客专线路交流(武广).ppt

高速铁路线路设计 技术交流,主要内容 一、高速铁路、客运专线总体技术特点 二、线路平纵断面设计 三、我国高速铁路、客运专线设计概况 四、高速铁路线路施工要点,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,高速铁路实现了由高质量及高稳定的铁路基础设施、性能优越的高速列车、受电效能稳定的弓网供电系统、先进可靠的列车运行控制系统、高效的运输组织与运营管理体系等综合集成。高速铁路在实施中，从规划设计开始就把各项基础设施、运载装备、供电、通信信号、运输组织及经营管理等子系统纳入整个大系统工程之中统筹运作。,（一）高速铁路是当代高新技术的集成,为实现总体目标，采用了多项关键技术。虽然这些新技术分别隶属于各有关的子系统，但其主要技术指标、性能参数是相互依存、相互制约的，均须经详细研究、反复论证与修订，才能保证实现大系统综合集成特性的要求，达到整个系统的合理优化与集成。,（一）高速铁路是当代高新技术的集成,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,高新技术综合集成的高速铁路总示意图,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,交通运输的速度是与经济、社会发展水平相适应的。现代交通运输的发展史在一定意义上就是以提高速度为核心的技术开发史。国内外铁路的发展历史和趋势都说明速度是参与市场竞争的主要手段，是交通企业赖以生存和发展的最基本的因素。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。1970年5月，日本在第71号法律全国新干线铁路整备法中规定：“列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。”这是世界上第一个以国家法律条文的形式给高速铁路下的定义。1985年5月，联合国欧洲经济委员会将高速铁路的列车最高运行速度规定为：客运专线300km/h，客货混线250km/h。1986年1月，国际铁路联盟秘书长勃莱认为，高速列车最高运行速度至少应达到200km/h。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,目前世界上有三种类型的高速铁路：一是既有线客货混运型，最高运行速度200km/h，如俄罗斯、英国等；二是新建客货混运型，最高运行速度250km/h，如德国、意大利等；三是新建客运专线型，最高运行速度可达300km/h及其以上，如日本、法国、德国、西班牙、韩国等。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,速度是高速铁路的技术核心，也是其主要的技术经济优势所在。高速铁路的速度目标值是由常规铁路发展到高速铁路最主要的区别。列车运行速度是属第一层次的系统目标，只有将速度目标值确定之后才能选定线路的设计参数、列车总体技术条件、列车运行控制及通信信号系统。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,试验最高速度,运营最高速度,最高速度增长的情况,（二）高速度是高速铁路高新技术的核心,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,国外高速和快速线路最高运行速度,注：表中前5个国家仅列出高速线的指示。,（三）系统间相互作用发生了质变,随着速度的提高，各子系统原有的规律和相互间关系将转化为强作用而须重新认定。系统中某项参数或标准选择不慎都将引发连锁反应。例如：线路参数、路基密实度或桥梁刚度选择不合理，不仅是线路质量问题，还将影响列车运行的平稳性及可靠性，也干扰运输组织、行车指挥。反之，确定列车主要参数及性能也必须考虑线路参数与控制系统方案，否则最终都要制约整个系统效能的发挥。系统之间的关系远比常规铁路复杂。所以，在筹划高速铁路之初，必须从总体上估计到这一庞大系统更加复杂的综合特性，认真研究并协调各子系统主要技术参数变异的合理范围，重视新系统的强耦联特性。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（四）系统动力学问题更加突出,世界各国在确定高速铁路基本功能与主要技术参数时，都根据各自的条件结合其国情与路情做了周密的调查，进行必要的理论研究与试验分析。其中，高速铁路系统动力学问题是这一切的根由。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,高速列车速度越高，激励车线桥系统发生的振动与冲击越强，致振的敏感因素越寛。