【铁道工程-课件】第3章 线路平面和纵断面设计

2 11.8Vmax ( m) h hQ
⑵轮轨磨耗条件 确定因素：行车速度，实设超高
外轨超高
2 11.8VJF hsh (m m) Rmin
均方根速度
VJF
NGV 2 (km / h) NG
客车速度Vmax
欠超高≤允许值
2 11.8Vmax hQ hsh Rmin
货车速பைடு நூலகம்Vh
综合以上的考虑，《规范》规定最小夹直线长度 铁路等级 一般地段 困难地段 Ⅰ 80 40 Ⅱ 60 30 Ⅲ 50 25
具体设计时，若夹直线长度不够，则要修改线路的平面位置。 修改措施： a 减小R或l。，使曲线长度变短 b 改移夹直线位置，延长转点间的直线长度和减小曲线偏角 c 用一个曲线代替几个同向曲线
3.1.1限制坡度
⒈限制坡度对工程和运营的影响
⑴输送能力 由输送能力计算公式可知， 输送能力取决于通过能力 和牵引质量。在牵引种类 和机车类型一定的情况下， 由牵引质量计算公式可知， 牵引质量由限制坡度决定。
365NH· j G C= ———— (Mt/a) 106β
2.2直线
平面设计时，先用有限条折线表示线路的大致位置，然后 再在相邻折线之间设置曲线。直线位置确定后，曲线位置 就大致上定下来了。因此平面设计，主要是直线位置的确 定。
设计直线应遵循的原则： ⒈直线与曲线相互协调 ⑴不要因设置直线而使工程量过大 ⑵不要因节省工程量而使曲线半径过小， 曲线长度过短，从而使运营条件变差 ⒉力争设置较长的直线段 好处：可缩短线路长度，改善运营条件
24Rw
线距加宽
pn pw pn pw (m)
所以内侧缓和曲线长度l n 24Rn * pn (m) 取为10米的整倍数
⑵曲线毗连地段，夹直线较短，偏角过大，不能过多 加长内侧线的缓和曲线长。 内外线采用相同的缓和曲线长度，加宽曲线两端夹 直线段的线间距。
§3
区间线路纵断面设计
⒉第二、三线的线距 2 2440 410 5290 mm 取为5.3m 其中 2440—直线建筑接近限界半宽 410—信号机最大宽度
㈢区间曲线地段线距加宽 ⒈加宽原因 车体长 L 26 m 转向架中心距 Z 18 m 曲线半径为R ⑴车辆在曲线上时，车辆中部向内凸W1，两端向外凸W2
小半径曲线的优点： 更好地适应地形变化，减少路基、桥涵、隧道、 挡墙的工程数量，降低工程造价。 小半径曲线的缺点： ⑴增加线路长度
⑵降低粘着系数 机车通过时，车轮在钢轨上的纵 向、横向滑动加剧，粘着系数降 低，机车粘着牵引力下降
⑶轨道需要加强 R＜600时，横向冲击力加大， 轨道要加强，要设置轨撑、轨 距杆或增加外侧道床的宽度 ⑷增加接触导线的支柱数量 R越小，中心线与接触导线的矢度越大，支柱间间距应该 减小
2.3圆曲线
设置目的：改变线路方向 机车驾驶室内没有方向盘，列车靠钢轨导向。通过曲线时， 轮轨间产生很强的作用力。摇摆、振动、撞击、挤压主要 与半径R有关，而半径与工程量有很大关系。
2.3.1曲线半径对工程和运营的影响
⒈曲线限制速度
V hSH hQ 11.8 R (km / h)
⒉曲线半径对工程的影响
⒉选定最小曲线半径的影响因素 ⑴路段设计速度——最小曲线半径要满足各个路段的需要 ⑵货车通过速度 坡度越陡，列车速度越慢。曲线上，外轨超高受允许过超 高的制约 ⑶地形条件 平原微丘——R宜大 山岳地区——R宜小 用足坡度地段——R越小，线路额外展长，工程费用增加
2.3.3曲线半径的选用
⒈曲线半径系列 一般为50或100米的整倍数 特殊为10米的整倍数 ⒉选用原则 ⑴因地制宜，由小到大合理选用 ⑵结合纵断面特点合理选用 ①坡度平缓地段和凹形纵断面坡底，列车速度高， 半径宜大 ②长大坡道、凸形纵断面的坡顶及双方向均需停车的 大站两端，半径可以小一些 ③足坡长大坡道顶部和进站前用足坡度上坡的地段， 半径不宜过小 ④小半径曲线宜集中设置
圆曲线
曲线 缓和曲线
⒈曲线要素 ⑴未加设缓和曲线的曲线 （概略定线） 偏角α —平面图上量得 半径 R—选配
切线长
T y R * tan

