【正文】 1 第二章 線路平面和縱斷面設(shè)計(jì) 本章主要內(nèi)容： ? 平面設(shè)計(jì) ? 縱斷面設(shè)計(jì) ? 特殊地段平縱斷面設(shè)計(jì) ? 線路平面圖和詳細(xì)縱斷面圖 2 第一節(jié) 概述 一、認(rèn)識(shí)線路平、縱、橫斷面的對(duì)應(yīng)關(guān)系 如圖所示，路基橫斷面上距外軌半個(gè)軌距的鉛垂線AB與路肩水平線 CD的交點(diǎn) O在縱向上的連線，稱為線路中心線。 圖 2— 1 路基橫斷面 寬 3 軌距加寬時(shí)線路中心線示意 4 線路位置示意圖 5 二、線路中線 首先來看一個(gè)線路走向的例子： 6 三、線路平縱斷面設(shè)計(jì)的基本要求 (1)必須保證行車安全和平順。 即要 要遵守 《 線規(guī) 》的各項(xiàng)規(guī)定。 (2)應(yīng)力爭(zhēng)節(jié)約資金。 設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)設(shè)計(jì)線的特點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)路段的具體情況，綜合考慮工程和運(yùn)營(yíng)的要求、通過方案比較，正確處理兩者之間的矛盾。 (3)既要滿足各類建筑物的技術(shù)要求，還要保證它們協(xié)調(diào)配合、總體布置合理。 7 左圖：以橋代路 右圖：繞避障礙 沿路爬行 8 四、認(rèn)識(shí)線路平、縱斷面圖 9 我國(guó)鐵路曲線的基本形式是： 直線 ——緩和曲線 ——圓曲線 ——緩和曲線 ——直線 第二節(jié) 區(qū)間線路平面設(shè)計(jì) 一、線路平面組成 線路平面 直線 曲線 圓曲線 緩和曲線 10 二、平面曲線要素 1．概略定線時(shí)未加設(shè)緩和曲線平面曲線要素計(jì)算 ??????????????12αs e cRE180RαπL2αt a nRTyyy(m) (m) (m) QZ 11 2． 詳細(xì)定線時(shí)平面曲線要素計(jì)算 ? ?RPRElRlRLmPRT???????????????2s e c)(180218022t a n)(000???????RlRlRlP242688242034020 ???式中： 內(nèi)移距： 切垂距： 2240202300 lRllm ???12 ZY ZH HY YH HZ YZ m m m m 13 線路縱斷面圖平面曲線表示示意圖 左偏 左偏 右偏 右偏 右偏 右偏 左偏 左偏 14 紙上定線時(shí)，在相鄰兩直線之間需用一定半徑的圓曲線連接，并使圓弧與兩側(cè)直線相切。曲線半徑的選配，可使用與地形圖比例尺相同的曲線板，由大到小選用合理的半徑。一般先繪出兩相鄰的直線段，然后選配中間的曲線半徑，量出偏角，再計(jì)算曲線要素和起訖點(diǎn)里程。 15 曲線各起訖點(diǎn) (主點(diǎn) )里程可按下列方法推算： (1)由各交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算交點(diǎn)間間距； (2)計(jì)算各曲線要素，由切線長(zhǎng) T 在圖中標(biāo)出各曲線主點(diǎn)位置，在順線路下行方向曲線內(nèi)側(cè)畫一垂直線路的線段。 (3)根據(jù)交點(diǎn)間距和 T，得到曲線起點(diǎn)至線路起點(diǎn)距離，從而計(jì)算出曲線起點(diǎn)里程，字頭向左朝向起點(diǎn)方向標(biāo)出里程； 16 (4)根據(jù)曲線長(zhǎng)度 L和曲線起點(diǎn)里程 ，由公式 HZ=ZH+L計(jì)算出曲線終點(diǎn)里程，同時(shí)標(biāo)出里程； (5)其他主點(diǎn) (HY、 YH)里程，由公式 HY=ZH+l0、 YH=HZ–l0 ，計(jì)算后用尺量得； (6)下一曲線計(jì)算同前，只是要計(jì)算出曲線起點(diǎn)至前一曲線終點(diǎn)的距離，得到曲線起點(diǎn)的里程，以后方法同前。 17 三、直線 要求：較長(zhǎng)的直線段，較小的曲線偏角，縮短線路長(zhǎng)度，改善運(yùn)營(yíng)條件，降低運(yùn)營(yíng)支出。 夾直線： 在地形困難、曲線毗連地段，兩相鄰曲線間的直線段，即前一曲線終點(diǎn) (HZ1)與后一曲線起點(diǎn) (ZH2)間的直線，稱為夾直線。 同向曲線 反向曲線 18 1．夾直線長(zhǎng)度的確定 夾直線長(zhǎng)度應(yīng)力爭(zhēng)長(zhǎng)一些，為行車和維修創(chuàng)造有利條件。但為適應(yīng)地形節(jié)省工程，需要設(shè)置較短的夾直線時(shí)，其最小長(zhǎng)度受下列條件控制： (1)線路養(yǎng)護(hù)要求。不宜短于 50～ 75m；地形困難時(shí)，不短于 25m。 (2)行車平穩(wěn)要求。不宜短于 2~3節(jié)客車長(zhǎng)度，即不宜短于 ~；同時(shí)夾直線長(zhǎng)度應(yīng)滿足車輛通過時(shí)，轉(zhuǎn)向架彈簧在緩直點(diǎn)和直緩點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)不疊加，使旅客感覺舒適 。 19 表 2—1 夾直線及圓曲線最小長(zhǎng)度（ m） 路段旅客列車設(shè)計(jì)行車速度 (km/h) 160 140 120 100 80 圓曲線或夾直線最小長(zhǎng)度 (m) 130 (80) 110 (70) 80 (50) 60 (40) 50 (30) 注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為特殊困難條件下經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后方可采用。 