铁路线路知识

7/6/20201第二章铁路线路、铁路选线与既有线的改造第一部分铁路线路第一节铁路线路的组成第二节铁路的平面和纵断面第三节限界第二部分铁路选线总论第一节铁路选线设计的基本任务与步骤第二节铁路选线设计工作的演进第三节铁路运量第四节信号设备与列车运行控制第三部分既有线的改造7/6/20202第二章铁路线路、铁路选线与既有线的改造第一部分铁路线路第一节铁路线路的组成第二节铁路的平面和纵断面第三节限界7/6/20203第一节铁路线路的组成线路定义：机车车辆走行的通路叫线路。组成：轨道下部建筑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。7/6/20204第一节铁路线路的组成一、轨道定义：也称上部建筑，它由钢轨、轨枕、道床、道岔和联结零件、防爬设备等组成。如下图1：轨枕路基钢轨道床7/6/20205第一节铁路线路的组成道床定义：道床是铺设在路基面上的道碴(碎石或砂子)层。作用：道床铺设于路基之上、轨忱之下，它作为轨道的基础，应具有以下功用：(1)将机车车辆的荷载通过钢轨、轨枕并经过道床的扩散作用散于路基面上，起着保护路基的作用；(2)具有良好的排水性能，这对减轻轨道的冻害和提高轨道的承载能力非常重要；(3)提供一定的弹性，起到缓冲和减振的作用；(4)用来保持轨道的平顺性和轨向。7/6/20206第一节铁路线路的组成道床的材料：为了满足上述功用的要求。道床材料必须质地坚韧，吸水度低，排水性能好，耐冻性能强，不易风化，不易压碎、磨碎和捣碎，不易被风吹走和被水冲走。用作道床材料的有碎石、熔炉矿碴、筛选卵石及粗砂和中砂等。一般来说，应以就地取材为原则。我国铁路多数采用碎石道碴，并以石灰岩道碴为主。但随着运营条件的变化，石灰岩道碴容易碎成细粒和粉末并与水结合成硬块，我们称之为板结，增加了轨道的刚度，加剧了机车车辆对轨道的冲击振动作用。因此，在我国繁忙干线和今后修建的快速与高速客运专线上，都要采用质地坚硬的火成岩道碴，如花岗岩、砂岩、玄武岩等经过破碎筛选而成的道碴。7/6/20207第一节铁路线路的组成道床的断面：道床断面包括道床厚度、顶面宽度及道床边坡三个主要特征。(1)道床厚度应根据作用在道床顶上的轨忱压力在道床内部的传递性及路基的承载能力来决定。道床厚度，系指直线上或内轨中轴下枕底道碴处于压实状态时的厚度。桥梁上道碴槽内碎石道床厚度不得小于25cm，改建困难条件下，不得小于20cm。7/6/20208第一节铁路线路的组成(2)道床的顶面宽度主要取决于轨枕长度，其在轨忱两端伸出的部分称为道床肩宽。它的存在是为阻止石碴受到列车振动而从轨枕下挤出，以保持道床紧密状态和足够的横向阻力。我国的道床肩宽，在非无缝线路上定为20～30cm；在无缝线路上定为40～45cm，为了提高横向阻力，还可根据需要将道床肩堆高15cm。(3)自道床顶引向路基顶面的斜坡称为道床边坡，其大小对保证道床的坚固稳定有十分重要的意义。道床边坡的稳定性取决于道碴材料的内摩擦角和粘聚力，也与道床肩宽有一定的联系。7/6/20209第一节铁路线路的组成道床变形：弹件变形：发生在列车荷载作用下，当荷载卸除，变形即恢复永久变形：在变形恢复过程中残留下来并随着列车荷载重复作用的次数增加而积累的变形。道床下沉是永久变形及其积累的结果，根据实测所得的道床下沉曲线可知，道床下沉分为初始急剧下沉和后期缓慢下沉阶段。初始加剧下沉取决于荷载和孔隙比的大小，研究表明，下沉与荷载的关系可以用下式来表示：y:道床的下沉量σb：道床压力：道床加速度y22dtydyb正比于22dtyd7/6/202010第一节铁路线路的组成后期缓慢下沉阶段表示道碴颗粒克服它们之间的摩擦向两侧流动的过程。这个过程越长，道床愈稳定。道床养护维修周期根据这一过程时间的长短来确定。上图为理想的道床下沉曲线，并可以用来表示。xeyax)1(xeyax)1(xy荷载重复次数下沉量斜率o下沉量y(mm)荷载重复次数(x)道床下沉曲线式中y—道床下沉量(mm)；x—荷载循环重复作用次数；αβγ—实验次数。