铁路线路平纵面设计-教案

第十三章线路平面和纵断面•掌握:1）线路平面和纵断面的概念及其设计基本要求;2）外轨超高度的计算方法;3）h,R和V三者关系,曲线轨道上的超高限速Vx计算;大纲要求:掌握要点：4）Rmin计算及直线、圆曲线和缓和曲线三者关系；5)缓和曲线长度l0的计算条件与标准；6)纵断面加力坡度计算，坡度、坡段长度和竖曲线三者之间的关系;7)最大坡度折减原因和方法。1）外轨超高h的作用及其设置方法；2）缓和曲线l0的作用.3）曲线半径、最大坡度及坡段设计对铁路工程和运营的影响；•熟悉：了解:1）外轨未被平衡的超高、最大超高允许值及超高的允许设置范围；2）缓和曲线的几何特征、几何形位条件及常用线型；3）线间距离及其加宽方法与标准；4）最大坡度折减的原因5）桥涵、隧道、路基和站坪平纵面设计要求。第一节概述•线路中心线：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在纵向的连线。线路的空间位置是由它的平面和纵断面决定的。线路的空间位置是由它的平面和纵断面决定的•线路平面：线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面状况。•线路纵断面：是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后、线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。线路平纵面设计满足三个基本要求：（1）：必须保证行车安全和平顺。主要指：不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客乘车舒适等（2）：应力争节约资金。即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。（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。第二节区间线路平面设计•一、平面组成和曲线要求•组成：直线、圆曲线、缓和曲线•概略定线时，仅绘出未加设缓和曲线的圆曲线。•要素：a、R、Ty、Ly和外矢距Ey12sec1802tanREyRLyRTy00lHZYHlZHHYLZHHZZH里程里程里程里程里程里程里程，在平面图上量得算：曲线各起讫点里程的推mpRT2tan)(0001802180)2(lRlRLRpRE2sec)(RlRlRlp2426882420340202240202300lRllmRl0090•详细定线,加设缓和曲线的曲线。•要素：a、R、l0、T、L和E。纸上定平面的方法：•相邻直线间用曲线连接，由大到小合理选用适当的曲线半径。•地势开阔，先直线后曲线。•曲线毗邻，先曲线后直线注意夹直线问题。•选定曲线半径后，量出偏角，再计算曲线要素和起讫点里程。•以下，将分别以平面（a）直线、（b）圆曲线、（c）缓和曲线以及非单线线路设计时（d）线间距离几个方面来讨论平面设计的问题。二、直线1.直线与曲线相互协调2.设置较长直线，减少交点个数3.力求减少交点转角的度数4.夹直线：前曲线HZ1与后曲线ZH2间的直线最小夹直线长度应满足养护、行车平稳等要求•我国规范规定夹直线应满足的以下最小长度表13-1•纸上定线，仅绘出圆曲线，相邻YZ点ZY点间直线段应满足：路段设计速度(km/h)14012010080一般110806050夹直线最小长度（m）困难70504030)(2/2/02min01mlLlljj1）减小曲线半径，2）选用较短的缓和曲线长度，3）改移夹直线位置,4）合并同向曲线调整夹直线长度的方法：三、圆曲线•讨论以下几个问题：（一）曲线外轨超高-----P55（二）曲线半径对工程和运营的影响（三）最小曲线半径Rmin的选定---此为主要技术标准的确定（四）曲线半径的选用——此为设计时每个曲线的参数(一)曲线轨道外轨超高-----P55工程节约,运营条件良好•直线折线曲线离心加速度:人体承受0.3~0.5m/s2当V=120Km/hR=3000mV=300Km/hR=20000m•安全、舒适超高RVa1)6.3(21.