高速铁路概论-PPT课件-项目2-高速铁路线路

项目2高速铁路线路第一节（1）了解高速铁路线路的定义和特征。（2）掌握高速铁路平（纵）断面的基础知识。（3）掌握高速铁路路基、桥梁、隧道的基础知识。（4）掌握高速铁路轨道的种类和组成。（5）掌握高速铁路轨道的检测及养护维修技术。项目2高速铁路线路学习目标项目2高速铁路线路目录2.1高速铁路线路概述2.2高速铁路平、纵断面2.3高速铁路路基2.4高速铁路桥梁与隧道2.5高速铁路轨道2.6高速铁路轨道的检测及养护维修2.1高速铁路线路概述2.1.1高速铁路线路的定义广义的线路概念包括线路的平纵断面、路基、轨道、桥梁、隧道及建筑材料等，即包括铁路沿线除供电、接触网、通信信号以外的所有基础设施。高速铁路线路是保证高速铁路能有一个走行速度快、安全可靠及乘坐舒适性良好的轨道的整体工程结构。2.1高速铁路线路概述2.1.1高速铁路线路的定义国际铁路联盟根据铁路线路允许运行的最高速度，对铁路进行了划分：普通铁路（100～160km/h）快速铁路（160～200km/h）高速铁路（既有线改造，不小于200km/h；新建线，不小于250km/h）2.1高速铁路线路概述2.1.2高速铁路线路的特征12高平顺性高稳定性2.1高速铁路线路概述2.1.2高速铁路线路的特征1高平顺性高速铁路路基、桥梁、隧道、轨道结构等重要基础设施设备的建设标准与技术要求比一般铁路高得多，即除了要具有足够的强度条件外，还要保证在高速行车的条件下避免出现列车振动、轮轨力加大等破坏安全舒适运营的状况，这就要求路基、桥梁和轨道结构具有持久稳定的高平顺性。2.1高速铁路线路概述2.1.2高速铁路线路的特征2高稳定性修建高速铁路线路必须提高路基质量，确保路基稳定、沉降小且沉降均匀；通过使用焊接长轨、新型弹性扣件、高质量衬垫及新型道岔等，严格控制轨道铺设精度，保证轨道残余变形小，维护工作量少。另外，还需加强对高速铁路线路的监测和维修，以确保高速铁路线路的质量和行车安全。2.2高速铁路平、纵断面2.2.1高速铁路平、纵断面概述铁路线路在空间的位置是用其中心线来表示的。如图2-1所示，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。2.2高速铁路平、纵断面2.2.1高速铁路平、纵断面概述图2-1铁路线路横断面2.2高速铁路平、纵断面2.2.1高速铁路平、纵断面概述线路中心线在水平面上的投影叫作铁路线路的平面，其表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影叫作铁路线路的纵断面，其表明线路的坡度变化。2.2高速铁路平、纵断面2.2.1高速铁路平、纵断面概述高速铁路线路的平（纵）断面相对于普速铁路最显著的特点体现在：欠超高越来越小，允许坡度值越来越大。高速铁路平（纵）断面的设计标准要以提高线路的平顺性为主，尽可能地降低列车的横向和竖向加速度，减少列车各种振动叠加的可能性，从而提高旅客的乘坐舒适度；同时也要考虑到减小工程量，降低造价，便于施工、运营和维修等。2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准最大超高缓和曲线线间距过超高最小曲线半径欠超高6351242.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准一般采用式（2-1）计算曲线外轨的理论超高h。（2-1）式中，h为曲线外轨的理论超高（mm）;vm为通过曲线的各次列车的平均速度（km/h），设计新线时，一般采用vm=0.8vmax，vmax为列车设计最大速度（km/h）；R为外轨的半径（m）。1.最大超高2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准日本新干线的实设最大超高允许值为180mm，日本东海道新干线的实设最大超高允许值为200mm(提速到270～280km/h)；德国ICE线和法国TGV线的实设最大超高允许值为180mm；我国的高速铁路因考虑到要满足不同条件的轨道结构，故一般规定实设最大超高允许值采用170mm。1.最大超高2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准线路修建完成后，超高即为定值。速度较高的列车，因外轨超高不足(欠超高)而会产生未被平衡的离心加速度；速度较低的列车，因外轨超高过大(过超高)而会产生多余的向心加速度。未被平衡的超高，称为欠超高和过超高。2.欠超高和过超高2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准在我国的既有客货混运干线上，货车的通过总重大于旅客列车，对曲线钢轨的磨耗及对线路的破坏力较大，一般认为最大过超高远小于最大欠超高。但考虑到客运专线运营模式以高速为主，重点在于保证高速列车的旅客舒适度，因此取过超高与欠超高的允许值相同。2.欠超高和过超高2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准最小曲线半径是线路平面设计时允许选用的曲线半径最小值，是限制列车最高速度的主要因素之一，对工程费和运营费都有很大影响。小半径曲线限制了列车的运行速度，增加了轮轨磨耗，降低了轮轨间的黏着系数，增加了列车的运行阻力，增加了轮轨设备和轨道设备的维修工作量，增加了线路的长度。3.最小曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准（1）只运行高速或快速列车的客运专线。对于只运行高速或快速列车的客运专线，最小曲线半径取决于最大速度、实设超高与欠超高之和的允许值等因素。（2-2）式中，Rmin为最小曲线半径（m）；vmax为列车设计最大速度（km/h）；h+hq为实设超高与欠超高之和的允许值（mm）。3.最小曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准（2）高、中速旅客列车共线运行的线路。小曲线半径主要取决于高速列车的最高运行速度、中速列车的运行速度、欠超高和过超高之和的允许值等因素。（2-3）式中，vmin为列车设计最小速度（km/h）；hq+hg为欠超高和过超高之和的允许值（mm）；其他符号含义同前。3.最小曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准3.最小曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准①曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径R，或从圆曲线的半径R逐渐增加到无穷大。②运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低。③轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小。④曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。4.缓和曲线（1）缓和曲线的特点2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准①平面。（2-4）式中，y为缓和曲线上任意点的纵坐标(m)；x为缓和曲线上任意点的横坐标(m)；R为曲线半径(m)；l0为实设超高(m)。4.缓和曲线（2）缓和曲线的线型2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准②立面。（2-5）式中，h为缓和曲线上任意点的高程坐标(m)；h0为缓和曲线长度(m)；其他符合含义同前。4.缓和曲线（2）缓和曲线的线型2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准缓和曲线的长度l1应满足以下公式：（2-6）（2-7）式中，f为超高时变率；β为欠超高时变率；其他符号含义同前。4.缓和曲线（3）缓和曲线的长度2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准两相邻曲线间的夹直线与两缓和曲线间的圆曲线的最小长度应符合表2-3的规定。4.缓和曲线（4）缓和曲线间的夹直线与圆曲线的最小长度2.2高速铁路平、纵断面2.2.2高速铁路线路平面标准线间距是指相邻两股线路中心线之间的最短距离。线间距主要受列车交会运行时气动力作用的控制。区间正线线间距应符合表24的规定，曲线地段可不加宽。5.线间距2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准坡度是一段坡道两端点的高差与水平距离之比，用i‰表示。在一定自然条件下，线路的最大坡度与设计线的输送能力、牵引质量、工程数量和运营质量有着密切的关系，有时甚至会影响线路的走向。高1.区间正线最大坡度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准平原地区的坡度大小对工程造价的影响不大。例如，曾对京沪客运专线宁沪段8‰、12‰、15‰和20‰最大坡度的工程做经济比较，结果是四种不同坡度的工程造价差别为：8‰比12‰增加工程费1.22亿元，15‰、20‰分别比12‰增加0.25亿元和0.27亿元，15‰和20‰比12‰的投资差额不及总造价的0.5％。1.区间正线最大坡度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准丘陵和低山区采用不同的坡度，工程造价明显不同。例如，法国东南线采用35‰大坡，线路顺低山区地形起伏爬行，没有出现一座隧道，桥梁也只占全线长的2.8％，大幅减少了工程数量。1.区间正线最大坡度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准德国高速铁路采用客货共线运行模式，已投入运营的客货共线高速铁路的最大坡度为12.5‰，高速客运专线的最大坡度为40‰。日本高速铁路采用全高速模式，日本新干线的最大坡度多为15‰。但也有例外，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。受列车制动性能的限制，在长大下坡道区段，列车的限制速度定为160km/h，并且专用E2系高速列车(8辆编组，，再生制动与电气指令式空气制动共同作用)。1.区间正线最大坡度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准区间正线最大坡度应根据牵引种类和工程情况，经牵引计算和比选后确定。《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）规定正线的最大坡度不宜大于20‰，困难条件下经技术经济比较，不应大于30‰；动车组走行线的最大坡度不应大于35‰。1.区间正线最大坡度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准两个坡段的连接点，即坡度变化点，称为变坡点。一个坡段两端变坡点间的水平距离称为坡段长度。2.最小坡段长度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准根据《高速铁路设计规范》（TB10621—2014），最小坡段长度应符合下列规定：（1）正线宜设计为较长的坡段。最小坡段长度一般条件下不应小于900m，困难条件下不应小于600m，列车全部停站的车站两端不应小于400m。（2）最小坡段长度不宜连续采用，困难条件下不应连续采用。（3）动车组走行线最小坡段长度不宜小于200m，且竖曲线不应重叠。2.最小坡段长度2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准竖曲线半径的计算公式为（2-8）式中，Rsh为竖曲线半径(m)；vmax为线路确定的最大行车速度(km/h)；ash为离心加速度(m/s2)。3.竖曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准根据国外高速铁路的经验，当旅客舒适度所允许的竖向离心加速度ash取0.4m/s2时，由式（2-8）可得竖曲线半径为当正线相邻坡段的坡度差大于或等于1‰时，应采用圆曲线型竖曲线连接，最小竖曲线半径应根据设计速度按表2-5和表2-6选用。3.竖曲线半径2.2高速铁路平、纵断面2.2.3高速铁路线路纵断面标准3.竖曲线半径2.3高速铁路路基2.3.1高速铁路路基概述1.高速铁路路基应满足的要求（1）基面平顺，有足够的宽度，路基面上方应形成与铁路限界规定相符的安全空间，以满足列车运行与线路作业安全的要求。（2）应具有抵御各种自然因素影响的坚固性和稳定性。坚固性是指路基本体必须有足够的强度，不发生超过允许的沉落；稳定性是指路基边坡和基底应保持固定的位置，不发生危及正常运营的变形。2.3高速铁路路基2.3.1高速铁路路基概述1.高速铁路路基应满足的要求（3）路基排水良好。水的活动往往是造成路基病害的重要原因，为保证路基的坚固和稳定，路基必须具备良好的排水能力。（4）路基的设计、施工和养护应当符合经济合理的原则。2.3高速铁路路基2.3.1高速铁路路基概述2.高速铁路路基的特点（3）控制沉降。（1）高速铁路的路基具有多层结构系统。（2）控制变形2.3高速铁路路基2.3.2高速铁路路基的结构图2-3高速铁路路基的结构2.3高速铁路路基2.3.2高速铁路路基的结构1.基床①基床表层。基床表层是路基直接承受列车荷载的部分，又常被称为路基的承载层或持力层。②基床底层。基床底层的