7/6/202011第一节铁路线路的组成轨道结构的破坏：道床的下沉，特别是不均匀下沉，是轨道绝构破坏的主要形式之一。道床不均匀下沉的结果导致轨道不平顺的产生，因而影响列车运行的乎稳，同时加剧了轮轨之间的动力作用，轨道不平顺和轮轨之间的动力相互作用为因果，不断发展的结果，导致轨迫不平顺超过管理标准，必须通过养护维修来恢复轨道的平顺性。7/6/202012第一节铁路线路的组成钢轨7/6/202013第一节铁路线路的组成钢轨的功用：钢轨的功用，在于支撑并引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮的滚动，引导列车按一定方向运行。(在电力牵引或自动闭塞区段，钢轨还可以兼供轨道电路之用。)钢轨的表面形状：钢轨在竖向荷载的作用下产生纵向挠曲，其截面中弯曲压力分布如图2(钢轨截面上弯曲压力的分布：中和轴钢轨表面弯曲压力分布σ压σ粒7/6/202014第一节铁路线路的组成满足以上压力分布要求的最理想的截面是I字截面。在此基础上，再根据轮轨踏面形状的配合，改善他们的接触条件，安装接头夹板，减少截面形状发生突变处的局部应力，轮轨踏面处的接触应力在偏心荷载及水平横向荷载作用下产生的扭转和水平挠曲等要求来完善截面的形状。图3是我国繁忙干线上广泛采用的钢轨截面形状就尺寸。中性轴R400中心线螺栓孔轴线15048573973051767/6/202015第一节铁路线路的组成实际上，钢轨的势力状态要比图2复杂得多。图4为钢轨截面中的受力状态。7/6/202016第一节铁路线路的组成钢轨的质量和长度：钢轨类型习惯上以“每米质量数”的概值来表示。目前，我国铁路采用的钢轨类型主要有75kg/m，60kg/m，50kg/m，43kg/m。质量越大，表示截面的强度等性越高。此外，世界各国铁路按自己的国情确定钢轨类型和选用依据。例如，原苏联铁路的钢轨类型为50kg/m，65kg/m，75kg/m，美国干线上采用的钢轨类型为132RE(66kg/m)，136RE(68kg/m)及l33RE(66.5kg/m)。总的趋势是世界各国铁路的钢轨类型向重型发展，以适应日益繁重的运营条件。钢轨长度决定于轧制、运输、铺设和养护等多种因素。为了减少钢轨接头，应尽量采用长的钢轨，但鉴于上述各种因素，世界各国铁路的钢轨长度都限制在一定的范围内。如苏联的标准钢轨长度为25m，德国为15m、60m、70m三种。美国为11.89～23.96m，我国参照前苏联的标准采用25m和12.25m两种。对于75kg/m钢轨，只有长度为25m的一种。7/6/202017第一节铁路线路的组成钢轨接头是将相邻两根钢轨用夹板连接而形成。夹板形状如图5所示：斜坡支承型双头对称式夹板7/6/202018第一节铁路线路的组成采用悬空的方式支承在轨枕上，如图6在两根钢轨的端跟留有8～10mm间隙，称为轨缝，使钢轨热胀冷缩有一定的余地；但是，钢轨接头的存在，中断了连续的轨线，车轮经过钢轨接头，便会产生剧烈的冲击振动，为了消灭钢轨接头，采用焊接方式把钢轨连接起来，使钢轨的长度远远长于标准长度，就就是目前世界各国普遍采用的无缝线路，这为改善列车运行创造了有利的条件。7/6/202019第一节铁路线路的组成无缝钢轨无缝钢轨不是几千公里没有缝隙的，而是把25米长的钢轨焊接起来连成几百米长甚至几千米长,然后在铺在路基上,无缝钢轨一段和一段之间还是有11毫米的空隙,现在沪宁线上是303公里长的超长无缝钢轨,无缝钢轨要解决热涨冷缩光靠数量不多的缝隙是不够的了,现在解决热涨冷缩有两种方法：一种是长轨节自身承受全部温度应力，即将长轨锁定在枕木上，使其不因温度变化而胀缩,这种方法适用于一年四季温度相差不大的地区,例如在中国南方地区.在一些温度相差较大的地区应就要采取另一种方法，即长轨节自身不承受温度应力，而以自动放散应力或定期放散应力的方法，使长轨节随温度升降而自由收缩,在铺设的时候也尽量选择最佳温度铺设,使钢轨的伸缩值在最小范围内,这样不管温度上升还是下降,钢轨的伸缩始终都控制在最小范围内.