高速铁路技术-13级选修

高速铁路技术基本内容1.绪论（轨道结构简介、发展状况、优越性）2.高速铁路轨道结构3.高速铁路无缝线路4.高速道岔结构5.高速铁路桥梁及隧道回忆：普通铁路有哪几部分构成？钢轨轨枕道床扣件系统道岔高速铁路轨道结构与普通铁路轨道结构的区别I型板式无砟轨道结构轨道板无轨枕和道床高速铁路轨道结构与普通铁路轨道结构的区别II型板式无砟轨道结构用轨道板取代轨枕和道床轨道板高速铁路轨道结构与普通铁路轨道结构的区别III型板长枕埋入式无砟轨道结构用混凝土浇筑道床轨枕道床板双块式无砟轨道结构用混凝土浇筑道床轨枕道床板钢桁梁高速铁路轨道结构与普通铁路轨道结构的区别有砟轨道结构道砟胶有砟与无砟过渡段高速铁路轨道结构分类2.无砟轨道结构①I型板式无砟轨道②II型板式无砟轨道③III型板式无砟轨道（1）板式无砟轨道（2）双块式无砟轨道（3）长枕埋入式无砟轨道①I型双块式无砟轨道（雷达型）②II型双块式无砟轨道（旭普林型）1.有砟轨道结构框架式无砟轨道短枕承台式（桥上）梯子形轨道3m二、高速铁路的发展1.列车试验速度2007年，法国，时速574.8km/h;2002年，我国，时速321.5km/h，目前已突破350km/h。2.高速铁路的铺设里程日本新干线上的300及700系高速列车3.动车组技术的发展法国AGVV-150试验型高速列车于2007年4月3日创造574.8km/h世界记录“大白鲨号”电动车组（160km/h）“新曙光号”双层内燃动车组“神州号”双层内燃动车组“庐山号”内燃动车组“先锋号”高速电动车组“北亚号”内燃动车组“春城号”电动车组“晋龙号”内燃动车组“和谐号”-CRH1“和谐号”-CRH2“和谐号”-CRH3“和谐号”-CRH5“和谐号”-CRH380A高标准的平纵断面设计三、实现高速铁路的基础高速轨道新结构——无碴轨道高速道岔高速路基、路桥过渡段高速铁路桥梁—大刚度小挠度南京大胜关长江大桥全长9273m，是6线铁路桥。主桥采用(108m+192m+336m+336m+192m+108m)六跨连续钢桁拱结构,北岸浅水区采用两联2*84m连续钢桁梁结构。郑州黄河公铁两用桥大桥全长1680m，主跨采用（120＋5×168＋120＋5×120）m六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁。广珠小榄水道特大桥全长7686.57ｍ，(主跨220m刚构－拱）武汉天兴洲大桥全长1092m，主桥采用98+196+504+196+98m的双塔三索面斜拉桥，上层为6车道的公路，下层为4线铁路，是目前世界上最大跨度公铁两用桥。高速铁路隧道—降低瞬变压力与微气压波高速牵引供电系统四、高速铁路的优越性与公路、水利、航空等比较，高速铁路具有以下优势：1、节约旅行时间旅行时间=出发地至始发站的时间+始发站至到站的时间+由到站至目的地的时间四、高速铁路的优越性2、运能大高速铁路旅客列车最小行车间隔可达到3min，即20列/h。若采用动力分散式客车，其列车定员可达1200~1500人/列，理论上每小时输送能力可达24000~30000人。四、高速铁路的优越性3、安全性高据统计，我国交通运输中每1亿人·km交通事故中：死亡重伤公路10.524.88铁路0.290.72四、高速铁路的优越性4、准确性高高铁除了可能危及行车安全的自然灾害外，几乎不受气候条件的影响，24h内可以安全正常的运行。航空运输受气候影响较大，航班很难做到准点，有时还会停航。四、高速铁路的优越性5、能耗少据统计，以每人·km消耗能源为1单位，则高铁小汽车飞机1.38.89.8四、高速铁路的优越性6、占地省一条双向四车道高速公路占地面积是双线高速铁路的1.6倍。一个大型飞机场占地面积相当于1000km双线高速铁路。高速铁路的优越性7、环境污染轻交通运输对环境的污染主要为废气污染和噪声污染。以每人·km排放废气量为1单位，则污染物高速列车小汽车CO0.069.30NOX0.431.7CH1.100.03高速铁路的优越性8、舒适度高高速铁路线路平顺，列车运行平稳，振动和摆动幅度很小。