铁路线路知识ppt课件.ppt

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1、11/26/2022,1,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,11/26/2022,2,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,11/26/2022,3,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。

2、 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。,11/26/2022,4,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：,11/26/2022,5,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；

3、(4)用来保持轨道的平顺性和轨向。,11/26/2022,6,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

4、、砂岩、玄武岩等经过破碎筛选而成的道碴。,11/26/2022,7,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。,11/26/2022,8,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

5、阻力。 我国的道床肩宽，在非无缝线路上定为2030cm；在无缝线路上定为4045cm，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。,11/26/2022,9,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

6、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 b：道床压力 ：道床加速度,11/26/2022,10,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。,式中y道床下沉量(mm)； x荷载循环重复作用次数； 实验次数。,11/26/2022,11,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

7、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。,11/26/2022,12,第一节 铁路线路的组成,钢轨,11/26/2022,13,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：,11/26/202

8、2,14,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。,11/26/2022,15,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。,11/26/2022,16,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

9、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、6

10、0m、70m三种。美国为11.8923.96m，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。,11/26/2022,17,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,11/26/2022,18,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810mm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

11、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。,11/26/2022,19,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

12、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。,11/26/2022,20,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

13、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515mm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

14、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,11/26/2022,21,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。,11/26/2022,22,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

15、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。,11/26/2022,23,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

16、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。,11/26/2022,24,第一节 铁路线路的组成,轨枕,11/26/2022,25,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

17、。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。,11/26/2022,26,第一节 铁路线路的组成,无碴轨道（无砟铁路轨道）：不用道碴作为轨道铺垫材料的轨道 在铁路上，“砟”的

18、意思是小块的石头。常规铁路都在小块石头的基础上，再铺设枕木或水泥钢轨，但这种铁路不适于列车高速行驶。世界高速铁路的发展证实，高速铁路基础工程如果使用常规的轨道系统，道砟粉化严重，线路维修频繁，安全性、舒适性、经济性相对较差。无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。 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。,11/26/2022,27,第一节 铁路线路的组成,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钢枕：钢枕则很少使用

19、 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忱，其长度有2.64.85m等多种。每公里线路上铺设轨枕的数量，一般在14401840根之间，应结合运量和行车速度等运营条件而确定。,11/26/2022,28,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。,11/26/2022,29,第一节 铁路线

20、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,型弹条扣件,11/26/2022,30,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。,11/26/

21、2022,31,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。,11/26/2022,32,第一节 铁路线路的组成,道岔： 道岔是一个特殊的轨道结构 作用：使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备。在车站上大量铺设，用的最多的是单开道岔。1、普通单开道岔(1)组成：转辙器、辙叉及护轨、连接部分。,11/26/2022,33,第一节 铁路线路的组成,转辙器 组成：两根基本轨、两根尖轨、转辙机械； 作用：操作转折机械可以改变尖轨的

22、位置，确定道岔的开通方向。,11/26/2022,34,第一节 铁路线路的组成,辙叉及护轨 组成：辙叉心、翼轨、护轨； 作用：保证车轮安全通过两股轨线的相互交叉处。 有害空间：从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间，存在一个轨线中断的空隙。 a、由于有害空间的存在，当机车车辆通过辙叉有害空间时，轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨； b、设置护轮轨的运行方向实行强制性的引导。,11/26/2022,35,第一节 铁路线路的组成,道岔有害空间是限制列车过岔速度的一个重要因素。 活动心轨道岔：消灭有害空间，适应列车高速运行要求。 a、活动心轨和心轨是同时被扳动的； b、当尖轨开通某一方向时，活动心轨的辙叉心

23、轨就与开通方向一致的翼轨密贴，而与另一翼轨分开，从而消灭了有害空间， 使列车安全通过道岔。连接部分组成：两根直轨，两根导曲轨；作用：连接转辙器和辙叉器及护轨部分，使之成为一组完整道岔。,11/26/2022,36,第一节 铁路线路的组成,(2)用中心线表示道岔一般在图纸上，都采用中心线形式表示道岔。,11/26/2022,37,第一节 铁路线路的组成,(3)道岔号数道岔因其辙叉角的大小不同，有不同的道岔号 (N)【结论】 越小 ，则N越大，导曲线半径越大，道岔全长越长，列车过道岔平稳且过岔速度越高；越小，则相反。常用道岔有关指标,11/26/2022,38,第一节 铁路线路的组成,2、其他类型

