鐵道概論第二章鐵路線路

《鐵道概論》第六版海南維管段中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司海南維管段第二章鐵路線路

鐵路線路是機車車輛和列車運行的基礎(chǔ)。鐵路線路是由路基、橋隧建筑物和軌道組成的一個整體工程結(jié)構(gòu)。本章內(nèi)容：§2.1概述§2.2鐵路線路的平面和縱斷面§2.3鐵路路基及橋隧建筑物§2.4軌道§2.5限界

在建筑一條鐵路之前，必須進行調(diào)查研究和勘探工作，并從若干個可供比較的方案中選出一個最優(yōu)方案來進行設(shè)計。鐵路建設(shè)的幾個階段：立項決策階段：預(yù)可行性研究、初測、環(huán)境影響、水土保持評價等；設(shè)計階段：定測、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計；工程實施階段：工程招標投標、編制開工報告，進行工程施工、驗交投產(chǎn)。

投資效果反饋：鐵路運營若干年后，由建設(shè)單位會同有關(guān)部門，對工程質(zhì)量、技術(shù)指標和經(jīng)濟效益等考察驗證，以評價設(shè)計和施工質(zhì)量。一、鐵路的勘測設(shè)計§2.1概述二、鐵路等級及主要技術(shù)標準鐵路主要技術(shù)標準包括：正線數(shù)目、限制坡度、最小曲線半徑、牽引種類、機車類型、機車交路、車站分布、到發(fā)線有效長度和閉塞類型等。這些標準是確定鐵路能力大小的決定因素，一條鐵路選用不同的標準對設(shè)計線的工程造價和運營質(zhì)量有重大影響，同時又是確定設(shè)計線的工程標準和設(shè)備類型的依據(jù)。三、鐵路的種類1、國家鐵路2、地方鐵路3、合資鐵路4、專用鐵路5、專用線鐵路線路在空間的位置是用它的中心線來表示的。§1.2鐵路線路的平面和縱斷面8§1.2鐵路線路的平面和縱斷面線路中心線是指距外軌半個軌距的鉛垂線AB與兩路肩邊緣水平連線CD交點O的縱向連線。如下圖所示：LL/2ABDCO

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)；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。線路縱斷面線路平面§1.2鐵路線路的平面和縱斷面一、鐵路線路的平面及平面圖

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α，曲線長L，切線長度T；

緩和曲線長度L0——直線與圓曲線之間的過渡線。線路的平面由直線、曲線（圓曲線及緩和曲線）組成。線路曲線地段1、曲線要素不考慮緩和曲線時，直接根據(jù)數(shù)學公式可以得出：切線長度：

曲線長度：10的弧長:

2、曲線的計算（圓曲線）HGF（1）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3、曲線地段的特點HGF外軌超高S1（1）外軌超高3、曲線地段的特點為防止輪對被軌道楔住或擠翻鋼軌，對于小半徑曲線的軌距要適當加寬(R≤350m時，≤15mm

)

，以使機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。（2）軌距加寬3、曲線地段的特點直線164、緩和曲線圓曲線R圓曲線(1)設(shè)置緩和曲線的原因ρ=∞ρ=R緩和曲線直線圓曲線為了使列車安全、平順地由直線運行到圓曲線(或由圓曲線運行到直線）而在直線與圓曲線之間設(shè)置一個曲率半徑逐漸變化的曲線稱為緩和曲線。4、緩和曲線(1)設(shè)置緩和曲線的原因①緩和曲線半徑從∞→R（或R

→∞

）；②運行中列車的離心力逐漸↑（或↓）；③緩和曲線軌距加寬逐漸↑（或↓）

；④緩和曲線外軌超高逐漸↑（或↓）

。18ρ=∞ρ=R緩和曲線直線圓曲線（2）緩和曲線的特點195、曲線路段對運營的影響限制列車運行速度；增加輪軌磨耗；增加軌道設(shè)備；增加軌道養(yǎng)護維修費用。曲線附加阻力：機車車輛在曲線上運行時的阻力大于同樣條件下直線上運行的阻力，其增大部分叫曲線附加阻力，簡稱曲線阻力。（N/KN）

ωr

——單位曲線阻力（N/KN）

R

——曲線半徑（m）600

——據(jù)試驗得出的數(shù)據(jù)。產(chǎn)生原因：機車、車輛在曲線上運行時，輪軌間的縱向和橫向滑動、輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)面的摩擦增加，同時，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。6、曲線附加阻力經(jīng)驗公式：

