第3章 線路平面和縱斷面設(shè)計

1、第三章第三章 線路平面和縱斷面設(shè)計線路平面和縱斷面設(shè)計1 1 概述概述設(shè)計目的：在滿足主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，確定線路在空間中的位置 。 線路中心線 鐵路線路平面定義：線路中心線在水平面上的投影組成要素：直線和曲線 鐵路線路縱斷面定義：線路中心線（曲線部分展直后）在垂直 面上的投影組成要素：平道和坡道平面圖縱斷面圖 區(qū)間線路平面設(shè)計區(qū)間線路平面設(shè)計設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 區(qū)間線路縱斷面設(shè)計區(qū)間線路縱斷面設(shè)計 車站、橋梁、隧道車站、橋梁、隧道 地段地段 平、縱面設(shè)計平、縱面設(shè)計 線路的平面組成和曲線要素線路的平面組成和曲線要素平面設(shè)計平面設(shè)計 直線、圓曲線、緩和曲線直線、圓曲線、緩和曲線 的設(shè)計的設(shè)計

2、最大坡度最大坡度 坡段長度坡段長度縱斷面設(shè)計縱斷面設(shè)計 坡段連接坡段連接 坡度折減坡度折減 線路平面圖線路平面圖設(shè)計成果設(shè)計成果 線路縱斷面圖線路縱斷面圖 滿足鐵路線路設(shè)計規(guī)范要求設(shè)計要求 橋、隧、站和建筑物與線路的協(xié)調(diào)配合 工程造價省 優(yōu)化設(shè)計 有利于運營 2 2 區(qū)間線路平面設(shè)計區(qū)間線路平面設(shè)計2.12.1平面組成和曲線要素平面組成和曲線要素 直線 線路平面 圓曲線 曲線 緩和曲線 曲線要素 未加設(shè)緩和曲線的曲線（概略定線） 偏角平面圖上量得 半徑 R選配 切線長 曲線長 )(2tan*mRTy)(180mRLy加設(shè)緩和曲線的曲線（詳細(xì)定線） 曲線要素：偏角 ，半徑 R，緩和曲線長L。（選

3、配），切線長，曲線長內(nèi)移距離切垂距緩和曲線角 度切線長曲線長 )(2420mRlp)(20mlm Rl0090mpRT2tan)(002180)2(lRL曲線起終點里程的推算 ZH里程：平面圖上量取 HZ里程ZH里程L HY里程ZH里程l。 YH里程HZ里程l。 具體設(shè)計時： R根據(jù)地形選配 用量角器量出 L。根據(jù)線路等級和地形條件選配 2.22.2直線直線 平面設(shè)計時，先用有限條折線表示線路的大致位置，然后再在相鄰折線之間設(shè)置曲線。直線位置確定后，曲線位置就大致上定下來了。因此平面設(shè)計，主要是直線位置的確定。 設(shè)計直線應(yīng)遵循的原則： 直線與曲線相互協(xié)調(diào)不要因設(shè)置直線而使工程量過大不要因節(jié)省工

4、程量而使曲線半徑過小， 曲線長度過短，從而使運營體條件變差力爭設(shè)置較長的直線段 好處：可縮短線路長度，改善運營條件力求減小交點偏角度數(shù) 線路轉(zhuǎn)彎急，總長增加投資大 偏角大 克服的阻力功增加運營支出加大 每噸列車克服的曲線阻力功 )/(5 .10180*600*tJgRRgLAyrr夾直線長度不應(yīng)短于規(guī)定長度 夾直線前一曲線終點與后一曲線起點間所夾直線 夾直線長度的確定滿足線路養(yǎng)護要求列車通過反向曲線路段時，頻繁轉(zhuǎn)向，車輪對鋼軌的橫向推力加大。若夾直線太短，則正確位置不易保持，維修工作量加大，危及行車安全，運費增加。要求：不宜短于5075米，最短不短于25米。 行車平穩(wěn)要求夾直線太短列車同時在相

