第二章 鐵路設(shè)計(jì)

第二章

鐵路設(shè)計(jì)的基本原則第一節(jié)鐵路總體設(shè)計(jì)一、我國鐵路設(shè)計(jì)工作的發(fā)展過程

經(jīng)歷了設(shè)計(jì)管理由外人把持到自主設(shè)計(jì)的一個(gè)過程，其中著名的京張鐵路就是我國自主設(shè)計(jì)的第一條鐵路。

京張鐵路創(chuàng)新：1、33‰的最大坡度2、人字形展線方式3、采用1435mm的標(biāo)準(zhǔn)軌距4、最早的設(shè)計(jì)規(guī)范與管理規(guī)程專業(yè)勘測設(shè)計(jì)隊(duì)伍的成立鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范的多次修改航測、遙感、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施的廣泛采用二、鐵路選線設(shè)計(jì)的基本任務(wù)(1)根據(jù)國家政治、經(jīng)濟(jì)、國防的需要，結(jié)合線路經(jīng)過地區(qū)的自然條件、資源分布、工農(nóng)業(yè)發(fā)展等情況，規(guī)劃線路的基本走向，選定鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。(2)根據(jù)沿線的地形、地質(zhì)、水文等自然條件和村鎮(zhèn)、交通、農(nóng)田、水利設(shè)施等具體情況，設(shè)計(jì)線路的空間位置(平面、立面)，并在保證行車安全的前提下，力爭提高線路質(zhì)量，降低工程造價(jià)，節(jié)約運(yùn)營支出。(3)與其他各專業(yè)共同研究，布置線路上各種建筑物，如車站、橋梁、隧道、涵洞、路基、擋墻等，并確定其類型或大小，使其總體上互相配合，全局上經(jīng)濟(jì)合理，為進(jìn)一步單項(xiàng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。三、鐵路基本建設(shè)程序大中型建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究可行性研究初步設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)工程施工和設(shè)備安裝驗(yàn)交投產(chǎn)后評估決策階段設(shè)計(jì)階段四、鐵路總體負(fù)責(zé)制總體設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人專冊負(fù)責(zé)人經(jīng)濟(jì)與運(yùn)量行車組織地質(zhì)橋涵隧道站場機(jī)務(wù)設(shè)備車輛設(shè)備給水排水通信信號(hào)電力房屋建筑施工組織及概算線路、路基及軌道《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(簡稱《技規(guī)》)《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡稱《線規(guī)》)《列車牽引計(jì)算規(guī)程》(簡稱《牽規(guī)》)五、鐵路設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的規(guī)程與規(guī)范第二節(jié)鐵路運(yùn)量一、客貨運(yùn)量的意義1、客貨運(yùn)量是設(shè)計(jì)鐵路能力的依據(jù)。2、客貨運(yùn)量是評價(jià)鐵路經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。3、客貨運(yùn)量是影響線路方案取舍的重要因素。二、客貨運(yùn)量的調(diào)查和預(yù)測設(shè)計(jì)線的吸引范圍是設(shè)計(jì)線吸引客貨運(yùn)量的區(qū)域界限，設(shè)計(jì)線客貨運(yùn)量的調(diào)查和預(yù)測，都是在吸引范圍內(nèi)進(jìn)行的。吸引范圍直通吸引范圍地方吸引范圍直通吸引范圍直通吸引范圍是路網(wǎng)中客貨運(yùn)量通過本設(shè)計(jì)線運(yùn)送有利的區(qū)域范圍。以運(yùn)距最短來劃分范圍地方吸引范圍地方吸引范圍是在設(shè)計(jì)線經(jīng)行地區(qū)內(nèi)，客貨運(yùn)量要由設(shè)計(jì)線運(yùn)送有利的區(qū)域范圍。按運(yùn)量由設(shè)計(jì)線運(yùn)送運(yùn)價(jià)最低的原則來確定（含水運(yùn)、公路運(yùn)輸?shù)谋容^）。三、鐵路選線設(shè)計(jì)所需要的運(yùn)量參數(shù)貨運(yùn)量貨物周轉(zhuǎn)量貨運(yùn)密度貨流比貨運(yùn)波動(dòng)系數(shù)零擔(dān)、摘掛、快運(yùn)貨物和旅客列車1、貨運(yùn)量貨運(yùn)量C是設(shè)計(jì)線(或區(qū)段)一年內(nèi)單方向需要運(yùn)輸?shù)呢浳飮崝?shù)，應(yīng)按設(shè)計(jì)線(或區(qū)段)分上、下行分別由下式計(jì)算：

