《铁路信号运营基础》第二章

第二章铁路线路、铁路选线与既有线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一节铁路线路的组成原因：信号设备反映线路的状态信号设备安装在线路设备上｛转辙机(道岔)轨道电路(钢轨)｝线路定义：机车车辆走行的通路叫线路,是机车车辆和列车运行的基础。线路组成：轨道下部建筑铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。第一节铁路线路的组成一、有砟轨道线路定义：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：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、轨枕之下，它作为轨排的基础，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分散于路基面上，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)提供一定的弹性和浮力，起到缓冲和减振的作用；(4)用来保持轨道的平顺性和轨向，阻止轨枕移动钢轨。第一节铁路线路的组成道床的材料：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，我国铁路多数采用碎石道碴。随着列车运行速度的变化，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。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面上的轨枕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。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，其在轨枕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，在普通线路上定为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)自道床顶向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。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。轨道结构的破坏：道床下沉可分为初始急剧下沉和后期缓慢下沉阶段。道床的下沉，特别是不均匀下沉，是轨道结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平稳。第一节铁路线路的组成钢轨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力，以及为车轮的滚动提供最小阻力的表面。(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。)中性轴R400中心线螺栓孔轴线1504857397305176轨距：中国规定，直线轨距的标准是1435mm，规定允许误差为（+6，-2mm）。这也是国际标准轨距。大于这个标准的，称之为宽轨，小于这个标准的称之为窄轨。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”来表示。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，表示截面的强度特性越高。世界各国铁路自行确定钢轨类型：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。为了减少钢轨接头，应尽量采用长的钢轨，但世界各国铁路的钢轨长度都限制在一定的范围内。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。第一节铁路线路的组成钢轨接头处可将相邻两根钢轨用夹板连接，夹板形状如图所示。也可采用焊接的方法将钢轨连接在一起。钢轨接头斜坡支承型双头对称式夹板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。“无缝线路”将每根12.5m或25m长的钢轨联结成轨道，很显然每隔12.5m或25m就会有一个接头。接头之间还有一道轨缝，大约为6mm。留轨缝的道理很简单，是为了防止钢轨在热胀冷缩时产生的温度力。所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火的25m长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。如果没有加工、运输、施工上的困难，从理论上讲，“无缝线路”可以无限长。“无缝线路”热胀冷缩的问题如何处理？在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。实验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。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，图中，轨头核伤是最危险的伤损。它会在列车荷载重复作用下而使钢轨突然断裂，因此，要用高科技装备的探伤车(超声波深伤车)定期检查。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。