《選線設(shè)計(jì)》第3章(1)-區(qū)間線路平面設(shè)計(jì).ppt

1、2020/10/19,1,選線設(shè)計(jì), 線路平面和縱斷面設(shè)計(jì),土木工程學(xué)院 道路與鐵道工程系 易思蓉,四川成都二環(huán)路北一段111號(hào) 電話87602879 郵編:610031 Email:,2020/10/19,2,線路平面和縱斷面設(shè)計(jì),學(xué)習(xí)要點(diǎn) 了解線路中線、線路平面、線路縱斷面的含義、設(shè)計(jì)的基本要求、平面-縱斷面圖的意義 理解線路平面、縱斷面各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的含義及確定原則 掌握最小曲線半徑、緩和曲線、夾直（圓）線長(zhǎng)度、最大坡度、最小坡段長(zhǎng)度、豎曲線半徑等線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定原理 掌握最大坡度折減原理和方法 了解線間距確定原理和方法,2020/10/19,3,鐵路線路

2、的基本概念,鐵路線路平面設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)鐵路線路空間曲線在地形平面的投影。通過(guò)靈活設(shè)計(jì)線路的直線、圓曲線和緩和曲線等技術(shù)參數(shù)，不僅可以使設(shè)計(jì)線滿足鐵路行車安全、平穩(wěn)和舒適的條件，同時(shí)可使得工程和運(yùn)營(yíng)條件達(dá)到最佳。因此，鐵路線路平面設(shè)計(jì)是選線設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。,2020/10/19,4,鐵路線路的基本概念,線路中心線,線路的空間位置是由它的平面和縱斷面決定的。,用路基橫斷面上的O點(diǎn)在縱向的連線表示的。O點(diǎn)為距外軌半個(gè)軌距的鉛垂線AB與路肩水平線CD的交點(diǎn)。,2020/10/19,5,線路平面的概念,線路平面 線路縱斷面 鐵路設(shè)計(jì)的基本文件 線路平面圖、線路縱斷面圖,是沿線路中心線所作的鉛垂剖面

3、展直后、線路中心線的立面圖，表示線路起伏情況，其高程為路肩高程。,線路中心線在水平面上的投影，表示線路平面狀況。,2020/10/19,6,線路設(shè)計(jì)的基本要求,保證行車安全和平順 主要指：不脫鉤，不斷鉤，不脫軌，不途停，不運(yùn)緩與旅客乘車舒適。 力爭(zhēng)節(jié)約資金 綜合考慮工程和運(yùn)營(yíng)的影響，力爭(zhēng)達(dá)到達(dá)到最佳投資效益。 合理布置建筑物 既要滿足各類建筑物的技術(shù)要求，還要保證它們協(xié)調(diào)配合、總體布置合理,2020/10/19,7,區(qū)間線路平面設(shè)計(jì),2020/10/19,8,平面組成及基本線形,列車運(yùn)行軌跡的基本特征 1）列車運(yùn)行軌跡應(yīng)當(dāng)是連續(xù)且圓順的，即在任何一點(diǎn)上不出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折； 2）其曲率是連續(xù)的，即

4、軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值； 3）其曲率的變化率是連續(xù)，機(jī)軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。,2020/10/19,9,平面組成及基本線形,基本線形 線路平面由曲線和與之相切的直線組成。鐵路曲線由圓曲線和緩和曲線構(gòu)成。,2020/10/19,10,平面組成及基本線形,基本線形 線路平面由曲線和與之相切的直線組成。鐵路曲線由圓曲線和緩和曲線構(gòu)成。,0,R,R,YZ,ZH,HY,YH,ZY,YH,直線,緩和曲線,圓曲線,半徑變化,=R,=R,R,T,曲線與直線的連接,2020/10/19,11,平面組成及基本線形,2020/10/19,12,平面組成及基本線形,2020/10/19,

5、13,平面組成及基本線形,2020/10/19,14,繞避村鎮(zhèn),曲線展線克服高程,繞避障礙,曲線的利用,2020/10/19,15,平面組成及基本線形,紙上定平面的方法 在地形圖上選定控制線路走向的控制點(diǎn)； 用直線連接相鄰控制點(diǎn)；,2020/10/19,16,直線,直線設(shè)計(jì)的一般原則 根據(jù)地形地物條件，使直線與曲線相互協(xié)調(diào) 力爭(zhēng)設(shè)置較長(zhǎng)直線，減少交點(diǎn)個(gè)數(shù)，以縮短線路長(zhǎng)度，改善運(yùn)營(yíng)條件 力求減少交點(diǎn)轉(zhuǎn)角的度數(shù),2020/10/19,17,直線,兩相鄰曲線間的夾直線長(zhǎng)度 夾直線是指相鄰兩曲線間的直線段，即前一曲線的終點(diǎn)（HZ1）與后一曲線的起點(diǎn)（ZH2）間的直線,2020/10/19,18,直線,

