《高速鐵路概論（第2版）》（紀書景）505-1 教案 第2課 認識高速鐵路線路的平面和縱斷面

第課認識高速鐵路線路的平面和縱斷面第課認識高速鐵路線路的平面和縱斷面2認識高速鐵路線路的平面和縱斷面第認識高速鐵路線路的平面和縱斷面第課2PAGE7PAGE2PAGE2PAGE7PAGE7

課題認識高速鐵路線路的平面和縱斷面課時2課時（90min）教學(xué)目標知識技能目標：（1）熟悉高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)（2）了解高速鐵路線路的平面和縱斷面設(shè)計要求（3）能夠根據(jù)公式計算高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)思政育人目標：養(yǎng)成腳踏實地、認真負責(zé)的工作作風(fēng)教學(xué)重難點教學(xué)重點：高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)教學(xué)難點：根據(jù)公式計算高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)教學(xué)方法講授法、問答法、案例分析法、分組討論法知識競賽法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、地圖教學(xué)設(shè)計→→互動→傳授新知（60min）→拓展訓(xùn)練（15min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)完成課前任務(wù)請大家以3～5人為一組，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)高速鐵路平面和縱斷面相關(guān)知識并復(fù)習(xí)整理后，完成任務(wù)工單1.1中的表1-1及相關(guān)的引導(dǎo)問題（詳見教材）?！緦W(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，讓學(xué)生對高速鐵路平面和縱斷面相關(guān)知識有初步了解，以便做好教學(xué)準備考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀律性，掌握學(xué)生的出勤情況互動導(dǎo)入（8min）【教師】通過向?qū)W生展示案例——中國“新四大發(fā)明”之“高鐵”（詳見教材），讓學(xué)生思考：你認為為什么高鐵被稱為中國“新四大發(fā)明”之一？【學(xué)生】每5～6人一組，并以小組為單位，各小組成員在組內(nèi)輪流發(fā)言，闡述自己對案例的理解并討論【教師】參與到每組的討論中，及時為學(xué)生答疑解惑【學(xué)生】分小組闡述觀點【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，導(dǎo)入本節(jié)課課題并板書：任務(wù)1.1認識高速鐵路線路的平面和縱斷面通過案例分析討論，讓學(xué)生認識到中國高鐵發(fā)展迅速，在世界上獲得了較高的聲譽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（60min）【教師】講授新知：高速鐵路線路的平面、高速鐵路線路的縱斷面、高速鐵路線路的平面和縱斷面設(shè)計要求1.1.1、高速鐵路線路的平面線路中心線在水平面上的投影稱為線路的平面，它能夠反映線路的直、曲變化情況。高速鐵路線路的平面所涉及的技術(shù)參數(shù)有最大超高、欠（過）超高、曲線半徑、緩和曲線的線型與長度、夾直線與圓曲線最小長度、線間距等?！菊n堂互動】?【教師】讓學(xué)生通過文旌課堂APP觀看微課——江陰高鐵站的線路規(guī)模和平面示意圖（詳見教材），思考：你認為高速鐵路線路的平面所涉及的技術(shù)參數(shù)有哪些??【學(xué)生】觀看、聆聽、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)高速鐵路線路的平面所涉及的技術(shù)參數(shù)具體有：1．最大超高列車在曲線上運行時會產(chǎn)生離心力，使外軌承受較大的壓力，發(fā)生嚴重的側(cè)面磨損，還會使旅客感到不適。為解決這一問題，可將外軌抬到一定高度，借助車體內(nèi)傾時產(chǎn)生的重力內(nèi)向分力來平衡這種離心力，此時外軌高出內(nèi)軌的部分稱為超高。超高原理見教材圖1-2。s—軌距；h—超高；θ—傾斜角度；G—車廂重力；O—車廂重心。圖1-2超高原理在計算超高的理論值時，通常采用的公式為（1-1）式中：h ——超高，單位為mm；——通過曲線的各次列車的平均速度，單位為km/h；R ——曲線半徑，單位為m。從式（1-1）可以看出，在曲線半徑固定時，超高的理論值取決于通過曲線的各次列車的平均速度，但超高不能太大，否則會使內(nèi)軌承受較大的橫向力，不利于行車安全及養(yǎng)護維修，還會使旅客感到不適，因此需要設(shè)置最大超高。高速鐵路線路的最大超高應(yīng)保證列車在曲線上能安全、平穩(wěn)地停車，列車在大風(fēng)中不會傾覆，同時使旅客感到舒適?！靖哞F資料庫】在日本新干線中，除了東海道新干線的實設(shè)最大超高為200mm外，其余實設(shè)最大超高均為180mm。而中國線路的最大超高一般采用170mm、175mm等。2．欠（過）超高當車速大于平均速度的列車通過某段曲線時，其實際產(chǎn)生的超高會大于設(shè)置的超高，大于的這部分稱為欠超高；當車速小于平均速度的列車通過某段曲線時，其實際產(chǎn)生的超高會小于設(shè)置的超高，小于的這部分稱為過超高。欠超高和過超高會使內(nèi)、外軌產(chǎn)生嚴重的不均等磨損，也會降低旅客的舒適度。