第二章 铁路设计

加算坡度
线路纵断面上每一坡段的坡度i与该坡道上的曲线、隧 道等附加阻力换算坡度之和称为加算坡度 i j ，即： 加算坡度：
i j i ir is（‰）
对应的单位加算阻力为：
j i r s（N/t）
⑸起动阻力 我国采用如下的试验公式来计算列车、车辆的起动阻力。 ①机车单位起动阻力
4、货流比 设计线上、下行方向的货运量不均衡时，应区 分为轻车方向和重车方向。货流比 QZ 是轻车方 向货运量CQ 与重车方向货运量 CZ 的比值，即:
QZ
CQ CZ
5、货运波动系数
由于生产和消费的季节性等原因。设计线的货运量 在一年内各月份并不相等。一年内最大的月货运量和全 年月平均货运量的比值称为货运波动系数，以β 表示。 设计线必须完成运量最大月份的运输任务，所以在 计算铁路能力时，应考虑货运波动系数的影响 ：
期运量和运输性质确定，并考虑预留远期发展的条件
对于不易改、扩建的建筑物和设备，应按远期运量和运 输性质确定。
五、客货运量调查不准确或设计年度过短带来的问题
多年来，我国许多干线铁路一直处在不停地改、扩
建之中，这些改、扩建工程包括增加车站、双线插入、
局部复线、软化坡度、通信信号改造、增建第二线或电 气化等各种方式。 1、南昆铁路
左图：西康铁路秦岭隧道 下图：西康铁路铲河特大桥
西康铁路2001年1月 开通运营，当年限制区段 的平图能力利用率达到 100％，需要开放原设计 预留的车站。修建第二线 也己提上日程。
3、 广深铁路 广深铁路先将单线改造并增建第二线，1987年建成复 线，1990年开始研究将复线改造为我国第1条准高速铁路， 1994年建成准高速复线和第三线，近年来广深公司又酝酿 修建第四线。 广深线现阶段有三条铁路， 即准高速双线铁路和一条单线铁 路。由于单线铁路的运能相当有 限，以致普速列车和货物列车经 常被安排在准高速线路上行驶， 这给准高速铁路线的运行速度及 安全系数均带来影响。按照方案， 广深铁路第四线计划把单线铁路 也变成双线。
Ll K r
6000 Wr Ll q( N ) R Wr 6000 105 r (N / t) Ll q R Kr
其中：Ll q为列车质量
②当曲线长度小于列车长度时 Ll
Ll K r： Wr 6000 Kr q R Wr 6000 K r r Ll q R Ll
⑷附加阻力换算坡度及加算坡度 因为坡道附加阻力 上行驶时产生，且：
在曲线上行驶所产生的曲线附加阻力是在一个坡度 ir 的坡道
i=10i(N/t)，我们可以认为列车
ir
r 10 ir
同理，隧道内：
r
10
s 10 i s
is
s
10
线、隧道当量坡度。
ir、is 分别称为曲线、隧道附加阻力换算坡度，或称为曲
四、铁路总体负责制
总体设计负责人 专册负责人
经 济 与 运 量
行 地 线 车 质 路 、 组 路 织 基 及 轨 道
桥 涵
隧 道
站 机 车 场 务 辆 设 设 备 备
给 通 水 信 排 水
信 号
电 力
房 屋 建 筑
施 工 组 织 及 概 算
五、铁路设计中应遵循的规程与规范
《铁路技术管理规程》(简称《技规》) 《铁路线路设计规范》(简称《线规》)
•铁路设计规范的多次修改 •航测、遥感、计算机辅助设施的广泛采用
二、铁路选线设计的基本任务
(1)根据国家政治、经济、国防的需要，结合线路经过
地区的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划 线路的基本走向，选定铁路的主要技术标准。
(2)根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、
交通、农田、水利设施等具体情况，设计线路的空间位置 (平面、立面)，并在保证行车安全的前提下，力争提高线 路质量，降低工程造价，节约运营支出。
体现20世纪90年代设计、筑路水平的 西南大动脉南昆铁路，东起南宁，西至昆 明，北接红果，全长898公里，为国家I级 干线电气化铁路。