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、施工和運營的重要文件。7、鐵路線路平面圖線路平面圖1、變坡點、坡段、坡度、豎曲線線路縱斷面由平道、坡道及設(shè)于變坡點處的豎曲線組成。二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖線路縱斷面由平道、坡道及設(shè)于變坡點處的豎曲線組成。二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖1、變坡點、坡段、坡度、豎曲線坡度指以坡段終點對起點的高差與兩點之間水平距離的比值。

用千分數(shù)表示。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坡道阻力是機車、車輛的重力沿軌道下坡方向的分力。數(shù)值上=坡度的千分數(shù)（N/KN）i有正負區(qū)分坡度的千分數(shù)分子（1）限制坡度3、限制坡度、加力牽引坡度及動能坡度

限制坡度：在這個坡度上，一臺機車牽引列車連續(xù)上坡運行時，列車運行速度最終能夠穩(wěn)定在機車計算速度的水平上。限制坡度的選定，需要考慮以下問題：首先，要確保列車運行速度不能過低。其次，需考慮：鐵路等級、地形條件、牽引種類、運輸要求、鄰線牽引定數(shù)。（又陡又長）（2）加力牽引坡度在特殊困難地段，線路縱斷面的設(shè)計有兩個方案：

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。在這個坡段上，列車必須以雙機牽引或多機牽引。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、加力牽引坡度及動能坡度（3）動能坡度

機車牽引按限制坡度計算的列車質(zhì)量，利用列車的牽引力和積累的動能，以不低于機車的計算速度所闖過的、大于限制坡度的坡度稱動能坡度。3、限制坡度、加力牽引坡度及動能坡度

線路縱斷面圖是用一定的比例尺（水平方向為1:10000、垂直方向為1:1000）和規(guī)定的符號，把平面圖上的線路中心線展直后投影到鉛垂面上，并注有線路平面和縱斷面有關(guān)資料的圖。4、鐵路線路縱斷面圖線路縱斷面圖三、線路標志1、線路標志的作用

（1）里程標(公里標、半公里標)

公里標從鐵路線路起點開始，每走一公里設(shè)置一個；半公里標設(shè)于線路的半公里處。2、線路標志的類型及設(shè)置地點設(shè)置線路標志是為了便于工務(wù)人員從事線路的維修和養(yǎng)護；及司機和車長掌握線路的變化，安全行車。（2）曲線標

為曲線的技術(shù)參數(shù)，在上面標明曲線的有關(guān)要素(曲線長度、緩和曲線長度、曲線半徑、超高、加寬)。該標設(shè)置于圓曲線的中部，示意圖如下：2、線路標志的類型及設(shè)置地點（3）坡度標

表示該坡道的坡度大小及坡段長度，并用箭頭表示上坡和下坡。坡度標設(shè)在變坡點處。2、線路標志的類型及設(shè)置地點（4）橋梁標設(shè)在橋梁中心里程（或橋頭）處，標明橋梁編號和中心里程。2、線路標志的類型及設(shè)置地點（5）管界標

設(shè)在鐵路局、工務(wù)段、領(lǐng)工區(qū)、養(yǎng)路工區(qū)、供電段、電力段的管轄地段的分界點處，兩側(cè)標明所向的單位名稱。2、線路標志的類型及設(shè)置地點

通常，把垂直于線路中心線的路基橫截面稱為路基橫斷面，簡稱路基斷面。按照路基所處的地勢情況與橫斷面的形狀，路基斷面可以分為6類：一、路基的斷面形式

1、路堤

路基設(shè)計標高高于地面標高，用土、石填筑而成的路基。

鐵路路基是為了滿足軌道鋪設(shè)和運營條件而修建的土工構(gòu)筑物。它是軌道的基礎(chǔ)，承受并傳遞軌道的重量及列車的動載荷。§2.3鐵路路基及橋隧建筑物路堤斷面簡圖

路基設(shè)計標高低于地面標高，通過挖掘而形成的路基。路塹實物圖

路塹斷面簡圖一、路基的斷面形式2、路塹路基設(shè)計標高與地面標高相同，軌道直接鋪設(shè)在經(jīng)過處理的天然地面上。半路堤斷面簡圖不填不挖路基斷面簡圖4、半路堤在山岳地區(qū)，通過部分填筑而形成的路基。一、路基的斷面形式3、不填不挖路基

5、半路塹

在山岳地區(qū)，通過部分挖掘而形成的路基。半路塹斷面簡圖半路塹實物圖一、路基的斷面形式6、半路堤半路塹

經(jīng)過填、挖兩部分構(gòu)成的路基。半路堤半路塹斷面簡圖

一、路基的斷面形式二、路基的組成路基邊坡

鐵路路基本體組成路基路基本體路基頂面路肩排水設(shè)備防護加固建筑物1、路基頂面

路基頂面即路基的頂部，是鋪設(shè)軌道的工作面，由被道砟覆蓋的路拱和兩側(cè)的路肩組成。路基頂面的形狀，分為人字路拱（4%的排水坡）、無路拱（水平）兩種形式。

