铁道概论第二章-铁路线路-(2)

第二章绪论第一节概述第二节线路的平面和纵断面第三节路基和桥隧建筑物第四节轨道第五节限界第六节工务工作第一节概述铁路线路是机车车辆和列车运行的基础，它承受着由机车车辆轮对传来的巨大压力，为确保列车按规定速度安全平稳和不间断运行，铁路线路必须经常保持完好状态。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体的工程结构。铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。§1.2铁路线路的平面和纵断面3线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。二、铁路线路的纵断面及纵断面图1、变坡点、坡段、坡度、竖曲线坡度指以坡段终点对起点的高差与两点之间水平距离的比值。用千分数表示。10001000tanhil‰‰第一节概述二、铁路等级及主要技术指标1、铁路等级根据它们在铁路网中的作用、性质旅客列车设计行车速度和客货运量按下列车规定确定。I级铁路：铁路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量大于或等于20Mt者。Ⅱ级铁路：铁路网中起骨干作用的铁路，远期客货运量小于20Mt者；或铁路网中起联络、辅助作用的铁路，远期客货运量大于或等于10Mt者。Ⅲ级铁路：为某一区域服务具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量小于10Mt者。第一节概述二、铁路等级及主要技术指标1、铁路等级目前在我国，铁路等级除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级外又增加了“客运专线”等级，客运专线设计速度为200～380km/h，曲线半径一般在2200m以上。第一节概述2．铁路主要技术标准铁路主要技术标准包括：正线数目、最小曲线半径、限制坡度、到发线有效长度、车站分布、牵引种类、机车类型、机车交路和闭塞类型等。第二节铁路线路的平面和纵断面铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O的纵向连线。第二节铁路线路的平面和纵断面一、铁路线路的平面及平面图（一）铁路线路的平面线路空间位置的设计是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。1、铁路线路定线铁路的定线受到自然条件的限制第二节铁路线路的平面和纵断面2、线路的平面线路的平面是指铁路中心线在水平面上的投影，表明线路的直、曲变化状态。在折线转角处，需要用曲线连接。因此，线路的平面由直线和曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。第二节铁路线路的平面和纵断面3、曲线要素铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角α，曲线长L，切线长度T，缓和曲线长度L0。第二节铁路线路的平面和纵断面4、曲线段的特点（1）外轨超高为了平衡离心力，使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，旅客不因离心加速度而感到不适，将外轨抬高一定程度。外轨超高度是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。211.8vhR第二节铁路线路的平面和纵断面我国规定，曲线外轨最大超高不应大于150mm，单线铁路上下行行车速度相差悬殊时，不应超过125mm，城市轨道交通的最大超高为120mm，我国客运专线最大超高暂定为170mm。第二节铁路线路的平面和纵断面（2）轨距加宽为防止轮对被轨道楔住或挤翻钢轨，对于小半径曲线的轨距要适当加宽(R≤350m时，≤15mm)，以使机车车辆能顺利通过曲线，并使钢轨与车轮间的横向力最小，减少轮轨间的磨耗。第二节铁路线路的平面和纵断面5、缓和曲线(1)设置缓和曲线的原因为保证列车安全运行，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线。第二节铁路线路的平面和纵断面（2）缓和曲线的特点缓和曲线半径从∞→R（或R→∞），运行中列车的离心力逐渐增大（或减小）。第二节铁路线路的平面和纵断面6、曲线路段对运营的影响不同曲线半径下允许通过的最大速度为：由上式可知，曲线半径越小，列车允许通过曲线的速度也越小。曲线半径对运营的影响如下：（1）限制列车运行速度；（2）增加轮轨磨耗；（3）增加轨道设备；（4）增加轨道养护维修费用。Rv3.4max第二节铁路线路的平面和纵断面7、列车运行阻力列车在线路上运行，总会受到各种阻力，主要有两大类：⑴基本阻力：这种阻力是指列车在空旷地段沿平、直轨道运行时所受到的阻力。包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是存在的。⑵附加阻力：列车在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定，阻力方向与列车运行方向相反。第二节铁路线路的平面和纵断面附加曲线阻力的大小，我国通常用下列经验公式来计算，即：(N／KN)式中Wr：——单位曲线阻力(N／KN)，即列车每一吨重量所摊到的曲线附加阻力值；R——曲线半径(m)，600——根据试验得出的常数。Rwr600第二节铁路线路的平面和纵断面8、曲线半径选用曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件就越差，说明采用大半径曲线对列车运行的影响较小。而小半径曲线亦具有容易适应地形困难的优点，对工程条件有利。因此，在设计铁路线时应结合工程条件、路段设计速度以及减少维修等因素，因地制宜，合理选用曲线半径。我国《铁路线路设计规范》中规定，曲线半径宜用以下序列值：12000、10000、8000、7000、6000、5000、4500、4000、3500、3000、2800、2500、2000、1800、1600、1400、1200、1000、800、700、600、550m和500m。第二节铁路线路的平面和纵断面客运专线的最小曲线半径当设计速度为200km/h时为2200m，设计速度为200~250km/h时为4000m，设计速度为300~350时为7000m。但最大曲线半径也不应大于10000m，特殊困难条件下亦不应大于12000m。