12铁路工程.

铁路的组成铁路工程的设计高速公路引言4123第12章铁路工程城市地下铁道和轻轨磁悬浮铁路56学习指导：1.考虑列车和汽车的特点，思考铁路选线和公路选线的区别；2.亲身查看铁路路基的形式。3.高速铁路的关键技术问题。4.城市轻轨和地下铁道的特点。本章重点：1.铁路路基的构造和各构造层的作用；2.铁路选线需考虑的主要因素。3.磁悬浮铁路的工作原理及优缺点。现在，铁路运输已是现代化运输体系之一，也是国家的运输命脉之一。铁路运输的最大优点是运输能力大、安全可靠、速度较快、成本较低、对环境的污染较小，基本不受气象及气候的影响，能源消耗远低于航空和公路运输，是现代运输体系中的主干力量。世界铁路的发展已有近200多年的历史，牵引机车从最初的蒸汽机车发展成内燃机车、电力机车。我国的铁路事业，从1876年英国商人在上海修建淞沪铁路开始，已发展到延伸祖国东南西北的全国铁路网。城市轻轨与地下铁道已是各国发展城市公共交通的重要手段之一。12.1引言详阅p286了解：世界上第一条铁路我国最早的铁路我国自行设计、施工的第一条铁路我国铁路运输的现状铁路等级是铁路的主要技术标准之一。我国铁路共划分为三个等级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。详见p287。12.2铁路的组成线路路基线路上部建筑①选线设计②平面线形③纵断线形P.290图12.3P.292图12.5钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备、道岔12.2.1铁路线路1.铁路选线设计是整个铁路工程设计中一项关系全局的总体性工作。工作内容有：①根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过地区的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向（即方向），选定铁路的主要技术标准。在城市里，则根据地区的商业或工业发展等情况，来规划线路的走向。②根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计线路的空间位置。③研究布置线路上的各种建筑物，如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，并确定其类型和大小，使其总体上互相配合，全局上经济合理。2.线路空间位置的设计:线路平面与纵断面设计。目的在于保证行车安全和平顺前提下，适当地考虑工程投资和运营费用关系的平衡。行车安全和平顺是指：行车过程中不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客舒适等。这些要求编入在设计规范之中，设计时必须遵守。3.铁路线路平面：是指铁路中心线在水平面上的投影，它由直线段和曲线段组成。线路平面设计的基本要求为：①为了节省工程费用与运营成本，一般力求缩短线路长度；②为了保证行车安全与平顺，应尽量采用较长直线段和较大的圆曲线半径。线路平面的最小半径受到铁路等级、行车速度和地形等条件的限制；③为列车平顺地从直线段驶入曲线段，一般在圆曲线的起点和终点处设置缓和曲线。缓和曲线的目的是使车辆的离心力缓慢增加，利于行车平稳，同时使得外轨超高，以增加向心力，使其与离心力的增加相配合。4.铁路纵断面：是指铁路中心线在立面上的投影，是由坡段及连接相邻坡段的竖曲线组成。而坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。5.铁路定线：就是在地形图上或地面上选定线路的走向，并确定线路的空间位置。通过定线，决定各有关设备与建筑物的分布和类型。这些设备与铁路工程的耗费直接有关，是一项综合工程。它一般要考虑以下因素：①设计线路的意义和与行政区其它建设的配合关系；②设计线路的经济效益和运量要求；③设计线路所处的自然条件；④设计线路主要技术标准和施工条件等。铁路定线的基本方法有套线、眼镜线和螺旋线等。铁路的定线受到自然条件的限制，如：河谷地区、越岭地区、不良地质地区等。