南昆铁路设计年输送能力，近期1000万吨， 远期2000至3000万吨。南昆铁路1997年开通运 营，2001年大部分区段平图能力利用率达到94％， 能力己处于饱和状态。
《列车牵引计算规程》(简称《牵规》)
第二节
一、客货运量的意义
铁路运量
1、客货运量是设计铁路能力的依据。
2、 客货运量是评价铁路经济效益的基础。
3、客货运量是影响线路方案取舍的重要因素。
二、客货运量的调查和预测 设计线的吸引范围是设计线吸引客货运量的区域 界限，设计线客货运量的调查和预测，都是在吸引范 围内进行的。
四、设计年度 铁路的设计年度一般分为近、远两期，近期、 远期分别为铁路交付运营后第五年和第十年；必要 时，也可增加初期，初期为交付运营后第三年。各 期运量均应通过经济调查确定。
铁路的建筑物和设备，应根据设计年度的运量分期
加强，使铁路设施的能力与运量增长相适应。这样，既
能满足日益增长的运输要求，又可节约铁路建设的初期 投资。对于可以逐步改、扩建的建筑物和设备，应按近
经验公式 曲线附加阻力的计算一般采用经验公式：
r=A/R(N/t)
现行规范中采用：A=6000， r =6000/R(N/t)
57.3K r R 10.5 则：r Kr
列车平均单位曲线阻力
设列车长度为 Ll(m)，列车每延米的质量为q(t/m)， 则列车的质量为Ll·q(t) ①当曲线长度大于列车长度时
造成南昆线能力饱和，及需改建的原因主要
是由于运量调查的不准确和设计年度过短造成。
2、西康铁路
2001年1月8日，新世纪伊始，西部又一条铁路大动脉 西安--安康线开通运营。全长267.49公里的西安--安康线是 国家一级电气化铁路干线，途经陕西省7个市县。它的开 通运营对实施西部开发、加速沿线地区社会进步具有重要 意义。图为第一列火车通过全长18.46公里的中国第一隧 道－－秦岭隧道。
50( N / t ) q
②货车的单位起动阻力
第二章 铁路设计的 基本原则
第一节 铁路总体设计
一、我国铁路设计工作的发展过程 经历了设计管理由外人把持到自主设计的一个过程， 其中著名的京张铁路就是我国自主设计的第一条铁路。 京张铁路创新： 1、33‰的最大坡度
2、人字形展线方式
3、采用1435mm的标准轨距 4、最早的设计规范与管理规程
•专业勘测设计队伍的成立
•货运量
•货物周转量
•货运密度 •货流比 •货运波动系数 •零担、摘挂、快运货物和旅客列车
1、货运量 货运量C是设计线(或区段)一年内单方向需要运输的 货物吨数，应按设计线(或区段)分上、下行分别由下式计 算： C＝∑ Ci (104t/a) 式中 Ci——某种货物的年货运量(104t/a)
2、货物周转量 货物周转量 CH Z 是设计线(或区段)一年内所完成的 货运工作量，可由单方向一年内各种货运量 C (t/a)与 i 相应的运输距离 Li(km)按下式计算：
一年内最大的月货运量 全年月平均货运量
6、零担、摘挂、快运货物和旅客列车
零担列车是运送地方零散货物的列车，在中间站办理零 担货物的装卸，一般运行于一个区段内。 摘挂列车是运送地方整车货物的列车，在中间站办理货 车甩挂和到货场取送车作业，一般运行于一个区段内。 快运货物列车是运送鲜活或易腐货物的列车，为缩短旅 途时间，这种列车很少停站，其他普通货物列车要停站待避 ，使其不停车通过。 旅客列车是运送旅客的列车。 这些列车的对数，应根据经济调查资料分析确定。
Q 0 W0 P 0
• 惰力运行时的列车基本阻力：
d Q 0 d W0d P 0
• 全列车的平均单位基本阻力为： 牵引运行时：
Q 0 P 0 0 PQ
惰力运行时：
0 d
d Q 0 d P 0 PQ
第三节
一、列车运行的各种阻力
牵引计算
列 车 运 行 阻 力
基本阻力
机车单位基本阻力
车辆单位基本阻力 坡道附加阻力
附加阻力
曲线附加阻力 隧道空气附加阻力 起动阻力