6、兩相鄰曲線間的夾直線長(zhǎng)度 最小夾直線長(zhǎng)度 滿足養(yǎng)護(hù)維修的要求 不小于23節(jié)鋼軌：LJmin50m75m，不小于25m; 線形連續(xù)性：判明直線或曲線，應(yīng)大于50m； 大型養(yǎng)路機(jī)械：不應(yīng)小于5070m,2020/10/19,19,直線,兩相鄰曲線間的夾直線長(zhǎng)度 最小夾直線長(zhǎng)度 車輛橫向搖擺不致影響行車平順 夾直線長(zhǎng)度不宜短于23節(jié)客車長(zhǎng)度 客貨共線鐵路：夾直線長(zhǎng)度不宜短于48.076.5m 高速客運(yùn)專線：夾直線長(zhǎng)度不宜短于5684m,2020/10/19,20,直線,兩相鄰曲線間的夾直線長(zhǎng)度 最小夾直線長(zhǎng)度 車輛振動(dòng)不致影響旅客舒適 ttZ = nT 為具有時(shí)間量綱的系數(shù)，我國(guó)的取值為：客貨共線鐵

7、路，當(dāng)Vmax160km/h，140km/h時(shí)，一般取0.8，困難取0.5；當(dāng)Vmax120km/h時(shí)，一般取0.6，困難取0.4?？瓦\(yùn)專線鐵路，一般取0.8，困難取0.5。,LJVmax （m）,2020/10/19,21,表31 夾直線及圓曲線最小長(zhǎng)度（m）,直線,2020/10/19,22,直線,兩相鄰曲線間的夾直線長(zhǎng)度 夾直線長(zhǎng)度的保證 夾直線長(zhǎng)度LJ =相鄰兩曲線交點(diǎn)之間的距離-T1-T2 相鄰兩圓曲線端點(diǎn)（YZ1，ZY1）間： Ll01/2 + LJmin + l02/2,2020/10/19,23,圓曲線,曲線圖示,概略設(shè)計(jì)的平面,詳細(xì)設(shè)計(jì)的平面,2020/10/19,24,圓曲

8、線,曲線要素 對(duì)于未加設(shè)緩和曲線的圓曲線, Ty=Rtan (m), 2,R Ly= (m), 180, Ey=R(sec - 1) (m) 2,2020/10/19,25,圓曲線,曲線要素 加設(shè)緩和曲線后的曲線, T=（R+P）tan + m (m) 2,(-20)R R L= + 2l0 + l0 (m) 180 180, E=(R+P)sec - R (m) 2,2020/10/19,26,曲線上各主點(diǎn)里程,ZH（直-緩）點(diǎn)里程在平面圖上量得； HZ（緩-直）里程=ZH里程+L（曲線長(zhǎng)度） HY（緩-圓）里程=ZH里程+ l0 YH（圓-緩）里程=HZ里程- l0,圓曲線,2020/10

9、/19,27,圓曲線,曲線上各主點(diǎn)里程,ZY（直-圓）里程=ZH（直-緩）+l0/2,YZ（圓-直）里程=HZ（緩-直）-l0/2,2020/10/19,28,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置,2020/10/19,29,最小曲線半徑,曲線超高的定義 外軌超高是指曲線外軌頂面與內(nèi)軌頂面水平高度之差。,2020/10/19,30,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置,（m/s2）,h曲線外軌超高,2020/10/19,31,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置 曲線超高的作用 抵消慣性離心力的作用 達(dá)到內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻 使垂直磨耗均等 滿足旅客舒適感 提高線路穩(wěn)定性和安全性。,2020/10/19,32,最小曲

10、線半徑,外軌提高法,線路中心高度不變法,2020/10/19,33,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置 超高計(jì)算公式,（m/s2）,（m/s2）,令：,即 ：,2020/10/19,34,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置 外軌超高公式,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軌距線路超高,2020/10/19,35,最小曲線半徑,曲線超高的設(shè)置 平均速度計(jì)算 既有鐵路 在新線設(shè)計(jì)和施工,速度系數(shù)，在客貨共線一般地段采用0.80，單線上、下行速度懸殊地段可采用0.65?？瓦\(yùn)專線鐵路根據(jù)運(yùn)輸模式和旅客列車設(shè)計(jì)速度確定，一般為0.550.80。,2020/10/19,36,最小曲線半徑,實(shí)設(shè)超高計(jì)算 實(shí)設(shè)超高計(jì)算公式 取為0.8,2020/