路基頂面的寬度是指從路基一側(cè)的路肩邊緣到另一側(cè)路肩邊緣之間的距離。無路拱路基斷面有路拱路基斷面路基頂面寬度示意圖二、路基的組成2、路肩與路基邊坡路肩：路基頂面兩側(cè)沒有道砟覆蓋的部分。路基邊坡：路肩邊緣以外的斜坡。路基路肩與邊坡示意圖

路肩的作用：1）抵抗路基核心部分在受壓力時向外發(fā)生擠動、變形，加強路基的穩(wěn)固性；2）防止道砟滾落于路基坡面，保持道床完整；3）便于設(shè)置必要的線路、信號標志；4）供鐵路現(xiàn)場作業(yè)人員行走，便于進行工作。二、路基的組成3、路基附屬設(shè)施排水溝

路基附屬設(shè)施的作用：保證路基的強度與穩(wěn)定。

①排水設(shè)施地面排水設(shè)施→匯集地表雨水，引到路基以外。（排水溝、截水溝）地下排水設(shè)施→截斷、疏導地下水，排出路基。二、路基的組成路基邊坡度沖刷防護②防護設(shè)施路基邊坡坡面防護→增強路基邊坡的抗風化能力。（植被、砌石）路基邊坡沖刷防護→用于濱河、河灘、水庫地段防護。3、路基附屬設(shè)施擋土墻加固工程通過修建加固結(jié)構(gòu)物或其它措施，使路基獲得穩(wěn)定。（擋土墻、扶壁、擋棚等）山體擋棚3、路基附屬設(shè)施為了跨越或穿越地形上障礙物（山河、公路及其他建筑物）需修建橋梁、隧道、涵洞、明渠。內(nèi)昆線金沙江大橋三、橋隧建筑1、橋梁的作用與分類作用：供鐵路線路跨越水流、山谷或其它建筑物的設(shè)施?？缭胶恿鳌绾訕??？缭缴焦取绻葮??？缭借F路、公路——跨線橋?？缭绞袇^(qū)、工業(yè)區(qū)、農(nóng)作物區(qū)——旱橋。

跨河橋(隴海線渭河橋)橋梁的型式很多，根據(jù)橋梁受力情況，分為5類：梁橋、拱橋、剛架橋、懸橋和組合體系橋等?？绻葮?南昆線八渡3號大橋)

跨線橋旱橋(西康線)跨河橋組成部分簡單圖

2、橋梁組成結(jié)構(gòu)我們以跨河橋為例，其組成部分為：橋面、橋跨結(jié)構(gòu)；橋墩、橋臺；墩臺及基礎(chǔ)。

橋梁由上部結(jié)構(gòu)（橋跨）和下部結(jié)構(gòu)（橋墩、橋臺、墩臺基礎(chǔ)）組成。軌道傳來的力，通過橋墩、橋臺、基礎(chǔ)，傳遞至基底面上。

隧道，鐵路穿越山嶺所開鑿的地下通道。其底部承托著軌道，四周承受著圍巖的壓力。隧道也可以代替橋梁，從河道、海峽下穿過，即水下隧道。內(nèi)昆線安邊2號隧道3、隧道的基本組成

隧道是修筑在地層內(nèi)的建筑物，鐵路隧道結(jié)構(gòu)由主體建筑物和附屬建筑物組成。

主體建筑物——洞門、洞身襯砌。作用是保持隧道的穩(wěn)定，保證列車的安全運行。

附屬建筑物——避車洞、防排水設(shè)施、通風設(shè)施。為隧道安全、養(yǎng)護與維修隧道的需要而設(shè)置。3、隧道的基本組成大瑤山隧道洞門秦嶺隧道的洞身襯砌3、隧道的基本組成隧道洞口的安全思考：如何防止仰坡塌方，落石堵塞洞口？

