般困难2002200200010000120002504000350010000120003004500120001400035070001200014000客运专线铁路区间线路最小曲线半径和最大曲线半径GFsinGcosF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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，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。轨距加宽曲线半径R（m）加宽值（mm）r≥2950295＞r≥2455245＞r≥19510r＜195152.缓和曲线为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线。缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域。ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm设置缓和曲线目的是为了保证列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适。0FR①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↓）。28ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm0F缓和曲线的特点缓和曲线方程式我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：式中：y——缓和曲线上任意点的纵坐标，m；X——缓和曲线L任意点的横坐标，m；R——圆曲线半径，m；L0——缓和曲线长度，m。03RL6xy（3）缓和曲线的设置缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡、轨距加宽的递减。同时，应该满足以下两点运营要求：1）车轮的轮缘不致爬上内轨。外轨超高的坡度限制为：式中:Kmin——机车或车辆最小轮缘高，mmDmax——机车或车辆最大固定轴距,mm当以轮缘最小高度28mm及最大固定轴距6.5代入，得到：在实际取值中,i0一般不大于2‰，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险。此时计算出缓和曲线长为:maxmin0DKi‰3.4i02）保证乘客乘座舒适当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低。如果升降速度过快，会引起乘客的不舒适感设。设以f（mm/s)表示外侧表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：通常规定，在一般地段，f=32mm/s；在困难地段，f=40mm/s。可以反推出：在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：普速地段缓和曲线长度表（m）高速铁路缓和曲线长度表（m）转向相同的相邻两曲线称为同向曲线。转向相反的相邻两曲线称为反向曲线。介于两同向曲线间或两反向曲线间一般不太长的直线，称为夹直线。设置夹直线的目的：保证行车运行平顺；确保乘客乘坐舒适感。3.同向曲线、反向曲线、夹直线图同向曲线与夹支线图反向曲线与夹支线在线路设计中，夹直线的最小长度值见下表旅客列车速度（Km/h）14012010080圆曲线或夹直线最小长度(m)工程条件一般110806050困难705040303611.8hRvmax11.8qhhRv211.8vhR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。4.曲线附加阻力曲线附加阻力：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。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。（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。经验公式：曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大。采用大半径曲线对列车运行的影响小。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。5、铁路线路平面图线路平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i‰表示。10001000tanhilAB坡道坡度及坡道附加阻力示意图二、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。单位坡道阻力等于坡度的千分数i（N/KN）siniWQtan()QKN1000iiWwQtan1000QaQ()NKNi=i有正负区分坡度越大，列车上坡时的坡道阻力也越大，同一台机车（在列车运行速度相同的条件下）所能牵引的列车质量也就越小。（1）限制坡度3、限制坡度、加力牵引坡度在一个区段上，决定一台某一类型机车所能牵引的货物列车质量（最大值）的坡度。又陡又长限制坡度小，列车质量可以增加，运输能力就大，运营费用就越省。但是限制坡度过小，不容易适应地面的天然起伏，特别是地形变化大的地段，使工程量增大，造价提高。新建铁路的最大坡度，在单机牵引路段称限制坡度，在两台及以上机车牵引路段称加力牵引坡度，其中最常见的为双机牵引，称双机牵引坡度。客货共线Ⅰ、Ⅱ级铁路区间线路最大限制坡度铁路等级ⅠⅡ一般困难一般困难牵引种类电力6.015.06.020.0内燃6.012.06.015.0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。限制坡度对设计线的输送能力工程数量运营质量具有重要影响。不同限坡的起伏纵断面（2）加力牵引坡度在一条铁路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。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、加力牵引坡度图双机牵引（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相邻两坡段(平道与坡道、坡道与坡道)的交点,叫变坡点。相邻两变坡点间的水平距离称为坡段长度。列车经过变坡点时，由于坡度的突然变化，车钩内产生附加应力；坡度变化越大，附加应力越大，两车钩上下错移量过大