[交通运输]选线设计第3章1区间线路平面设计.ppt
2023/4/30,1,选线设计,线路平面和纵断面设计,土木工程学院道路与铁道工程系 易思蓉,四川成都二环路北一段111号电话:028-87600623,87602879邮编:610031Email:,2023/4/30,2,线路平面和纵断面设计,学习要点了解线路中线、线路平面、线路纵断面的含义、设计的基本要求、平面-纵断面图的意义理解线路平面、纵断面各项技术参数的含义及确定原则掌握最小曲线半径、缓和曲线、夹直（圆）线长度、最大坡度、最小坡段长度、竖曲线半径等线路主要技术标准的确定原理掌握最大坡度折减原理和方法了解线间距确定原理和方法,2023/4/30,3,铁路线路的基本概念,铁路线路平面设计是指设计铁路线路空间曲线在地形平面的投影。通过灵活设计线路的直线、圆曲线和缓和曲线等技术参数，不仅可以使设计线满足铁路行车安全、平稳和舒适的条件，同时可使得工程和运营条件达到最佳。因此，铁路线路平面设计是选线设计的一个重要组成部分。,2023/4/30,4,铁路线路的基本概念,线路中心线,线路的空间位置是由它的平面和纵断面决定的。,用路基横断面上的O点在纵向的连线表示的。O点为距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点。,2023/4/30,5,线路平面的概念,线路平面 线路纵断面铁路设计的基本文件线路平面图、线路纵断面图,是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后、线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。,线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面状况。,2023/4/30,6,线路设计的基本要求,保证行车安全和平顺主要指：不脱钩，不断钩，不脱轨，不途停，不运缓与旅客乘车舒适。力争节约资金综合考虑工程和运营的影响，力争达到达到最佳投资效益。合理布置建筑物既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理,2023/4/30,7,区间线路平面设计,2023/4/30,8,平面组成及基本线形,列车运行轨迹的基本特征1）列车运行轨迹应当是连续且圆顺的，即在任何一点上不出现错头和破折；2）其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值；3）其曲率的变化率是连续，机轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。,2023/4/30,9,平面组成及基本线形,基本线形线路平面由曲线和与之相切的直线组成。铁路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。,2023/4/30,10,平面组成及基本线形,基本线形线路平面由曲线和与之相切的直线组成。铁路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。,0,R,R,YZ,ZH,HY,YH,ZY,YH,直线,缓和曲线,圆曲线,半径变化,=R,=R,R,T,曲线与直线的连接,2023/4/30,11,平面组成及基本线形,2023/4/30,12,平面组成及基本线形,2023/4/30,13,平面组成及基本线形,2023/4/30,14,绕避村镇,曲线展线克服高程,绕避障碍,曲线的利用,2023/4/30,15,平面组成及基本线形,纸上定平面的方法在地形图上选定控制线路走向的控制点；用直线连接相邻控制点；,2023/4/30,16,直线,直线设计的一般原则根据地形地物条件，使直线与曲线相互协调力争设置较长直线，减少交点个数，以缩短线路长度，改善运营条件力求减少交点转角的度数,2023/4/30,17,直线,两相邻曲线间的夹直线长度夹直线是指相邻两曲线间的直线段，即前一曲线的终点（HZ1）与后一曲线的起点（ZH2）间的直线,2023/4/30,18,直线,两相邻曲线间的夹直线长度最小夹直线长度满足养护维修的要求不小于23节钢轨：LJmin50m75m，不小于25m;线形连续性：判明直线或曲线，应大于50m；大型养路机械：不应小于5070m,2023/4/30,19,直线,两相邻曲线间的夹直线长度最小夹直线长度车辆横向摇摆不致影响行车平顺 夹直线长度不宜短于23节客车长度客货共线铁路：夹直线长度不宜短于48.076.5m 高速客运专线：夹直线长度不宜短于5684m,2023/4/30,20,直线,两相邻曲线间的夹直线长度最小夹直线长度车辆振动不致影响旅客舒适ttZ=nT 为具有时间量纲的系数，我国的取值为：客货共线铁路，当Vmax160km/h，140km/h时，一般取0.8，困难取0.5；当Vmax120km/h时，一般取0.6，困难取0.4。