振动与冲击的频响函数关系，主要取决于参振系统各自的动力学特性，它包括其内在的物理力学参量、相互间发生接触或约束的几何参量与物理参量。很明显，相互接触的物体其相对速度越高，在研究动载作用时应考察的截止频率越高，而可能发生的强作用点就越多。振动与冲击动力响应的物理量(位移、速度、加速度)幅值是与速度的平方成正比。在頻域范围内，应考察的频率不仅取决于激励频率的高低，还与系统的固有頻率密切相关。激扰频率与速度成正比，与接触表面沿速度方向上的几何变异之波长成反比。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,1、高速列车的振动与冲击问题,（四）系统动力学问题更加突出,由此可见，高速铁路的基础设施及运载装备不但应具备优良的固有特性，还必须在界面上彼此都要保有均匀、平顺、光滑的特征。这是建立高速铁路各子系统都必须遵守的共性准则。系统振动与冲击力学分析，最主要的目的是协调各子系统组成部分的特性参数，保证系统功能优化。对于高速铁路来说，最重要的是确保列车持续、安全、平稳运行。因此，必须预见在各种速度工况下系统的动力响应。突出的问题如：轮轨间接触力的变化将影响列车牵引与制动的实现、轮轨的磨损与疲劳、运行的安全指标；车线桥系统的动力反应，将影响结构功能与列车平稳运行；弓网系统的振动，将影响授电效能及安全。所以动力响应是涉及高速行车技术深层次的基本问题，须认真处理。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,1、高速列车的振动与冲击问题,（四）系统动力学问题更加突出,在系统振动与冲击的动力学分析中，主要着重于研究列车以常速在直线线路上运行的动力反应。实际上对更为复杂的问题，如列车起动或制动时的变速运行工况，通过平面曲线或变坡段竖曲线上运行及高速过岔等问题，只能简化为刚体动力学或弹性联接的多体动力学来分析。其基本点是在理想状态下分析选定系统的固有特征及界面特性，对更复杂的某些非稳态问题着重研究列车的走行性能，限定在低频域内研究列车运行中的惯性问题；预见高速列车运行中可能发生的纵向及横向加速度；前者与列车的牵引制动性能、列车的操纵及线路纵断面有关，后者主要受线路平面设计参数制约。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,2、高速列车运行中的惯性问题,（四）系统动力学问题更加突出,对于舒适度，人体承受振动的能力与频率密切相关，根据试验结果：其频率在10HZ以下更为敏感，承受能力较低，从感到不适的加速度幅值来看约为0.1g左右。对于这种超低频振动横向加速度的承受能力，因人体质而异，它与姿态、年龄、性别、职业、经历等都有关。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,2、高速列车运行中的惯性问题,（四）系统动力学问题更加突出,列车运行中旅客不同姿态舒适度的感受,2、高速列车运行中的惯性问题,另外，共振现象在日、法等国高速铁路上是有教训的。当行车速度在160km/h以下时，对波长为56、70、83、97m的中长波高低不平顺可不予管理，但分别在200、250、300、350km/h速度下，其激扰频率与日、法高速车辆的车体垂向自振频率1Hz相当，导致车体产生一度称为“不明原因的强烈振动”，轨检车测不出，养路机械修不了，较晚时间才认识到此道理，从而重视了路基的不均匀沉降和初始不平顺问题。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（四）系统动力学问题更加突出,2、高速列车运行中的惯性问题,例如，幅值为10mm、波长为40m的连续高低不平顺，在速度达300km/h时，可使车体产生频率为2Hz、半幅值为0.18g的持续振动加速度。人体承受这种加速度的持续时间只能5小时。否则，会导致乘客血压、脉搏、消化等生理现象不正常。又如，幅值5mm、波长40m的方向不平顺，在300km/h速度下，车体将产生约2Hz、半振幅约0.066g的横向振动加速度。乘务人员在此种振动环境下仅能工作3小时，司机的判断、应急能力将减退，“舒适度减退”限度为“工作能力减退”限度的1/3。在振动频率为1-2Hz、累计时间4小时的车体振动环境下，保持舒适感不减退的振动加速度，横向为0.017g，垂向为。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（四）系统动力学问题更加突出,2、高速列车运行中的惯性问题,所以，为保证列车行驶时旅客的舒适度必须重视运动中的惯性问题。这应从线路基本参数、列车性能及操纵技术予以保证。