24、道岔与交叉设备 双开道岔 道岔衔接的两条线路各自向两侧分岔。,11/26/2022,39,第一节 铁路线路的组成,三开道岔可以同时衔接三条线路。,11/26/2022,40,第一节 铁路线路的组成,交分道岔四组单开道岔和一副菱形交叉设备的结合体。,11/26/2022,41,第一节 铁路线路的组成,交叉设备 只有辙叉而无转辙器部分，机车车辆通过交叉设备时，只能沿着原来的线路继续运行而不能转线。,11/26/2022,42,第一节 铁路线路的组成,交叉渡线由四副单开道岔和一组菱形交叉设备组合而成。,11/26/2022,43,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：

25、 涵洞：,11/26/2022,44,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。,11/26/2022,45,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。,11/26/2022,46,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,11/26/2022,47,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

26、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。,11/26/2022,48,第一节 铁路线路的组成,11/26/2022,49,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、

27、拱形等。,11/26/2022,50,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。,11/26/2022,51,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

28、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。,11/26/2022,52,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。我国铁路共分为三个等级,注：1、远期指交付运营后第十年；2、年货运量为重车方向，每对旅客列车上下行各按0.7Mt(Mt:百万吨)年货运量折算。,11/26/2022,53,第二节 线路的平面和纵断面,铁路主要设计标准：选定铁路主要技术标准是设计铁路的基本

29、决策，应根据国家要求的年输送能力和确定的铁路等级，考虑沿线资源分布和国家科技发展规划，并结合设计线的地形、地质、气象等自然条件，经过论证比选确定。铁路主要技术标准：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、闭塞类型、到发线有效长度。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素。选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响。,11/26/2022,54,第二节 线路的平面和纵断面,二、铁路线路平面(一)铁路线路平面组成要素线路中心线在水平面上的投影，叫作铁路线路平面（如下图所示）。曲线和直线是线路平面的组成要素。 (二)运行阻力列车在线路上运行时，所受阻力可归纳为

30、两类：基本阻力和附加阻力。基本阻力：列车在空旷地面沿平、直轨道运行时所受的阻力。如：轴与轴承间、轮轨之间钢轨接头撞击等。附加阻力：列车在线路上运行时受到的额外阻力。如：坡道阻力、曲线阻力、启动阻力等。,11/26/2022,55,第二节 线路的平面和纵断面,(三)曲线阻力曲线阻力产生原因：1、离心力作用，使外侧车轮轮缘挤压外轨，摩擦增大。2、在曲线上，外轨长于内轨，内侧车轮在轨面上滚动时相对产生滑动，摩擦增大。曲线阻力的大小 式中r单位曲线阻力(N/kN)，即列车每一吨重量所摊到的曲线附加阻力值；R 曲线半径(m)；700试验得出的常数。 上述公式为列车全部运行在曲线上时所得。 【结论】曲线阻

31、力与曲线半径成反比，曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件越差。但容易适应较困难的地形，对工程条件有利。,11/26/2022,56,第二节 线路的平面和纵断面,曲线半径的选用：在设计铁路线时，必须根据铁路所允许的旅客列车的最高运行速度，由大到小合理选用曲线半径。我国铁路线路设计规范中规定铁路平面曲线半径有：4000、3000、2500、2000、1500、1200、1000、800、700、600、550、500、450、400、350 m。,11/26/2022,57,第二节 线路的平面和纵断面,为了保证线路的通过能力，并有一个良好的运营条件，区间正线最小曲线半径规定如下：区间正线最小曲线半

32、径,11/26/2022,58,第二节 线路的平面和纵断面,在铁路线上，直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间需要插入一段缓和曲线，如上图所示，其中h是外轨超高，v是平均速度。 缓和曲线的半径是变化的、它与直接衔接一端的半径是无穷大，逐渐变化到等于它所衔接的困曲线半径(R)。 这样，能保证列车平稳地从直线段进入圆曲线(或从圆曲线进入直线段)，使离心力逐渐增加(或消夫)，可避免轮轨间的突然冲击，提高列车运行速度并提高旅客的舒适感。,11/26/2022,59,第二节 线路的平面和纵断面,三、铁路线路纵断面(一)铁路线路纵断面组成要素线路纵断面定义：线路中心线(曲线部分展直后)在垂直面上的投影，叫做