外轨超高的作用及其设置方法•定义：外轨超高是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。见P55图2-11•设置原因：列车在曲线上运动产生惯性离心力，……•设置作用：抵消惯性离心力的作用，达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客舒适感，提高线路稳定性和安全性。•设置方法：主要有外轨提高法和线路中心高度不变法1）外轨提高法：保持内轨高程不变而只是抬高外轨，是我国铁路普遍使用的方法。2）线路中心高度不变法：内外轨分别各降低和抬高超高值的一半而保证线路中心标高不变。在建筑限界受到限制时才采用。2.外轨超高度的计算•计算简化：将车体视为一个平面。车体重量轨道反力向心力轨头中心线距离外轨超高ΔABC～ΔEDO’由于h很小,可取:则:CBACDOEO''1SABCB1ShPnF（3-6）（1）超高公式•车体作曲线运动产生的离心力为：gRPVJ2g--重力加速度；v--行车速度；单位取m/s时用v，取km/h时用V；R--曲线半径。为保证内外两股钢轨受力相等，令JFn则有：gRvSh21取,/8.9,150021smgmmS得：)(8.112mmRVh当V取各次列车的平均速度时，则：)(8.112mmRVhp单位换算（2）如何计算平均速度?•方法1.全面考虑每一次列车的速度和质量平均速度取每昼夜通过该曲线列车牵引质量的加权平均速度：pVNPNPVVp2N--每昼夜通过的相同速度和牵引质量的列车次数P--列车牵引质量上式计算的平均速度适用于客货混运的既有铁路。均方根速度法（2-11）需要记忆！方法2.在新线设计和施工时，采用简化方法计算pVmax8.0VVp相应的超高值按下式计算：RVh2max6.7maxV--预计该地段的最大行车速度，以km/h计。•曲线超高应在整个缓和曲线内完成P64困难条件下≯2）当计算值大于2‰时，按2‰设置。1）顺坡坡度一般应≯)7/(1maxV)9/(1maxV3.外轨未被平衡的超高•原因：当V=Vp时，惯性力与超高提供的向心力正好相等；两股钢轨承受相同荷载，旅客没有不舒适感；当VVp，离心力向心力，超高不足，称为欠超高；外轨承受偏载，旅客感觉不舒适。当VVp，离心力向心力，超高过大，称为过超高；货物列车通过时内轨承受偏载，产生偏磨。•欠超高和过超高通称为未被平衡的超高。未被平衡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，还可能导致列车倾覆，必须加以限制。---------图2-12根据实践经验，未被平衡的离心加速度的容许值为0.4～0.5m/s2，困难情况下为0.6m/s2。《线规》采用值：欠超高一般70mm，困难90mm，既有线提速改造时取110mm；过超高取30mm，困难取50mm。《维规》采用值：允许欠超高一般不大于75mm，困难不大于90mm；允许过超高不得大于50mm。---------分析限值大小4.外轨最大超高的允许值•最大超高值的确定既要保证高速列车通过时不因欠超高过大而影响旅客舒适，又要保证低速货物列车通过时不至于因过超高太大而导致列车倾覆•规范规定：一般地段的最大超高为150mm,上下行速度悬殊地段为125mm。5.曲线超高的允许设置范围•客货共线线路的实设超高取决于客货列车通过曲线速度及最大超高和欠、过超高允许值等参数，•影响行车速度、旅客舒适度和钢轨磨耗，甚至影响行车安全。•在新线设计及缓和曲线长度和双线铁路曲线线间距加宽标准制订时，需要在曲线超高的允许设置范围内确定合理的超高值。