防排水設(shè)施

我國的隧道防排水技術(shù)，采用以“排”為主，“截、堵、排”的綜合治水方法。

“截”——截斷地表水、地下水流入隧道的通道。

“堵”——在洞身襯砌內(nèi)設(shè)置防水層，防止地下水滲入隧道。

“排”——將洞身襯砌后的積水引入隧道，通過隧道內(nèi)的水溝排出。4、鐵路隧道附屬建筑物避車洞及其作用

小避車洞——保證隧道內(nèi)維修人員的安全。大避車洞——存放工具材料。隧道兩側(cè)，每隔60m設(shè)置一小洞，每隔300m設(shè)置一大洞。

涵洞，設(shè)置在路基下的過水或通過人與車的建筑物。承受通過路基傳來的動力載荷，以及路基土體的土壓力。涵洞5、涵洞鋼軌§2.4軌道一、軌道的組成防爬設(shè)備軌枕道床聯(lián)結(jié)零件道岔作用：軌道起著機車車輛運行的導向作用，直接承受由車輪傳來的巨大壓力，并把它傳遞給路基或橋隧建筑物。普通型板式無砟軌道的組成

1）支承和引導車輪；2）為車輪滾動提供阻力較小的表面；3）承受車輪的作用力并傳布于軌枕；4）在電氣化鐵路和自動閉塞區(qū)段，作為軌道電路使用。1.鋼軌的功用二、鋼軌2.鋼軌的特點鋼軌的作用要求它應(yīng)當具備足夠的剛度、韌度、硬度、頂面粗糙等特點。

剛度——抵抗由動荷載引起的撓曲變形；韌度——防止動荷載引起鋼軌折斷；

硬度——防止被車輪壓陷或磨損太快；

頂面粗糙度——有利于機車的牽引力、制動力的實現(xiàn)。

作用于直線軌道鋼軌上的力主要豎直力，其結(jié)果使鋼軌撓曲，為了使鋼軌具有最佳的抗撓曲性能，鋼軌采用“工”字形斷面，由軌頭、軌腰和軌底組成。為使鋼軌更好承受來自各方面的力，軌腰應(yīng)具有一定高度；軌頭為適應(yīng)輪軌接觸，應(yīng)大而厚，并具有足夠面積；為保證穩(wěn)定性，軌底應(yīng)有足夠?qū)挾群鸵欢ê穸取?、鋼軌斷面

在我國，鋼軌的類型以每米長度的大致質(zhì)量的kg整數(shù)（kg/m）表示，現(xiàn)行的標準鋼軌類型有：75kg/m、60kg/m

、50kg/m

等。4、鋼軌類型及長度我國標準鋼軌長度為12.5及25m兩種。

為使鋼軌接頭對接，曲線內(nèi)股應(yīng)使用廠制縮短軌。12.5m標準軌的縮短量為40mm，80mm，120mm三種；25m標準軌的縮短量為40mm，80mm，160mm三種。5、軌縫

普通軌道為適應(yīng)鋼軌熱脹冷縮的需要，鋼軌接頭處必須留有一定的縫隙。預(yù)留軌縫不應(yīng)太小，以免高溫時鋼軌伸長而無伸長余地；軌縫也不應(yīng)太大，以免低溫時鋼軌縮短，縫隙過大，嚴重影響運行。式中：δ—計算軌縫尺寸（mm）；L—鋼軌長度（m）；

—構(gòu)造軌縫，38、43、50、60、75kg/m鋼軌均采用18mm；

t0—更換鋼軌或調(diào)整軌縫時的軌溫（oC）；5、軌縫——無縫線路

將標準長度的鋼軌焊接成為長鋼軌的軌道。我國一般采用25m的鋼軌先在焊軌廠焊成250～500m的長軌條，然后再運到鋪軌地點，再焊成1000～2000m的長軌條或按設(shè)計長度進行鋪設(shè)。無縫線路由于消除了鋼軌接縫，因而具有行車平穩(wěn)、機車車輛及軌道維修費用低、使用壽命長等優(yōu)點。

1)承受鋼軌的垂直力、水平力。2)傳遞這二力給道床和路基。3)保持鋼軌方向、位置、軌距。三、軌枕1、軌枕的功用

堅固耐久、具有彈性、造價合理、制造維修方便。2、軌枕的特點按制作材料分，有鋼筋混凝土枕和木枕兩種。木枕

鋼筋混凝土軌枕

3、軌枕的分類按用途分，有普通軌枕、岔枕和橋枕。我國鐵路所使用的主要是預(yù)應(yīng)力混凝土枕。

（1）每千米配置軌枕根數(shù)我國鐵路規(guī)定：木枕軌道：1440~1920/km混凝土枕軌道：1440~1840/km配置軌枕數(shù)示意圖4、軌枕的布置符合左下側(cè)條件之一的地段，軌道應(yīng)該加強，即每千米的軌枕數(shù)需要增加。

