鐵道概論第二章 鐵路線路--平縱斷面

1、鐵路線路鐵路線路線路平線路平 縱斷面縱斷面天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道概論鐵道概論鐵路線路是機(jī)車車輛和列車運(yùn)行的基礎(chǔ)。鐵路線路是由路基、橋隧建筑物和軌道組成的一個(gè)整體工程結(jié)構(gòu)。第二章第二章 鐵路線路鐵路線路 新線和改建鐵路施工前，需要進(jìn)行大量的調(diào)查研究、技術(shù)勘測(cè)及總體規(guī)劃、個(gè)體工程設(shè)計(jì)等工作，即勘察設(shè)計(jì)。 鐵路建設(shè)的三個(gè)階段： 前期工作階段：主要進(jìn)行方案研究、初測(cè)和初步設(shè)計(jì)工作。 基本建設(shè)階段：主要進(jìn)行定測(cè)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行工程施工、驗(yàn)交投產(chǎn)。 投資效果反饋：鐵路運(yùn)營(yíng)若干年后，由建設(shè)單位會(huì)同有關(guān)部門，對(duì)工程質(zhì)量、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益等考察驗(yàn)證，以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。2.1.1 鐵路的勘

2、測(cè)設(shè)計(jì)2.1 鐵路線路的平縱斷面2.1.2 鐵路等級(jí)及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等等 級(jí)級(jí)鐵路在路網(wǎng)中的意義鐵路在路網(wǎng)中的意義近期年客貨運(yùn)量近期年客貨運(yùn)量在路網(wǎng)中起骨干作用的鐵路在路網(wǎng)中起骨干作用的鐵路20Mt20Mt在路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)、輔助作用的鐵路在路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)、輔助作用的鐵路20Mt20Mt且且10Mt10Mt為某一地區(qū)或企業(yè)服務(wù)的鐵路為某一地區(qū)或企業(yè)服務(wù)的鐵路10Mt10Mt且且5Mt5Mt為某一地區(qū)或企業(yè)服務(wù)的鐵路為某一地區(qū)或企業(yè)服務(wù)的鐵路5Mt5Mt鐵路等級(jí)注：近期為交付運(yùn)營(yíng)后第注：近期為交付運(yùn)營(yíng)后第10年。年。線路等級(jí)是鐵路的基本標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)鐵路時(shí)，首先要確定鐵路等級(jí)。鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和裝備類型都要根

3、據(jù)鐵路等級(jí)來選定。2.1.2 鐵路等級(jí)及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)國(guó)家要求的年輸送能力和確定的鐵路等級(jí)，考慮沿線資源分布和國(guó)家科技發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合設(shè)計(jì)線路的地形、地質(zhì)、氣象等自然條件，經(jīng)過慎重比選，慎重決定鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：正線數(shù)目、限制坡度、最小曲線半徑、牽引種類、機(jī)車類型、機(jī)車交路、車站分布、到發(fā)線有效長(zhǎng)度和閉塞類型等。 高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計(jì)速度； 正線線間距； 最小平面曲線半徑； 最大坡度； 到發(fā)線有效長(zhǎng)度； 動(dòng)車組類型； 列車運(yùn)行控制方式； 行車指揮方式； 最小行車間隔。2.1.3 線路分類2.1.3 線路分類1、按用途正線：連接車站