图中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。第一节铁路线路的组成轨枕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用于无碴桥上的桥枕。按材料可以分为：木枕：木枕用量逐渐减少混凝土枕：混凝土枕在我国铁路上广泛应用第一节铁路线路的组成无论使用哪一种轨枕，对轨道电路来说，都要求它对钢轨有很好的电气绝缘。在曲线处除用轨枕保持轨距外。还加装有轨距杆，使调整好的轨距不变，设有轨道电路时，轨距杆要实行电气绝缘。我国普通轨枕的长度为2.5m，道岔用的岔枕和桥梁上用的桥枕，其长度有2.6—4.85m等多种。每公里线路上铺设轨枕的数量，一般在1440～1840根之间，应结合运量和行车速度等运营条件而确定。第一节铁路线路的组成联结设备：联结零件可分为接头联结零件和中间连接零件。接头联结零件作用:联结钢轨与钢轨间的接头；组成:鱼尾板、螺栓、螺帽、弹性垫圈等。第一节铁路线路的组成中间联结零件作用：将钢轨紧扣在轨枕上；分类：木枕用和钢筋混凝土用。木枕用中间联结零件ω型弹条扣件第一节铁路线路的组成钢轨接缝处必须保持的缝隙叫做轨缝。当温度变化使钢轨产生伸缩时，它可以起调节作用。在装有轨道电路的区段，轨道电路的两端要在钢轨接缝处装上电气绝缘，叫做钢轨绝缘；在轨道电路中间的钢轨接缝处，要用导接线把接缝两边的钢轨连接起来，以便使钢轨阻抗稳定不变，更好地导通信号电流。由此可见，钢轨接缝越少，对轨道电路越有利。在轨缝处安装的钢轨绝缘与钢轨类型有关，例如有50kg/m钢轨用的钢轨绝缘，60kg/m钢轨用的钢轨绝缘等。第一节铁路线路的组成防爬设备：线路爬行——因列车运行时纵向的作用，使钢轨甚至带动轨枕产生纵向移动，这种现象叫线路爬行。危害——轨缝不均，轨枕歪斜，对轨道造成极大破坏，危及行车安全。防爬措施——安装防爬器和防爬撑。第一节铁路线路的组成在曲线地段，由于列车横向力的作用，很容易引起轨距扩大。预防方法是采用轨距拉杆进行加固。第一节铁路线路的组成二、下部建筑路基：路堑及路堤桥梁：遂道：涵洞：第一节铁路线路的组成(一)路基路基的基本形式路基的基本形式：主要有路堤和路堑。路堤：铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑的方式构成，这种路基称为路堤。路堤通常由路基面、边坡、护道、排水沟等几部分组成。当铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑的方式构成，这种路基称为路堤。第一节铁路线路的组成路堑：当铺设轨道的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，这种路基称为路堑。在可能的情况下，路基应避免高堤深堑，以减少施工难度和施工量，也便于提高路基质量。最好的路基应该是不挖不填的路基。路基大多数为土质，因而水的侵害是路基难以保持坚固、稳定的主要原因。所以在修筑路基时，必须考虑排水问题。除了修挖纵向排水沟、侧沟、截水沟外，还可以利用取土坑排泄地面水。为了拦截地下水和降低地下水位，可修建渗沟、渗管等地下排水设备。路基边坡可采用种草、铺草皮、植树、抹面、灌浆、砌石护坡以及设置挡土墙等方法来保持路基稳定。第一节铁路线路的组成路基的防护为了保证路的坚实稳固，防止路堤和路堑边坡坍塌，应进行防护和加固。如挡土墙和护坡。挡土墙护坡第一节铁路线路的组成(二)桥隧建筑物1、作用铁路线路要通过江河、溪沟、谷地以及山岭等天然障碍，或要跨越出公路或铁路时，就需要修筑桥隧建筑物，以使铁路线路得以继续向前延伸。2、主要设施：桥梁、涵洞、隧道等。桥梁(1)组成：桥面、桥跨结构、墩台及基础四部分组成。桥面:桥跨上铺设轨道的部分；桥跨结构:桥梁承受载荷、跨越障碍的部分；墩台:支撑桥梁结构的部分；基础:墩台底部为基础。第一节铁路线路的组成第一节铁路线路的组成涵洞涵洞设在路堤下部填土中，是用以通过水流的建筑物。1、组成：洞身、基础、端墙、翼墙所组成。2、分类：按建筑材料不同分为：石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、铁涵等；按涵洞截面形状分：矩形、圆形、拱形等。第一节铁路线路的组成隧道大多建筑在山中，用以避免开挖很深的路堑，或修筑很长的迂回线。1、组成：洞门、洞顶、内部衬砌等；2、类型：山岭隧道、水底隧道及地下铁路。第一节铁路线路的组成三、无砟轨道线路无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到200公里以上。第二节线路的平面和纵断面一、铁路勘测设计的概念勘测设计的概念：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：1、前期工作阶段主要进行方案研究、初测和初步设计工作。2、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。3、投资效果反馈阶段铁路运营若干年后，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。第二节线路的平面和纵断面铁路等级：铁路等级是铁路的基本标准。设计铁路时，首先要确定铁路等级。铁路技术标准和装备类型都要根据铁路等级去选定。我国《铁路线路技术管理规程》规定铁路等级应根据在铁路网中的作用、性质和远期的客货运量确定。我国铁路共分为四个等级等级铁路在路网中的意义远期年客货运量Ⅰ级铁路在路网中起骨