第二节铁路线路的平面和纵断面（二）铁路线路的平面图用一定比例尺，把线路中心线及其两侧的地形情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。第二节铁路线路的平面和纵断面二、铁路线路的纵断面和纵断面图（一）线路的纵断面1、坡道的坡度坡道的陡与缓常用坡度来表示。坡度是指坡道线路中心线与水平夹角的正切值。铁路坡道坡度的大小通常是用千分率来表示。式中i——坡度值；α——坡道段线路中心线与水平线夹角tgLhi‰第二节铁路线路的平面和纵断面2、附加坡道阻力iQgtgQgSinQgwi···iQgiQgwi1000‰·第二节铁路线路的平面和纵断面铁路等级ⅠⅡ地形地别平原丘陵山区平原丘陵山区牵引种类电力6.012.015.06.015.020.0内燃6.09.012.06.09.015.03、限制坡度在某一区段上，确定货物列车重量(用一台某种类型的机车牵引时)的坡度，即对于列车重量限制最大的坡度，叫做限制坡度（）。‰xi第二节铁路线路的平面和纵断面我国客运专线铁路设计暂规定正线的最大坡度，一般条件下不应大于20‰，困难条件下，经技术经济比较，不应大于30‰。第二节铁路线路的平面和纵断面4、加力牵引坡度在一条铁路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：（1）可以修建隧道穿过山岭；（2）也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。电力、内燃牵引的加力索引坡度值分别不得大于30‰和25‰。第二节铁路线路的平面和纵断面5、变坡点平道与坡道、坡道与坡道的交点，叫做变坡点。为了保证列车的运行平稳和安全，我国铁路规定，相邻坡段的连接宜设计为较小的坡度差，并以竖曲线连接。我国客运专线的最小竖曲线半径当设计速度为200km/h时为15000m，设计速度为250km/h时为20000m，设计速度为300~350时为25000m。最大竖曲线半径一般不大于40000m。第二节铁路线路的平面和纵断面（二）铁路线路纵断面图用一定的比例尺，把线路中心线(展直后)投影到垂直面上，并标明平面、纵断面的各项有关资料的图纸，叫做线路纵断面图。第三节路基和桥隧建筑物路基和桥隧建筑物都是轨道的基础，它们直接承受轨道的重量，以及机车车辆及其荷载的压力。一、路基通常，把垂直于线路中心线的路基横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照路基所处的地势情况与横断面的形状，路基断面可以分为6类：一、路基的断面形式1、路堤路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。路堤断面简图第三节路基和桥隧建筑物路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。路堑实物图路堑断面简图2、路堑第三节路基和桥隧建筑物路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。半路堤断面简图不填不挖路基断面简图4、半路堤在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。3、不填不挖路基第三节路基和桥隧建筑物5、半路堑在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。半路堑断面简图半路堑实物图第三节路基和桥隧建筑物6、半路堤半路堑经过填、挖两部分构成的路基。半路堤半路堑断面简图第三节路基和桥隧建筑物二、路基的组成路基边坡铁路路基本体组成路基路基本体路基顶面路肩路基附属设施第三节路基和桥隧建筑物1、路基本体由路基基面、路肩、路基边坡和天然地面线构成。路基顶面：即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。无路拱路基断面有路拱路基断面路基顶面宽度示意图路肩：路基顶面两侧无道床覆盖的部分。路基边坡：路肩边缘以外的斜坡。路基路肩与边坡示意图2、路基附属设施排水沟路基附属设施的作用：保证路基的强度与稳定。①排水设施地面排水设施→汇集地表雨水，引到路基以外。例如：排水沟（见图）、截水沟等。地下排水设施→截断、疏导地下水，排出路基。路基边坡度冲刷防护②防护设施路基边坡坡面防护→增强路基边坡的抗风化能力。例如：植被防护、砌石防护等。路基边坡冲刷防护→用于滨河、河滩、水库地段防护。例如：植被防护、抛石防护等。挡土墙加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。例如：挡土墙、扶壁、挡棚等。山体挡棚第三节路基和桥隧建筑物3、高速铁路路基与普通铁路路基相比，高速铁路路基主要具有如下特点：(1)多层结构系统高速铁路线路结构，已经突破了传统的轨道——道床——土路基这种结构形式，既有有砟轨道也有无砟轨道，对于有砟轨道，在道床和土路基之间，已经抛弃了将道砟层直接放在土路基上的结构形式，做成了多层结构系统。第三节路基和桥隧建筑物二、桥隧建筑物在修建一条铁路时，常常会碰到江河、山谷、山岭、公路或者与另外一条铁路交叉，为了让铁路跨越这些地形上的障碍，就需要修建各种各样的铁路桥隧建筑物，以使铁路线路得以继续向前延伸。桥遂建筑物主要包括桥梁、隧道、涵洞、明渠等。桥梁：在铁路架空的部位承托轨道。内昆线金沙江大桥（一）、桥梁第三节路基和桥隧建筑物1、桥梁的作用与分类作用：供铁路线路跨越水流、山谷或其它建筑物的设施。跨越河流——跨河桥。跨越山谷——跨谷桥。跨越铁路、公路——跨线桥。跨越市区、工业区、农作物区——旱桥。跨河桥(陇海线渭河桥)桥梁的型式很多，根据桥梁受力情况，分为5类：梁桥、拱桥、刚架桥、悬桥和组合体系桥等。第三节路基和桥隧建筑物跨谷桥(南昆线八渡3号大桥)跨线桥旱桥(西康线)第三节路基和桥隧建筑物跨河桥组成部分简单图2、桥梁组成结构桥梁由上部结构（桥跨）和下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）组成。轨道传来的力，通过桥墩、桥台、基础，传递至基底面上。涵洞，设置在路基下的过水建筑物。设在路堤下面的填土中，是用以通过水流的一种建筑物。承受通过路基传来的动力载荷，以及路基土体的土压力。涵洞（二）、涵洞第三节路基和桥隧建筑物隧道，铁路穿越山岭所开凿的地下通道。其底部承托着轨道，四周承受着围岩的压力。内昆线安边2号隧道（三）、隧道第三节路基和桥隧建筑物1、隧道的基本组成隧道是修筑在地层内的建筑物，铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成。主体建筑物—