客运专线铁路，一般取0.8，困难取0.5。,LJVmax（m）,2023/4/30,21,表31 夹直线及圆曲线最小长度（m）,直线,2023/4/30,22,直线,两相邻曲线间的夹直线长度夹直线长度的保证 夹直线长度LJ=相邻两曲线交点之间的距离-T1-T2 相邻两圆曲线端点（YZ1，ZY1）间：Ll01/2+LJmin+l02/2,2023/4/30,23,圆曲线,曲线图示,概略设计的平面,详细设计的平面,2023/4/30,24,圆曲线,曲线要素对于未加设缓和曲线的圆曲线,Ty=Rtan(m),2,RLy=(m),180,Ey=R(sec-1)(m)2,2023/4/30,25,圆曲线,曲线要素加设缓和曲线后的曲线,T=（R+P）tan+m(m)2,(-20)R RL=+2l0+l0(m)180 180,E=(R+P)sec-R(m)2,2023/4/30,26,曲线上各主点里程,ZH（直-缓）点里程在平面图上量得；HZ（缓-直）里程=ZH里程+L（曲线长度）HY（缓-圆）里程=ZH里程+l0YH（圆-缓）里程=HZ里程-l0,圆曲线,2023/4/30,27,圆曲线,曲线上各主点里程,ZY（直-圆）里程=ZH（直-缓）+l0/2,YZ（圆-直）里程=HZ（缓-直）-l0/2,2023/4/30,28,最小曲线半径,曲线超高的设置,2023/4/30,29,最小曲线半径,曲线超高的定义外轨超高是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。,2023/4/30,30,最小曲线半径,曲线超高的设置,（m/s2）,h曲线外轨超高,2023/4/30,31,最小曲线半径,曲线超高的设置曲线超高的作用抵消惯性离心力的作用达到内外两股钢轨受力均匀使垂直磨耗均等满足旅客舒适感提高线路稳定性和安全性。,2023/4/30,32,最小曲线半径,外轨提高法,线路中心高度不变法,2023/4/30,33,最小曲线半径,曲线超高的设置超高计算公式,（m/s2）,（m/s2）,令：,即：,2023/4/30,34,最小曲线半径,曲线超高的设置外轨超高公式,对于标准轨距线路超高,2023/4/30,35,最小曲线半径,曲线超高的设置平均速度计算既有铁路在新线设计和施工,速度系数，在客货共线一般地段采用0.80，单线上、下行速度悬殊地段可采用0.65。客运专线铁路根据运输模式和旅客列车设计速度确定，一般为0.550.80。,2023/4/30,36,最小曲线半径,实设超高计算实设超高计算公式取为0.8,2023/4/30,37,最小曲线半径,最大超高允许值最大超高的影响因素安全因素：即车辆在有超高的曲线中停车或低速通过时，如果从曲线外侧来风不会使车辆向内侧颠覆；舒适度：即旅客不会因车辆的倾斜而感到不舒服。,2023/4/30,38,最小曲线半径,最大超高允许值最大超高的影响因素 安全因素 n=S/2:e,n=1，临界状态n1，稳定状态,e,2023/4/30,39,最小曲线半径,安全因素确定的最大超高值由则,2023/4/30,40,最大超高允许值,安全安全确定的最大超高值保证稳定状态的超高值为：,若取n=3,保证稳定状态的超高值为：,H车体重心至轨顶面高，货车为2220mm，客车为2057.5mm；高速动车为1370mm.,(mm),2023/4/30,41,最大超高允许值,2023/4/30,42,最小曲线半径,最大超高允许值最大超高的影响因素舒适度：旅客不会因车辆的倾斜而感到不舒服当列车停在超高为200mm及以上的曲线上时，部分旅客感到站立不稳、行走困难且有头晕不适之感 最大超高允许值客货共线铁路一般线路地段：150mm；单线铁路上、下行速度悬殊地段：125mm。客运专线铁路一般线路地段：170180mm,2023/4/30,43,最小曲线半径,O,未被平衡的超高度,2023/4/30,44,最小曲线半径,未被平衡的超高度,hQ,VVp,hG,VVp,2023/4/30,45,最小曲线半径,未被平衡的超高度原因：当V=Vp时，惯性力与超高提供的向心力正好相等；旅客没有不舒适感；当V Vp，离心力向心力，超高不足，称为欠超高；当VVp，离心力向心力，超高过大，称为过超高；欠超高和过超高通称为未被平衡的超高。