5、鄰曲線上運行 車輛左右搖擺 R不同，超高不同要求：為保證行車平穩(wěn)舒適，夾直線不短于23節(jié)客車長， 即5176.5米通過夾直線前后ZH、HZ點時，輪軌沖擊轉(zhuǎn)向架 彈簧產(chǎn)生振動要求：為保證振動不疊加，旅客乘坐舒適，夾直線應(yīng)足夠 長，客車通過夾直線的時間要大于彈簧振動消失的 時間。 具體設(shè)計時，若夾直線長度不夠，則要修改線路的平面位置。修改措施：a 減小R，l。，使曲線長度變短b 改移夾直線位置c 用一個曲線代替幾個同向曲線 2.32.3圓曲線圓曲線設(shè)置目的：改變線路方向 列車靠鋼軌導(dǎo)向。通過曲線時，輪軌間產(chǎn)生很強的作用力。搖擺、振動、撞擊、擠壓主要與半徑R有關(guān)，而半徑與工程量有很大關(guān)系。 2.3.

6、12.3.1曲線半徑對工程和運營的影響曲線半徑對工程和運營的影響曲線限制速度 曲線半徑對工程的影響小半徑曲線的優(yōu)點：更好地適應(yīng)地形變化，減少路基、橋涵、隧道、擋墻的工程數(shù)量小半徑曲線的缺點：增加線路長度 降低粘著系數(shù)機車通過時，車輪在鋼軌上的縱向、橫向滑動加劇，粘著系數(shù)降低軌道需要加強R600時，橫向沖擊力加大，軌道要加強，要設(shè)置軌撐、軌距桿來增加外側(cè)道床的寬度增加接觸導(dǎo)線的支柱數(shù)量R越小，中心線與接觸導(dǎo)線的矢度越大，支柱間間距應(yīng)該減小 曲線半徑對運營的影響增加輪軌磨耗輪軌間的縱向橫向滑動、擠壓，使磨耗增加。半徑越小，磨耗越大。維修工作量加大小半徑曲線地段，軌距、方向容易錯位行車費用增加小半徑

7、曲線限制列車速度 列車通過曲線時，需要減速、限速、加速，機車需要 額外做功，使得運行時分和行車費用增加。小半徑曲線使線路加長、總偏角加大，導(dǎo)致曲線阻力 功加大，行車費用增加。 .2最小曲線半徑的選定最小曲線半徑的選定意義：鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一對工程量和運營條件有重大影響最小曲線半徑的計算式 客車貨車共線 客車：保證舒適條件 貨車：不致引起輪軌嚴(yán)重磨耗 旅客舒適條件列車以最高速度通過時，欠超高不能大于允許值 )(8 .11)/(*8 .112maxminmhhVRhkmRhhVQQ輪軌磨耗條件確定因素：行車速度，實設(shè)超高外軌超高 均方根速度客車速度Vmax 欠超高允許值貨車速度V

8、h 過超高允許值 取 進整為50米的整倍數(shù) + )(8 .11min2mmRVhJFsh)/(2hkmNGNGVVJFshQhRVhmin2max8 .11min28 .11RVhhHshG)()(8 .1122maxminmhVVRQJF)()(8 .1122minmhVVRGHJF)()(8 .1122maxminmhhVVRGQHmaxminR選定最小曲線半徑的影響因素路段設(shè)計速度最小曲線半徑要滿足各個路段的需要貨車通過速度坡度越陡，列車速度越慢。曲線上，外軌超高受允許過超高的制約地形條件平原微丘R宜大山岳地區(qū)R宜小用足坡度地段R越小，線路額外展長，工程費用增加 .3曲線

9、半徑的選用曲線半徑的選用曲線半徑系列一般為50或100米的整倍數(shù)，特殊為10米的整倍數(shù)選用原則因地制宜，由小到大合理選用結(jié)合縱斷面特點合理選用坡度平緩地段和凹形縱斷面坡底，列車速度高， 半徑宜大長大坡道、凸形縱斷面的坡頂及雙方向均需停車的 大站兩端，半徑可以小一些足坡長大坡道頂部和進站前用足坡度上坡的地段， 半徑不宜過小小半徑曲線宜集中設(shè)置 .4緩和曲線緩和曲線保證行車平順保證行車平順作用 緩和曲線地段，半徑由無窮大變到一個定值，離心力逐漸增加 緩和曲線地段，外軌超高由零變動到園曲線上的超高，向心力逐漸增加 半徑小于350米時，軌距由標(biāo)準(zhǔn)軌距變動到加寬后的軌距線型直線型超高順坡