12.2.2铁路路基铁路路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，是保证列车运行的重要建筑物。路基设计一般需要考虑如下问题：1.横断面指垂直于线路中心线的路基。形式有：路堤、半路堤、路堑、半路堑、不填不挖、半堤半堑等。路基由路基体和附属设施两部分组成。路基面、路肩和路基边坡构成路基体。2.路基稳定性指路基受到列车动态作用及各种自然力影响所出现的道渣陷槽、翻浆冒泥和路基剪切滑动与挤起等。铁路横断面示意图(a)路堤式(b)路堑式(c)半路堤式(d)半路堑式(e)不填不挖式(f)半堤半堑式3.路基顶面的宽度：根据铁路等级、轨道类型、道床标准、路肩宽度和线路间距等因素确定。钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备、道岔12.2.3线路上部建筑1—钢轨2—普通道钉3－垫板4、9－木枕5－防爬撑6－防爬器7－道床8－鱼尾板10－螺栓11－钢筋混凝土轨枕12－扣板式中间联结零件13－弹片式中间联结零件1.钢轨直接承受车轮压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。重量5种长度2种。图12.62.轨枕是钢轨的支座，它除承受钢轨传来的压力并将其转给道床以外，还起着保持钢轨位置和轨距的作用。3.联结零件钢轨与轨枕之间的联结是通过中间联结零件实现的，也称扣件扣件分为木枕扣件、混凝土枕扣件等。12.2.3线路上部建筑4.道床把由轨枕传下的车辆荷载传到路基面上。整体式道床是目前铁路的主要道床形式，也称无碴道床。常用于铁路隧道、地下铁道、无碴桥梁以及有特殊需要、基础又经过适当处理的土质路基上（比如城市轨道交通系统）。我国的几条客运专线大量采用无碴轨道技术。图12.7,12.8。5.防爬设备防止轨道爬行的设备。我国铁路目前基本采用穿销式防爬器和防爬支撑相结合的方式。图12.9.6.道岔铁路线路间连接和交叉设备。道岔通常设于车站上，是线路连接设备的一种，用来使机车车辆从一股道转入另一股道。普通单式道岔，又叫单开道岔，是最常见、最简单的线路连接设备。图12.10.12.2.3线路上部建筑12.3铁路工程设计12.3.1铁路工程设计的主要内容1.可行性论证2.线路设计（12.2.1已讲述）3.路基、桥梁隧道等的设计4.车站、供水供电等的设计在建筑一条铁路以前，必须进行深入细致的调查研究和勘测工作，并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计。铁路的勘测设计是一项涉及面广、工种繁多的连续性工作，一般要经过方案研究(室内研究，现场踏勘，提出研究报告)，初测、初步设计，定测、施工设计和参加施工、修改设计等过程。12.3.2线路的设计依据线路最好能够随地形条件而有适当的起伏和弯曲。既可以减少工程数量、降低造价，又便于避开地形、地质和地物上的障碍。必须根据该铁路所允许的旅客列车的最高运行速度，由大到小地合理选用曲线半径。直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间需要插入一段缓和曲线。区间线路最小曲线半径铁路等级最小曲线半径（m）一般地段困难地段I级1000400II级800350III级600300限速的目的？各种曲线半径相应的最大允许速度曲线半径(m)30040050060080010001200行车速度(km/h)7440096105114136149对一条新建铁路或改建铁路来说，应当选择多大的限制坡度为宜，确是一个十分重要的问题，要经过周密考虑，综合研究以后决定。铁路最大限制坡度?铁路等级最大限制坡度（‰）一般地段困难地段I级612II级12III级15青藏铁路青藏铁路已于2006年7月1日正式通车，首发拉萨的城市有北京、成都、重庆、西宁、兰州，之后又陆续有上海、广州等大城市加入青藏铁路的运行，大批的旅游者正通过铁路前往西藏旅游并享受着与以前完全不同的西藏高原风光及旅游体验。青藏铁路建成后，从西宁起算，至拉萨火车站止，全长1956公理，其中西宁至格尔木段全长814公理，是这是第一阶段于五十年代末至八十年代中建成通车的，而格尔木至拉萨段1142公理，是2006年7月1日正式通车的。