旅客活动空间比汽车和飞机都大很多。五、我国高速铁路的发展规划根据《中国铁路中长期发展规划》，为满足快速增长的旅客运输需求，到2020年，应全面建成省会城市及大中城市间的快速客运通道规划：一、“四纵四横”铁路快速客运通道二、三个城际快速客运系统1、环渤海地区：北京—天津2、长江三角洲地区：南京—上海—杭州3、珠江三角洲地区：广州—深圳广州—珠海广州—佛山课堂练习：该高速铁路是（）板式无砟轨道I型课堂练习：该高速铁路是（）板式无砟轨道II型课堂练习：该高速铁路是（）式无砟轨道长枕埋入式课堂练习：该高速铁路是（）式无砟轨道双块式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——直线高速铁路线路设计第一节线路平面设计线路平面线型直线曲线圆曲线缓和曲线一、线路平面线型组成：ZYZHHYYHHZYZmmmm二、曲线偏向的判断顺里程增大方向来看，曲线开口向左即为左偏，曲线开口向右即为右偏。98234567K23YZZYK=0K=1/R右偏ZHHZK=0K=1/RHYYHK121234567989K13左偏线路纵断面图平面曲线表示示意图左偏左偏右偏右偏右偏右偏左偏左偏练习：试判断下列曲线的偏向三、直线的设置原则1、设置较长的直线段，减少交点个数。以缩短线路长度、改善运营条件。只有因遇到地形地物等局部障碍而引起较大工程时，才设置交点绕避障碍。2、力求减小交点转角的度数。转角越大，则线路转弯急，总长增大；同时列车行经曲线时要克服较大的阻力，相应增加运营费用。直线设计的一般原则夹直线：前曲线HZ1与后曲线ZH2之间的直线。同向曲线反向曲线夹直线夹直线长度设计1．夹直线长度的确定(1)最小长度应满足规范要求,如表1所示（2）夹直线长度应力争长表1夹直线及圆曲线最小长度（m）路段旅客列车设计行车速度(km/h)35025020016014012010080圆曲线或夹直线最小长度(m)280(210)200(150)160(120)130(80)110(70)80(50)60(40)50(30)注：括号内的数值为特殊困难条件下经技术经济比选后方可采用。2．夹直线长度不足时的平面改建方法JD1JD2R1R2JD1R1'R2'JD2LJJL'（1）减小曲线半径或缩短缓和曲线长度JD1JLJD2R2R1JD1'L'JR2JD2'R1（2）扭转公切线位置JD1R1JD2LJR2JD1JD2R（3）同向曲线合二为一四、圆曲线的设置设置圆曲线时，应综合考虑以下几个问题：（一）曲线外轨超高（二）曲线半径对工程和运营的影响(一)曲线外轨超高1．外轨超高的概念及作用作用：①内外两股钢轨受力均匀③旅客舒适④提高线路稳定性、安全性外轨超高：是曲线外轨顶面与内轨顶面的水平高度之差。②内外两股钢轨垂直磨耗均匀计算公式：2．外轨超高度的计算Rvhp28.11式中：Vp——各次列车的平均速度；R——曲线半径；由此可见，超高度设置是否合适，在很大程度上取决于平均速度选用是否恰当。3.外轨未被平衡的超高（1）当V=Vp时，离心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；（2）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。（3）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。（1）外轨抬高法：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。外轨抬高法3．外轨超高的设置方法线路中心高度不变法(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,保证线路中心标高不变。在建筑限界受到限制时才采用。1．曲线半径对工程的影响小半径曲线增加线路长度示意图A：有利方面R越小，越能适应地形，减少工程量，降低造价B：不利方面（1）增加线路长度(二)曲线半径对工程和运营的影响(2)降低粘着系数，进而降低机车牵引力粘降后的机车牵引力轨撑(3)轨道需要加强轨距杆加宽外侧道床(4)增加接触导线的支柱数量支柱间距随曲线半径的减小而缩短2．