鐵道概論第二章 鐵路線路--平縱斷面 教育學(xué)習(xí)

鐵路線路線路平縱斷面,天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,鐵道概論,1,優(yōu)選內(nèi)容,2,優(yōu)選內(nèi)容,鐵路線路是機(jī)車車輛和列車運(yùn)行的基礎(chǔ)。鐵路線路是由路基、橋隧建筑物和軌道組成的一個(gè)整體工程結(jié)構(gòu)。,第二章鐵路線路,3,優(yōu)選內(nèi)容,新線和改建鐵路施工前，需要進(jìn)行大量的調(diào)查研究、技術(shù)勘測及總體規(guī)劃、個(gè)體工程設(shè)計(jì)等工作，即勘察設(shè)計(jì)。鐵路建設(shè)的三個(gè)階段：前期工作階段：主要進(jìn)行方案研究、初測和初步設(shè)計(jì)工作?；窘ㄔO(shè)階段：主要進(jìn)行定測、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行工程施工、驗(yàn)交投產(chǎn)。投資效果反饋：鐵路運(yùn)營若干年后，由建設(shè)單位會(huì)同有關(guān)部門，對(duì)工程質(zhì)量、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益等考察驗(yàn)證，以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。,2.1.1鐵路的勘測設(shè)計(jì),2.1鐵路線路的平縱斷面,4,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.2鐵路等級(jí)及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鐵路等級(jí),注：近期為交付運(yùn)營后第10年。,線路等級(jí)是鐵路的基本標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)鐵路時(shí)，首先要確定鐵路等級(jí)。鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和裝備類型都要根據(jù)鐵路等級(jí)來選定。,5,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.2鐵路等級(jí)及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)國家要求的年輸送能力和確定的鐵路等級(jí)，考慮沿線資源分布和國家科技發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合設(shè)計(jì)線路的地形、地質(zhì)、氣象等自然條件，經(jīng)過慎重比選，慎重決定鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：正線數(shù)目、限制坡度、最小曲線半徑、牽引種類、機(jī)車類型、機(jī)車交路、車站分布、到發(fā)線有效長度和閉塞類型等。,6,優(yōu)選內(nèi)容,高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)速度；正線線間距；最小平面曲線半徑；最大坡度；到發(fā)線有效長度；動(dòng)車組類型；列車運(yùn)行控制方式；行車指揮方式；最小行車間隔。,7,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,8,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,1、按用途正線：連接車站并貫穿或直股伸入車站的線路。,站線：供列車到達(dá)或出發(fā)使用的到發(fā)線，為列車編組、解體、轉(zhuǎn)線使用的調(diào)車線，為貨物裝卸設(shè)的貨物線等。,正線,貨物線,到發(fā)線,調(diào)車線,調(diào)車線,9,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,1、按用途段管線是指由機(jī)務(wù)、車輛、工務(wù)、電務(wù)、供電等段專用并由其管理的線路。