【正文】 .............................................................96附錄 3：曲線整正計(jì)算程序 ............................................................................................108附錄 4：曲線地段鋼軌配置程序 ....................................................................................117北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 1 頁1 緒論 鐵路線路大修的基本任務(wù)鐵路線路是鐵路的主要技術(shù)裝備之一，是行車的基礎(chǔ)。線路在長期的運(yùn)輸過程中，由于輪軌相互作用而逐漸磨耗，使線路產(chǎn)生不均勻變形并不斷積累，導(dǎo)致線路附加力作用增大，鋼軌及其軌下基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)日益增大，承載能力不斷降低。為了保證線路的安全、平穩(wěn)和不間斷運(yùn)輸，保持線路處于經(jīng)常完好狀態(tài)，這就要求根據(jù)運(yùn)輸需要及線路設(shè)備損耗情況周期性的、有計(jì)劃的對(duì)損耗部分加以維修和更新，恢復(fù)和提高線路的強(qiáng)度，延長設(shè)備使用壽命，增強(qiáng)線路穩(wěn)定性和軌道承載力，適應(yīng)鐵路運(yùn)輸不斷增長的需要。線路大修的基本任務(wù)是：根據(jù)運(yùn)輸需要及線路的損耗規(guī)律，周期性地、有計(jì)劃地對(duì)損耗部件進(jìn)行更新和修理，恢復(fù)與增強(qiáng)軌道的承載能力，延長設(shè)備的使用壽命，線路大修通常取決于鋼軌傷損的發(fā)展情況，以全面更換新軌為主要標(biāo)志 [1]。鐵路線路設(shè)備大修應(yīng)貫徹“運(yùn)營條件匹配，軌道結(jié)構(gòu)等強(qiáng)，修理周期合理，線路質(zhì)量均衡”的原則，堅(jiān)持全面規(guī)劃，適當(dāng)超前于需要的方針 [2]。鐵路線路大、中修周期由通過重量決定，一般情況按照表 11 規(guī)定執(zhí)行，但在小半徑曲線、大坡道或隧道等集中地段，軌型和運(yùn)營條件不匹配地段，煤、砂、礦建等散裝貨物運(yùn)輸集中地段以及風(fēng)砂危害地段等，鐵路局可根據(jù)特殊情況作適當(dāng)調(diào)整。表 11 鐵路線路大、中修周期表 [2]軌 道 條 件 周 期（通過總量）Mtkm/km軌 型 軌 枕 道 床 中 修 大 修75kg/m 無縫線路 混凝土枕 碎 石 400~500 90075kg/m 普通線路 混凝土枕 碎 石 350~400 70060kg/m 無縫線路 混凝土枕 碎 石 300~400 70060kg/m 普通線路 混凝土枕或木枕 碎 石 300~350 600北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 2 頁50kg/m 無縫線路 混凝土枕或木枕 碎 石 300 55050kg/m 普通線路 混凝土枕或木枕 碎 石 250 45043kg/m 普通線路 混凝土枕或木枕 碎 石 160 250本設(shè)計(jì)地段屬國家 I 級(jí)干線單線鐵路。由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，線路客貨運(yùn)量和行車速度的不斷提高，致使運(yùn)量與運(yùn)能直接費(fèi)用的矛盾日益突出。鋼軌的疲勞傷損日益嚴(yán)重，嚴(yán)重危及行車的安全，因此需要進(jìn)行線路大修，以改善線路的平、縱面，換鋪較重型鋼軌，提高線路質(zhì)量，增強(qiáng)線路運(yùn)輸能力。其中外業(yè)調(diào)查的主要內(nèi)容如下 [3]：丈量里程。選擇正確的公里標(biāo)作為引出基點(diǎn)，定出公里標(biāo)和每百米處作為測(cè)點(diǎn)的百尺標(biāo)，以及在控制點(diǎn)設(shè)置的加標(biāo)。