2
( m)
曲线长
Ly
R
180
( m)
⑵加设缓和曲线的曲线 （详细定线） 曲线要素：偏角α ， 半径 R，缓和曲线长L。（选配）， 切线长，曲线长
内移距离 切垂距
① Rmin
过超高≤允许值
2 11.8VH hG hsh Rmin
2 2 11.8(Vmax VJF ) (m) hQ
2 2 11.8(VJF VH ) (m) hG
②
Rmin
R 取 max{ min} 进整为50米的整倍数
①+② Rmin
2 2 11.8(Vmax VH ) (m) hQ hG
⒊力求减小交点偏角度数 线路转弯急，总长增加→投资大 偏角α 大 克服的阻力功增加→运营支出加大
每吨列车克服的曲线阻力功
Ar r * Ly 600 g R * 10.5 g ( J / t ) R 180
⒋夹直线长度不应短于规定长度 夹直线——前一曲线终点与后一曲线起点间所夹直线 两相邻曲线，转向相同者为同向曲线，转向相反者为反向 曲线。 夹直线最小长度的确定 ⑴满足线路养护要求 列车通过反向曲线路段时，频繁转向，车轮对钢轨的横向推 力加大。若夹直线太短，则正确位置不易保持，维修工作量 加大，危及行车安全，运费增加。 要求：不宜短于50~75米，最短不短于25米。
⒊ 曲线半径对运营的影响 ⑴增加轮轨磨耗 轮轨间的纵向横向滑动 、挤压，使磨耗增加。 半径越小，磨耗越大。 ⑵维修工作量加大 小半径曲线地段， 轨距、方向容易错位
⑶行车费用增加 ①小半径曲线限制列车速度 列车通过曲线时，需要减速、限速、加速，机车需要 额外做功，使得运行时分和行车费用增加。 ②小半径曲线使线路加长、总偏角加大，导致曲线阻力 功加大，行车费用增加。
⒋选用——结合半径、设计速度、地形选用，尽量选 用较长的。 ⒌两缓和曲线间圆曲线的最小长度——与夹直线相同
2.3.5线间距离
㈠限界 定义：对机车车辆和接近线路的建筑物和设备所规定的不 允许超过的轮廓尺寸线。 作用：确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车 车辆撞击临近线路的建筑物和设备。
种类： 机车车辆限界——机车车辆不同部位宽度和高度的 最大轮廓尺寸线。
2.3.2最小曲线半径的选定
意义： ⑴铁路主要技术标准之一 ⑵对工程量和运营条件有重大影响 ⒈最小曲线半径的计算式 客车货车共线 客车：保证舒适条件 货车：不致引起轮轨严重磨耗 ⑴旅客舒适条件 列车以最高速度通过时，欠超高不能大于允许值
V
h hQ 11.8
* R (km / h) Rmin
Z 2 40500 W1 (m m) 8R R
L2 Z 2 44000 W2 (m m) 8R R
⑵曲线上设有外轨超高，使车体向内侧倾斜W3
hsh W3 H 1500
H W3 * hsh (mm ) 1500
⒉加宽值计算 ⑴ hw hn 时， W W 1 W 2 84500 (mm )
第三章 线路平面和纵断面设计
§1 概述 §2 区间线路平面设计
§3 区间线路纵断面设计
§1 概述
⒈设计目的：在满足主要技术标准的前提下，确定线路 在空间中的位置 。
术语定义： 线路中心线：路基横断面上O点纵向连线。O点为距外 轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD交点。 新线设计标高：均为路肩设计标高
③ 客车通过夹直线的时间t不小于弹簧振动消失的时间tz。
LJ LZ tz 由t≥tz 得来 Vmax / 3.6 式中： t z ——取1.5s，分别按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，120、100、80Km/h L z ——客车全轴距，取20m 故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级铁路分别为70m、62m、54m。
t z Vmax LJ Lz 3.6
直线建筑接近限界——铁路两侧建筑物和设备在 任何情况下不得侵入的轮 廓尺寸线。 隧道建筑限界