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（四）系统动力学问题更加突出,3、高速列车空气动力学问题,地面交通系统都有一个难以避免的共性问题，这就是空气动力学问题。在地表大气层中，交通载体所受到的空气阻力、竪向力、横向力和压力波等与速度平方成正比，随着速度的提高急剧增加，从而成为提高地面高速交通速度主要的制约因素。作为地面交通运载工具的车辆是在稠密的空气介质中运行的。当车辆速度超过160km/h后，空气阻力显著上升，其阻力值大约与速度的平方成正比。当速度达到300km/h时，即使采取各种降低空气阻力的措施，空气阻力也会占车辆运行阻力的80%以上；速度达到350km/h以上的，空气阻力将超过90%。用以克服空气阻力所消耗的功率按速度的三次方增加。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（1）列车空气阻力问题,（四）系统动力学问题更加突出,3、高速列车空气动力学问题,根据计算，速度由350km/h提高到500km/h，所消耗的功率将增加1.1倍。高速列车时速超过200km/h就必须认真研究这一问题。为减缓空气动力的影响，通过大比例风洞模型试验及三维有限元空气动力学理论分析，筛选设计方案，作出技术经济合理抉择。其主要问题如下：在一定速度下，高速列车空气阻力及其它空气动力作用取决于列车的外流型、列车的截面及外表面的光滑平顺度。所以，在列车的总体设计及车体设计中都必须周密处置，使整列车具有良好的气动性能。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（1）列车空气阻力问题,（四）系统动力学问题更加突出,3、高速列车空气动力学问题,高速运行的列车，由于各种气动效应影响使列车内外压差增大。若列车密封性差，则必将引起车内气压的变化；超过一定范围，将引起人体各种不适感。所以，对车窗、车门、车辆间联结风挡都要求具有良好的密封性。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（2）列车内部空气密封问题,（四）系统动力学问题更加突出,3、高速列车空气动力学问题,两列相对行驰的高速列车在线路上会车时各种空气动力作用比单列车行驰时强烈，并将影响列车运行的平稳性与车内人员的舒适感。这种影响在其他条件一定的情况下，与高速铁路的线间距成反比。高速铁路的线间距应根据车速、车宽、列车头型系数、车体密封程度、车窗玻璃承压能力等因素来考虑。若在高速线上有各种不同类型式列车运行，应顾及性能较差列车的承受能力。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（3）线间距问题,（四）系统动力学问题更加突出,3、高速列车空气动力学问题,对于有限界面的隧道而言，高速铁路的空气动力学作用将比在明线环境条件强烈，在一定速度下，其幅值主要与隧道断面的堵塞比密切相关。所以，列车速度越高，隧道断面应越大。对长隧道来说还必须考虑隧道内空气有较通畅的导流途径以缓解其动力效应。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,（4）隧道断面选择问题,（四）系统动力学问题更加突出,高速铁路与常规铁路相比最大的区别在于线路高平顺度特性方面。高平顺性最终体现是在轨道上，无论轨道是在路基上或在桥梁上，也无论是何种类型的轨道，都要求它不仅在空间要具有平缓的线型、高精度的允差、高光洁度的轨面，而在时间上还必须具有稳固的高保持性。由此决定了高速铁路基础设施各主要组成部分路基、桥梁、及隧道等的主要技术参数与技术规定，必须互相协调，使之整体上满足高速行车在运动学、动力学、空气动力学及运输质量方面各项技术指标。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,(五)高速铁路对基础设施主要子系统的基本要求,(五)高速铁路对基础设施主要子系统的基本要求,列车速度越高，刚度变化越剧烈，引起列车振动越强烈。轻则使旅客舒适度降低，重则影响列车运行安全。所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，刚度突变是不允许的。所有基础设施在运营管理方面还必须具备高可靠度与可维修、少维修的条件，以利降低成本及提高效能。,一、高速铁路、客运专线总体技术特点,二、线路设计,列车与线路是相互依存、相互适应的关系，列车是载体，线路是基础。高速运行的列车要求线路具有高平顺性、高稳定性、高精度、小残变、少维修以及良好的环境保护等等。也只有这样的线路才能保证列车高速、不间断运行的安全、平稳与舒适。这里所谈的线路，是广义的线路概念，即指除供电、接触网、通信信号以外的所有基础设施。主要包括线路平纵断面、路基、轨道、桥梁、隧道以及建筑材料等。