11、10/19,37,最小曲線半徑,最大超高允許值 最大超高的影響因素 安全因素：即車輛在有超高的曲線中停車或低速通過(guò)時(shí)，如果從曲線外側(cè)來(lái)風(fēng)不會(huì)使車輛向內(nèi)側(cè)顛覆； 舒適度：即旅客不會(huì)因車輛的傾斜而感到不舒服。,2020/10/19,38,最小曲線半徑,最大超高允許值 最大超高的影響因素 安全因素 n=S/2:e,n=1，臨界狀態(tài) n1，穩(wěn)定狀態(tài),e,2020/10/19,39,最小曲線半徑,安全因素確定的最大超高值 由 則,2020/10/19,40,最大超高允許值,安全安全確定的最大超高值 保證穩(wěn)定狀態(tài)的超高值為：,若取n=3,保證穩(wěn)定狀態(tài)的超高值為：,H車體重心至軌頂面高，貨車為2220mm，

12、客車為2057.5mm； 高速動(dòng)車為1370mm.,(mm),2020/10/19,41,最大超高允許值,2020/10/19,42,最小曲線半徑,最大超高允許值 最大超高的影響因素 舒適度：旅客不會(huì)因車輛的傾斜而感到不舒服 當(dāng)列車停在超高為200mm及以上的曲線上時(shí)，部分旅客感到站立不穩(wěn)、行走困難且有頭暈不適之感 最大超高允許值 客貨共線鐵路 一般線路地段：150mm； 單線鐵路上、下行速度懸殊地段：125mm。 客運(yùn)專線鐵路 一般線路地段：170180mm,2020/10/19,43,最小曲線半徑,O,未被平衡的超高度,2020/10/19,44,最小曲線半徑,未被平衡的超高度,hQ,VV

13、p,hG,VVp,2020/10/19,45,最小曲線半徑,未被平衡的超高度 原因： 當(dāng)V=Vp時(shí)，慣性力與超高提供的向心力正好相等；旅客沒有不舒適感； 當(dāng)V Vp，離心力向心力，超高不足，稱為欠超高； 當(dāng)VVp，離心力向心力，超高過(guò)大，稱為過(guò)超高； 欠超高和過(guò)超高通稱為未被平衡的超高。,2020/10/19,46,最小曲線半徑,未被平衡的超高度 未被平衡的欠超高 未被平衡的過(guò)超高,2020/10/19,47,最小曲線半徑,未被平衡的超高度允許值 未被平衡的欠超高 客貨共線鐵路 一般取70 mm， 困難時(shí)取90 mm 既有線提速改造時(shí)可取110 mm 客運(yùn)專線鐵路,表32 客運(yùn)專線欠超高最大允

14、許值（mm）,2020/10/19,48,最小曲線半徑,未被平衡的超高度允許值 未被平衡的過(guò)超高 客貨共線鐵路 一般取30 mm， 困難時(shí)取50 mm 客運(yùn)專線鐵路與欠超高相同,表32 客運(yùn)專線過(guò)超高最大允許值（mm）,2020/10/19,49,最小曲線半徑,未被平衡的超高度允許值 擺式車輛的補(bǔ)償欠超高和舒適度 未被平衡離心加速度（對(duì)車體）(g)； 未被平衡離心加速度（對(duì)旅客）(g)； 傾斜角（弧度）,例如車體傾斜5補(bǔ)償未被平衡離心力是0.087g。從加在車體上的未被平衡離心加速度中減去0.087g(相當(dāng)于92mm超高度)，剩余部分就是旅客所感受到的未被平衡的離心加速度。,2020/10/1

15、9,50,最小曲線半徑,2020/10/19,51,最小曲線半徑,最小曲線半徑計(jì)算公式 旅客舒適條件,11.8Vmax2 Rmin1= (m) hmax + hQY,2020/10/19,52,最小曲線半徑,最小曲線半徑計(jì)算公式 輪軌磨耗均等條件,11.8(Vmax2- VJF2) 高速通過(guò)時(shí)：Rmin1= (m) hQY,11.8(VJF2- VH2) 低速通過(guò)時(shí)：Rmin2= (m) hGY,11.8(Vmax2- VH2) 上兩式相加：Rmin3= (m) hQY + hGY,Rmin=maxRmin1, Rmin1, Rmin3,2020/10/19,53,最小曲線半徑,最小曲線半徑選