4、并貫穿或直股伸入車站的線路。 站線：供列車到達(dá)或出發(fā)使用的到發(fā)線，為列車編組、解體、轉(zhuǎn)線使用的調(diào)車線，為貨物裝卸設(shè)的貨物線等。正線貨物線到發(fā)線調(diào)車線調(diào)車線2.1.3 線路分類1、按用途段管線是指由機(jī)務(wù)、車輛、工務(wù)、電務(wù)、供電等段專用并由其管理的線路。如機(jī)務(wù)段的機(jī)車準(zhǔn)備線、機(jī)車轉(zhuǎn)頭用的三角線、轉(zhuǎn)盤線、卸油線；車輛段內(nèi)車輛檢修作業(yè)用的線路和工務(wù)、電務(wù)、供電段內(nèi)停留軌道車、作業(yè)車及其他車輛用的線路。段管線段管線2.1.3 線路分類1、按用途岔線是指在區(qū)間或站內(nèi)與鐵路接軌，通往路內(nèi)外單位（廠礦企業(yè)、砂石場(chǎng)、港口、碼頭、貨物倉(cāng)庫(kù)） 專用線路。岔線2.1.3 線路分類1、按用途為防止列車或機(jī)車、車輛進(jìn)入另

5、一列車運(yùn)行線，防止進(jìn)站停車的列車駛過警沖標(biāo)進(jìn)入?yún)^(qū)間，在支線與正線或到發(fā)線銜接處鋪設(shè)的有效長(zhǎng)度不小于50m的盡頭線叫安全線。安全線2.1.3 線路分類1、按用途為防止在陡長(zhǎng)的坡道上失去控制的列車發(fā)生沖突或顛覆，根據(jù)線路情況，計(jì)算確定在區(qū)間或站內(nèi)設(shè)置避難線，避難線一般設(shè)計(jì)為有較大的上升坡度，以減緩失控列車的速度。避難線2.1.3 線路分類2、正線數(shù)目鐵路線路在空間的位置是用它的中心線來表示的。2.2 2.2 鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的平面和縱斷面2.2 2.2 鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的平面和縱斷面線路中心線是指距鋼軌工作邊半個(gè)軌距的鉛垂線AB與兩路肩邊緣水平連線CD交點(diǎn)O的縱向連線。

6、如下圖所示：LL/2ABDCO 線路中心線在水平面上的投影，叫做鐵路線路的平面(俯視)，表明線路的直、曲變化狀態(tài)（走向）； 線路中心線展直后在鉛垂面上的投影，叫鐵路線路的縱斷面（側(cè)視），表明線路的坡度變化（起伏）。線路縱斷面線路平面2.2 2.2 鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的平面和縱斷面18線路位置示意圖線路位置示意圖19我國(guó)鐵路曲線的基本形式是：我國(guó)鐵路曲線的基本形式是：直線直線緩和曲線緩和曲線圓曲線圓曲線緩和曲線緩和曲線直線直線2.2.1 鐵路線路的平面及平面圖線路平面線路平面直線直線曲線曲線圓曲線圓曲線緩和曲線緩和曲線一、線路平面組成一、線路平面組成線路曲線地段鐵路線路在轉(zhuǎn)向處所設(shè)的

7、曲線，圓曲線基本組成要素有：曲線半徑R，曲線轉(zhuǎn)角，曲線長(zhǎng)L，切線長(zhǎng)度T； 1.圓曲線2.2.1 鐵路線路的平面及平面圖u圓曲線半徑的大小，反映了曲線彎曲度的大小。圓曲線半徑越小，彎曲度越大。u一般情況下，曲線半徑越大，行車速度可以越高，但工程費(fèi)用越高。u小半徑曲線具有容易適應(yīng)地形困難的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工程條件有利。列車在曲線上行駛的速度越快，所產(chǎn)生的離心力也就越大，為保證列車運(yùn)行的安全、平衡和舒適，必須限制列車通過曲線時(shí)的速度。為了測(cè)設(shè)、施工和養(yǎng)護(hù)的方便，曲線半徑一般應(yīng)取50、100m的整數(shù)倍。曲線半徑對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響 不考慮緩和曲線時(shí)，直接根據(jù)數(shù)不考慮緩和曲線時(shí)，直接根據(jù)數(shù)學(xué)公式可以得出：學(xué)公式可以得出