,二、线路设计,高平顺性是设计、建设高速铁路的控制性条件，也是高速铁路有别于中低速铁路的最主要之点。高平顺性需要从线形、路基、轨道、桥梁等各方面采取必要的技术措施加以保证。首先，要求线路的空间曲线平滑，也就是线路的平纵断面变化尽可能平缓。,二、线路设计,对于数量较少，而幅值较大的局部轨道不平顺，为保障旅客阅读、书写、餐饮等不受干扰，不受到惊吓，不产生反感，日、法、德等国规定，局部轨道不平顺引起的瞬时作用的垂向加速度不得大于，横向加速度不大于。再如，一个微小的0.2mm的迎轮台阶形焊缝不平顺，在300km/h行车速度下，引起的冲击性轮轨高频动作用力P1达720kN,低频轮轨附加力P2达320kN，可导致轨道破坏，路基产生不均匀沉陷。各种微小的短波不平顺，都是恶化轨道几何状态的根源，可能引发轮、轨、轴断裂，也是产生噪音的根源之一。,二、线路设计,第二，要求路基、轨道、桥梁具有高稳定性、高精度和小残余变形、少维修，以保证高平顺性 因此，一改以往以“强度”控制普速铁路的路基和桥梁的设计与施工，而为以“变形”控制高速铁路路基的设计与施工，以“刚度”和“整体性与耐久性”控制高速铁路桥梁的设计与施工；一改普速铁路轨道结构的全套技术标准和施工工艺，从钢轨的材质到几何公差，从道碴的材质到各项标准，从道床的结构形式到施工工艺，从无缝线路的焊接到铺设以及大号码道岔的设计与运铺等等，都以保证高平顺、高稳定的轨道结构为目标，采取多种多样的适应高速的技术。,二、线路设计,法国高速铁路规定，路基铺轨后，五年内最大允许沉降量5cm，韩国高速铁路规定为7cm。日、法等国对路基顶面不平顺规定为：每20m测点不得大于25mm。严格控制轨道铺设精度是实现轨道初始高平顺的保证。轨道铺设的初始不平顺，是运营后不平顺发生、发展、恶化的根源。初始状态好的轨道，维修周期长，可长期保持轨道的良好水平；而初期状态不好的轨道，不仅维修周期短，即使增加维修次数，也难改变“先天不良”的痼疾。,二、线路设计,严格控制轨道的铺设精度，首先是提高线路的测量精度。日、法等国在建设高速铁路时，线路放线测量要求每10m设一基桩，基桩的定位允许误差在x、y、z方向各为1mm。二是严格控制钢轨的的平直性和焊接接头的平顺性。我国目前生产的60kg/m钢轨，其断面形状和尺寸与UIC60轨相似，但轨面平直度、尺寸公差、轨面缺陷以及焊接接头尺寸公差与UIC标准及国外高速铁路钢轨标准的差距很大。因此，我国目前生产的60kg/m轨不能用于京沪高速铁路。三是在完成铺轨后、开通运营前，打磨钢轨，去掉钢轨在轧制和施工过程中造成的轨面微小不平顺，提高焊接接头平顺性。这已被国外证明是一项技术经济效益显著的成功经验，既保证了高速铁路在开通运营之日列车即按设计速度运行，并降低了轮轨噪声，又延长了钢轨和道碴的使用寿命，大大减少了维修工作量，延长了维修周期。,二、线路设计,第三，要求给高速列车提供一个宽大、独行的线路空间 列车沿地面高速运行时，将带动列车周围的空气随之运动，形成一种特定的非定常流场，称为“列车绕流”，俗称“列车风”。这种列车风形成的列车气动力将威胁沿线工作人员和站台旅客的安全，对沿线建筑物也有破坏作用。列车风卷起的杂物也可能危及行车安全。相邻线路两列车相向高速运行交会时，产生的空气压力冲击波易震碎车窗玻璃，使旅客耳朵感到不适，甚至影响列车运行的平稳性。所以高速铁路要求有一个宽大的行车空间，即增大两线间的距离和加宽站台上旅客的安全退避距离。在有高速列车通过的车站站台上，除加宽临近站台的安全退避距离外，还需在安全线上设置手扶安全护栏，留出可供旅客上下车的活门。,二、线路设计,此外，由于高速列车动能和惯性力都很大，一旦与其他物体发生碰撞，其后果是不堪设想的。故高速线路要求一个独行的空间，即采用全封闭形式，沿线路两侧设全长护栏。同时，在高速铁路与道路或既有铁路相交时，一律采用立体交叉。这样可避免列车在平交道口与汽车等物体相撞的可能，也避免出现列车频繁加减速的可能。,二、线路设计,第四，要求建立严格的线路状态检测和保障轨道持久高平顺及严密地防灾安全监控的科学管理系统。高平顺的轨道在列车荷载的不断作用下，是会发生变形和位移的。当轨道及其各部件的变形、位移量值或其变形、位移发展的速度超过一定限值时，将失去轨道的高平顺性，从而恶化轮轨间的相互作用，影响列车运行的舒适性、安全性。因此，对运营中的高速线路要实行严格的轨道状态检测和科学的轨道管理制度，及时掌握铁路运营过程中轨道不平顺的量值及其发展速度，并予以校正，使其恢复到小残变或初始高平顺状态，以保证高速列车运行的安全、平稳、舒适。,二、线路设计,安全对于任何交通工具都是第一位的技术条件，对于高速铁路来说就更为重要。