16、擇 影響因素 設(shè)計(jì)線的運(yùn)輸性質(zhì) 運(yùn)行安全 設(shè)計(jì)速度 地形條件,2020/10/19,54,最小曲線半徑,最小曲線半徑選擇 最小曲線半徑取值,表33 最 小 曲 線 半 徑 值,注：括號(hào)內(nèi)數(shù)字為特殊條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后方可采用的個(gè)別曲線半徑。,2020/10/19,55,曲線超高的允許設(shè)置范圍,使客車產(chǎn)生的欠超高和貨車產(chǎn)生的過(guò)超高不超過(guò)其相應(yīng)的允許值,2020/10/19,56,曲線實(shí)設(shè)超高的計(jì)算,當(dāng)R 時(shí)，,上界為 （mm） 下界為 （mm） 檢算用的中間值為 （mm）,2020/10/19,57,曲線實(shí)設(shè)超高的計(jì)算,當(dāng)Rmin1R 上界為 （mm） 下界為 （mm） 檢算用的中間值為 h

17、chk （mm）,hchk,2020/10/19,58,最小半徑取值,既有線保留地段不同曲線半徑下的超高設(shè)置、欠超高及過(guò)超高,2020/10/19,59,選定最小曲線半徑的影響因素,路段最高設(shè)計(jì)速度 貨物列車的通過(guò)速度 地形條件 綜合選定,設(shè)計(jì)線最小曲線半徑可根據(jù)具體情況分路段擬定。必要時(shí)，可初步擬定兩個(gè)以上的最小曲線半徑，選取設(shè)計(jì)線的代表性地段，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并結(jié)合上述因素分析評(píng)價(jià)，確定采用的最小曲線半徑。,2020/10/19,60,最大曲線半徑,限制條件 線路的鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)、維修可否達(dá)到要求的精度 相關(guān)影響 軌道的平順狀態(tài) 限制列車運(yùn)行速度 影響行車安全,2020/10/19,61,最

18、大曲線半徑,允許值 客貨共線鐵路：12000m； 時(shí)速200km/h250km/h的客運(yùn)專線，一般不宜大于10000m，困難條件下不應(yīng)大于12000m，特殊困難條件時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最大曲線半徑可取12000m； 時(shí)速300km/h350km/h的客運(yùn)專線鐵路，一般不宜大于12000m，特殊困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后，可采用14000m。,2020/10/19,62,曲線半徑對(duì)行車速度的限制,從欠超高公式可知，當(dāng)欠超高取允許值時(shí)，最高行車速度為：,2020/10/19,63,曲線半徑對(duì)行車速度的限制,最大超高取150mm，允許欠超高取75mm，最大速度為,最大超高取125mm時(shí)，允許欠超高

19、取90mm，最大速度為：,最大超高取150mm，允許欠超高取90mm，最大速度為：,2020/10/19,64,曲線半徑對(duì)工程影響,增加線路長(zhǎng)度: Lr=2(TD-Tx) + Kx-KD,2020/10/19,65,曲線半徑對(duì)工程的影響,降低粘著系數(shù) 軌道需要加強(qiáng) 小半徑曲線上，裝置軌撐和軌距桿，加鋪軌枕，增加曲線外側(cè)道床寬度，增鋪道碴，從而增大工程投資。,2020/10/19,66,增加接觸導(dǎo)線的支柱數(shù)量,曲線半徑對(duì)工程的影響,為防止受電弓與接觸導(dǎo)線脫離，接觸導(dǎo)線的支柱間距應(yīng)隨曲線半徑的減小而縮短，從而增加了導(dǎo)線支柱的數(shù)量。,2020/10/19,67,曲線半徑對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響,增加輪軌磨耗 維

20、修工作量增大 行車費(fèi)用增高,2020/10/19,68,曲線半徑對(duì)工程和運(yùn)營(yíng)的影響,總之，小半徑曲線在困難地段，能大量節(jié)省工程費(fèi)用，但不利于運(yùn)營(yíng)，特別是曲線限制行車速度時(shí)，影響更為嚴(yán)重。因此必須根據(jù)設(shè)計(jì)線的具體情況，綜合工程與運(yùn)營(yíng)的利弊，選定設(shè)計(jì)線合理的最小曲線半徑。,2020/10/19,69,緩和曲線,設(shè)置緩和曲線的作用 1）連接直線和半徑為R的曲線；曲率由直線上的0漸變?yōu)?/R； 2） 在緩和曲線范圍內(nèi)，外軌超高由直線上的0值逐漸增加到圓曲線的超高度； 3） 當(dāng)緩和曲線與半徑小于350m的圓曲線相連接時(shí)，在整個(gè)緩和曲線范圍內(nèi)，軌距加寬值由零逐漸增加到圓曲線的加寬值。 特征：一條曲率和超高