因此，為了達到高速鐵路所要求的高平順性、高舒適度，要對欠（過）超高進行限制?！菊n堂互動】?【教師】以京滬高速鐵路為例，讓學(xué)生觀察其欠（過）超高最大允許值表（詳見教材表1-4），思考并討論：請你總結(jié)一下高速鐵路欠（過）超高最大允許值在什么范圍內(nèi)旅客的舒適度比較適宜??【學(xué)生】聆聽、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)3．曲線半徑（1）內(nèi)容曲線包括圓曲線和緩和曲線。（2）作用高速鐵路線路上設(shè)置曲線可以使其更好地適應(yīng)地形變化，減少工程量。（3）范圍曲線半徑不能過大，但也不能過小。應(yīng)根據(jù)線路特點設(shè)置最大曲線半徑和最小曲線半徑。（4）相關(guān)概念最大曲線半徑是指線路平面設(shè)計時允許選用的曲線半徑最大值。參考國外經(jīng)驗，中國京滬高速鐵路最大曲線半徑一般不大于12000m，個別不大于14000m。最小曲線半徑是指線路平面設(shè)計時允許選用的曲線半徑最小值。選定最小曲線半徑時應(yīng)考慮行車速度、地形條件和機車牽引種類等因素，其中行車速度是選定最小曲線半徑的主要依據(jù)。（5）計算公式①對于只運行高速或快速列車的客運專線，其最小曲線半徑的計算公式為（1-2）式中：Rmin——最小曲線半徑，單位為m；vmax——最高行車速度，單位為km/h；——實設(shè)超高與欠超高和的允許值，單位為mm。②對于客貨混跑的高速線路，其最小曲線半徑的計算公式為（1-3）式中：Rmin——最小曲線半徑，單位為m；vmax——客運列車最高行車速度，單位為km/h；vmin——貨運列車最低行車速度，單位為km/h；——欠超高與過超高和的允許值，單位為mm?！靖哞F資料庫】在日本新干線中，除了東海道新干線，其他新干線的最小曲線半徑為4000m。法國、德國高速鐵路的最小曲線半徑都大于4000m。中國設(shè)計速度為350km/h的客運專線的最小曲線半徑取7000m，在困難條件下，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比選后，最小曲線半徑可采用5500m。4．緩和曲線的線型和長度【課堂互動】?【教師】讓學(xué)生通過文旌課堂APP觀看微課——為什么會有彎曲的高速鐵路線路？（詳見教材），思考：將高速鐵路線路彎曲的作用是什么？?【學(xué)生】觀看、聆聽、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)（1）定義緩和曲線是指為使列車安全、平順地由直線運行到圓曲線（或由圓曲線運行到直線），而在直線與圓曲線之間設(shè)置的曲率半徑逐漸變化的曲線。緩和曲線見教材圖1-3。（2）作用當列車由直線運行到圓曲線（或從圓曲線運行到直線）時，使列車的離心力逐漸產(chǎn)生（或消失），并減緩?fù)廨唽ν廛壍臎_擊，保證列車行駛平順。（3）參數(shù)1）緩和曲線的線型緩和曲線線型的選擇，要從列車的平穩(wěn)性和旅客的舒適度方面來考慮，同時還要考慮線型是否簡單，是否便于鋪設(shè)與養(yǎng)護等。目前，中國設(shè)計的高速鐵路緩和曲線以三次拋物線型為首選線型，因為該線型簡單、便于設(shè)計?！ㄔ斠娊滩模?）緩和曲線的長度一般情況下，緩和曲線長度的選擇應(yīng)考慮以下三個因素：①車輪在緩和曲線上不會脫軌；②外輪升高速度不致影響旅客的舒適度；③未被平衡的離心加速度增長率不致影響旅客的舒適度。……（詳見教材）5．夾直線與圓曲線最小長度夾直線是指兩相鄰緩和曲線間的直線段，即前一緩和曲線終點與后一緩和曲線起點間的直線段。夾直線與圓曲線的最小長度應(yīng)能使轉(zhuǎn)向架運行1.5～2個周期。夾直線與圓曲線最小長度應(yīng)根據(jù)下列公式計算確定，并符合表1-5（詳見教材）的規(guī)定。計算公式為一般條件下：（1-4）困難條件下：（1-5）式中：——夾直線與圓曲線最小長度，單位為m；——設(shè)計速度，單位為km/h?！ㄔ斠娊滩模?．線間距線間距是指相鄰兩股線路中心線之間的最短距離（見教材圖1-4）?！菊n堂互動】?【教師】提問：你認為線間距的設(shè)定標準主要受哪些因素的影響？?【學(xué)生】聆聽、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)線間距的設(shè)定標準主要受列車交會時空氣動力作用的影響。理論上，高速鐵路線間距越大，列車交會時相互之間的空氣動力作用越小，會車壓力波也越小，相應(yīng)地，列車的平穩(wěn)性、旅客的舒適度等指標也越高。但是，高速鐵路線間距與高速鐵路建設(shè)成本直接相關(guān)，在很多時候還受地理環(huán)境的影響，不能無限增大，因此，要根據(jù)實際情況，選擇合理的線間距。世界各國主要高速鐵路線間距（見教材表1-6）。中國的《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB10621—2014）對高速鐵路區(qū)間正線線間距也進行了規(guī)定，（見教材表1-7）?！菊n堂互動】?【教師】請學(xué)生觀察表1-6和表1-7，思考：你認為中國和世界其他國家的線間距標準有什么相似和不同之處？?【學(xué)生】觀察、聆聽、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)1.1.2、高速鐵路線路的縱斷面線路中心線展直后在鉛垂面的投影稱為線路的縱斷面，它反映線路的起伏情況。涉及的技術(shù)參數(shù)有：1．最大坡度在一個區(qū)段，一臺機車能牽引列車正常運行的坡度最大值稱為最大坡度。最大坡度的確定主要取決于機車牽引功率、牽引特性和制動特性。中國高速鐵路區(qū)間正線的最大坡度不宜大于