在丈量的過程中，應(yīng)與既有線的百里標(biāo)相核對(duì)，以取得一致為原則。必要時(shí)在公里標(biāo)處設(shè)置斷鏈（長鏈或短鏈） ?？v斷面測(cè)量。測(cè)量正線軌頂（曲線測(cè)內(nèi)股）及路肩標(biāo)高。與正線相鄰的站線及在同一路基上的復(fù)線且線間距小于 5 米的，應(yīng)同時(shí)測(cè)量兩線的相對(duì)標(biāo)高差，對(duì)于與起道有關(guān)的建筑物均應(yīng)測(cè)量其限界。曲線測(cè)量。測(cè)量既有曲線的幾何形位，判定曲線的轉(zhuǎn)角大小，圓順度以及曲線和既有建筑物的位置關(guān)系。外業(yè)勘測(cè)完成后，即可進(jìn)行大修的技術(shù)設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：線路平面設(shè)計(jì)、線路縱斷面設(shè)計(jì)、軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、跨區(qū)間無縫線路技術(shù)設(shè)計(jì)及更換道岔設(shè)計(jì)等。 鐵路線路大修地段的原始資料大修地段位置：豐沙線，自 K55+000 至 K68+000?，F(xiàn)有線路條件：1) 該大修地段屬于 I 級(jí)干線，限制坡度 12‰，最小半徑為 400m；2) 原有線路平縱面資料包括：北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 3 頁A. 線路縱斷面測(cè)量記錄；B. 線路曲線測(cè)量記錄；C. 橋隧位置及原狀；D. 站場(chǎng)調(diào)查記錄；E. 道口調(diào)查記錄。3) 線路上部建筑現(xiàn)狀見表 12。表 12 線路上部建筑現(xiàn)狀鋼 軌 軌 枕 道 床類型 長度 (m) 平均磨耗 單根失效情況 類 型 數(shù)量(根/公里) 失效情況 種類 不潔程度 一般情況50kg/m 9 mm 木枕Ⅰ型 1760 10% 碎石 15%4) 本地段路基土質(zhì)為砂粘土，路基狀態(tài)良好；5) 其它（見調(diào)查記錄）大修地段的運(yùn)營條件1) 目前及今后的客貨運(yùn)量目前：15 百萬噸公里/公里；第五年：20 百萬噸公里/公里；第十年：25 百萬噸公里/公里。2) 機(jī)車類型客機(jī)：ND2 型內(nèi)燃機(jī)車，構(gòu)造速度 120 km/h；貨機(jī)：解放型內(nèi)燃機(jī)車，構(gòu)造速度 80 km/h。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 4 頁2 軌道結(jié)構(gòu)類型的確定 概述鐵路線路是鐵路的主要技術(shù)裝備之一，是工務(wù)部門固定資產(chǎn)的主要部分，是行車的基礎(chǔ)。目前我國鐵路擔(dān)負(fù)著全國 60%以上的運(yùn)輸任務(wù)。同時(shí)，這些線路設(shè)備在經(jīng)常不斷的運(yùn)輸過程中，或者說在輪軌相互作用過程中在逐漸損耗。為了保證鐵道線路的安全、平穩(wěn)和不間斷的運(yùn)輸，保持線路設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)輸需要及線路設(shè)備損耗規(guī)律，周期性的有計(jì)劃的對(duì)損耗部分加以維修和更新，使之恢復(fù)到原來的狀態(tài)或更新成新的狀態(tài)，使線路設(shè)備大修的根本任務(wù)。本設(shè)計(jì)地段長 13 公里，路基土質(zhì)為沙粘土，路基狀態(tài)良好，路塹及路堤邊坡高度在 8米以內(nèi)，包括混凝土拱橋 2 座，鉿上鈑橋 2 座和 1 座鋼橋；跨潭口、古龍崗、揚(yáng)子嶺 3 座隧道。設(shè)計(jì)地段內(nèi)還有 5 個(gè)道口和 1 個(gè)車站。地表建筑比較復(fù)雜，涉及要求比較嚴(yán)格。