8、： tan2TRm切線長(zhǎng)度： 曲線長(zhǎng)度： 180LRm10的弧長(zhǎng): 180RLm圓曲線的計(jì)算圓曲線的計(jì)算在線路設(shè)計(jì)時(shí)，一般是先設(shè)計(jì)出和R，再計(jì)算出T和L。無(wú)緩和曲線的曲線地段 區(qū)間線路的最小曲線半徑客貨共線、級(jí)鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑鐵路等級(jí)路段設(shè)計(jì)行車速度（km/h）20016012012080一般（m）3500200012001200600特殊困難（m）28001600800800500設(shè)計(jì)速度（km/h）最小曲線半徑最大曲線半徑一般困難一般困難2002200200010000120002504000350010000120003004500120001400035070001200014

9、000客運(yùn)專線鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑和最大曲線半徑HGF FsinGcosF 為了平衡離心力，使內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻，垂直磨耗均等，旅客不因離心加速度而感到不適，將外軌抬高一定程度。外軌超高2vFmR 為防止輪對(duì)被軌道楔住或擠翻鋼軌，對(duì)于小半徑曲線的軌距要適當(dāng)加寬，以使機(jī)車車輛能順利通過曲線，并使鋼軌與車輪間的橫向力最小，減少輪軌間的磨耗。2.緩和曲線 為保證列車安全，使線路平順地由直線過渡到圓曲線或由圓曲線過渡到直線，以避免離心力的突然產(chǎn)生和消除，常需要在直線與圓曲線之間設(shè)置一個(gè)曲率半徑變化的曲線，這個(gè)曲線稱為緩和曲線。 緩和曲線介于直線與圓曲線之間，是一個(gè)過渡區(qū)域。=R緩和曲線直線圓曲線

10、2vFmR2vFm 設(shè)置緩和曲線目的是為了保證列車通過曲線時(shí)的安全、平順，以及乘客乘坐舒適。0F R 緩和曲線半徑從R（或 R ）； 運(yùn)行中列車的離心力逐漸（或）； 緩和曲線軌距加寬逐漸（或） ； 緩和曲線外軌超高逐漸（或） 。28=R緩和曲線直線圓曲線2vFmR2vFm0F 緩和曲線方程式 我國(guó)鐵路常用的緩和曲線屬于三次拋物線型，其方程式為：式中： y緩和曲線上任意點(diǎn)的縱坐標(biāo)，m； X緩和曲線L任意點(diǎn)的橫坐標(biāo)，m； R圓曲線半徑，m； L0緩和曲線長(zhǎng)度，m。03RL6xy （3 3）緩和曲線的設(shè)置）緩和曲線的設(shè)置 緩和曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，在這個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)，需完成曲線的外超高緩和曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度

11、，在這個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)，需完成曲線的外超高順坡、軌距加寬的遞減。同時(shí)，應(yīng)該滿足以下兩點(diǎn)運(yùn)營(yíng)要求：順坡、軌距加寬的遞減。同時(shí)，應(yīng)該滿足以下兩點(diǎn)運(yùn)營(yíng)要求：1 1）車輪的輪緣不致爬上內(nèi)軌。）車輪的輪緣不致爬上內(nèi)軌。外軌超高的坡度限制為：外軌超高的坡度限制為：式中式中:K:Kminmin機(jī)車或車輛最小輪緣高，機(jī)車或車輛最小輪緣高，mmmm D Dmaxmax機(jī)車或車輛最大固定軸距機(jī)車或車輛最大固定軸距,mm ,mm 當(dāng)以輪緣最小高度當(dāng)以輪緣最小高度28mm28mm及最大固定軸距及最大固定軸距6.56.5代入，得到：代入，得到： 在實(shí)際取值中在實(shí)際取值中,i,i0 0一般不大于一般不大于2 2，以保證車輪輪緣無(wú)