如機(jī)務(wù)段的機(jī)車準(zhǔn)備線、機(jī)車轉(zhuǎn)頭用的三角線、轉(zhuǎn)盤線、卸油線；車輛段內(nèi)車輛檢修作業(yè)用的線路和工務(wù)、電務(wù)、供電段內(nèi)停留軌道車、作業(yè)車及其他車輛用的線路。,段管線,段管線,10,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,1、按用途岔線是指在區(qū)間或站內(nèi)與鐵路接軌，通往路內(nèi)外單位（廠礦企業(yè)、砂石場、港口、碼頭、貨物倉庫）專用線路。,岔線,11,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,1、按用途為防止列車或機(jī)車、車輛進(jìn)入另一列車運(yùn)行線，防止進(jìn)站停車的列車駛過警沖標(biāo)進(jìn)入?yún)^(qū)間，在支線與正線或到發(fā)線銜接處鋪設(shè)的有效長度不小于50m的盡頭線叫安全線。,安全線,12,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,1、按用途為防止在陡長的坡道上失去控制的列車發(fā)生沖突或顛覆，根據(jù)線路情況，計(jì)算確定在區(qū)間或站內(nèi)設(shè)置避難線，避難線一般設(shè)計(jì)為有較大的上升坡度，以減緩失控列車的速度。,避難線,13,優(yōu)選內(nèi)容,2.1.3線路分類,2、正線數(shù)目,14,優(yōu)選內(nèi)容,鐵路線路在空間的位置是用它的中心線來表示的。,2.2鐵路線路的平面和縱斷面,15,優(yōu)選內(nèi)容,2.2鐵路線路的平面和縱斷面,線路中心線是指距鋼軌工作邊半個(gè)軌距的鉛垂線AB與兩路肩邊緣水平連線CD交點(diǎn)O的縱向連線。如下圖所示：,O,16,優(yōu)選內(nèi)容,線路中心線在水平面上的投影，叫做鐵路線路的平面(俯視)，表明線路的直、曲變化狀態(tài)（走向）；線路中心線展直后在鉛垂面上的投影，叫鐵路線路的縱斷面（側(cè)視），表明線路的坡度變化（起伏）。,線路平面,2.2鐵路線路的平面和縱斷面,17,優(yōu)選內(nèi)容,線路位置示意圖,18,優(yōu)選內(nèi)容,我國鐵路曲線的基本形式是：直線緩和曲線圓曲線緩和曲線直線,2.2.1鐵路線路的平面及平面圖,一、線路平面組成,19,優(yōu)選內(nèi)容,線路曲線地段,鐵路線路在轉(zhuǎn)向處所設(shè)的曲線，圓曲線基本組成要素有：曲線半徑R，曲線轉(zhuǎn)角，曲線長L，切線長度T；,1.圓曲線,2.2.1鐵路線路的平面及平面圖,20,優(yōu)選內(nèi)容,圓曲線半徑的大小，反映了曲線彎曲度的大小。圓曲線半徑越小，彎曲度越大。一般情況下，曲線半徑越大，行車速度可以越高，但工程費(fèi)用越高。小半徑曲線具有容易適應(yīng)地形困難的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工程條件有利。列車在曲線上行駛的速度越快，所產(chǎn)生的離心力也就越大，為保證列車運(yùn)行的安全、平衡和舒適，必須限制列車通過曲線時(shí)的速度。為了測設(shè)、施工和養(yǎng)護(hù)的方便，曲線半徑一般應(yīng)取50、100m的整數(shù)倍。,曲線半徑對(duì)運(yùn)營的影響,21,優(yōu)選內(nèi)容,不考慮緩和曲線時(shí)，直接根據(jù)數(shù)學(xué)公式可以得出：,切線長度：,曲線長度：,10的弧長:,圓曲線的計(jì)算,在線路設(shè)計(jì)時(shí)，一般是先設(shè)計(jì)出,和R，再計(jì)算出T和L。,無緩和曲線的曲線地段,22,優(yōu)選內(nèi)容,區(qū)間線路的最小曲線半徑客貨共線、級(jí)鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑,客運(yùn)專線鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑和最大曲線半徑,23,優(yōu)選內(nèi)容,外軌超高,為了平衡離心力，使內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻，垂直磨耗均等，旅客不因離心加速度而感到不適，將外軌抬高一定程度。,外軌超高,24,優(yōu)選內(nèi)容,為防止輪對(duì)被軌道楔住或擠翻鋼軌，對(duì)于小半徑曲線的軌距要適當(dāng)加寬，以使機(jī)車車輛能順利通過曲線，并使鋼軌與車輪間的橫向力最小，減少輪軌間的磨耗。