33、线路纵断面（如下图所示）。 线路纵断面组成要素：为了适应地面的起伏，线路上除了平道外，还修成不同的坡道。因此平道与坡道就成了线路纵断面的组成要素。,11/26/2022,60,第二节 线路的平面和纵断面,(二)坡道阻力坡道的陡与缓用坡度来表示。坡度的大小用千分率来表示。i=sin 坡道阻力：列车在坡道上运行时，会受到一种由坡道引起的阻力，这一阻力叫坡道阻力。,机车车辆所受的重力Qg可分为两个分力F1和F2，F1由轨道的反作用力所抵消，则F2就是坡度附加阻力。,11/26/2022,61,第二节 线路的平面和纵断面,单位坡道阻力：列车平均每一千牛质量所受到的坡道阻力。,式中r单位坡道阻力； i

34、坡道的坡度数。【结论】1、列车单位坡道阻力，在数值上等于坡道坡度的千分数。2、列车上坡时，坡道阻力为“+”，列车下坡时，坡道阻力为“-”。3、坡度越大，上坡阻力越大，同一台机车(在列车运行速度相同条件下)所能牵引的列车重量则减小。,11/26/2022,62,第二节 线路的平面和纵断面,四、线路曲线对列车运行的影响与铁路信号的关系(一)限制行车速度外轨超高： 机车车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用使曲线外轨承受了较大的压力，必须将外轨抬高， 使机车车辆内倾，以平衡离心力的作用，外轨比内轨高出的部分称为超高。,11/26/2022,63,第二节 线路的平面和纵断面,曲线外轨超高量的计算： 式中

35、： v2max列车最高运行速度 R 曲线半径 我国铁路规定：单线铁路超高最大值为125 mm 双线铁路超高最大值为150 mm。外轨超高、轨距加宽的设置办法:从缓和曲线的起点开始，逐渐增加，到圆曲线起点时，超高和加宽部分达到规定的数值。,11/26/2022,64,第二节 线路的平面和纵断面,三、铁路曲线与轨距的关系1、直线部分的轨距和水平 轨距:两股钢轨轨头顶面下16mm范围内两钢轨作用边之间的最小距离。S0(轨距)q(轮对宽度)(活动量),11/26/2022,65,第二节 线路的平面和纵断面,轨距类型:标准轨距1435mm宽轨距1520、1524、 1676mm窄轨距1000、1067m

36、m等我国主要采用1435mm。(台湾省有采用1067mm；成都铁路局开远分局有采用1000mm)水平直线地段两根钢轨的顶面应保持在同一水平(允许误差4 mm)。,11/26/2022,66,第二节 线路的平面和纵断面,2、曲线部分的轨距和水平 固定轨距：机车车辆走行部中只能保持平行而不能作相对运动的车轴中心线间的最大距离。 在通常情况下，如上图示，转向架通过曲线时两个轮对同两钢轨之间的相互位置是前一轮对的外轮轮缘和后一轮对的内轮轮缘紧靠着钢轨。这时所要求的轨距应该是：,11/26/2022,67,第二节 线路的平面和纵断面,S=q最大+f 从图中可见，当曲线半径越小时，f的值也就越大。 当f

37、时，轨距就必须加宽，否则轮对将在轨道中被卡住。这就是在曲线处轨距要加宽的原因。 但当曲线半径越大， f 时，轨距就不需要加宽了。,11/26/2022,68,第二节 线路的平面和纵断面,四、线路平面与铁路信号的关系 为便于司机瞭望，信号机最好设在线路的直线线段上，因为曲线会影响信号机的显示距离。如下图所示。尽管信号光束的散角为上下2o，但在曲线处仍不能保证司机能连续地看到信号显示。为此，当信号机的设置位置避不开小半径的曲线时，有必要在信号机机构内增设一块偏光玻璃，以扩大信号光束的散角。,11/26/2022,69,第二节 线路的平面和纵断面,在两条平行线路的曲线处、若一前一后设置信号机时，最容

38、易被司机误认。如下图所示，在夜间，由A方向开来的列车，容易把信号机b的信号显示误认为是给自己的，因为从远处看信号机b的信号显示在左侧，而信号机a的信号显示反而在右侧。为此，在曲线处不准一前一后设置信号机，必须并排设置，如图中信号机a和信号机b那样。 信号机设在线路旁离开线路中心要有一定距离，要符合建议接近限界要求。因为曲线处的轨距有时加宽，这对信号机距曲线线路中心的距离也应该相应地加大。,11/26/2022,70,第二节 线路的平面和纵断面,五、线路坡道对列车运行的影响 用千分率表示坡道的坡度数用i表示之一，列车总重力用(P十G)g表示，对整个列车的坡道附加阻力用 (N)表示之，则单位坡道的