10、的三次拋物線長度保證超高順坡不致使車輪脫軌保證超高時變率不致影響旅客舒適保證欠超高時變率不致影響旅客舒適 取三個計算值中的較大者選用結(jié)合半徑、設(shè)計速度、地形選用，盡量選 用較長的。兩緩和曲線間圓曲線的最小長度與夾直線相同 .5線間距離線間距離限界種類：機車車輛限界機車車輛不同部位寬度和高度的 最大輪廓尺寸線。直線建筑接近限界鐵路兩側(cè)建筑物和設(shè)備在 任何情況下不得侵入的輪 廓尺寸線。隧道建筑限界橋梁建筑限界 區(qū)間直線地段的線距第一、二線的線距 最小線距： 其中 1700機車車輛的限界半寬 100信號限界寬 400不限速會車的安全量第二、三線的線距 取為5.3m 其中 2440直線

11、建筑接近限界半寬 410信號機最大寬度 mm400040010017002mm529041024402區(qū)間曲線地段線距加寬加寬原因車體長轉(zhuǎn)向架中心距曲線半徑為R車輛在曲線上時，車輛中部向內(nèi)凸W1，兩端向外凸W2 mL26mZ18)(40500812mmRRZW)(440008222mmRRZLW曲線上設(shè)有外軌超高，使車體向內(nèi)側(cè)傾斜W3 加寬值計算 時， 時，外側(cè)車體的內(nèi)傾量大于內(nèi)側(cè) 15003shhHW)(*15003mmhHWshnwhh )(8450021mmRWWWnwhh )(1500385084500)(150021nwnwhhRhhHWWW加寬方法對于新建雙線并行地段的曲線，加長內(nèi)

12、側(cè)曲線的緩和曲線長度，外側(cè)緩和曲線長度lw取規(guī)定值。內(nèi)移距線距加寬所以內(nèi)側(cè)緩和曲線長度取為10米的整倍數(shù))(242mRlpwww)(mppppwnwn)(*24mpRlnnn曲線毗連地段，夾直線較短，偏角過大，不能過多 加長內(nèi)側(cè)線的緩和曲線長。 內(nèi)外線采用相同的緩和曲線長度，加寬曲線兩端夾 直線段的線間距。3 3 區(qū)間線路縱斷面設(shè)計區(qū)間線路縱斷面設(shè)計重要概念：坡段長度，坡度坡段長度坡段前后兩個變坡點之間的水平距離坡度坡段兩端變坡點之間的高程差除以坡段長度坡度值符號規(guī)定：上坡取正值，下坡取負(fù)值 () 1000iiLHi 設(shè)計步驟：在平面設(shè)計一欄中，填入平面設(shè)計的資料，按縱斷面圖的格式，繪制線路平

13、面圖。根據(jù)平面圖的等高線，將千（百）米標(biāo)及地形變化點點繪在縱斷面圖上，連成地面線。用直尺沿地面線上下移動，使填挖方較小，從而定出坡段長度和坡度值。以上為縱斷面設(shè)計的大致步驟，具體設(shè)計時，還包括確定最大坡度、坡段長度、坡段連接和坡度折減等一系列具體問題，需要在設(shè)計過程中進一步協(xié)調(diào)配合。 3.13.1線路的最大坡度線路的最大坡度首先必須明確限制坡度、加力牽引坡度、地面平均自然坡度等幾個概念。最大坡度，在單機牽引的路段稱為限制坡度；在兩臺及以上機車牽引的路段稱為加力牽引坡度。地面平均自然坡度是指兩點之間地面高程與距離的比值。注意：縱斷面的設(shè)計坡度不得大于最大坡度值。若超過了最大坡度，牽引質(zhì)量按限坡計

