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
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