39、附加阻力为： 上式说明列车单位坡道阻力在数值上等于坡道坡度的千分数i。例如，列车运行在6上坡道上，单位坡道阻力i =6N/kN，如在6下坡道上运行时，i-6N/kN。,11/26/2022,71,第二节 线路的平面和纵断面,由上可见，坡道的坡度越大，则坡道的附加阻力也越大。在某一铁路区段，当牵引类型定下来以后，确定货物列车最大重量的坡道坡度。称为限制坡度(ix)(包括坡道上的曲线附加阻力)，简称限坡。1、在一般情况下，限制坡度的数值往往和区段内陡长上坡道的最大坡度值相当。 ix=imax,11/26/2022,72,第二节 线路的平面和纵断面,2、如果在坡道上又有曲线(列车既上坡又拐弯时)，那

40、么这一坡道的坡道阻力和曲线阻力之和，不能大于该区段规定的限制坡度的阻力值。即 10.i+Wr 10.ix ixi+Wr/10 限制坡度的选定十分重要，它会影响一个区段甚至全线的运输能力。,11/26/2022,73,第二节 线路的平面和纵断面,为了合理选用限制坡度，我国铁路技术管理规程规定如下： 区间线路最大限制坡度(),各级铁路的加力牵引坡度，内燃机牵引的可用至25，电力牵引的可用至30。,11/26/2022,74,第二节 线路的平面和纵断面,六、线路纵断面与铁路信号的关系 在设置信号机时，信号机应避开设在比起动坡度还大的坡道上。道理很明显，列车停在起动坡度的坡道上刚刚能够起动，如果停在比

41、起动坡度还大的坡道上，则就不能再起动了。如果避不开这种坡道，必须在信号机上加装容许信号，对指定的货物列车，准许其在该信号机显示停车信号时不停车，用低速继续前进，但要求它随时都要作好停车准备、即遇到前方有障碍时及时停车。 禁止把信号机设在凹形有害坡度的坡道上。因为在此种地点停车后再起动时容易引起断钩事故。列车在下坡道上运行时，如果不制动就会超过线路最大容许速度，则该坡道的坡度叫做有害坡度，如图所示。列车停在凹形有害坡度的坡道上时，车钩在受压状态，起动时将突然受到强大拉力、容易产生断钓事故。 起动坡度与有害坡度的大小，都决定于牵引类型和牵引重量。其具体数值各铁路线不同。,11/26/2022,75

42、,第二节 线路的平面和纵断面,在进站信号机外方的制动距离(800m)范围内，如果向车站方向有6及其以上的下坡道时，则在接车股道末端无线路隔开设备的情况下，禁止同时接发列车。如图，在下行进站信号机X的外方800m范围内向车站方向有6的下坡道。接车股道末端又没有线路隔开设备(如铺设有虚线那样的安全线，就叫做有线路隔开设备)。因此，为了保证列车运行的安全，避免进站列车因停不住车引起两列车冲突，则要求另一列车在站外停车，不准许同时进站。这种情况就叫做不准许同时接车。如果有图中虚线所示的线路隔开设备，条件就变了，就准许同时接车。,11/26/2022,76,第二节 线路的平面和纵断面,应当注意，上述80

43、0m范围内往往由几个坡段组成，例如上图中的上行方面是由三个坡段组成的。这时，需要对坡度进行换算，看看它的换算坡度是否达到6。其换算方法如下： 设坡段的实际长度为l(m)，坡段的实际拾高米数为X，则 图中的换算坡度为：,11/26/2022,77,第三节 限 界,(一)作用确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击临近线路的建筑物和设备。 (二)定义对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超过的轮廓尺寸线，称为限界。(三)类别类别包括基本限界和超限限界。(1)基本限界机车车辆限界：机车车辆横断面的最大极限。建筑接近限界：是一个和线路中心线垂直的横断面。,11/26/2022,7

44、8,第三节 限 界,(a)机车车辆限界及直线建筑接近限界,11/26/2022,79,第三节 限 界,(2)超限限界超限限界：货物任何部分的高度和宽度超过机车车辆限界时，称为超限限界。根据货物超限的程度可分为：一级超限、二级超限、超级超限。,(b)一级、二级超限限界,11/26/2022,80,第二部分 铁路选线设计总论,第一节 铁路选线设计的基本任务与步骤 一、铁路选线设计的基本任务 二、铁路选线设计的步骤 三、路网规划第二节 铁路选线设计工作的演进第三节 铁路运量 一、客货运量的重要性 二、客货运量的调查和预测 三、设计线运量资料第四节 信号设备与列车运行控制 一、信号设备 二、列车运行控