C＝∑Ci(104t/a)式中Ci——某種貨物的年貨運(yùn)量(104t/a)貨物周轉(zhuǎn)量是設(shè)計(jì)線(或區(qū)段)一年內(nèi)所完成的貨運(yùn)工作量，可由單方向一年內(nèi)各種貨運(yùn)量(t/a)與相應(yīng)的運(yùn)輸距離(km)按下式計(jì)算：＝∑(×)(t·km/a)2、貨物周轉(zhuǎn)量左圖為侯月線開行5000噸重載列車3、貨運(yùn)密度貨運(yùn)密度CM是設(shè)計(jì)線(或區(qū)段)每km的平均貨物周轉(zhuǎn)量：式中CM——設(shè)計(jì)線或各區(qū)段的貨物周轉(zhuǎn)量(104t·km/a)；

L——設(shè)計(jì)線(或區(qū)段)的長度(km)。4、貨流比設(shè)計(jì)線上、下行方向的貨運(yùn)量不均衡時(shí)，應(yīng)區(qū)分為輕車方向和重車方向。貨流比是輕車方向貨運(yùn)量CQ與重車方向貨運(yùn)量CZ的比值，即:5、貨運(yùn)波動(dòng)系數(shù)由于生產(chǎn)和消費(fèi)的季節(jié)性等原因。設(shè)計(jì)線的貨運(yùn)量在一年內(nèi)各月份并不相等。一年內(nèi)最大的月貨運(yùn)量和全年月平均貨運(yùn)量的比值稱為貨運(yùn)波動(dòng)系數(shù)，以β表示。設(shè)計(jì)線必須完成運(yùn)量最大月份的運(yùn)輸任務(wù)，所以在計(jì)算鐵路能力時(shí)，應(yīng)考慮貨運(yùn)波動(dòng)系數(shù)的影響：

零擔(dān)列車是運(yùn)送地方零散貨物的列車，在中間站辦理零擔(dān)貨物的裝卸，一般運(yùn)行于一個(gè)區(qū)段內(nèi)。

摘掛列車是運(yùn)送地方整車貨物的列車，在中間站辦理貨車甩掛和到貨場取送車作業(yè)，一般運(yùn)行于一個(gè)區(qū)段內(nèi)?？爝\(yùn)貨物列車是運(yùn)送鮮活或易腐貨物的列車，為縮短旅途時(shí)間，這種列車很少停站，其他普通貨物列車要停站待避，使其不停車通過。

旅客列車是運(yùn)送旅客的列車。這些列車的對數(shù)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)查資料分析確定。6、零擔(dān)、摘掛、快運(yùn)貨物和旅客列車四、設(shè)計(jì)年度鐵路的設(shè)計(jì)年度一般分為近、遠(yuǎn)兩期，近期、遠(yuǎn)期分別為鐵路交付運(yùn)營后第五年和第十年；必要時(shí)，也可增加初期，初期為交付運(yùn)營后第三年。各期運(yùn)量均應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)調(diào)查確定。鐵路的建筑物和設(shè)備，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)年度的運(yùn)量分期加強(qiáng)，使鐵路設(shè)施的能力與運(yùn)量增長相適應(yīng)。這樣，既能滿足日益增長的運(yùn)輸要求，又可節(jié)約鐵路建設(shè)的初期投資。對于可以逐步改、擴(kuò)建的建筑物和設(shè)備，應(yīng)按近期運(yùn)量和運(yùn)輸性質(zhì)確定，并考慮預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展的條件對于不易改、擴(kuò)建的建筑物和設(shè)備，應(yīng)按遠(yuǎn)期運(yùn)量和運(yùn)輸性質(zhì)確定。

多年來，我國許多干線鐵路一直處在不停地改、擴(kuò)建之中，這些改、擴(kuò)建工程包括增加車站、雙線插入、局部復(fù)線、軟化坡度、通信信號(hào)改造、增建第二線或電氣化等各種方式。五、客貨運(yùn)量調(diào)查不準(zhǔn)確或設(shè)計(jì)年度過短帶來的問題1、南昆鐵路體現(xiàn)20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)、筑路水平的西南大動(dòng)脈南昆鐵路，東起南寧，西至昆明，北接紅果，全長898公里，為國家I級干線電氣化鐵路。南昆鐵路設(shè)計(jì)年輸送能力，近期1000萬噸，遠(yuǎn)期2000至3000萬噸。南昆鐵路1997年開通運(yùn)營，2001年大部分區(qū)段平圖能力利用率達(dá)到94％，能力己處于飽和狀態(tài)。造成南昆線能力飽和，及需改建的原因主要是由于運(yùn)量調(diào)查的不準(zhǔn)確和設(shè)計(jì)年度過短造成。2、西康鐵路