1、基本阻力 一台机车牵引一定质量的列车在线路上运行，即 使在平直坡道上，由于轮轨之间，机车车辆各活动部 分之间，以及车体与四周空气之间的摩擦、冲击、振 动必然会产生一定的阻力，这种阻力称为列车运行的 基本阻力。 ⑴基本阻力影响因素 •列车运行速度 •线路状况 •机车车辆构造
或
105 r Ll
③如果列车处于n个曲线上，且列车全长范围内的曲线 转角总和为
r
105 Ll
⑶隧道空气附加阻力
列车在隧道内运行时，由 于空气受隧道约束，不能向 四周扩散，前面的空气压力 增大，尾部空气稀薄，空气 与列车表面及隧道表面产生 摩擦。因之，作用于列车上 的空气阻力远郊空旷地段为 大，增加的空气阻力称为隧 道附加空气阻力。 单位隧道空气附加阻力以 s 表示，计算式由试验确定。
Sinα=tan α
将机车、车辆的质量单位 由（t）改为kg，可得下式： F2=1000q.g.tanα(N) 坡度值一般以千分率表示， 因单位阻力的定义为单位质量 阻力，故坡度单位附加阻力ωi为：
tanα=i/1000
F2=q.g.i(N)
=10i
⑵曲线附加阻力
曲线附加阻力是由于列车在曲线上运行，加剧了轮缘 与钢轨之间的摩擦，同时，车轮与钢轨之间产生纵向的和 横向的滑动，所以引起额外的阻力。 注：曲线附加阻力大小和曲线半径R(m)直接相关。
(3)与其他各专业共同研究，布置线路上各种建筑物，
如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，并确定其 类型或大小，使其总体上互相配合，全局上经济合理， 为进一步单项设计提供依据。
三、铁路基本建设程序 大中型建设项目
预可行性研究 决策阶段 可行性研究 初步设计 设计阶段 施工图设计 工程施工和设备安装 验交投产 后评估
直通吸引范围
吸引范围 地方吸引范围
直通吸引范围
直通吸引范围是路网中客货运量通过本设计线运送 有利的区域范围。
以运距最短来 划分范围
地方吸引范围 地方吸引范围是在设计线经行地区内，客货运量要由 设计线运送有利的区域范围。
按运量由设计线 运送运价最低的原则 来确定（含水运、公 路运输的比较）。
三、铁路选线设计所需要的运量参数
式中：P-----机车质量 Q-----牵引质量
2、附加阻力 当列车在坡道上、曲线上、隧道内运行时，还会产
生一定的附加阻力，称为坡道附加阻力、曲线附加阻力
、隧道空气附加阻力。
⑴坡道附加阻力
列车在坡道上运行时 ，其重力产生垂直于轨 道的与平行于轨道的两 个分力。
由图可知: F2=q.g.sinα(N) 因α很小，可以认为：
⑵基本阻力的表示方法 单位基本阻力即单位机车或车辆质量所受的阻力。 机车单位基本阻力
牵引 0
惰力 0 d
车辆单位基本阻力
牵引 0
惰力 0 d
经验公式中各阻力均表示为速度的函数。
⑶列车基本阻力与列车平均单位基本阻力 列车基本阻力 W为机车基本阻力与车辆基本阻力之 0 和，计算方法如下： • 牵引运行时的列车基本阻力：
wenku.baidu.com、浙赣铁路
浙赣铁路起于杭州站，止于湖南株洲，横跨浙、赣、 湘三省。其中浙江段全长294.2公里。浙赣铁路自20世纪80 年代初开始，对既有线增设会让站、双插、结合整治水害 进行复线改造等。1997年全部复线正式开通，改建跨几个 五年计划，“十一五”又计划进行提速与电气化改造，投 资需要近百亿元。 浙赣铁路电气化改造投资105亿元，已于2004年6月 全面开工，建成后将成为我国现代化水平最高的电气化 铁路。目前时速80公里，2005年10月前完成提速后，时 速将达200公里。届时，从杭州到衢州只需1.5小时。
CH Z ＝∑( Ci × Li) (10 4t·km/a)
左图为侯月线 开行5000吨重 载列车
3、货运密度 货运密度CM是设计线(或区段)每km的平均货物周转量：
CHZ CM L
10 t km /( km a)
4
式中 CM ——设计线或各区段的货物周转量(104 t· km/a)； L——设计线(或区段)的长度(km)。