45、制 三、高速铁路信号设备与列车运行控制,11/26/2022,81,一、铁路选线设计的基本任务 铁路选线设计是一项综合性的复杂任务，它涉及到各种建筑和设备的设计问题，共基本任务主要是： (1)根据设计线在路网中的地位和作用以及所担负的客、货运量确定线路的类别； (2)以线路类别为基础，结合地形、地质等自然条件，选择线路走向与主要技术标准； (3)设计线路的平面和纵断面位置； (4)确定各种建筑物和设备在线路上的位置； (5)通过方案比较，选出能力大、质量高、效益好且安全可靠的线路方案。,第一节 铁路选线设计的基本任务与步骤,11/26/2022,82,一般所称的铁路设计是包含铁路勘测与设计两部

46、分概念。 勘测是对设计的路线收集设计所需要的一切资料； 设计是根据勘测资料对线路及其所有建筑物和设备的位置、大小和结构进行规划和具体设计。 为了保证高质量完成上述任务，必须在设计的程序和工作内容上划分明确的阶段，逐步解决各阶段中的设计问题。 铁路设计的前期工作分为预可行性研究和可行性研究两个阶段；铁路设计则分为初步设计和施工图两个阶段。,二、铁路选线设计的步骤,11/26/2022,83,1、预可行性设计在预可行性研究中，从宏观上论证项目的必要性，为项目建议书提供必要的基础资料。2、可行性研究工作内容包括：线路方案，建设规模，主要技术标准，主要设计原则，主要设备制式、类型3、初步设计主要解决：

47、各类工程的设计方案和技术问题，工程数量，主要设备数量。主要材料数量，用地拆迁数量，施工组织设计及概算。,二、铁路选线设计的步骤,11/26/2022,84,4、施工图施工图设计主要是提供设计图与设计的说明，资料表与大样图、施工注意事项等。5、工程施工和设备安装根据施工图、设计资料进行线路工程和各项建筑物施工和设备安装，并达到通车运行的要求。6、验交投产，正式运营全线竣工通车并经试运行后，提交管理部门验收，投入正式运营。7、后评估在铁路运营若干年后，由建设单位会同有关部门进行后评估。,二、铁路选线设计的步骤,11/26/2022,85,铁路运输系统，或称路网。是指在全国或地区范围内为满足客货运输

48、需求而建设的相互联结的铁路干线、支线、联络线和铁路枢纽构成的铁路网络系统。路网规划一般可分为全国铁路网及区域路网、铁路运输通道及铁路线以及铁路技术设备三个层次。,三、路网设计,11/26/2022,86,全国路网规划主要是制定路网发展的方针政策，拟定适应国民经济发展需求的路网规模、投资比重、路网结构及主要干线布局等重大课题。区域路网规划主要解决的问题是区域运输需求预测、客货流结构分析、主要通道建设与发展现划以及区域路网利用与发展优化等。铁路运输通道和铁路线，主要是研究铁路运输通道的组成、各铁路线的技术经济特征以及客货流在各铁路线期间的合理分配等问题。铁路技术设备包括线路、车站、枢纽等，主要研究

49、各种技术设备的设计规范、合理布局以及各种技术作业的合理流程。,三、路网设计,11/26/2022,87,图1 京张铁路比较示意图,第二节 铁路选线设计工作的演进,20世纪初：京张铁路,11/26/2022,88,图3 宝成铁路通过秦岭山脉的一段线路,第二节 铁路选线设计工作的演进,宝成铁路：,11/26/2022,89,图2 秦岭隧道穿过的分水岭垭口，山头那边就是长江流域,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,90,图4 秦岭隧道地形图,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,91,图5 成昆线一线天桥石拱桥,第二节 铁路选线设计工作的演进,成昆铁路：,11/26

50、/2022,92,图6 成昆线一线天桥石拱桥,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,93,图7 成昆线迎水河桥,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,94,图8 成昆线迎水河桥,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,95,图9 成昆线孙水河五河桥,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,96,图10 成昆线乌斯河至泸沽段线路平面示意图,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,97,京九铁路：,第二节 铁路选线设计工作的演进,11/26/2022,98,南昆铁路地理位置图,第二节 铁路选线设计工作的演进,南昆铁路：,11