14、算的貨物列車，在持續(xù)上坡道上，會低于計算速度運行，發(fā)生運緩或途停事故。 .1限制坡度限制坡度限制坡度對工程和運營的影響輸送能力由輸送能力計算公式可知，輸送能力取決于通過能力和牽引質(zhì)量。在牽引種類和機車類型一定的情況下，由牽引質(zhì)量計算公式可知，牽引質(zhì)量由限制坡度決定。工程數(shù)量在平原地區(qū)，限坡大小對工程數(shù)量影響不大。 在丘陵和越嶺地區(qū)，限坡對工程數(shù)量影響很大。在丘陵地區(qū)采用大的限坡，可使線路標(biāo)高升降較快，更好地適應(yīng)地形起伏，從而避免較大的填挖方，減少橋梁高度，縮短隧道長度，使工程數(shù)量減少，工程造價降低。在地面自然縱坡較陡的越嶺地段，若采用的限坡小于地面自然縱坡，則線路要迂回展長，才

15、能達(dá)到預(yù)定標(biāo)高，使得工程數(shù)量和造價大幅增加。 運營費用由前面的分析可知，采用大的限坡，則牽引質(zhì)量相應(yīng)減少。為了完成既定的運輸任務(wù)，滿足輸送能力的需要，必須增加列車對數(shù)，使得通過能力加大，機車臺數(shù)、車站數(shù)目、工作人員增多，從而使運營費用大幅度增加。通常情況下，應(yīng)采用較小的限制坡度，但在地面自然縱坡陡峻地區(qū)，宜采用與地形相適應(yīng)的較大的限坡，可以縮短展線長度，節(jié)省工程投資。 影響限坡選擇的因素限制坡度是影響鐵路全局的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，它對線路的走向、長度、車站分布和工程投資，以及鐵路的輸送能力、運營指標(biāo)都有很大的影響，并且一經(jīng)修建就不易改動。因此設(shè)計線的限制坡度應(yīng)根據(jù)鐵路等級和遠(yuǎn)期輸送能力的要求，結(jié)

16、合地形條件、機車類型、鄰接線的牽引定數(shù)等情況，擬定不同的限坡方案，經(jīng)過比選確定。 影響限坡選擇的因素如下：鐵路等級鐵路等級高，則線路的意義、作用大，客貨運量大，安全舒適性要求高，運營條件要好，運輸成本要低，因此宜采用較小的限制坡度。牽引種類和機車類型電力牽引比內(nèi)燃牽引的計算牽引力大，計算速度高，牽引定數(shù)大，滿足相同運能要求時的限坡比內(nèi)燃牽引的大。大功率機車的牽引力大，牽引定數(shù)大，滿足相同運能要求時的限坡比小功率機車的為大。 地形類別地形條件是限坡選擇的重要因素，限坡選擇要和地形條件相適應(yīng)。當(dāng)限坡適應(yīng)地形時，線路長度短，工程投資省。否則需要額外增加展線，增大工程費和運營費。運輸需求鐵路的輸送能力

17、必須能完成規(guī)定的運輸任務(wù)，當(dāng)其他條件相同時，客貨運量大的線路要求較小的限制坡度。鄰線的牽引定數(shù)當(dāng)設(shè)計線與鄰接鐵路的直通貨流量大，或者在路網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)分流的作用很顯著，則限坡選擇應(yīng)考慮使設(shè)計線與鄰接線的牽引定數(shù)相協(xié)調(diào)，采用同一牽引定數(shù)。 統(tǒng)一牽引定數(shù)可避免列車換重作業(yè)，加速機車車輛的周轉(zhuǎn)，提高運營指標(biāo)，并增加運輸?shù)臋C動性。 線規(guī)的規(guī)定 表31 限坡的最大值（） 分方向選擇限坡分方向選擇限坡輕重車方向貨流顯著不平衡，預(yù)計將來也不致發(fā)生 巨大變化。輕車方向上升的平均自然縱坡較陡，重車方向的平 均自然縱坡較緩。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，分方向選擇限坡具有合理性。輕車方向限坡的限制條件輕車方向的限坡值不大于重車方向