本設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范有：鐵路線路維修規(guī)則，鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則，鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范，鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范，鐵路工務(wù)技術(shù)手冊(cè)《線路》 ，鐵路工務(wù)技術(shù)手冊(cè)《軌道》等。 選擇上部建筑類型根據(jù)《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》第 條：線路大，中修時(shí)，枕下道床總厚度應(yīng)根據(jù)五年內(nèi)的年計(jì)劃通過總重密度和鋼軌類型，按《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》中表 所列標(biāo)準(zhǔn)選用，而該設(shè)計(jì)的五年內(nèi)的年計(jì)劃通過總重密度為 20 Mt 公里/公里，故選擇如下的軌道結(jié)構(gòu)類型 [2]：鋼軌類型：50kg/m；軌枕類型：S —Ⅱ型混凝土軌枕；扣件類型：彈條Ⅱ型扣件；北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 5 頁道床厚度：雙層 道碴 25cm，底碴 20cm，共 45cm；道床肩寬：30cm。線路大、中修清篩起道后，無墊床的碎石道床，其枕下清碴厚度不得小于 300mm；道床總厚度不足 300mm 時(shí)，應(yīng)清篩至路面，并做好排水坡，以利排水。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 6 頁3 軌道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度檢算 概述軌道是一種受力十分復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)物，機(jī)車車輛在其上通過時(shí)，將受到垂直軌面的豎向力、垂直于鋼軌軸向的橫向水平力和平行于鋼軌軸向的水平力等。鋼軌在這些力的作用下，軌道各部分將產(chǎn)生各種變形和應(yīng)力并逐漸失效。因此必須合理選擇相應(yīng)的軌道結(jié)構(gòu)，使其在預(yù)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，保持良好的狀態(tài)，確保列車按規(guī)定的軸重和速度平穩(wěn)、安全和不間斷地運(yùn)行，為此應(yīng)當(dāng)正確計(jì)算軌道結(jié)構(gòu)的承載能力，使其在安全和效益兩方面都得到最佳的效果。在進(jìn)行軌道強(qiáng)度檢算時(shí)，只計(jì)算鋼軌基本彎曲應(yīng)力，枕上壓力，道床頂面應(yīng)力和路基面應(yīng)力。計(jì)算時(shí)采用如下一些假定：軌道及機(jī)車車輛的技術(shù)狀態(tài)符合《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》和有關(guān)部門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。視鋼軌為連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，梁的下沉與基礎(chǔ)反力之間呈線性關(guān)系，或者視鋼軌為彈性點(diǎn)支座上等截面連續(xù)無限長梁，支座的下沉與其反力之間呈線性關(guān)系。用一個(gè)當(dāng)量靜荷載來描述車輪對(duì)軌道的作用。作用于鋼軌上的荷載系符合力的獨(dú)立作用原理，在輪載群作用下鋼軌產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變等于單個(gè)車輪作用下的應(yīng)力、應(yīng)變代數(shù)和。機(jī)車車輛對(duì)輪軌的動(dòng)力影響，用荷載系數(shù)（速度系數(shù)、偏載系數(shù)、橫向水平力系數(shù)）來表示。不考慮軌道自重。