2-1铁路线路全解

第二章铁路线路铁路线路是列车运行的基础，它直接承受机车车辆轮对传来的压力，因此，铁路线路必须保持良好的状态。铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。本章内容：§2.1概述§2.2铁路线路的平面和纵断面§2.3铁路路基及桥隧建筑物§2.4轨道§2.5限界§2.6工务工作在建筑一条铁路之前，必须进行调查研究和勘探工作，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。铁路建设的三个阶段：前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和初步设计工作。基本建设阶段：主要进行定测、技术设计和施工图设计，最后进行工程施工、验交投产。投资效果反馈：铁路运营若干年后，有建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。一、铁路的勘测设计§2.1概述铁路（线路）等级是铁路的基本标准。设计铁路时，首先确定铁路等级。铁路的技术标准和装备类型都要根据铁路等级去选定。我国《铁路线路设计规范》规定，新建和改建铁路（或区段）的等级，应根据它们在铁路网中的作用、性质和近期客货运量确定。（交付运营后10年，Mt百万吨），每天1对旅客列车按1百万吨货运量折算。二、铁路等级及主要技术标准二、铁路等级及主要技术标准铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。等级铁路在路网中的意义近期年客货运量（Mt）Ⅰ级铁路在路网中起骨干作用的铁路≥20Ⅱ级铁路在路网中其联络、辅助作用的铁路＜20且≥10Ⅲ级铁路为某一地区或企业服务的铁路＜10且≥5Ⅳ级铁路为某一地区或企业服务的铁路＜5铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。§2.2铁路线路的平面和纵断面8§2.2铁路线路的平面和纵断面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。如下图所示：LL/2ABDCO线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面(俯视)，表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面（侧视），表明线路的坡度变化。线路纵断面线路平面§2.2铁路线路的平面和纵断面一、铁路线路的平面及平面图铁路线路在转向处所设的曲线，圆曲线基本组成要素有：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——直线与圆曲线之间的过渡线。线路的平面由直线、曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。线路曲线地段1、曲线要素不考虑缓和曲线时，直接根据数学公式可以得出：tan2TRm切线长度：曲线长度：180LRm10的弧长:180RLm2、曲线的计算（圆曲线）GFsinGcosF（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2vFmR3、曲线地段的特点:,/,hmmvkmhRm式中——超高，——平均行驶速度，——曲线半径，。cossinFG2cossinGvGgR5sintan在时，tansin11500,km/hm/s,Smmv取由则211.8vhR22vGvFmRgRGFsinGcosF外轨超高2tanvgR21SvhgR1hS2vgR（1）外轨超高有关外轨超高的规定我国规定，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。（1）外轨超高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。（2）轨距加宽直线174、缓和曲线2vFmR0F圆曲线R圆曲线(1)设置缓和曲线的原因ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm为了使列车安全、平顺地由直线运行到圆曲线(或由圆曲线运行到直线）而在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径逐渐变化的曲线称为缓和曲线。0F4、缓和曲线(1)设置缓和曲线的原因①缓和曲线半径从∞→R（或R→∞）；②运行中列车的离心力逐渐↑（或↓）；③缓和曲线轨距加宽逐渐↑（或↓）；④缓和曲线外轨超高逐渐↑（或↓）。19ρ=∞ρ=R缓和曲线直线圆曲线2vFmR2vFm0F（2）缓和曲线的特点2011.8hRv211.8vhR5、曲线路段对运营的影响◢限制列车运行速度；◢增加轮轨磨耗；◢增加轨道设备；◢增加轨道养护维修费用。列车运行阻力列车运行中产生的与列车运行方向相反，阻碍列车运行而且不能操纵的外力叫做列车运行阻力。作用在机车和车辆的阻力分别叫做机车阻力和车辆阻力。按照引起阻力的原因，可分为基本阻力和附加阻力。实验证明，作用于车辆或机车的阻力，绝大部分与它受到的重力成正比。在牵引计算中，通常用单位重力（kN，即1吨重量）所受到的阻力来计算。6、附加阻力（一）基本阻力基本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。引起基本阻力的因素有：⑴轴颈与轴承间的摩擦阻力；⑵车轮与钢轨的滚动摩擦阻力；⑶车轮在钢轨上的滑动摩擦阻力；⑷冲击和振动引起的阻力；⑸空气阻力。（二）附加阻力列车在线路上运行时，除了基本阻力外所受到的额外阻力称为附加阻力。如坡道阻力、曲线阻力、启动阻力等。附加阻力随列车的运行条件或线路平、纵断面情况而定。6、附加阻力曲线附加阻力：机车车辆在曲线上运行时的阻力大于同样条件下直线上运行的阻力，其增大部分叫曲线附加阻力，简称曲线阻力。（N/KN）600rRωr——单位曲线阻力（N/KN）R——曲线半径（m）600——据试验得出的数据。