青藏铁路穿越高原冻土，最高海拨5072米，创造了世界高原铁路的建设奇迹。2001年2月8日，国务院批准建设青藏铁路。青藏铁路二期为格尔木至拉萨段，全长1118公里，途径多年冻土地段550多公里，海拔4000米以上的地段965公里，最高点为海拔5072米的唐古拉山口。青藏铁路将成为世界上海拔最高和最长的高原铁路。1.青藏铁路采用了我国研制的世界首列高原高寒动车。车上办公、急救及生活设施齐全。该车设计安全、可靠、舒适、环保，可在高寒、缺氧的环境下正常运行。2.列车配有高原供氧系统，该系统可根据车内空气中氧气的含量自动控制制氧机的运作，使空气中氧气的浓度始终保持在人体舒适的水平上，克服旅客的高原反应。3.对突发病人，该车还设有医疗急救室，可及时进行诊疗。4.为保护青藏高原脆弱的生态环境，该车设有真空集便装置和污水、污物箱，所有废水、污物均统一收集，统一排放。5.进气系统为全新结构，可防风雪风沙的进入。6.该车还加装了先进的故障诊断、检测系统、GPS电子地图、摄像、影视系统、路轨情况检测装置等。青藏铁路列车的特点12.4高速铁路高速铁路概念我国高速铁路发展概况高速铁路关键技术12.4.1高速铁路概念1.概念：客运列车以超过200km/h高速运行的铁路，按其功能分客运专用及客运、货运共用两类。2.高速铁路(HighSpeedRailway)是发达国家于20世纪60～70年代逐步发展起来的一种城市与城市之间的运输工具。铁路速度的分档为：时速100～120公里称为常速；时速120～160公里称为中速；时速160～200公里称为准高速或快速；时速200～400公里称为高速；时速400公里以上称为特高速。3.世界各地高速铁路的发展：1966年10月1日，世界上第一条高速铁路――日本的东海道新干线正式投入营运，时速达210公里英国铁路公司于1977年开办的行驶在伦敦、布里斯托尔和南威尔士之间的旅客列车。它用两台2,250马力的柴油机作动力，时速高达200公里。法国于1981年建成了它的第一条高速铁路(TGV东南线)，列车时速高达270公里。1990年5月13日试验的最高速度已达515.3公里/小时。4.高速铁路的模式高速铁路的实现为城市之间的快速交通来往和为旅客出行提供了极大方便。同时也对铁路选线与设计等提出了更高的要求。归纳起来，世界上建设高速铁路有下列几种模式：（1）日本新干线模式：全部修建新线，旅客列车专用；（2）法国TGV模式：部分修建新线，部分旧线改造，旅客列车专用。（3）德国ICE模式：全部修建新线，旅客列车及货物列车混用；（4）英国APT模式：既不修建新线，也不大量改造旧线，主要采用由摆式车体的车辆组成的动车组；旅客列车货物列车混用日本高速列车德国高速列车英国高速摆式列车法国的TVG高速列车12.4.2高速铁路的关键技术问题对线路的高要求轨道的平顺性列车的牵引动力信号与控制系统详见p297-298.12.4.3我国高速铁路的发展1.20世纪90年代开始进行提速试验，开通了广深准高速铁路（180—200km/h）2.在20年内列车运行速度将达到300km/h3.我国自90年代开始在常规铁路路基上进行了列车提速试验，并在华东铁路，京沪铁路上实施，列车时速高达150～160公里。从时速160公里起步的主要原因是：（1）技术上的条件：160公里/小时是准高速的起点，是通向200公里/小时及其以上高速的桥梁，也是传统技术的延伸与新技术发展的接续点；（2）经济上的条件：在既有线路上进行适当的技术改造，即可达到时速160公里的要求，比一开始实现时速200公里以上高速的投资少得多。广州到深圳之间已开通了时速达到180～200公里的准高速铁路。12.5磁悬浮铁路磁悬浮铁路是一种新型的交通运输系统，它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，利用电磁力进行导向，利用直线电机将电能直接转换成推动列车前进。它消除了轮轨之间的接触，无摩擦阻力，线路垂直负荷小，时速高，无噪音，无污染，安全，可靠，舒适。一、磁悬浮铁路的原理磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”