2001年1月8日，新世紀(jì)伊始，西部又一條鐵路大動(dòng)脈西安--安康線開通運(yùn)營。全長267.49公里的西安--安康線是國家一級電氣化鐵路干線，途經(jīng)陜西省7個(gè)市縣。它的開通運(yùn)營對實(shí)施西部開發(fā)、加速沿線地區(qū)社會(huì)進(jìn)步具有重要意義。圖為第一列火車通過全長18.46公里的中國第一隧道－－秦嶺隧道。下圖：西康鐵路鏟河特大橋左圖：西康鐵路秦嶺隧道

西康鐵路2001年1月開通運(yùn)營，當(dāng)年限制區(qū)段的平圖能力利用率達(dá)到100％，需要開放原設(shè)計(jì)預(yù)留的車站。修建第二線也己提上日程。3、廣深鐵路

廣深鐵路先將單線改造并增建第二線，1987年建成復(fù)線，1990年開始研究將復(fù)線改造為我國第1條準(zhǔn)高速鐵路，1994年建成準(zhǔn)高速復(fù)線和第三線，近年來廣深公司又醞釀修建第四線。廣深線現(xiàn)階段有三條鐵路，即準(zhǔn)高速雙線鐵路和一條單線鐵路。由于單線鐵路的運(yùn)能相當(dāng)有限，以致普速列車和貨物列車經(jīng)常被安排在準(zhǔn)高速線路上行駛，這給準(zhǔn)高速鐵路線的運(yùn)行速度及安全系數(shù)均帶來影響。按照方案，廣深鐵路第四線計(jì)劃把單線鐵路也變成雙線。4、浙贛鐵路浙贛鐵路起于杭州站，止于湖南株洲，橫跨浙、贛、湘三省。其中浙江段全長294.2公里。浙贛鐵路自20世紀(jì)80年代初開始，對既有線增設(shè)會(huì)讓站、雙插、結(jié)合整治水害進(jìn)行復(fù)線改造等。1997年全部復(fù)線正式開通，改建跨幾個(gè)五年計(jì)劃，“十一五”又計(jì)劃進(jìn)行提速與電氣化改造，投資需要近百億元。

浙贛鐵路電氣化改造投資105億元，已于2004年6月全面開工，建成后將成為我國現(xiàn)代化水平最高的電氣化鐵路。目前時(shí)速80公里，2005年10月前完成提速后，時(shí)速將達(dá)200公里。屆時(shí)，從杭州到衢州只需1.5小時(shí)。第三節(jié)牽引計(jì)算一、列車運(yùn)行的各種阻力列車運(yùn)行阻力基本阻力附加阻力機(jī)車單位基本阻力車輛單位基本阻力起動(dòng)阻力坡道附加阻力曲線附加阻力隧道空氣附加阻力1、基本阻力一臺(tái)機(jī)車牽引一定質(zhì)量的列車在線路上運(yùn)行，即使在平直坡道上，由于輪軌之間，機(jī)車車輛各活動(dòng)部分之間，以及車體與四周空氣之間的摩擦、沖擊、振動(dòng)必然會(huì)產(chǎn)生一定的阻力，這種阻力稱為列車運(yùn)行的基本阻力。⑴基本阻力影響因素列車運(yùn)行速度線路狀況機(jī)車車輛構(gòu)造⑵基本阻力的表示方法單位基本阻力即單位機(jī)車或車輛質(zhì)量所受的阻力。機(jī)車單位基本阻力車輛單位基本阻力牽引惰力牽引惰力經(jīng)驗(yàn)公式中各阻力均表示為速度的函數(shù)。⑶列車基本阻力與列車平均單位基本阻力列車基本阻力

為機(jī)車基本阻力與車輛基本阻力之和，計(jì)算方法如下：牽引運(yùn)行時(shí)的列車基本阻力：惰力運(yùn)行時(shí)的列車基本阻力：全列車的平均單位基本阻力為：牽引運(yùn)行時(shí)：

惰力運(yùn)行時(shí)：式中：P-----機(jī)車質(zhì)量Q-----牽引質(zhì)量2、附加阻力當(dāng)列車在坡道上、曲線上、隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一定的附加阻力，稱為坡道附加阻力、曲線附加阻力、隧道空氣附加阻力。⑴坡道附加阻力