•当客、货列车速度及曲线半径一定时，客货列车共线运行铁路的曲线超高设置应满足下列条件：•共同构成了曲线超高的允许设置范围，如下图中的阴影部分所示maxminhhhRVhRVKH228.118.11GYHQYKhRVhhRV228.118.11GYQYHKhhVVR228.11h1R011.8RVK2qyqyhhH11.8RV2gyhH11.8RV2+11.8RVK2-gyhminhmaxh1minRh=h=h=h=h=minhh=maxh11.8RVK2h=11.8VK2=minRgyh+qyhHV2β2VH=gyh+qyhKV2/)(qyh+gyhβ26.曲线轨道上的超高限速•列车运行在曲线地段，受曲线半径、曲线超高及旅客舒适度标准等技术条件限制，所允许达到的最高速度，称为曲线限速。•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销一部分离心加速度，未被平衡的离心加速度值，不能超过旅客舒适允许的限度。因此，要限制行车速度•考虑欠超高不超过旅客舒适度要求的允许值，可推导出准轨铁路的列车通过曲线时的运行速度与曲线半径、曲线超高及允许欠超高的关系为：•若取其下限作为曲线限速，则有：•在曲线半径较小的路段，若考虑取h=hmax=150mm、hQY=75mm，则得曲线限速的计算公式为:(km/h)8.11RhhVQY)/(3.4hkmRVR(km/h)8.11RhhVQYR（2-20）需要记忆！（2-22）需要记忆！•根据上式可计算出在最大超高下各种曲线半径的限制速度如下表所示。最大超高时各种曲线半径的限制速度•对于采用摆式列车的铁路，列车在曲线上运行时要向曲线内侧倾摆一定的角度，相当于提供一定量的附加超高Dh(mm)，因此能克服更大的离心力，从而提高列车在曲线地段的运行速度，其曲线限速VRB可按下式计算：(km/h)曲线半径R(m)250300350400500600800120014002200曲线限速VR(km/h)6874808696105122149161200RhhhVQYRB8.11D)/(8.11hkmRhhVQSH当hQ=75mm，hsh=150mm时，)/(3.4hkmRV（二）曲线半径对工程和运营的影响1.限制行车速度回到P331A：有利方面R越小，越灵活，减少工程量，降低造价B：不利方面（1）增加线路长度2.曲线半径对工程的影响（2）降低粘着系数电力R＜600m，内燃R＜550m，计算牵引力受粘着牵引力限制。在用足最大坡度的持续上坡道上，曲线范围内额外减缓坡度，因而引起线路额外展长（3）轨道需要加强：装置轨撑和轨距杆，加铺轨枕（4）增加接触导线的支柱数量。表13-2曲线半径R(m)3004005006008001000接网触支柱最大间距(m)42475257626565（1）增加轮轨磨耗（2）维修工作量增大（3）行车费用增高时间-能耗两个-方面综合分析：小半径曲线在困难地段，能大量节省工程费用，但不利于运营，特别是曲线限制行车速度时，影响更为严重。因此必须根据设计线的具体情况，综合工程与运营的利弊，选定设计线合理的最小曲线半径。3、曲线半径对运营的影响定义：最小曲线半径是一条设计干线或其中某一路段允许采用的曲线半径最小值。1.最小曲线半径计算式（1）旅客舒适条件QhhVRmax2maxmin8.11（2）轮轨磨耗条件)()(8.118.118.118.118.118.118.1122maxminmin2min2min2min2min2maxmin2maxmhhVVRRVRVRVhhRVRVhRVhGQHHJFHSHGJFSHQ上两式相加并整理得（二）最小曲线半径的选定采用二者较大值，并取50m整倍数。（1）路段最高速度（2）货物列车的通过速度（3）地形条件综述：设计线的最小曲线半径可根据具体情况分路段拟定,必要时，可初步拟定两个以上的最小曲线半径，选取设计线的某些代表性地段，分别进行平面和纵断面设计，通过技术经济比较，并结合上述因素分析评价，确定采用的最小曲线半径。2.选定最小曲线半径的影响因素《线规》规定，见表13-3最小曲线半径及计算参数表（三）曲线半径的选用1.考虑曲线半径系列值。50m，100m倍数，10000m以下。2.因地制宜由大到小选用。适应地形，减少工程，保证安全，集中设置。3.结合纵断面特点合理选用。凸形、凹形、足坡四、缓和曲线缓和曲线作用：•在直线与圆曲线轨道之间设