曲线半径对运营的影响(1)增加轮轨磨耗。列车经过曲线时，轮轨间产生纵向滑动、横向滑动及横向挤压，使轮轨磨耗增加。曲线半径越小，轮轨磨耗越严重。(2)维修工作量加大。在小曲线半径地段，轨距、方向容易错动，需要维修。另外，钢轨磨耗严重，需经常打磨轨面，倒轨或换轨。(3)行车费用增加。若小半径曲线限制行车速度，则列车在曲线前方要制动减速，在曲线地段要限速行驶，通过曲线后又要加速。这样，必然使机车额外做功，增加行车费用和行车时分。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。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。五、缓和曲线缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间的曲率连续变化的曲线。作用：在缓和曲线范围内，超高值、曲线加宽值均逐渐过渡。行车缓和；超高缓和；加宽缓和。直线曲线超高：曲率半径：加宽值：0h0δ∞R第二节高速铁路线路纵断面设计任课教师：满吉芳思考：“铁路线路纵断面”的定义是什么？定义：线路中心线展直后在铅垂面上的投影。线路纵断面线路纵断面的组成LiiHi坡段长度：两变坡点间的水平距离(m)坡度值：i=(Hi/Li)×1000（‰）正负号：上坡为正，下坡为负组成：纵断面是由长度不同、陡缓各异的坡段组成坡段的特征用坡段长度和坡度值表示高速铁路线路纵断面设计铁路线路纵断面的设计坡度确定坡段长度设计坡段连接处理——竖曲线的设计坡度的确定思考：坡度越大越好，还是越小越好？坡度的确定：⑴输送能力；⑵工程数量；（3）运营费用；答案：从减少工程数量角度出发，应采用较大的坡度；从增大输送能力和降低运营费用出发，应采用较小的坡度。最大坡度的确定1、最大坡度对输送能力的影响最大坡度越大，输送能力越低；最大坡度越小，输送能力越高。各种最大坡度的输送能力图最大坡度的确定2、对工程数量的影响（1）平原地区①一般情况下影响不大；②当铁路跨过通航河流时，因桥下要保证必要的净空而使桥梁抬高。此时，若采用较大的坡度，可使桥梁两端引线缩短，填方数量减少。最大坡度的确定2、对工程数量的影响（2）丘陵地区采用较大的坡度，可使线路高程升降较快，能更好的适应地形，从而避免较大的填挖方,使工程数量减少，工程造价降低。不同限坡的起伏纵断面坡度较大的纵断面坡度较小的纵断面·最大坡度的确定2、对工程数量的影响（3）越岭地区在自然纵坡陡峻的越岭地段，若最大坡度小于自然纵坡，则线路需要迂回展长，才能达到控制点预定高程，工程数量和造价急剧增加。宝鸡秦岭间直线距离25km，高差810m；30‰中选方案线路长44.3km，比较方案线路长61.9km，土建工程造价为前者的1.79倍。最大坡度的确定3、对运营费用的影响坡度牵引质量列车对数运营费用综上分析可知：采用大坡度坡段，有利有弊。选择坡度时应综合考虑最大坡度国外最大坡度应用情况：1、法国高速铁路采用全高速模式，设计速度为300～350km/h，最大坡度为35‰。2、日本新干线采用全高速模式，新干线最大坡度多为15‰。但也有例外，例如北陆新干线在高崎——轻井泽（34km）区段中约有20km采用了连续30‰的长大坡。3、德国高速铁路采用客货共线运行模式时，最大坡度20‰；但在高速客运专线上，最大坡度为40‰。最大坡度确定我国《客运专线铁路设计暂规》规定：正线的最大坡度：imax≤20‰，一般imax≤30‰，困难坡段长度的设计思考：坡段长度越大越好，还是越小越好？地形线较短坡段较长坡段不同坡长的纵断面坡段长度的确定：⑴满足列车运行平稳性要求；⑵尽可能减少工程量。LMIN≤L≤LMAX答案：从减少工程数量角度出发，应采用较短的坡段；从列车运行平稳性要求出发，应采用较长的坡段。1、最小坡段长度为保证高速列车的舒适性，确定最小坡段长度时应考虑在两竖曲线之间设置一定长度的夹坡段。maxmaxmin4.020002ViRls