高速铁路运输设备第二章 第二节 线路的平面与纵断面

从铁路运营角度考虑，铁路线路最好是既平又直，这样可提高列车运行速度，增大牵引重量，节省运营费 用，提高运输能力。但由于地形、地物和地质条件等的限制，如将线路设计成既平又直，势必会增大土石方 工程量，从而大大提高造价。所以，铁路线路的平面与纵断面必须结合线路的具体情况，并按线路等级和 《铁路线路设计规范》所规定的技术标准进行设计。 一、线路平面 （一）线路平面组成 线路平面的组成包括直线与曲线，其曲线又由圆曲线和缓和曲线所组成。 在线路平面设计时，为缩短线路长度并改善运营条件，应尽可能地设计为直线。但当线路遇到地形、地质 与地物等障碍时，为躲避障碍并减少工程量或进行展线降坡以及实现线路控制点的连接等，都需要通过设置 线路曲线来实现。如图2-2-2所示。
图2-2-2
线路平面示意
1．圆曲线 铁路线路在转向处所设的曲线应为圆曲线（如图2-2-3所示），其基本要素有：曲线半径（R）、曲线转 角（α）、曲线长度（L）、切线长度（T）。
图2-2-3
圆曲线要素图
曲线半径（R）是铁路线路平面设计非常重要的技术标准，影响它大小的主要因素有列车运行速度、地形 地质条件、机车类型等。其中列车运行速度是决定线路最小曲线半径（R）的主要依据。
式中 H——段坡道两端点的高差（m）； L——段坡道两端点的水平距离（m）； i ——坡度值。
铁路线路根据地形的变化，可分为上坡、下坡和平道。上、下坡是按列车运行方向来区分的，通常用 “﹢”号表示上坡，用“﹣”号表示下坡，平道用“0”表示。例如，+6‰是表示线路每1000m的水平距离 升高6m；-6‰则表示线路每1000m的水平距高降低6m。 2．竖曲线 （1）变坡点与最小坡道段 线路纵断面上坡度的变化点叫做变坡点；相邻变坡点间的距离叫做坡段长度。从运营角度来看，纵断面 坡段一般应尽量长些，以有利于行车平稳，但也应考虑地形条件及工程量的大小。一般情况下，纵断面坡 段长度不短于远期列车长度的1/3，使一个列车长度范围内不超过两个变坡点，以减少变坡点附加力的叠加 而引起列车运行的不平稳。所以《铁路线路设计规范》规定了铁路线路的最短坡道段，见表2-2-3。 表2-2-3 最小坡道段长度
图2-2-6
相邻曲线间的夹直线示意图
车辆运行在同向曲线上，因相邻曲线半径不同，超高高度不同，车体内倾角度不同；车辆运行 在反向曲线上，因相邻曲线超高方向相反，车体时而向左倾斜，时而向右倾斜。这两种情况都会 造成车体摇晃震动，夹直线愈短，摇晃振动愈大。
根据运营实验，为保证旅客舒适，夹直线长度应不短于2～3辆客车的长度，极困难条件下，也不应短于1辆 客车长度。
第二节
线路的平面与纵断面
铁路线路在空间的位置是用它的线路中心线来表示的。线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线（AB） 与两路肩边缘水平连线（CD）交点（O）的纵向连线，如图2-2-1所示。
图2-2-1
铁路线路中心线位置示意图
线路中心线在水平面上的投影叫做线路平面，它表明线路的曲、直变化与走向；线路中心线纵向展 直后在铅垂面上的投影叫做线路纵断面，它表明线路的起伏变化与高程。线路的平面和纵断面不但确 定了线路在空间的位置，同时也为路基、桥隧建筑及站场等其他设备的设置提供依据，也对铁路通过 能力及输送能力的大小有直接的影响。
线路等级
I
II
路段设计 行车速度 （km/h） 一般地段 最小曲线 半径 困难地段 最小曲线 半径
200
160
120
120
80
3500
2000
1200
1200
600
2800
1600
800
800
500
表2-2-2 客运专线铁路区间最小曲线半径（m）
设计速度（km/h） 200 250 300 350
一般地段 2200 4000 4500 7000
困难地段 2000 3500
2．缓和曲线 为保证列车由直线进入圆曲线或由圆曲线进入直线安全、顺畅、平稳，线路应平顺地由直线过渡到 圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除。因而，需要在直线与圆曲线之间设 置一个曲率变化的曲线（理论上应为渐开线，在实际设计中通常使用三次抛物线），这个曲线就是缓 和曲线。如图2-2-面示意图
1．坡度 坡度是一段坡道两端点的高差（H）与水平距离（L）之比，即坡道仰角（α）的正切值（如图2-2-8所 示）。
在铁路线路设计中，由于坡道的仰角（α）一般都比较小，为了便于计算，铁路线路的坡道则习 惯用千分率（i‰）来表示。则：
H 铁路线路坡度 tan i L
wr 600 R
式中 600——试验常数； R——圆曲线半径（m）；
（N/kN）
二、 线路纵断面 （一）线路纵断面组成 线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。 在线路纵断面设计时，为使线路的运营条件良好，应尽可能地平顺。但因自然地貌的起伏变化， 为减少工程量，降低工程造价，铁路线路的坡道存在是必不可少的。如图2-2-7所示。
图2-2-4 缓和曲线与圆曲线设置示意图 缓和曲线从所衔接的直线一端起，它的曲率（ρ）由无穷大逐渐减小到它所衔接的圆曲线半径 （R）。它可以使离心力逐渐增加或减小（如图2-2-5所示），不至于造成列车强烈的横向摇摆，保 证列车运行安全和平顺。
图2-2-5
离心力变化示意图
3．夹直线 为了保证列车运行安全与平稳，在两相邻曲线之间应设置一段有一定长度的直线，这段直线就叫做 夹直线。两相邻曲线转向相同就叫做同向曲线（如图2-2-6（a）所示），若转向相反则称为反向曲线 （如图2-2-6（b）所示）。
（二）曲线附加阻力（Wr） 当列车通过圆曲线时，由于离心力的作用，外侧车轮的轮缘紧压外轨，使其磨耗增大。又由于圆曲 线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原因，使得运行中的列车所受阻力比在直线上所受阻力大， 两者之差即为曲线附加阻力，用Wr来表示。 曲线附加阻力与列车重量之比叫做单位曲线附加阻力，用wr来表示。其计量单位为N/kN，它的大小 通常用试验公式求得：
在线路平面设计时，通常应根据具体条件尽可能选用较大曲线半径（R），以得到较好的列车运行条 件和较大的通过能力。但选择较大曲线半径（R）有困难时，为保证线路的基本运行条件和通过能力， 我国《铁路线路设计规范》规定最小曲线半径（R）见表2-2-1。对于客运专线铁路的曲线半径（R）选 择应遵循《高速铁路设计规范》的规定，见表2-2-2。 表2-2-1 客货共线I、II铁路区间线路最小曲线半径（m）