21、均漸變的空間曲線。,2020/10/19,70,常用緩和曲線的線型,線型 直線順坡式三次拋物線 基本方程應(yīng)滿足的條件 當(dāng)l=0時(shí)，K=0； 當(dāng)l= l 0時(shí)，K=1/R 參數(shù)方程式,2020/10/19,71,緩和曲線的長(zhǎng)度計(jì)算,超高順坡不致使車輪脫軌,2020/10/19,72,緩和曲線的長(zhǎng)度計(jì)算,超高時(shí)變率不致使旅客不適 旅客列車以最高速度通過(guò)緩和曲線時(shí)，外輪在外軌上逐漸升高，其升高速度即超高時(shí)變率，不應(yīng)大于保證旅客舒適的容許值 f（mm/s），即,2020/10/19,73,緩和曲線的長(zhǎng)度計(jì)算,欠超高時(shí)變率不致影響旅客舒適 旅客列車以最高速度通過(guò)緩和曲線時(shí)，欠超高時(shí)變率不應(yīng)大于保證旅客舒

22、適的容許值b（mm/s），即 b客貨共線鐵路，一般40mm/s，困難45mm/s；高速客運(yùn)專線，良好條件下取23mm/s，困難條件下取38mm/s。,故：,2020/10/19,74,緩和曲線的長(zhǎng)度計(jì)算,最小緩和曲線長(zhǎng)度的確定 最小緩和曲線長(zhǎng)度l0應(yīng)取上述諸式計(jì)算結(jié)果的最大值，即：,2020/10/19,75,緩和曲線間圓曲線的最小長(zhǎng)度,夾圓曲線的概念,2020/10/19,76,緩和曲線間圓曲線的最小長(zhǎng)度,應(yīng)滿足的條件 兩緩和曲線間圓曲線的最小長(zhǎng)度，應(yīng)保證行車平穩(wěn)，并考慮維修方便。 在線路平面設(shè)計(jì)時(shí)，為保證圓曲線有足夠的長(zhǎng)度，曲線偏角 、曲線半徑R和緩和曲線長(zhǎng)度l0 三者間應(yīng)滿足下式關(guān)系：,

23、2020/10/19,77,線間距,定義： 線路正線數(shù)目為雙線或三線時(shí)，區(qū)間兩相鄰線路中心線之間的距離稱為線間距離。 確定原則 線距根據(jù)限界擬定 曲線地段線距需考慮加寬。,2020/10/19,78,線間距,限界,機(jī)車車輛上部限界,站臺(tái)建筑接近限界,對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)速為160km/h的客貨共線鐵路，建筑限界高度應(yīng)按7.0m設(shè)計(jì)；遠(yuǎn)期有雙層集裝箱可能的鐵路，建筑限界高度應(yīng)按7.1m設(shè)計(jì)。,2020/10/19,79,線間距,直線地段的線距 一、二線間距離 Dmin(1,2)第一、二線間最小線間距，mm； B1、B2兩交會(huì)列車的機(jī)車車輛半寬，mm； 普通列車為半個(gè)機(jī)車車輛限界寬度加列車信號(hào)超出機(jī)車車輛限

24、界的寬度，取1700mm+100mm=1800mm。 高速列車取動(dòng)車半寬；我國(guó)在高速客運(yùn)專線上運(yùn)行的動(dòng)車組主型車為CRH系列，其最大寬度為3.4m，車輛半寬值取1700mm。 Y區(qū)間兩線交會(huì)列車機(jī)車車輛間的安全凈距，mm，,2020/10/19,80,線間距,表38 區(qū)間正線第一、二線間最小線間距,2020/10/19,81,線間距,客貨共線雙線鐵路有超限貨物列車通過(guò)時(shí)的會(huì)車條件 當(dāng)兩列車間最小距離大于350mm時(shí)可不限速，在300350mm之間時(shí)行車速度不得超過(guò)30km/h；小于300mm時(shí)禁止會(huì)車。 客貨共線鐵路，線距為4.0m（設(shè)計(jì)速度為140km/h及以下）的雙線鐵路，若某一線開行一級(jí)超限貨物列車（半寬1900mm），另一線通行一般貨物列車（半寬17