,2023/4/30,46,最小曲线半径,未被平衡的超高度未被平衡的欠超高未被平衡的过超高,2023/4/30,47,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值未被平衡的欠超高客货共线铁路一般取70 mm，困难时取90 mm既有线提速改造时可取110 mm客运专线铁路,表32 客运专线欠超高最大允许值（mm）,2023/4/30,48,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值未被平衡的过超高客货共线铁路一般取30 mm，困难时取50 mm客运专线铁路与欠超高相同,表32 客运专线过超高最大允许值（mm）,2023/4/30,49,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值摆式车辆的补偿欠超高和舒适度未被平衡离心加速度（对车体）(g)；未被平衡离心加速度（对旅客）(g)；倾斜角（弧度）,例如车体倾斜5补偿未被平衡离心力是0.087g。从加在车体上的未被平衡离心加速度中减去0.087g(相当于92mm超高度)，剩余部分就是旅客所感受到的未被平衡的离心加速度。,2023/4/30,50,最小曲线半径,2023/4/30,51,最小曲线半径,最小曲线半径计算公式旅客舒适条件,11.8Vmax2Rmin1=(m)hmax+hQY,2023/4/30,52,最小曲线半径,最小曲线半径计算公式 轮轨磨耗均等条件,11.8(Vmax2-VJF2)高速通过时：Rmin1=(m)hQY,11.8(VJF2-VH2)低速通过时：Rmin2=(m)hGY,11.8(Vmax2-VH2)上两式相加：Rmin3=(m)hQY+hGY,Rmin=maxRmin1,Rmin1,Rmin3,2023/4/30,53,最小曲线半径,最小曲线半径选择影响因素设计线的运输性质运行安全 设计速度 地形条件,2023/4/30,54,最小曲线半径,最小曲线半径选择最小曲线半径取值,表33 最 小 曲 线 半 径 值,注：括号内数字为特殊条件下，经技术经济比选后方可采用的个别曲线半径。,2023/4/30,55,曲线超高的允许设置范围,使客车产生的欠超高和货车产生的过超高不超过其相应的允许值,2023/4/30,56,曲线实设超高的计算,当R 时，,上界为（mm）下界为（mm）检算用的中间值为（mm）,2023/4/30,57,曲线实设超高的计算,当Rmin1R 上界为（mm）下界为（mm）检算用的中间值为 hchk（mm）,hchk,2023/4/30,58,最小半径取值,既有线保留地段不同曲线半径下的超高设置、欠超高及过超高,2023/4/30,59,选定最小曲线半径的影响因素,路段最高设计速度货物列车的通过速度地形条件综合选定,设计线最小曲线半径可根据具体情况分路段拟定。必要时，可初步拟定两个以上的最小曲线半径，选取设计线的代表性地段，通过技术经济比较，并结合上述因素分析评价，确定采用的最小曲线半径。,2023/4/30,60,最大曲线半径,限制条件线路的铺设、养护、维修可否达到要求的精度相关影响轨道的平顺状态限制列车运行速度影响行车安全,2023/4/30,61,最大曲线半径,允许值客货共线铁路：12000m；时速200km/h250km/h的客运专线，一般不宜大于10000m，困难条件下不应大于12000m，特殊困难条件时，经技术经济比较，最大曲线半径可取12000m；时速300km/h350km/h的客运专线铁路，一般不宜大于12000m，特殊困难条件下，经技术经济比选后，可采用14000m。,2023/4/30,62,曲线半径对行车速度的限制,从欠超高公式可知，当欠超高取允许值时，最高行车速度为：,2023/4/30,63,曲线半径对行车速度的限制,最大超高取150mm，允许欠超高取75mm，最大速度为,最大超高取125mm时，允许欠超高取90mm，最大速度为：,最大超高取150mm，允许欠超高取90mm，最大速度为：,2023/4/30,64,曲线半径对工程影响,增加线路长度:Lr=2(TD-Tx)+Kx-KD,2023/4/30,65,曲线半径对工程的影响,降低粘着系数轨道需要加强 小半径曲线上，装置轨撑和轨距杆，加铺轨枕，增加曲线外侧道床宽度，增铺道碴，从而增大工程投资。,2023/4/30,66,增加接触导线的支柱数量,曲线半径对工程的影响,为防止受电弓与接触导线脱离，接触导线的支柱间距应随曲线半径的减小而缩短，从而增加了导线支柱的数量。,2023/4/30,67,曲线半径对运营的影响,增加轮轨磨耗维修工作量增大行车费用增高,2023/4/30,68,曲线半径对工程和运营的影响,总之，小半径曲线在困难地段，能大量节省工程费用，但不利于运营，特别是曲线限制行车速度时，影响更为严重。因此必须根据设计线的具体情况，综合工程与运营的利弊，选定设计线合理的最小曲线半径。