,軌距加寬,25,優(yōu)選內(nèi)容,2.緩和曲線,為保證列車安全，使線路平順地由直線過渡到圓曲線或由圓曲線過渡到直線，以避免離心力的突然產(chǎn)生和消除，常需要在直線與圓曲線之間設(shè)置一個(gè)曲率半徑變化的曲線，這個(gè)曲線稱為緩和曲線。緩和曲線介于直線與圓曲線之間，是一個(gè)過渡區(qū)域。,26,優(yōu)選內(nèi)容,緩和曲線,直線,圓曲線,設(shè)置緩和曲線目的是為了保證列車通過曲線時(shí)的安全、平順，以及乘客乘坐舒適。,27,優(yōu)選內(nèi)容,緩和曲線半徑從R（或R）；運(yùn)行中列車的離心力逐漸（或）；緩和曲線軌距加寬逐漸（或）；緩和曲線外軌超高逐漸（或）。,28,緩和曲線,直線,圓曲線,緩和曲線的特點(diǎn),28,優(yōu)選內(nèi)容,緩和曲線方程式,我國鐵路常用的緩和曲線屬于三次拋物線型，其方程式為：,式中：y緩和曲線上任意點(diǎn)的縱坐標(biāo)，m；X緩和曲線L任意點(diǎn)的橫坐標(biāo)，m；R圓曲線半徑，m；L0緩和曲線長度，m。,29,優(yōu)選內(nèi)容,（3）緩和曲線的設(shè)置,緩和曲線應(yīng)有足夠的長度，在這個(gè)長度內(nèi)，需完成曲線的外超高順坡、軌距加寬的遞減。同時(shí)，應(yīng)該滿足以下兩點(diǎn)運(yùn)營要求：,1）車輪的輪緣不致爬上內(nèi)軌。外軌超高的坡度限制為：,式中:Kmin機(jī)車或車輛最小輪緣高，mmDmax機(jī)車或車輛最大固定軸距,mm,當(dāng)以輪緣最小高度28mm及最大固定軸距6.5代入，得到：在實(shí)際取值中,i0一般不大于2，以保證車輪輪緣無爬上內(nèi)軌危險(xiǎn)。此時(shí)計(jì)算出緩和曲線長為:,30,優(yōu)選內(nèi)容,2）保證乘客乘座舒適,當(dāng)列車從直線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，外側(cè)車輪在外軌上逐漸升高；當(dāng)列車從圓曲線段進(jìn)入緩和曲線范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，外側(cè)車輪在外軌上逐漸降低。如果升降速度過快，會(huì)引起乘客的不舒適感設(shè)。設(shè)以f（mm/s)表示外側(cè)表示外側(cè)車輪升降速度，則存在如下關(guān)系式：,通常規(guī)定，在一般地段，f=32mm/s；在困難地段，f=40mm/s?？梢苑赐瞥觯?在選線設(shè)計(jì)中，緩和曲線的長度可以按照下表取值：,31,優(yōu)選內(nèi)容,普速地段緩和曲線長度表（m）,32,優(yōu)選內(nèi)容,高速鐵路緩和曲線長度表（m）,33,優(yōu)選內(nèi)容,轉(zhuǎn)向相同的相鄰兩曲線稱為同向曲線。轉(zhuǎn)向相反的相鄰兩曲線稱為反向曲線。介于兩同向曲線間或兩反向曲線間一般不太長的直線，稱為夾直線。設(shè)置夾直線的目的：保證行車運(yùn)行平順；確保乘客乘坐舒適感。,3.同向曲線、反向曲線、夾直線,圖同向曲線與夾支線,圖反向曲線與夾支線,34,優(yōu)選內(nèi)容,在線路設(shè)計(jì)中，夾直線的最小長度值見下表,35,優(yōu)選內(nèi)容,36,曲線路段對(duì)運(yùn)營的影響,限制列車運(yùn)行速度；增加輪軌磨耗；增加軌道設(shè)備；增加軌道養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。,36,優(yōu)選內(nèi)容,4.曲線附加阻力,曲線附加阻力：機(jī)車車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)的阻力大于同樣條件下直線上運(yùn)行的阻力，其增大部分叫曲線附加阻力，簡稱曲線阻力。,產(chǎn)生原因：機(jī)車、車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)，輪軌間的縱向和橫向滑動(dòng)、輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)面的摩擦增加，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向和側(cè)向力作用，上下心盤等部分摩擦加劇。,曲線半徑愈小，曲線附加阻力愈大。