因此，高速铁路除了保证设备本身安全要求外，对于一些超出设备本身安全限度范围的灾害，如自然灾害暴雨、强风、地震等，突发性灾害坍方落石、异物侵入限界等，以及设备的运用状态、故障等要实时监测，并根据这些监测信息，对列车的运行进行严格的管理，如限速、停车等。,二、线路设计,第五，开通运营之日列车即以设计速度运行目前世界上所建成的高速铁路，除日本东海道新干线外，其后修建的所有高速铁路，均在通车之日列车即按设计最高速度运营。东海道新干线因是第一条高速铁路，没有修建经验，开通运营第一年因路基问题列车未能达到设计速度目标值，经过一年多的整修后，最高运营速度才达到210km/h。法国高速铁路在铺轨完成后，一般经过56个月的调试后验交，列车即以最高速度运行。我国目前新建铁路通车之时某些地段允许速度仅达5060km/h,半年后也仅允许7080km/h，通车一年后还不一定能达到设计速度。这对于高速铁路来说是绝不允许的。因为，由于线路初始状态达不到设计标准而限速运行，列车虽以低速通过这些不合格地段，线路将产生“记忆”性病害或不平顺，其后果将是花数倍的物力去整修才可能达到高速运行的目标。这正是高速铁路与普速铁路在工程验交时的重要差别。,二、线路设计,只有满足上述种种要求的线路，才能保证高速铁路在开通运营之日列车即能以设计速度运行，才能保证旷日持久地、良好地当好“载体”的“基础”。,二、线路设计,轨道的高平顺性首先要求赖以存在的空间线路曲线尽可能的平滑，即线路平纵断面的变化尽可能平缓。因为，无论是平面曲线还是立面曲线，曲率变化快的地段，轮轨间的相互作用力都会增加，线形也难于保持，往往是产生轨道不平顺的处所；同时，列车在曲线上运行，产生的离心加速度与列车速度的平方成正比，该值影响列车运行的舒适、平稳和安全。因此，行车速度越高，平面曲线和竖曲线的半径增幅越大。,二、线路设计,此外，列车通过缓和曲线时产生的超高时变率和欠超高时变率，也随列车速度成正比增加，影响乘车的舒适性。因此，直线与曲线间过渡的缓和曲线要有足够的长度，使线形过渡平缓，以保证列车运行平稳和旅客乘坐的舒适。同时，夹直线和圆曲线也要有足够的长度，以免列车通过直缓、缓圆、圆缓、缓直各变化点产生的冲击振动发生叠加，影响列车运行的平稳和舒适。,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,最小圆曲线半径标准与铁路运输模式、列车运行速度等条件以及旅客乘坐舒适度和列车运行平稳性等要求有关。对于高速铁路而言，最小圆曲线半径不仅要满足基础设施350km/h的要求，而且要满足高、中速共线运行的要求。,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,h：最大超高允许值h由列车在曲线上停车时的旅客乘坐舒适度条件所决定。我国铁道科学研究院1980年的试验研究表明，当列车停在超高为200mm的曲线上时，部分旅客感到站立不稳，行走困难且有头晕感觉。日本新干线最大超高用到155180mm(东海道新干线提速到270280km/h后用到200mm，实属不得已)。法国TGV线最大超高亦为180mm。故我国高速铁路最大超高的允许值取用180mm；在运营初期高、中速混运模式下，考虑与中速列车的相互适应，取最大超高不大于150mm。,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,hq：最大欠超高允许值hq在高速铁路上主要取决于旅客乘坐舒适度要求。根据我国铁科院于1979年在京广线和1980年在滨州线的旅客乘坐舒适度试验结果，对于不同的未被平衡离心加速度，给予相应舒适度评定的概率呈正态分布，平均舒适度指数(某一实测未被平衡离心加速度下各舒适度评价指数对应的人次加权平均值)与相应的旅客承受的离心加速度呈线性递增关系。,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,分别选择“0.5”、“1.0”、“1.5”为相应的“没有感觉”、“轻微感觉”、“明显感觉”区域的平均舒适度指数上限，对应的理论未被平衡横向加速度分别为0.03g、0.054g和0.077g，相应的欠超高分别为45mm、81mm、115mm。,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,hg：过超高允许值hg在既有客货混运干线上远小于欠超高允许值，主要是考虑货物列车的轴重及通过总重大于旅客列车的，货车车辆转向架的垂向及横向刚度也大于客车车辆的，因而对曲线钢轨的磨耗及线路的破坏作用较大。为使内外轨磨耗均匀和线路稳定，较严格的限定了过超高值。而中速旅客列车对线路的破坏作用及对钢轨的磨耗远较货物列车为小，因此客运高速铁路高、中速旅客列车共线时的过超高允许值可以适当放宽。但中速旅客列车的走行性能及其从普速线进入高速线时走行部件的状态，较高速列车要差得多，对线路的破坏作用也会较大。