12、爬上內(nèi)軌危險(xiǎn)。，以保證車輪輪緣無(wú)爬上內(nèi)軌危險(xiǎn)。此時(shí)計(jì)算出緩和曲線長(zhǎng)為此時(shí)計(jì)算出緩和曲線長(zhǎng)為: :maxmin0DKi3.4i02 2）保證乘客乘座舒適）保證乘客乘座舒適 當(dāng)列車從直線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)列車從直線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，外側(cè)車輪外側(cè)車輪在外軌上在外軌上逐漸升高逐漸升高；當(dāng)列車從圓曲線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，外側(cè)車輪；當(dāng)列車從圓曲線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，外側(cè)車輪在外軌上在外軌上逐漸降低逐漸降低。如果升降速度過快，會(huì)引起乘客的不舒適感設(shè)。如果升降速度過快，會(huì)引起乘客的不舒適感設(shè)。設(shè)以設(shè)以f f（mm/s)mm/s)表示外側(cè)表示外側(cè)車輪升降速度，則存在如下關(guān)系

13、式：表示外側(cè)表示外側(cè)車輪升降速度，則存在如下關(guān)系式： 通常規(guī)定，在一般地段，通常規(guī)定，在一般地段，f=32mm/sf=32mm/s；在困難地段，；在困難地段，f=40mm/sf=40mm/s?？??？梢苑赐瞥觯阂苑赐瞥觯涸谶x線設(shè)計(jì)中，緩和曲線的長(zhǎng)度可以按照下表取值：在選線設(shè)計(jì)中，緩和曲線的長(zhǎng)度可以按照下表取值：普速地段緩和曲線長(zhǎng)度表普速地段緩和曲線長(zhǎng)度表 （m）高速鐵路緩和曲線長(zhǎng)度表高速鐵路緩和曲線長(zhǎng)度表 （m） 轉(zhuǎn)向相同的相鄰兩曲線稱為轉(zhuǎn)向相同的相鄰兩曲線稱為同向曲線同向曲線。 轉(zhuǎn)向相反的相鄰兩曲線稱為轉(zhuǎn)向相反的相鄰兩曲線稱為反向曲線。反向曲線。 介于兩同向曲線間或兩反向曲線間一般介于兩同向曲

14、線間或兩反向曲線間一般不太長(zhǎng)的直線，稱為不太長(zhǎng)的直線，稱為夾直線夾直線。 設(shè)置夾直線的目的：保證行車運(yùn)行平順；設(shè)置夾直線的目的：保證行車運(yùn)行平順；確保乘客乘坐舒適感。確保乘客乘坐舒適感。3 3. .同向曲線、反向曲線、夾直線同向曲線、反向曲線、夾直線 圖 同向曲線與夾支線圖 反向曲線與夾支線 在線路設(shè)計(jì)中，夾直線的最小長(zhǎng)度值見下表在線路設(shè)計(jì)中，夾直線的最小長(zhǎng)度值見下表 旅客列車速度（旅客列車速度（Km/h曲圓曲線或線或夾直夾直線最線最小長(zhǎng)小長(zhǎng)度度(m)工程工程條件條件一般一般110806050困難困難705040303611.8hRvmax11.8qhhRv211.8

15、vhR曲線路段對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響曲線路段對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響 限制列車運(yùn)行速度；限制列車運(yùn)行速度； 增加輪軌磨耗；增加輪軌磨耗； 增加軌道設(shè)備；增加軌道設(shè)備； 增加軌道養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。增加軌道養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。 4.曲線附加阻力 曲線附加阻力：機(jī)車車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)的阻力大于同樣條件下直線上運(yùn)行的阻力，其增大部分叫曲線附加阻力，簡(jiǎn)稱曲線阻力。 產(chǎn)生原因：機(jī)車、車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)，輪軌間的縱向和橫向滑動(dòng)、輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)面的摩擦增加，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向和側(cè)向力作用，上下心盤等部分摩擦加劇。（N/KN） Rr600 r 單位曲線阻力（N/KN） R 曲線半徑（m） 600 據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)。 經(jīng)驗(yàn)公式：曲線半徑愈小，