20‰，困難條件下不應(yīng)大于

30‰；高速動車組走行線的最大坡度不宜大于30‰，困難條件下不應(yīng)大于35‰?！ㄔ斠娊滩模?．豎曲線半徑根據(jù)中國《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB10621—2014），高速鐵路正線相鄰坡段的坡度差大于或等于1‰時，應(yīng)采用圓曲線型豎曲線連接。豎曲線半徑的大小主要從以下兩個方面考慮：①列車經(jīng)過變坡點時，車鉤不脫鉤、車輪不脫軌；②列車在豎曲線上產(chǎn)生的離心加速度和離心力不致使旅客感到不適。在機車車輛構(gòu)造一定的條件下，豎曲線半徑與行車速度有關(guān)，行車速度越高，豎曲線半徑應(yīng)越大。通常，豎曲線半徑的計算公式為（1-6）式中：——豎曲線半徑，單位為m；——運車速度，單位為km/h；——豎向離心加速度，單位為m/s2，根據(jù)國外的取值經(jīng)驗一般為0.4

m/s2，困難條件下為0.5m/s2。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB10621—2014），中國客運專線正線最小豎曲線半徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計速度按表1-8（詳見教材）選用，但最大豎曲線半徑不應(yīng)大于30000m。3．最小夾坡段長度夾坡段是指兩豎曲線之間的坡段。為了確保列車運行平穩(wěn)、旅客乘坐舒適，最小夾坡段長度應(yīng)保證列車在前一個豎曲線上產(chǎn)生的振動在夾坡段長度范圍內(nèi)衰減完畢，不會與下一個豎曲線上產(chǎn)生的振動疊加。此外，還要考慮坡段能夠適應(yīng)地形，減少工程投資。中國高速鐵路客運專線要求夾坡段長度不小于0.4vmax（m）?！菊n堂互動】?【教師】提問：你認為除了最大坡度、豎曲線半徑、最小夾坡段長度等因素外，還要考慮哪些因素可能會影響高速鐵路線路的縱斷面？?【學(xué)生】聆聽、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)1.1.3、高速鐵路線路的平面和縱斷面設(shè)計要求高速鐵路線路的平面和縱斷面設(shè)計需要重點注意以下兩點要求。（1）以提高平穩(wěn)性為主，盡可能降低列車的橫向和豎向加速度，減小列車各種振動疊加的可能性，從而提高旅客的舒適度。（2）要考慮減少工程量，以降低造價，從而便于施工、運營、維修等?！菊n堂互動】?【教師】讓學(xué)生通過閱讀思政列車——擘畫“十四五”經(jīng)濟發(fā)展新藍圖（詳見教材），思考并討論：請你分析中國鐵路取得了哪些成就?未來還將面臨哪些挑戰(zhàn)？?【學(xué)生】聆聽、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)【學(xué)生】聆聽、理解、思考、記憶通過觀看微課，案例分析，課堂討論和老師講解，使學(xué)生了解高速鐵路線路的平面、高速鐵路線路的縱斷面、高速鐵路線路的平面和縱斷面設(shè)計要求等知識，從而鍛煉自身分析比較能力，同時讓學(xué)生提升民族自豪感拓展訓(xùn)練（15min）【教師】組織全體學(xué)生進行知識競賽，每個小組作為一個參賽隊伍【學(xué)生】學(xué)生每3～5人一組，并以小組為單位，組長帶領(lǐng)組員復(fù)習(xí)高速鐵路線路的平面和縱斷面相關(guān)知識【教師】提出與本任務(wù)內(nèi)容相關(guān)的問題【學(xué)生】聆聽、思考、討論、搶答【教師】做出總結(jié)【學(xué)生】將任務(wù)實施情況填入表1-2中（詳見教材）【教師】填寫考核評價表。通過課堂知識競賽，讓學(xué)生對本節(jié)課的知識及時進行練習(xí)鞏固，加深記憶課堂小結(jié)（3min）【教師】簡要總結(jié)本節(jié)課的要點本節(jié)課學(xué)習(xí)了高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生能夠根據(jù)公式計算高速鐵路線路平面和縱斷面相關(guān)的技術(shù)參數(shù)并對高速