高速铁路线路纵断面设计

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高速铁路系列讲座（四） 高速铁路线路纵断面设计
主讲： 韩峰 副教授
兰州交通大学土木工程学院
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一、最大坡度
在一定自然条件下，线路的最大坡度与设计线的输送能 力、牵引质量、工程数量和运营质量有着密切的关系，有时 甚至影响线路走向。高速列车采用大功率、轻型动车组，牵 引和制动性能优良，能适应大坡度运行。与传统铁路相比， 高速铁路比较突出的特点是允许采用较大的坡度值。采用坡 度的大小，对设计线的运营和工程影响很大。在运营方面， 限制坡度增大，牵引重量减少，列车速度降低；而在工程方 面，可以适应地形，减少建设线路的工程量，降低造价。
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竖曲线与圆曲线重叠设臵，同样增加线路测设工作量，对行车安全和乘坐舒
适度产生不利的影响，增加养护维修工作的难度，但由于高速铁路平面圆曲线半 径较大，圆曲线长度较长，一般可达1～2 km以上，为避免竖曲线与圆曲线重叠 设臵而增加的工程投资巨大，同时此项重叠可通过采取适当措施减轻其不利影响。 因此，我国高速铁路设计规范规定困难条件下竖曲线与圆曲线可重叠设臵，但应 满足下表的要求。
满足两竖曲线不重叠外，同时还应考虑两竖曲线间有一定的夹
坡段长度，以保证列车在前一个竖曲线终点产生的振动在夹坡 段长度范围内完成衰减，不至于与下一个竖曲线起点产生的振
动叠加。对于两竖曲线间夹坡段长度的要求，德国、日本两国
高速铁路的规范无具体规定，但法国高速铁路要求两竖曲线间 夹坡段长度不得小于0.4Vmax。参考法国标准，我国高速设计规 范中最小夹坡段长度也取0.4 Vmax，即最小坡段长度可按下列公 2 0.4Vmax 2000
同时，为提高行车舒适度，高速铁路设计规范规定最小 坡段长度不小于900 m。另外，为避免列车运营过程中的频 繁起伏，提高舒适程度，不得连续采用“N”形短坡段。相 邻大坡段宜避免采用“V”形纵断面。
表2-11 最小坡段长度表 设计行车速度（km/h） 一般条件（m） 困难条件（m） 350 2000 9000 300 1200 900 250 1200 900
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竖曲线与缓和曲线重叠有如下不利影响：
(1)增加线路测设工作量：竖曲线与缓和曲线重叠设臵的情况下，平面
曲线的内轨在立面上要维持竖曲线的几何状态，而外轨又要叠加进缓和曲 线超高的变化量，这时线路的测设工作要求更加严格。特别是对于高速铁 路，由于竖曲线半径大、缓和曲线超高顺坡率小，每10 m的轨道高程变化 量很微小，以致测设仪器的分辨率难于保证精度的要求。
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二、坡段长度
(一)最小坡段长度 从列车运行的平稳性要求出发，纵断面坡段长度宜
设计为较长的坡段；但从节省工程投资的角度分析，较
短的坡段能够较好地适应地形，减少工程数量，降低工 程投资。因此，最小坡段长度的确定，既要满足列车运 行的平稳性要求，又要尽可能地节约工程投资，使两者 取得最佳的统一。
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为保证高速运行的高舒适性，高速铁路最小坡段长度除应
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(2)对行车安全和乘坐舒适度的影响：竖曲线与缓和曲线重叠设臵，将造成 缓和曲线平、立面线形不相适应。由于外轨叠加了超高顺坡量，其结果既不是 标准的缓和曲线线形，又不是标准的竖曲线线形，因而对轮轨相互作用将会有 一定的影响。此外，当列车运行在凸形竖曲线与圆曲线重叠的地段时，列车产 生竖向离心加速度，减少重力加速度对未被平衡离心加速度的抵消作用，相对 加大横向未被平衡离心加速度，也就是加大了列车运行时产生的欠超高，降低 了旅客舒适度。附加欠超高连同平面曲线上产生的欠超高之和大于一定值时，