因此，高、中速列车共线运行线路的过超高允许值又不宜过大。,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,根据英、日等国六十年代的试验结果，认为过超高与欠超高对旅客乘坐舒适度的影响是同等的。对舒适度和欠超高关系的评价如下：hq=30mm，感觉良好；hq=55mm，感觉较好；hq=80mm，感觉尚可；hq=108mm，感觉轻微不舒适。,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,欠、过超高允许值 单位：mm,实设超高、欠超高、过超高的允许值h、hq、hg,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,2.高、中速共线运行时hq+hg允许值,本线与跨线列车共线运行在某一半径的曲线上，按本线与跨线列车均衡速度计算的超高值与按均方根速度确定的实设超高值，往往有差值h，由此造成列车实际运行中高速列车产生的欠超高hq和跨线列车产生的过超高hg，往往超出限值hq、hg，故在确定设计超高时，要为现场适应运输条件变化而预留调整实设超高的幅度h，即对hq+hg要留有一定的余量：hq+hg=hq+hg-hh与本线和跨线列车对数、重量、速度有关，对高速铁路分析试算结果，h一般为3050mm。,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,2.高、中速共线运行时hq+hg允许值,跨线列车共线时欠、过超高之和允许值（mm）,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,3、高速列车运行时实设超高与欠超高之和的允许值h+hq,其理由同上述对hq+hg的分析。因为即使是全高速列车运行的线路，也会因列车开行方案不同有一定的速差，同样也会产生h的效应。因此h+hq亦应小于h+hq。,高速列车运行条件下实设超高与欠超高之和允许值（mm）,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,4、最小曲线半径Rmin的确定,（1）高速铁路设计速度要求的最小曲线半径Rmin 为了满足高速铁路的设计速度要求，其最小曲线半径应按下式计算确定：,Rmin=11.8 Vmax2/h+hq,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,4、最小曲线半径Rmin的确定,（2）初期本线与跨线列车共线运行条件下最小曲线半径Rmin初期本线与跨线列车共线运行在半径为R的圆曲线上，其实设超高h与其相应的欠、过超高hq、hg及其允许值hq、hg之间满足下式：,h=11.8VK2/R-hg11.8VK2/R-hg,h=11.8VG2/R-hq11.8VG2/R-hq,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,4、最小曲线半径Rmin的确定,考虑前述在本线与跨线列车共线运行条件下存在h关系，最小曲线半径Rmin应按下式计算确定：,Rmin=11.8(VG2-VK2)/hg+hq,式中：VG、VK分别为本线与跨线列车设计速度。高速铁路初期本线与跨线列车共线运营，考虑按300km/h与200km/h匹配，按上式计算得出最小曲线半径Rmin，其一般值、困难值分别为5370m及4220m。,二、线路平纵断面设计,（一）平面最小圆曲线半径标准,4、最小曲线半径Rmin的确定,（3）远期高速列车运行不同速度匹配条件下最小曲线半径Rmin,考虑远期高速铁路上的高速列车运行速度以350km/h250km/h为主，同时可能存在少量运行速度为200km/h的列车。根据高速列车运行不同速度匹配条件计算最小曲线半径：如果VG、VK设计速度按350km/h与250km/h匹配，则计算得出最小曲线半径Rmin的一般值、困难值分别为6440m及5060m。如果VG、VK设计速度按350km/h与200km/h匹配，则计算得出最小曲线半径Rmin的一般值、困难值分别为8850m及6960m。另外，考虑满足各种不同速度列车组合运行条件下的舒适性，高速铁路最小曲线半径一般采用9000m至11000m较好。,二、线路平纵断面设计,（二）缓和曲线的长度,为使列车安全、平稳、舒适地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，在直线与圆曲线间必须设置一定长度的缓和曲线。在高速行车条件下，旅客对乘坐舒适度比较敏感，因而对缓和曲线的设置要求也更为严格。