18、的三機牽引坡度輕車方向的限坡值不大于根據(jù)雙方向的貨流比，按 雙方向列車對數(shù)相同、每列車車輛數(shù)相同的條件下 算出來的。 .2加力牽引坡度加力牽引坡度定義：用兩臺或更多機車牽引的較陡坡度優(yōu)點：縮短線路長度，大量減少工程，有利于降低 造價和縮短工期。缺點：增加了機車臺數(shù)，造成機力浪費和運輸管理的困難延長了到發(fā)線有效長度和增加部分整備設(shè)備增加了編組時挑選守車的作業(yè)和難度加力牽引坡度太大時，對下坡行車會產(chǎn)生不利影響 采用的注意事項加力牽引坡度應(yīng)集中使用加力牽引地段宜與區(qū)段站或其他有機務(wù)設(shè)備的 車站鄰接要減少與起訖站鄰接的加力牽引區(qū)間的往返走 行時分根據(jù)車鉤強度確定采用重聯(lián)牽引還是補機推送

19、加力牽引坡度的最大值制定的依據(jù) 滿足運輸能力的需要 保證運行安全的需要 上坡時車鉤不斷 下坡時制動力充分 經(jīng)濟上合理綜合運能、安全和經(jīng)濟各方面要求，各級鐵路電力 和內(nèi) 燃加力牽引坡度最大值分別取30和253.23.2坡段長度坡段長度定義：一個坡段兩端變坡點之間的水平距離.1縱斷面坡段設(shè)計考慮因素縱斷面坡段設(shè)計考慮因素滿足行車安全和平穩(wěn)的要求考慮工程數(shù)量的影響 .2最小坡段長度的確定最小坡段長度的確定200米最短坡段長度的確定 確定理由：保證了相鄰兩豎曲線不互相重疊可避免同一列車下出現(xiàn)兩個以上變坡點坡段長度在200米以下時，對減少工程量的作用 已不顯著200米最短

20、坡段長度的采用情況坡度折減坡段緩和坡段 分坡平段長路塹內(nèi)的人字坡 3.33.3坡段連接坡段連接.1坡度代數(shù)差坡度代數(shù)差變坡點對列車運行的影響 列車通過變坡點時，由于運動方向的改變而產(chǎn)生附加力，當(dāng)車鉤內(nèi)力大于車鉤的允許強度時，就有斷鉤的可能。列車通過變坡點時，產(chǎn)生豎直方向的離心力和離心加速度，當(dāng)加速度超過一定限度時，將使旅客感覺不舒適或使貨物移位。列車通過凸形變坡點時，當(dāng)機車前輪懸空高度超過輪緣高度就有脫軌的可能。列車通過變坡點時，引起相鄰車輛的車鉤中心線上下錯動，當(dāng)錯動量超過限定數(shù)值時，有脫鉤的可能。.2豎曲線豎曲線定義：縱斷面變坡點處設(shè)立的豎向圓弧線型：拋物線

21、，圓曲線豎曲線半徑的確定條件行車安全條件機車不脫軌旅客舒適條件行車平穩(wěn)設(shè)豎曲線可減少附加縱向力規(guī)范規(guī)定：、級鐵路豎曲線半徑為10000米，級鐵路豎曲線半徑為5000米。 豎曲線的幾何線型要素切線長、級鐵路： 級鐵路：豎曲線長 豎曲線縱距 外矢距 變坡點處的設(shè)計標(biāo)高計算標(biāo)高外矢距 )(2000mRTishsh)(5),(10000mTmRishsh)(5 . 2),(5000mTmRishsh)(2mTKshsh)(22mRxysh)(22mRTEshshsh豎曲線的設(shè)置條件、級鐵路： 級鐵路： 豎曲線設(shè)置的限制條件豎曲線不應(yīng)與緩和曲線重疊豎曲線不應(yīng)設(shè)在明橋面上豎曲線不應(yīng)與道岔重疊 3i4i3.43.4最大坡度的折減最大坡度的折減折減原因：在用足最大坡度的路段上，曲線和隧道的存在使機車牽引力下降，為保證滿軸貨物列車不低于計算速度運行，故需將最大坡度折減，使加算坡度不大于最大坡度。設(shè)計坡度 （） 坡度折減值 RiiimaxRi.1曲線地段的最大坡度折減曲線地段的最大坡度折減注意事項在用足了最大坡度處折減保證必要的折減，又不能折減太多折減時的曲線長指未加設(shè)緩