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 7 頁 軌道強(qiáng)度檢算的基本原理 [4] 軌道結(jié)構(gòu)特性參數(shù) 鋼軌的支座剛度 D鋼軌支座剛度表示鋼軌支座的彈性特征，即要使支座頂面產(chǎn)生單位下沉所必須施加于支座上的壓力，單位為 N/mm。鋼軌支座彈性特征是由包括軌下的墊板、軌枕和枕下的道床，即彈簧所組成的串聯(lián)來反映的，因此支座剛度可表示為： (31) ypD???21式中 P——施加于支座上的壓力 (N)；y——支座下沉量(mm)；D1——墊板及軌枕彈簧剛度，對(duì)于砼枕只有墊板剛度 (N/mm)；D2——道床及路基彈簧剛度(N/mm)。 鋼軌基礎(chǔ)彈性模量 uu 表示單位長度鋼軌基礎(chǔ)的彈性特征，即要使鋼軌產(chǎn)生單位下沉?xí)r，施加于單位長度鋼軌基礎(chǔ)上的均布?jí)毫?，其單位?MPa。 (32) Dua?式中 ——軌枕間距(mm)。a 道床系數(shù) CC 表示枕下基礎(chǔ)的彈性特征，即要使道床頂面產(chǎn)生單位彈性下沉?xí)r，施加于道床頂面單位面積上的壓力，其單位為 MPa/mm。 (33) 0qCy?式中 q——作用于道床頂面單位面積上的壓力(MPa)；北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 8 頁y0——軌枕底面平均下沉量 (mm)；0pya?yp——軌下斷面的軌底下沉量(mm)；——軌枕撓度系數(shù)。a 軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算 軌道結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算理論（1）彈性點(diǎn)支承梁理論——它是將鋼軌視為支承在離散彈性點(diǎn)上的等截面無限長的梁，力學(xué)模型如圖 31（a ）所示。（2）連續(xù)彈性支承梁理論——它是將鋼軌視為支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，力學(xué)模型如圖 31（b）所示。 O(a) (b)（ a）彈性點(diǎn)支承梁模型；（b）連續(xù)彈性支承梁模型圖 31 支承梁模型用“點(diǎn)支承法”計(jì)算鋼軌彎矩比用“連續(xù)支承法”的結(jié)果要大 510％，而且在計(jì)算鋼軌撓度或軌枕壓力時(shí)則要小 12％。隨著剛度的增加其差值將稍有增加，但這兩種計(jì)算方法的精度均滿足工程計(jì)算的要求。從力學(xué)模型來看， “點(diǎn)支承”法更適合于剛度較大的混凝土枕線路，但“連續(xù)支承”法計(jì)算簡便，已被工程廣泛的采用。 連續(xù)支承法計(jì)算公式根據(jù)均勻連續(xù)彈性基礎(chǔ)理論和力的獨(dú)立作用的原理，可得靜止車輪作用下鋼軌靜撓度y0，鋼軌靜彎矩 M0 及枕上靜壓力 R0 的計(jì)算式為：北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 9 頁即 (34)02ikyP???? (35)iupM41 (36)?ikaR20式中 u——鋼軌的基礎(chǔ)彈性模量(MPa)；——軌枕間距(mm)；aPi——作用在鋼軌上的各機(jī)車車輪靜重(N) ；k——鋼軌基礎(chǔ)彈性模量與鋼軌抗彎剛度的相對(duì)比值，也稱剛比系數(shù)。 (37)4ukEJ?式中 J——鋼軌對(duì)水平軸的慣性距(mm 4)；E——鋼軌的彈性模量(MPa)，E=105MPa ； μi 、η i——連續(xù)彈性基礎(chǔ)上等截面無限長梁的彎矩 M 和撓度 y 的影響系數(shù)。 (38)(cosin)kxuekx?? (39)ikx?不同輪位距計(jì)算截面的距離 x 各不相同，因而各有不同的 μi、η i。 點(diǎn)支承法計(jì)算公式根據(jù)連續(xù)彈性支承梁理論和力的獨(dú)立理論作用原理，可得靜止車輪系作用下的 y0、M 0及 R0 的計(jì)算公式：即 (310)01iyPD??? (311)iMau北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 第 10 頁 (312)0iRP???式中 μi，η i ——分別為彈性點(diǎn)支座上無限長梁的彎矩、支座下沉影響系數(shù)；其他符號(hào)的含義及單位同