,2023/4/30,69,缓和曲线,设置缓和曲线的作用 1）连接直线和半径为R的曲线；曲率由直线上的0渐变为1/R；2）在缓和曲线范围内，外轨超高由直线上的0值逐渐增加到圆曲线的超高度；3）当缓和曲线与半径小于350m的圆曲线相连接时，在整个缓和曲线范围内，轨距加宽值由零逐渐增加到圆曲线的加宽值。特征：一条曲率和超高均渐变的空间曲线。,2023/4/30,70,常用缓和曲线的线型,线型直线顺坡式三次抛物线基本方程应满足的条件当l=0时，K=0；当l=l 0时，K=1/R参数方程式,2023/4/30,71,缓和曲线的长度计算,超高顺坡不致使车轮脱轨,2023/4/30,72,缓和曲线的长度计算,超高时变率不致使旅客不适旅客列车以最高速度通过缓和曲线时，外轮在外轨上逐渐升高，其升高速度即超高时变率，不应大于保证旅客舒适的容许值 f（mm/s），即,2023/4/30,73,缓和曲线的长度计算,欠超高时变率不致影响旅客舒适旅客列车以最高速度通过缓和曲线时，欠超高时变率不应大于保证旅客舒适的容许值b（mm/s），即b客货共线铁路，一般40mm/s，困难45mm/s；高速客运专线，良好条件下取23mm/s，困难条件下取38mm/s。,故：,2023/4/30,74,缓和曲线的长度计算,最小缓和曲线长度的确定最小缓和曲线长度l0应取上述诸式计算结果的最大值，即：,2023/4/30,75,缓和曲线间圆曲线的最小长度,夹圆曲线的概念,2023/4/30,76,缓和曲线间圆曲线的最小长度,应满足的条件 两缓和曲线间圆曲线的最小长度，应保证行车平稳，并考虑维修方便。在线路平面设计时，为保证圆曲线有足够的长度，曲线偏角、曲线半径R和缓和曲线长度l0 三者间应满足下式关系：,2023/4/30,77,线间距,定义：线路正线数目为双线或三线时，区间两相邻线路中心线之间的距离称为线间距离。确定原则线距根据限界拟定曲线地段线距需考虑加宽。,2023/4/30,78,线间距,限界,机车车辆上部限界,站台建筑接近限界,对于设计时速为160km/h的客货共线铁路，建筑限界高度应按7.0m设计；远期有双层集装箱可能的铁路，建筑限界高度应按7.1m设计。,2023/4/30,79,线间距,直线地段的线距一、二线间距离Dmin(1,2)第一、二线间最小线间距，mm；B1、B2两交会列车的机车车辆半宽，mm；普通列车为半个机车车辆限界宽度加列车信号超出机车车辆限界的宽度，取1700mm+100mm=1800mm。高速列车取动车半宽；我国在高速客运专线上运行的动车组主型车为CRH系列，其最大宽度为3.4m，车辆半宽值取1700mm。Y区间两线交会列车机车车辆间的安全净距，mm，,2023/4/30,80,线间距,表38 区间正线第一、二线间最小线间距,2023/4/30,81,线间距,客货共线双线铁路有超限货物列车通过时的会车条件当两列车间最小距离大于350mm时可不限速，在300350mm之间时行车速度不得超过30km/h；小于300mm时禁止会车。客货共线铁路，线距为4.0m（设计速度为140km/h及以下）的双线铁路，若某一线开行一级超限货物列车（半宽1900mm），另一线通行一般货物列车（半宽1700mm，车灯限界为100mm），则两列车间距为300mm，故两列车以30km/h限速在区间会车。若开行二级超限货物列车（半宽为1940mm）或超级超限货物列车，则另一线均不得通行列车。,2023/4/30,82,线间距,第二、三线的线间距离 Dmin(2,3)2BZXBX Dmin(2,3)第二、三线间最小线间距，mm；BZX半个建筑接近限界宽度，mm；取2440mm；BX信号机最大宽度，mm，取410mm。第二、三线区间正线线距为：244041024405290mm，取5.3m。,2023/4/30,83,区间曲线地段线距加宽,加宽原因1）车辆与轨道几何,L-车体长度，取26m；Z-转向架中心距离，取18m,Z2（L2-Z2)W1,W2(mm)8R 8R,Z2 182 40500W1=1000=(mm)8R 8R R,（L2-Z2)（262-182)44000 W2=1000=(mm)8R 8R R,2023/4/30,84,区间曲线地段线距加宽,加宽原因2）曲线外轨超高,H W3=hSH(mm)，1500,2023/4/30,85,区间曲线地段线距加宽,加宽值的计算,2）外侧曲线实设超高内侧曲线实设超高,1）外侧曲线实设超高内侧曲线实设超高,40500 44000 84500W=W1+W2=+=(mm)，R R R,H W=W1+W2+（hw-hn)1500,84500 H=+（hw-hn)(mm)R 1500,2023/4/30,86,区间曲线地段线距加宽,加宽方法1）加长内侧曲线的缓和曲线长度,lw2 Pw=(m)，Pn=Pw+(m)24Rw,ln=24Rn（Pw+)(m),2）加宽两端夹直线段的线间距,2023/4/30,87,线路导向,