1)混凝土枕軌道上，半徑小于600米的曲線地段；或木枕軌道、電力牽引線路，半徑小于800米的曲線地段。2)坡度大于12‰的下坡制動地段。3)長度大于等于300米的隧道地段。木枕增加160根混凝土增加80根；當條件重合時，只增加一次，并且不能超過數(shù)目最大值。

（2）軌枕間距軌枕間距示意圖

普通軌道上，鋼軌接頭處車輪的沖擊動荷載大，接頭軌枕間距（c）應(yīng)該比中間軌枕間距（a）小一些。而且，從c向a過渡時，應(yīng)該有一個過渡軌枕間距（b），以適應(yīng)荷載的變化。三者大小為：a>b>c。4、軌枕的布置兩節(jié)鋼軌的末端，用接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)。四、鋼軌聯(lián)結(jié)零件1、接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)零件分為接頭聯(lián)結(jié)零件和中間聯(lián)結(jié)扣件。兩節(jié)鋼軌的末端，用接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)。四、鋼軌聯(lián)結(jié)零件1、接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)零件分為接頭聯(lián)結(jié)零件和中間聯(lián)結(jié)扣件。鋼軌的接頭連接過程兩節(jié)鋼軌的末端，用接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)。接頭聯(lián)結(jié)零件四、鋼軌聯(lián)結(jié)零件1、接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)零件分為接頭聯(lián)結(jié)零件和中間聯(lián)結(jié)扣件?？梢苑譃椋耗菊砺?lián)結(jié)扣件和混凝土枕聯(lián)結(jié)扣件。2、中間聯(lián)結(jié)扣件把鋼軌與軌枕牢固地聯(lián)結(jié)起來，以確保鋼軌位置穩(wěn)定。我國木枕軌道地段中間聯(lián)結(jié)方式主要有混合式和分開式。（1）混合式

目前大量采用的聯(lián)結(jié)方式是混合式?；旌鲜绞窍扔玫泪敯褖|板與木枕扣緊，然后再用道釘將鋼軌、墊板和木枕三者同時聯(lián)結(jié)?；旌鲜娇奂慵?，安裝成本低，但扣緊力不如分開式。鋼軌與木枕的混合式連接過程（1）混合式

目前大量采用的聯(lián)結(jié)方式是混合式?；旌鲜绞窍扔玫泪敯褖|板與木枕扣緊，然后再用道釘將鋼軌、墊板和木枕三者同時聯(lián)結(jié)?；旌鲜娇奂慵伲惭b成本低，但扣緊力不如分開式。

鋼軌與木枕的混合式聯(lián)結(jié)（1）混合式

目前大量采用的聯(lián)結(jié)方式是混合式。混合式是先用道釘把墊板與木枕扣緊，然后再用道釘將鋼軌、墊板和木枕三者同時聯(lián)結(jié)?；旌鲜娇奂慵?，安裝成本低，但扣緊力不如分開式。鋼軌與木枕的分開式聯(lián)結(jié)

（2）分開式

分開式是將墊板分別與軌枕和鋼軌單獨扣緊。分開式扣壓力大，能有效防止鋼軌的橫、縱向位移，同時便于安裝與更換，但成本高。在特殊線路與橋上線路使用。鋼軌與混凝土枕的聯(lián)結(jié)（3）混凝土枕聯(lián)結(jié)扣件及混凝土枕聯(lián)結(jié)方式由于混凝土枕重量大、剛度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。

主要表現(xiàn)為：

①扣壓力足。當鋼軌彎曲、轉(zhuǎn)動時，不會導致鋼軌沿墊板發(fā)生縱向移動。

②適當?shù)膹椥??；炷琳淼膹椥员饶菊聿钤S多，其彈性主要由橡膠墊板提供。

③具有絕緣性能。

道床鋪設(shè)在路基面上的碎石（道砟）墊層，介于軌枕與路基之間，是軌道的重要組成部分。五、道床1、道床的功用與材料選擇道床斷面

1）承受來自軌枕的壓力，均勻的傳遞到路基；2）固定軌枕的位置，阻止軌枕縱向或橫向移動，保持軌道的穩(wěn)定；3）提供軌道彈性，緩和機車車輛輪對對鋼軌的沖擊；4）提供良好的排水性能，減少路基病害；便于軌道養(yǎng)護維修作業(yè)。碎石道床示意圖

以碎石、礦渣、沙子等為材質(zhì)構(gòu)成的碎石道床，滿足以上5點要求，價廉物美，是我國目前使用最廣泛的道床類型。

1）質(zhì)地堅硬，耐壓、耐磨，具有彈性；2）排水性能好，吸水度?。?）不易風化、侵蝕。2、道床應(yīng)具備的性能道床