采用大半徑曲線對(duì)列車運(yùn)行的影響小。,37,優(yōu)選內(nèi)容,用一定的比例尺，把線路中心線及其兩側(cè)的地面情況投影到水平面上，就是鐵路線路平面圖。線路平面圖和縱斷面圖是鐵路勘測設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的重要文件。,5、鐵路線路平面圖,線路平面圖,38,優(yōu)選內(nèi)容,線路縱斷面由平道、坡道及設(shè)于變坡點(diǎn)處的豎曲線組成。,二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖,1、變坡點(diǎn)、坡段、坡度、豎曲線,坡度指以坡段終點(diǎn)對(duì)起點(diǎn)的高差與兩點(diǎn)之間水平距離的比值.用i表示。,39,優(yōu)選內(nèi)容,坡道坡度及坡道附加阻力示意圖,40,優(yōu)選內(nèi)容,二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖,坡道坡度及坡道附加阻力示意圖,2、坡道附加阻力,Q,坡道阻力是機(jī)車、車輛的重力沿軌道下坡方向的分力。單位坡道阻力等于坡度的千分?jǐn)?shù)i（N/KN）,=i,有正負(fù)區(qū)分,坡度越大，列車上坡時(shí)的坡道阻力也越大，同一臺(tái)機(jī)車（在列車運(yùn)行速度相同的條件下）所能牽引的列車質(zhì)量也就越小。,41,優(yōu)選內(nèi)容,（1）限制坡度,3、限制坡度、加力牽引坡度,在一個(gè)區(qū)段上，決定一臺(tái)某一類型機(jī)車所能牽引的貨物列車質(zhì)量（最大值）的坡度。又陡又長限制坡度小，列車質(zhì)量可以增加，運(yùn)輸能力就大，運(yùn)營費(fèi)用就越省。但是限制坡度過小，不容易適應(yīng)地面的天然起伏，特別是地形變化大的地段，使工程量增大，造價(jià)提高。,新建鐵路的最大坡度，在單機(jī)牽引路段稱限制坡度，在兩臺(tái)及以上機(jī)車牽引路段稱加力牽引坡度，其中最常見的為雙機(jī)牽引，稱雙機(jī)牽引坡度。,42,優(yōu)選內(nèi)容,客貨共線、級(jí)鐵路區(qū)間線路最大限制坡度,限制坡度的選定，需要考慮以下問題：首先，要確保列車運(yùn)行速度不能過低。其次，需考慮：鐵路等級(jí)、地形條件、牽引種類、運(yùn)輸要求、鄰線牽引定數(shù)。,43,優(yōu)選內(nèi)容,不同限坡的起伏縱斷面,44,優(yōu)選內(nèi)容,（2）加力牽引坡度,在一條鐵路線的全線范圍內(nèi)，地形是不相同的。有一般地段，有困難地段，還可能有特殊困難地段(如跨越山嶺地段)。在特殊困難地段，線路縱斷面的設(shè)計(jì)有兩個(gè)方案：A.可以修建隧道穿過山嶺；B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度數(shù)值的坡段)跨越山嶺。在這個(gè)坡段上，列車必須以雙機(jī)牽引或多機(jī)牽引。這種坡段稱為加力牽引坡段。例如，我國京張鐵路的關(guān)溝段和寶成鐵路的寶鳳段，都采用了加力牽引坡段。,3、限制坡度、加力牽引坡度,45,優(yōu)選內(nèi)容,圖雙機(jī)牽引,46,優(yōu)選內(nèi)容,（3）動(dòng)能坡度,機(jī)車牽引按限制坡度計(jì)算的列車質(zhì)量，利用列車的牽引力和積累的動(dòng)能，以不低于機(jī)車的計(jì)算速度所闖過的、大于限制坡度的坡度稱動(dòng)能坡度。,3、限制坡度、加力牽引坡度及動(dòng)能坡度,47,優(yōu)選內(nèi)容,相鄰兩坡段(平道與坡道、坡道與坡道)的交點(diǎn),叫變坡點(diǎn)。相鄰兩變坡點(diǎn)間的水平距離稱為坡段長度。列車經(jīng)過變坡點(diǎn)時(shí)，由于坡度的突然變化，車鉤內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力；坡度變化越大，附加應(yīng)力越大，兩車鉤上下錯(cuò)移量過大，容易發(fā)生斷鉤、脫鉤等事故。為了保證列車的平穩(wěn)運(yùn)行和安全，我國鐵路規(guī)定，在、級(jí)鐵路線路上，當(dāng)相鄰坡段的坡度代數(shù)差的絕對(duì)值大于3、級(jí)鐵路大于4時(shí)，應(yīng)以豎曲線連接。豎曲線是縱斷面上的圓曲線，豎曲線半徑：、級(jí)鐵路為10000m，級(jí)