铁路线路的平面及纵断面

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2. 变坡点和竖曲线
铁路线路纵断面上坡度的变化点，称为变坡点。相 邻变坡点间的距离，称为坡段长度。从运营角度来看， 纵断面坡段应尽量长些，以利于行车平顺和减少变坡点， 但也应考虑地形条件及工程量的大小。一般情况下，纵 断面坡段的长度不短于远期列车长度的一半，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 的叠加影响所引起列车运行的不平稳。
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线路中心线在水平面上 的投影叫作铁路线路的平面， 线路中心线（展直后）在垂 直面上的投影叫作铁路线路 的纵断面。
铁路线路的平面及纵断面
1.1 铁路线路的平面及平面图
1. 铁路线路的平面 铁路线路的平面能够表明线路的直、曲变化状态。在进行 铁路线路平面设计时，为了缩短线路长度和改善运营条件，应 尽可能地设计较长的直线段；但当线路遇到地形、地物等障碍 时，为了减少工程造价和运营支出，还应适当地设置曲线。为 了使列车由曲线到直线或由直线到曲线运行平稳，还应设置缓 和曲线。所以，铁路线路的平面由直线、曲线及连接直线与曲 线的缓和曲线组成。这里重点介绍曲线与缓和曲线。
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（1）曲线。
①圆曲线。铁路线路在
转向处所设的曲线为圆曲线，
其基本组成要素有曲线半径
R
α
长L、切线长度T，如图2-1
所示。
图2-1 圆曲线的基本组成要素
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在线路设计时，一般是先设计出α和R，再 按式（2-1）和式（2-2）计算出T及L：
曲线半径越大，行车速度越高；工程量越大， 工程费用越高。
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在设计铁路线路平面时，必须根据铁路所允许的 旅客列车的最高运行速度，由大到小地选用曲线半径。 为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取 50 m、100 m的整倍数。为了保证线路的通过能力， 并有一个良好的运营条件，《铁路线路设计规范》 （GB 50090—2006）对区间线路平面的最小曲线 半径做了具体的规定，如表2-2所示。
铁路线路坡度的大小可用式（2-3）表示：
式中，i为坡度值；α为坡道段线路中心线与水平线
的夹角。
铁路线路根据地形的变化，有上坡、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，+4‰表示线路每 1 000 m
4 m；
-4‰表示线路每1 000 m的水平距离降低4 m。
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③曲线附加阻力。 轨道运行时所受到的阻力，称为基本阻力。 基本阻力包括车轴与轴承之间、轮轨之间以 及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力 在列车运行时总是存在的。
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称为附加阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。 附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定， 阻力方向与列车运行方向相反。
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图2-2 设有缓和曲线的铁路曲线
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缓和曲线的特征为：从缓和曲线所衔接的直线一端 起，它的曲率半径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F逐渐增加或减小，不致造 成列车强烈的横向摇摆，如图2-3所示。
图2-3 离心力变化
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车辆经过变坡点时，将产生振动和竖向加速度，引起旅 客不舒适；同时由于坡度变化，车钩会产生一种附加应力， 车辆经过凸凹地点时，相邻车辆处在不同坡道上，易使车钩 上下错移。当相邻坡段的坡度差过大，附加应力过大，两车 钩上下错移量过大时，列车可能发生断钩、脱钩等事故。因 此，当相邻坡段的坡度差超过一定数值时，为保证列车运行 平稳，防止脱钩、断钩事故的发生，应在相邻坡段间用一圆 顺曲线进行连接，使列车顺利地由一个坡段过渡到另一个坡 段，这个纵断面上变坡点处所设的曲线，叫作竖曲线。
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根据运营实践，为保证旅客舒适，夹直线的长度应保持 2～3辆客车长度；在困难条件下，也不应短于1辆客车的长 度。因此，《铁路线路设计规范》（GB 50090—2006） 规定圆曲线或夹直线的长度不应小于表2-3规定的数值。
注：括号内的数值为特殊困难条件下，经技术经 济比较后方可采用的圆曲线或夹直线最小长度。
1.2 铁路线路的纵断面及纵断面图
为了适应地面的起伏，铁路线路 上除了平道以外，还修成不同的坡道。 铁路线路纵断面由平道、坡道及设于 变坡点处的竖曲线组成。
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1. 坡道的坡度
坡度是一段坡道两 端点的高差h与水平距 离L之比，用i（‰）表 示，如图2-5所示。
图2-5坡道的坡度
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缓和曲线的长度与所衔接圆曲线的 半径及路段旅客列车设计行车速度有关， 路段旅客列车设计行车速度越大，缓和 曲线的长度越大，圆曲线的半径就越大， 所需衔接的缓和曲线的长度越小。
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2. 铁路线路平面图
用一定的比例尺将 线路中心线及其两侧的 地面情况投影到水平面 上，就是铁路线路平面 图。图2-4所示为铁路线 路局部平面图。
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注：特殊困难条件下，在列车进、出站 等必须减、加速地段有充分技术经济依据时， 可采用与行车速度相匹配的曲线半径。
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②夹直线。两相邻曲线，若转向相同，则称为同向 曲线；若转向相反，则称为反向曲线。两条相邻曲线间 应设置一定长度的直线（夹直线），以保证列车运行平 稳。当车辆运行在同向曲线上时，因两相邻曲线的半径 不同，超高高度不同，故车体内的倾斜度不同；当车辆 运行在反向曲线上时，因两相邻曲线超高方向不同，故 车体时而向左倾斜，时而向右倾斜。这两种情况都会造 成车体摇晃振动。夹直线越短，摇晃振动越大。
图2-4 铁路线路局部平面图
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在铁路线路的各个设计阶段，都要编制 要求不同、用途不同的平面图。从平面图上 可以看到线路的中心线和里程标，以及沿线 车站、桥隧建筑物等的数量和位置；同时还 可以看到用等高线（地面上高程相等各点的 连线）表示的沿线地形和地物等情况。
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的作用，外侧车轮轮缘紧压外轨，使其磨耗增大；又由 于曲线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原因，运 行中的列车所受阻力比在直线上所受阻力大，两者之差 称为曲线附加阻力。
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（2）缓和曲线。 为保证列车安全，使线路平顺地由直线过 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，常需要在直线与圆曲 线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲 线称为缓和曲线。图2-2所示为设有缓和曲线的 铁路曲线。