,1、缓和曲线线形的选定 考虑到三次抛物线线形简单、设计方便，平立面有效长度长、现场运用、养护经验丰富等特点，京沪高速铁路仍以三次抛物线形缓和曲线为首选线形。,缓和曲线长度是高速铁路线路平面设计的主要参数之一。为保证列车运行的安全和旅客乘坐舒适度的要求，缓和曲线应有足够的长度。但过长的缓和曲线将影响平面选线和纵断面设计的灵活性，引起工程投资的增大。缓和曲线长度的计算，取决于超高顺坡率允许值、未被平衡的横向加速度时变率允许值（欠超高时变率允许值）、车体倾斜角度允许值（超高时变率允许值）等相关参数的取值。,2、缓和曲线长度,二、线路平纵断面设计,（二）缓和曲线的长度,乘坐舒适度允许的车体倾斜角速度（即超高时变率限值）要求的缓和曲线长度L3为L3Vmax*h/(3.6f),式中 Vmax设计最高速度（或该曲线限制速度）（km/h）；h圆曲线设计超高（mm）；f超高时变率允许值（mm/s），一般条件下取25mm/s，困难条件下取31mm/s。,2、缓和曲线长度,二、线路平纵断面设计,（二）缓和曲线的长度,缓和曲线长度（m）,二、线路平纵断面设计,（二）缓和曲线的长度,二、线路平纵断面设计,（三）两相邻曲线间的夹直线长度和两缓和曲线间的圆曲线长度,缓和曲线间夹直线和圆曲线的最小长度主要受列车运行平稳性和旅客乘坐舒适条件的控制。理论上列车运行平稳、旅客乘坐舒适所要求的夹直线和圆曲线的最小长度，通常按“列车在缓和曲线出入口（即夹直线或圆曲线的起终点）产生的振动不致叠加考虑，与列车振动、衰减特性和列车运行速度有关。根据实验结果，车辆振动的周期约为1.0sec，列车在缓和曲线出入口产生的振动在一个半至两个周期内基本衰减完，按两个周期计算则夹直线或圆曲线的最小长度应为：,两相邻曲线间的夹直线长度和两缓和曲线间的圆曲线长度，一般地段不小于280m，困难地段不小于210m。,Lmin2Vmax/3.60.6Vmax 一般条件下：L0.8V 困难条件下：L0.6V,二、线路平纵断面设计,（四）正线设计坡度,在一定自然条件下，线路的最大坡度对线路的走向、长度、工程投资、运营费用、牵引重量及输送能力，都有较大的影响。正线的最大坡度，宜由小到大，合理选用。一般条件下不大于12，困难条件下，经技术经济比较，不大于20。根据高速客运专线特点，结合项目具体条件并经牵引计算检算，对于一定的纵断面和初速条件，个别困难情况下尚可采用大于12，但不宜大于20的最大坡度。,（五）坡段长度,二、线路平纵断面设计,法国高速铁路的最大坡段长度与坡度有关，坡度正常值应随坡段长度而变化。对于从最小值3km的长度，其坡度不应超过18。对于3km15km的长度范围，其坡度逐步从18降至15。对于大于15km的长度，最大坡度不超过15。并建议在实际应用中，上述坡度再降2。对于坡度大于25的线路，建议在项目中考虑平均坡度25，最大坡长4km。正线宜设计为较长的坡段，最小坡段长度不宜小于900m，困难条件下不应小于600 m，且不得连续采用。,（五）坡段长度,二、线路平纵断面设计,关于“最大坡度”，国际铁路联盟提到STI(实用技术规范)对于基础设施的建议，即35的坡度最长连续6km，在10公里长度上的平均坡度不超过25。,二、线路平纵断面设计,（六）坡段间的连接,相邻坡段的坡度差允许的最大值，主要由保证运行列车不断钩这一安全条件确定的，常规铁路相邻坡段的坡度差主要受货物列车制约。由于旅客列车质量远低于货物列车，又国外高速铁路对相邻坡段的坡度差均未做规定，故规定相邻坡段的坡度差不受限制。,1、相邻坡段的坡度差,二、线路平纵断面设计,为保证列车在高速正线变坡点处的运行安全、乘客的舒适性要求，参照国外有关规范，相邻坡段的坡度差大于1时，应采用圆曲线型竖曲线连接。根据铁科院研究，竖曲线半径由旅客舒适性要求控制。即受列车运行于竖曲线产生竖向离心加速度ash限制的最小竖曲线半径为：RshV2/(3.62ash）其中，ash为乘客舒适度允许的竖向离心加速度（m/s2）,根据国外高速铁路对ash的取值经验，取值一般为0.4 m/s2，困难为0.5 m/s2,则：Rsh0.2V2和Rsh0.15V2,2、竖曲线半径,（六）坡段间的连接,同时，由于当竖曲线半径增大到一定程度，养护维修很难达到其设置要求，因此，根据国内外养护维修经验，建议最大竖曲线半径不大于40000m。当相邻坡段的坡度差大于或等于1时，区间正线应采用圆曲线型竖 曲线连接，其中远期设计速度小于160km/h的区段，应按相邻坡段的坡度差大于3时设置竖曲线。最小竖曲线半径应根据所处区段远期设计速度按下表选用，但最大竖曲线半径不大于40000m。,二、线路平纵断面设计,2、竖曲线半径,（六）坡段间的连接,二、线路平纵断面设计,竖曲线半径采用标准,2、竖曲线半径,（六）坡段间的连接,（七）竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔重叠设置问题,二、线路平纵断面设计,相邻的两个竖曲线重叠设置时，竖曲线很难达到各自的形状，测设工作也非常困难。