桥梁建筑限界
㈡区间直线地段的线距 ⒈第一、二线的线距
2 mm 最小线距： 1700 100 400 4000 其中 1700—机车车辆的限界半宽 100—信号限界宽 400—不限速会车的安全量
⑵行车平稳要求 ①夹直线太短—→列车同时在相邻曲线上运行—→ R不同，超高不同—→车辆左右摇摆 要求：为保证行车平稳舒适，夹直线不短于2~3节客车长， 即51~76.5米 ②通过夹直线前后ZH、HZ点时，轮轨冲击—→转向架 弹簧产生振动 要求：为保证振动不叠加，旅客乘坐舒适，夹直线应足够 长，客车通过夹直线的时间要大于弹簧振动消失的 时间。
2 l0 p ( m) 2 4R
m
l0 ( m) 2
90l 0 R

2 m
缓和曲线角 0 切线长 曲线长
度
T ( R p) tan
L
R( 2 0 )
180
2l 0
⒉曲线起终点里程的推算
ZH里程：平面图上量取 HZ里程＝ZH里程＋L HY里程＝ZH里程＋l。 YH里程＝HZ里程－l。 具体设计时： R—根据地形选配 α —用量角器量出 L。—根据线路等级和地形条件选配 思考题： 已知: JDi，( Xi 、Yi 、Ri、lo ) 如何编程计算曲线要素，推算线路中线里程。
R
⑵ hw hn 时，外侧车体的内倾量大于内侧
W W1 W 2 H 84500 3850 (hw hn ) (hw hn ) 1500 R 1500
⒊加宽方法 ⑴对于新建双线并行地段的曲线，加长内侧曲线的缓 和曲线长度，外侧缓和曲线长度lw取规定值。 2 lw 内移距 pw (m)
基本概念及设计过程 •最大坡度 •坡段长度 •坡段连接 •坡度折减 •坡段设计对行车费用的影响
重要概念：坡段长度，坡度 坡段长度——坡段前后两个变坡点之间的水平距离 坡度——坡段两端变坡点之间的高程差除以坡段长度
坡度值符号规定：上坡取正值，下坡取负值
Hi i 1000 (‰) Li
设计步骤： ⒈在平面设计一栏中，填入平面设计的资料，按纵断面图的 格式，绘制线路平面图。 ⒉根据平面图的等高线，将千（百）米标及地形变化点点绘 在纵断面图上，连成地面线。 ⒊用直尺沿地面线上下移动，使填挖方较小，从而定出坡段 长度和坡度值。 以上为纵断面设计的大致步骤，具体设计时，还包括确定最 大坡度、坡段长度、坡段连接和坡度折减等一系列具体问题， 需要在设计过程中进一步协调配合。
2.3.4缓和曲线——保证行车平顺
⒈作用 ⑴缓和曲线地段，半径由无穷大变到一个定值，离心力逐渐 增加
⑵缓和曲线地段，外轨超高由零变动到园曲线上的超高，向 心力逐渐增加
⑶半径小于350米时，轨距由标准轨距变动到加宽后的轨距
⒉线型 直线型超高顺坡 的三次抛物线
⒊长度 ⑴保证超高顺坡不致使车轮脱轨 ⑵保证超高时变率不致影响旅客舒适 ⑶保证欠超高时变率不致影响旅客舒适 取三个计算值中的较大者
平面设计 直线、圆曲线、缓和曲线的设计 最大坡度 坡段长度 纵断面设计 坡段连接 坡度折减
线路平面图 ⒊主要设计成果 线路纵断面图
满足《铁路线路设计规范》要求 ⒋设计要求 桥、隧、站和建筑物与线路的协调配合 工程造价省
优化设计
有利于运营
§2 区间线路平面设计
2.1平面组成和曲线要素
直线 线路平面
铁路线路的平面与纵断面
• 铁路线路平面 定义：线路中心线在水平面上的投影 组成要素：直线和曲线
• 铁路线路纵断面
定义：线路中心线（曲线部分展直后）在垂直
面上的投影
组成要素：平道和坡道
平面图
纵断面图
⒉设计内容
区间线路平面设计 区间线路纵断面设计 车站、桥梁、隧道地段的平、纵面设计 线路的平面组成和曲线要素
3.1线路的最大坡度
首先必须明确限制坡度、加力牵引坡度、地面平均自然坡度 等几个概念。 最大坡度，在单机牵引的路段称为限制坡度； 在两台及以上机车牵引的路段称为加力牵引坡度。 地面平均自然坡度是指两点之间地面高程与距离的比值。 注意： 纵断面的设计坡度不得大于最大坡度值。若超过了最大坡度， 牵引质量按限坡计算的货物列车，在持续上坡道上，会低于 计算速度运行，发生运缓或途停事故。