计规范结合国家防洪标准设计。
站坪宜设在平道上，困难条件下，可设在不大于1‰的坡道上；特别困难条 件下，可设在不大于2.5‰的坡道上；越行站可设在不大于6‰的坡道上。到发 线有效长度范围内宜采用一个坡段。
车站咽喉区的正线坡度宜与站坪坡度一致，困难条件下可适当加大，但不
宜大于2.5‰，特别困难条件下不应大于 6‰。
求，高速铁路线路的相邻坡度差大于1‰，应设臵竖曲 线。
2 Vmax Rsh 3.62 ash
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三、竖曲线与竖曲线、缓和曲线、 圆曲线和道岔重叠设置问题
相邻的两个竖曲线重叠设臵时，保证各自的竖曲线形状 是很难达到的，测设工作也将更加困难。目前国外的标准也 不允许竖曲线重叠。 铁路线路平面曲线(圆曲线及缓和曲线)与纵断面竖 曲线重叠设臵一直是铁路工作者感到头痛的问题。两种曲 线的重叠不但给线路测设工作带来一定的难度，对行车的 安全性、平稳性和舒适度也会有一定的影响，更主要的是 给线路的养护维修工作增加了难度。
高速铁路采用大坡度的有利条件如下： ①现代高速铁路机车的大功率，特别是动力分散式动 车组，可以提供强劲动力支持，为大坡度运营奠定基础。 比如，TGV机车功率达到9000 kW，而传统的铁路初期采用 的蒸汽机车功率只有750 kW。 ②列车速度越快，爬同样的坡，减速度越小，重力作 用时间越短，为设臵大坡度提供了条件。 我国高速铁路设计规范中规定正线的最大坡度，一般 条件下不应大于20‰，困难条件下，经技术经济比较．不 应大于30‰。动车组走行线的最大坡度不应大干35‰。
还将带来不安全因素。
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(3)增加了养护维修工作的难度：由于缓和曲线很长，其曲率及其变化率 均甚微，轨道检测精度已难于保证其检测结果的真实性，若加上竖曲线的重 叠设臵，检测仪器更难分别提取竖曲线和缓和曲线的不平顺值了。 同时考虑到缓和曲线长度相对圆曲线较短，避免重叠设臵更容易处理， 我国高速铁路规定竖曲线与缓和曲线不得重叠。
设计行车速度（km/h） 有砟轨道 平面最小圆 曲线半径 无砟轨道 （m） 最小竖曲线半径（m） 350 7000 6000 25000 300 5000 4500 25000 250 3500 3000 20000
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五、特殊地段线路纵断面设计要求
连续梁、钢梁及较大跨度梁的桥上纵断面设计应满足桥梁设计的技术要求。 隧道内的坡道可设臵为单面坡道或人字坡道，地下水发育的长隧道宜采用人字 坡，其坡度不应小于 3‰。 路堑地段线路坡度不宜小于2‰。跨越排洪河道的特大桥和大中桥的桥头路 基、水库和滨河地段、行洪及滞洪区的浸水路堤，其路肩设计高程应按有关设
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借鉴国外高速铁路最大坡段长度的采用情况，并根据 列车坡度运行模拟计算结果，建议采用最大坡度12‰时，
对最大坡段长度暂不限制；当采用最大坡度15‰时，最大
坡段长度不宜大于9 km；当采用最大坡度20‰时，最大坡 段长度不宜大于5 km。
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三、竖曲线半径
为保证列车在变坡点的运行安全和乘客的舒适性要
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(二)最大坡段长度 法国高速铁路的最大坡段长度与坡度有关，坡度正常值应 随坡段长度而变化。对于从最小值至3 km的长度，其坡度不应 超过18‰；对于3～15 km的长度范围，其坡度逐步从18‰降至 15‰；对于大于15km的长度，最大坡度不超过15‰，并建议在 实际应用中，上述坡度再降2‰；对于坡度大于25‰的线路， 建议考虑平均坡度25‰，最大坡长4 km。 德国科隆—莱茵／美茵线对最大坡度规定在坡段长度10 km范围内不应大于25‰，在坡段长度6 km范围内不应大于35‰ 。日本新干线困难条件下18‰的坡段最大长度为2.5 km，20‰ 的坡段最大长度为1 km。