目前各国的标准也都不允许竖曲线重叠设置。,1、相邻的两个竖曲线重叠设置,2、竖曲线与缓和曲线重叠,竖曲线与缓和曲线重叠有如下不利影响：（1）增加线路测设工作量：竖曲线与缓和曲线重叠设置的情况下，平面曲线的内轨在立面上要维持竖曲线的几何状态，而外轨又要叠加进缓和曲线超高的变化量，这时线路的测设工作要求更加严格。（2）对行车安全和乘坐舒适度的影响：竖曲线与缓和曲线重叠设置，将造成缓和曲线平、立面线形不相适应。由于外轨叠加了超高顺坡量，其结果既不是标准的缓和曲线线形，也不是标准的竖曲线线形。此外，附加欠超高连同平面曲线上产生的欠超高之和大于一定值时，还将带来不不安全因素。,（七）竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔重叠设置问题,二、线路平纵断面设计,2、竖曲线与缓和曲线重叠,（3）增加了养护维修工作的难度：由于缓和曲线很长，其曲率及其变化率均甚微，轨道检测精度已难于保证其检测结果的真实性，若加上竖曲线的重叠设置，检测仪器更难于分别提取竖曲线和缓和曲线的不平顺值了。考虑以上因素，规定竖曲线与缓和曲线不得重叠。,（七）竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔重叠设置问题,二、线路平纵断面设计,3、竖曲线与道岔重叠设置,竖曲线与道岔重叠设置时，由于高速道岔总长度较长，一方面道岔全长不在一个坡度上，列车通过道岔过程中，车轮对尖轨及导曲线将产生较大的冲击力，导曲线未被平衡的加速度对车体将产生横向作用，再叠加竖向作用力后，降低了乘客的舒适度和安全度；另一方面，为保证竖曲线形状，道岔铺设时的测设工作及养护维修时的检测工作都更加困难，增加了测设和检测工作量和更多的维修工作量。综上所述，规定竖曲线与道岔不得重叠设置。,（七）竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔重叠设置问题,二、线路平纵断面设计,（七）竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔重叠设置问题,二、线路平纵断面设计,二、线路平纵断面设计,（八）区间直线地段线间距,高速铁路的线间距标准，主要受列车交会运行时的气动力作用控制。一方面，要满足列车承受会车压力波的允许值Pmax；另一方面，要分析研究区间各种客运列车交会运行时，作用在列车上的会车压力波最大值Pmax，会车压力波时变率Pmax/t，以及与交会列车相邻侧壁净间距Y（或线间距D）的规律。确定线间距标准是一个灵活性相当大的问题。线间距最窄，它的会车压力波最大，对机车车辆的设计和制造提出了很高的要求，但可以节省土建工程投资。线间距比较宽，虽然对机车车辆的气密性、门窗等设计要求相对降低，但土建投资较高。,二、线路平纵断面设计,（八）区间直线地段线间距,列车侧面会车压力波的几项主要特征：现场试验研究和数值模拟计算研究表明，列车交会时产生的会车压力波，有以下几项主要特征：1、交会列车上的会车压力波值基本上与邻线迎面驶来列车（以下简称通过列车）的运行速度平方成正比；2、外形相似的列车交会时，速度较低列车上受到的会车压力波比速度较高列车上受到的会车压力波大，而速度相当的列车彼此交会时其会车压力波大致相当；3、会车压力波值与交会列车相邻侧壁间的净距Y成反比。Y=D-（B1+B2）/2，式中D为线间距，B1为被交会列车宽度，B2为通过列车车头宽度；,二、线路平纵断面设计,（八）区间直线地段线间距,4、会车压力波值与列车外形（列车头部的流线程度、列车车宽、列车长度和车体流线形程度）密切相关，其中列车头部的流线形程度影响最为显著；5、会车压力波与测点高度有关，高度越低压力波越大；6、一节车厢同一高度处会车压力波平均值与最大值之间存在一定的差别，表明会车压力波具有非定常性。,二、线路平纵断面设计,世界上已建及在建、筹建中高速铁路线路平、纵断面设计标准,三、我国高速铁路、客运专线设计概况,（一）高速正线主要技术标准,1.正线数目：双线2.设计速度：本线列车设计运行速度350km/h，跨线车运行速度200km/h及以上；3.最小曲线半径：7000m，引入枢纽减、加速地段的高速正线，可采用与行车速度相适应的线路平面标准；4.最大坡度：12、局部地段不大于205.线间距：5.0m6.牵引种类：电力7.机车类型：动车组8.到发线有效长度：700m9.列车运行控制方式：自动控制10.行车指挥方式：综合调度集中,（二）主要工程特点,1、工程地质条件复杂、工点类型多2、桥梁比重大、特殊桥跨结构设计工点多3、高架站上无缝道岔、