列車在坡道上運(yùn)行時(shí)，其重力產(chǎn)生垂直于軌道的與平行于軌道的兩個(gè)分力。F2=q.g.sinα(N)由圖可知:因α很小，可以認(rèn)為：Sinα=tanα將機(jī)車、車輛的質(zhì)量單位由（t）改為kg，可得下式：F2=1000q.g.tanα(N)坡度值一般以千分率表示，tanα=i/1000F2=q.g.i(N)因單位阻力的定義為單位質(zhì)量阻力，故坡度單位附加阻力ωi為：=10i⑵曲線附加阻力曲線附加阻力是由于列車在曲線上運(yùn)行，加劇了輪緣與鋼軌之間的摩擦，同時(shí)，車輪與鋼軌之間產(chǎn)生縱向的和橫向的滑動(dòng)，所以引起額外的阻力。

注：曲線附加阻力大小和曲線半徑R(m)直接相關(guān)。曲線附加阻力的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)公式：=A/R(N/t)現(xiàn)行規(guī)范中采用：A=6000，=6000/R(N/t)

經(jīng)驗(yàn)公式①當(dāng)曲線長度大于列車長度時(shí)列車平均單位曲線阻力設(shè)列車長度為

Ll(m)，列車每延米的質(zhì)量為q(t/m)，則列車的質(zhì)量為Ll·q(t)②當(dāng)曲線長度小于列車長度時(shí)Ll③如果列車處于n個(gè)曲線上，且列車全長范圍內(nèi)的曲線轉(zhuǎn)角總和為⑶隧道空氣附加阻力列車在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，由于空氣受隧道約束，不能向四周擴(kuò)散，前面的空氣壓力增大，尾部空氣稀薄，空氣與列車表面及隧道表面產(chǎn)生摩擦。因之，作用于列車上的空氣阻力遠(yuǎn)郊空曠地段為大，增加的空氣阻力稱為隧道附加空氣阻力。單位隧道空氣附加阻力以表示，計(jì)算式由試驗(yàn)確定。⑷附加阻力換算坡度及加算坡度因?yàn)槠碌栏郊幼枇?10i(N/t)，我們可以認(rèn)為列車在曲線上行駛所產(chǎn)生的曲線附加阻力是在一個(gè)坡度

的坡道上行駛時(shí)產(chǎn)生，且：同理，隧道內(nèi)：、分別稱為曲線、隧道附加阻力換算坡度，或稱為曲線、隧道當(dāng)量坡度。線路縱斷面上每一坡段的坡度i與該坡道上的曲線、隧道等附加阻力換算坡度之和稱為加算坡度

，即：加算坡度：

對應(yīng)的單位加算阻力為：（‰）（N/t）加算坡度我國采用如下的試驗(yàn)公式來計(jì)算列車、車輛的起動(dòng)阻力。①機(jī)車單位起動(dòng)阻力

②貨車的單位起動(dòng)阻力

如果：，取50(N/t)⑸起動(dòng)阻力

在新線設(shè)計(jì)及運(yùn)營線上，一般是按列車在限制坡道上，以機(jī)車的計(jì)算速度作等速運(yùn)行為條件來確定牽引質(zhì)量；快速線上，有時(shí)按列車在平直道上的最高速度運(yùn)行，并保有一定的加速度余量為條件來確定牽引質(zhì)量；在舊線改建設(shè)計(jì)及某些運(yùn)營線上，有時(shí)需要按動(dòng)能闖坡方式來確定。二、牽引質(zhì)量牽引質(zhì)量就是機(jī)車所牽引的車列質(zhì)量，也稱牽引噸數(shù)?；咀枇Ω郊幼枇?0ix基本阻力附加阻力10ix機(jī)車車輛質(zhì)量P質(zhì)量G機(jī)車的牽引力為Fj，等速運(yùn)行時(shí)，可知：則總阻力為：1、牽引質(zhì)量的計(jì)算牽引質(zhì)量計(jì)算式為：[例2—1]韶山3型電力機(jī)車，牽引滾動(dòng)軸承貨車，求限制坡度為9‰時(shí)的單機(jī)牽引質(zhì)量。解：查表2—1得到：2、牽引凈載和列車長度的計(jì)算(1)一般計(jì)算①貨物列車牽引車輛數(shù)n(包括守車)②貨物列車牽引凈載③貨物列車長度貨物列車牽引凈載：(2—47)(2)新線設(shè)計(jì)中簡化公式：貨物列車牽引輛數(shù)