新型温度力传递结构——抗剪式胶结结构。这种结构采用固体无溶剂热固化胶黏剂将道岔长心轨、间隔铁、翼轨胶结成一体，利用胶黏剂的抗剪强度，实现一个区间的无缝线路温度力经过道岔向另一区间正常传递。就像太极拳借力打力，将热胀冷缩产生的温度力传到旁边的轨道上，不积聚在无缝钢轨上。7/6/202020第一节铁路线路的组成钢轨的伤损：钢轨在使用过程中常因发生裂纹、折断和磨耗等伤损而不到使用期限就将需更换。因此。钢轨的伤损是铁路上的一个突出问题，严重影响了行车安全。常见的伤损有轨腰螺栓孔裂纹、轨头核伤和轨头剥离等等，其中，轨头核伤(见图)是最危险的伤损。钢轨核伤多发生在钢轨头部，距作用边下5~15mm范围，距作用边内侧7.5mm左右。产生的主要原因是在钢轨生产中轨头内部已存在有白点，气泡或非金属夹杂等，使用中在机车车辆的动荷载重复作用下，将某些细微的疲劳源逐渐扩大而形成疲劳班痕。当疲劳班痕没有和外界空气接触时，通称“白核”，当这种疲劳班痕发展至轨头表面而被氧化时，称为黑核，其次，由于钢轨头部接触疲劳，而形成黑核，轨面擦伤也能形成“黑核”。它会在，因此，要用高科技装备的探伤车(超声波探伤车)定期检查。列车荷载重复作用下而使钢轨突然断裂7/6/202021第一节铁路线路的组成超声波轨道探伤车本设备是在移动过程中检测轨道内部产生的伤痕及磨损等的铁道线路维护用车。它是将超声波脉冲射入轨道内部，根据反射回波来检测缺陷的有无及种类。它还具备检测波状磨损的功能，即利用激光来检测影响电车乘坐感觉及产生噪音的轨道磨损。另外，还可以利用CCD相机拍摄的图像进行图形处理，以检测截面的磨损。7/6/202022第一节铁路线路的组成钢轨磨耗是钢轨的另一种伤损形式。它主要有垂直磨耗、侧面磨耗和波形磨耗等。垂直磨耗：不论在直线或曲线上都存在；侧面磨耗主要发生在曲线的外股钢轨上。图8为比较严重的侧面磨耗；但随着列车速度的提高。列车左右摆动使直线上的两股钢轨也产生交替侧磨。7/6/202023第一节铁路线路的组成波形磨耗是指钢轨顶面或侧向上呈波浪形的不均匀磨损或塑性变形，它主要发生在曲线、制动、轨道刚度比较大及养护不良的地段。钢轨垂直磨耗和侧面磨耗是决定钢轨使用寿命的主要依据。根据钢轨截面强度和行车安全的要求，上述两种磨耗都有规定的限值。例如，60kg/m钢轨，垂直磨耗和侧面磨托的允许限值分别为9mm和14mm。这两种磨耗与列车通过总质量有关。总质量愈大，则磨耗量也愈大。因此，钢轨使用寿命往往用通过总质量来表示。钢轨使用寿命，除了考虑磨耗外，还应考虑前述的伤损等因素来确定。例如，我国规定50kg/m钢轨的使用寿命为3亿吨通过总质量，60kg/m钢轨为7亿吨通过总质量。如沪宁线，年通过总质量达到0.7亿吨左右，如采用50kg/m钢轨，使用4年左右时间就要更换，而采用60kg/m钢轨、则可用10年左右的时间，显然，采用50kg/m钢轨是不经济的。因此，为了节约钢材和投资。必须采取各种综合措施，如改善行车条件，润滑轮轨(减少摩擦)，采用高强度钢轨等等来减小钢轨磨耗和伤损，达到延长使用寿命的目的。7/6/202024第一节铁路线路的组成轨枕7/6/202025第一节铁路线路的组成轨枕的功用：轨枕是轨下基础部件之一。它的功用是支承钢轨。保持轨距和方向，并将钢轨对它的各种压力传递到道床上。因此，轨枕必须具有坚固性、弹性和耐久性。轨枕的分类：轨枕以其构造及铺设方法分为横向轨枕：横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设，广泛用于空货混运、高速和重载的线路运输纵向轨枕和宽枕：纵向轨枕和宽轨枕因在使用过程中存在不少问题而已被淘汰短枕：短轨枕仅用在无碴轨道上，因它是在左、右两股钢轨下铺设，整体性差，也很少采用。轨枕按其使用部位可以分为用于区间线路的普通轨枕、用于道岔上的岔枕及用于无碴桥上的桥枕。7/6/202026第一节铁路线路的组成无