16、曲線附加阻力愈大。采用大半徑曲線對(duì)列車運(yùn)行的影響小。 用一定的比例尺，把線路中心線及其兩側(cè)的地面情況投影到水平面上，就是鐵路線路平面圖。 線路平面圖和縱斷面圖是鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的重要文件。5 5、鐵路線路平面圖、鐵路線路平面圖線路平面圖線路縱斷面由線路縱斷面由平道平道、坡道坡道及設(shè)于變坡點(diǎn)處的及設(shè)于變坡點(diǎn)處的豎曲線豎曲線組成。組成。二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖坡度指以坡段終點(diǎn)對(duì)起點(diǎn)的高差與兩點(diǎn)之間水平距離的比值. 用i表示。 1000 1000tanhilAB坡道坡度及坡道附加阻力示意圖二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖坡道坡度

17、及坡道附加阻力示意圖Q坡道阻力是機(jī)車、車輛的重力沿軌道下坡方向的分力。單位坡道阻力等于坡度的千分?jǐn)?shù)i（N/KN） siniWQtan()QKN1000iiWwQtan1000QaQ()N KNi= =i有正負(fù)區(qū)分坡度越大，列車上坡時(shí)的坡道阻力也越大，同一臺(tái)機(jī)車（在列車運(yùn)行速度相同的條件下）所能牽引的列車質(zhì)量也就越小。（1）限制坡度）限制坡度3 3、限制坡度、加力牽引坡度、限制坡度、加力牽引坡度 在一個(gè)區(qū)段上，決定一臺(tái)某一類型機(jī)車所能牽引的貨物列車質(zhì)量（最大值）的坡度。 又陡又長(zhǎng) 限制坡度小，列車質(zhì)量可以增加，運(yùn)輸能力就大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用就越省。但是限制坡度過小，不容易適應(yīng)地面的天然起伏，特別是地形變

18、化大的地段，使工程量增大，造價(jià)提高。 新建鐵路的最大坡度，在單機(jī)牽引路段稱限制坡度，在兩臺(tái)及以上機(jī)車牽引路段稱加力牽引坡度，其中最常見的為雙機(jī)牽引，稱雙機(jī)牽引坡度。客貨共線、級(jí)鐵路區(qū)間線路最大限制坡度鐵路等級(jí)一般困難一般困難牽引種類電力6.015.06.020.0內(nèi)燃6.012.06.015.0限制坡度的選定，需要考慮以下問題：首先，要確保列車運(yùn)行速度不能過低。其次，需考慮：鐵路等級(jí)、地形條件、牽引種類、運(yùn)輸要求、鄰線牽引定數(shù)。限制坡度對(duì)設(shè)計(jì)線的輸送能力工程數(shù)量運(yùn)營(yíng)質(zhì)量具有重要影響。不同限坡的起伏縱斷面（2）加力牽引坡度）加力牽引坡度 在一條鐵路線的全線范圍內(nèi)，地形是不相同的。有一般地段，有困難地段，還可能有特殊困難地段(如跨越山嶺地段)。 在特殊困難地段，線路縱斷面的設(shè)計(jì)有兩個(gè)方案： A.可以修建隧道穿過山嶺； B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度數(shù)值的坡段)跨越山嶺。在這個(gè)坡段上，列車必須以雙機(jī)牽引或多機(jī)牽引。這種坡段稱為加力牽引坡段。例如，我國(guó)京張鐵路的關(guān)溝段和寶成鐵路的寶鳳段，都采用了加力牽引坡段。 3 3、限制坡度、加力牽引坡度、限制坡度、加力牽引坡度圖 雙機(jī)牽引 （3）動(dòng)能坡度）動(dòng)能坡度 機(jī)車牽引按限制坡度計(jì)算