产生原因：机车、车辆在曲线上运行时，轮轨间的纵向和横向滑动、轮缘与钢轨内侧面的摩擦增加，同时，由于转向架转向和侧向力作用，上下心盘等部分摩擦加剧。6、附加阻力经验公式：这一公式适用于曲线长度大于或等于列车长度的情况。客货共线I、II级铁路区间线路最小曲线半径为保证线路通过能力、良好的运营条件，对区间线路的最小曲线半径做具体规定。铁路等级III路段设计行车速度（km/h）20016012012080一般（m）3500200012001200600特殊困难（m）28001600800800500用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。7、铁路线路平面图线路平面图1、变坡点、坡段、坡度、竖曲线线路纵断面由平道、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i‰表示。10001000tanhil二、铁路线路的纵断面及纵断面图坡道坡度及坡道附加阻力示意图2、坡道附加阻力Q坡道阻力是机车、车辆的重力沿轨道下坡方向的分力。数值上=i（N/KN）siniWQtan‰(N)QiQ1000iiWwQtan1000QaQ()NkNi=i有正负区分列车平均每一千牛质量所受的坡道阻力叫单位坡道阻力iw单位坡道附加阻力wi＝i即机车车辆每单位质量，上坡时所受的单位坡道阻力，等于用千分率表示的这一坡道的坡度值。列车上坡时，规定wi为“+”；下坡时为“-”。由上可见，坡度越大，列车上坡时所受阻力就越大，同一台机车（在列车运行速度相同的条件下）所能牵引的列车重量也就越小。（1）限制坡度3、限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度限制坡度是这样一种坡度：在一个区段上，决定一台某一类型机车所能牵引的火车列车重量（最大值）的坡度，叫做限制坡度ix(‰)。限制坡度的数值往往和区段内陡长上坡道的最大坡度值相当。限制坡度的大小，影响一个区段甚至全铁路线路的运输能力。限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求等。（2）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：A.可以修建隧道穿过山岭；B.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。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。3、限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度客货共线各级铁路限坡的规定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‰。线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为1:10000、垂直方向为1:1000）和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图。4、铁路线路纵断面图线路纵断面图三、线路标志1、线路标志的作用（1）里程标(公里标、半公里标)公里标从铁路线路起点开始，每走一公里设置一个；半公里标设于线路的半公里处。2、线路标志的类型及设置地点线路的标志是为线路的维修和养护和司机和车长等工作上的需要而设置的。（2）曲线标为曲线的技术参数，在上面标明曲线的有关要素(曲线长度、缓和曲线长度、曲半径、超高、加宽)。该标设置于圆曲线的中部外侧，示意图如下：2、线路标志的类型及设置地点（3）坡度标表示该坡道的坡度大小及坡段长度，并用箭头表示上坡和下坡。坡度标设在变坡点处。2、线路标志的类型及设置地点350（4）桥梁标设在桥梁中心里程（或桥头）处，标明桥梁编号和中心里程。2、线路标志的类型及设置地点（5）管界标设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，两侧标明所向的单位名称。2、线路标志的类型及设置地点通常，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。路堤断面简图铁路路基是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。§2.3铁路路基及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一、路基的断面形式2、路堑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。一、路基的断面形式3、不填不挖路基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一、路基的断面形式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一、路基的断面形式二、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1、路基顶面路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。根据路基顶面形状，路基顶面的形状，分为有路拱、无路拱两种形式。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二、路基的组成2、路肩与路基边坡路肩：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路肩的作用：1）抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动、变形，加强路基的稳定性；2）防止道渣滚落于路基坡面，保持道床完整；3）便于设置必要的线路、信号标志；4）供铁路现场作业人员行走，便于进行工作。二、路基的组成3、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