改建既有線和增建第二線的并行地段，一般應(yīng)采用上述標(biāo)準(zhǔn)。特殊困難條件下，對(duì)旅客列車設(shè)計(jì)行車速度小于 100km/h的地段有充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)依據(jù)時(shí)，夾直線及圓曲線長(zhǎng)度可不受上表的數(shù)值限制，但不得小于 25m。 20 21 2．夾直線長(zhǎng)度的保證 紙上定線時(shí)，通常僅繪出圓曲線而不繪出緩和曲線。因此，為了保證有足夠長(zhǎng)度的夾直線，相鄰兩圓曲線端點(diǎn) ( YZ1與 ZY2)間夾直線長(zhǎng)度 LJ應(yīng)滿足下列條件： 式中 LJmin——夾直線最小長(zhǎng)度 (m)，按表 2—1取值； l0 l02——相鄰兩圓曲線所選配的緩和曲線長(zhǎng)度 (m)。 夾直線長(zhǎng)度不夠時(shí)，應(yīng)修改線路平面。如減小 R或選用較短的 l0；或改移夾直線的位置；當(dāng)同向曲線間夾直線長(zhǎng)度不夠時(shí)，可采用一個(gè)較長(zhǎng)的單曲線代替。 2202m i n01 lLlLJJ ???22 3．夾直線長(zhǎng)度不足時(shí)的平面改建方法 JD 1JD 2R 1R 2JD 1R 1 39。R 2 39。JD 2L JJL 39。減小曲線半徑或縮短緩和曲線長(zhǎng)度 23 JD 1JLJD 2R 2R 1JD 1 39。L 39。JR 2JD 2 39。R 1扭轉(zhuǎn)公切線位置 24 JD 1R 1JD 2LJR 2JD 1 JD 2R同向曲線二合一 25 四、圓曲線 (一 )曲線超高 1． 曲線超高的作用及設(shè)置方法 曲線超高是曲線外軌頂面與內(nèi)軌頂面的水平高度之差。 列車在曲線上行駛時(shí)，由于離心力的作用，將列車推向外股鋼軌。為抵消離心力將曲線外軌適當(dāng)抬高，使列車自身重力產(chǎn)生的水平分力抵消離心 力，使內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均等，滿足旅客舒適感，提高線路的穩(wěn)定性和安全性。 26 曲線超高的設(shè)置方法主要有 外軌提高法 和 線路中心高度不變法 兩種。 2．曲線超高值的計(jì)算 曲線超高的大小由列車通 過時(shí)離心力的大小確定。 如圖所示： 離心力 C = m v2 / R 由兩相似三角形有： 將 v用 V 代替： V=， S為兩股鋼軌中心距，S=1500mm， g=，代入上式得： GSChShGC ????27 對(duì)于任一半徑的曲線，其外軌超高值的大小與列車運(yùn)行速度的平方成正比。但實(shí)際線路上運(yùn)行的列車種類不同，各種列車的運(yùn)行速度也不相同。 在既有線上，考慮各類列車的數(shù)目、重量和速度可用均方根速度表示： 新線設(shè)計(jì)與施工時(shí)，均方根速度有： (km/h) NGNGVVJF ??? 2RVRVmgRSmvGSCh 2222 1500 ????? ????(mm) (km/h) m a xVV JF ??28 式中 Vmax——通過曲線的最大行車速度 (km/h)； β——速度系數(shù)，根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)資料，一般地段采用 ，單線上、下行速度懸殊地段可采用 。 實(shí)設(shè)超高為： (mm) 我國(guó) 《 線規(guī) 》 和 《 修規(guī) 》 規(guī)定：最大超高為 150mm；在單線鐵路上，上、下行列車速度相差懸殊的地段，最大超高為 125mm。 3．未被平衡超高允許值 當(dāng)通過列車速度 V不等于 VJF時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生未被平衡的離心力，相應(yīng)產(chǎn)生未被平衡的超高： RVh ?29 欠超高： (mm) 過超高： (mm) 未被平衡的超高使內(nèi)外軌產(chǎn)生偏載，引起內(nèi)外軌不均勻磨耗，并影響旅客的舒適度。因此必須對(duì)未被平衡的超高加以限制。 《 線規(guī) 》 采用值為： hqy一般取70mm，困難時(shí)取 90mm，既有線提速改造時(shí)可取110 mm； hgy一般取 30mm，困難時(shí)取 50mm。 《 修規(guī) 》 采用值為： hqy一般應(yīng)不大于 75mm，困難情況應(yīng)不大于 90mm， hgy一般取 30mm，困難時(shí)取50mm 。 hRVh Q ??2m RVhhG2m i ??30 3．曲線超高的允許設(shè)置范圍 應(yīng)不大于最大超高且不小于最小起高，即： 使客車不產(chǎn)生過超高和貨車不產(chǎn)生欠超高，即： 使客車產(chǎn)生的欠超高和貨車產(chǎn)生的過超高不超過其相應(yīng)的允許值，即： m a xm i n hhh ??RVhRV KH 22 ??gyHqyK hRVhhRV ????2231 (二 )曲線半徑對(duì)工程和運(yùn)營(yíng)的影響 1．曲線限速的計(jì)算 旅客列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，要產(chǎn)生離心加速度，而曲線外軌超高產(chǎn)生的向心加速度要抵消一部分離心加速度。末被平衡的離心加速度值，不能超過旅客舒適允許的限度。 代入相應(yīng)極限值，則得曲線限速的計(jì)算公式為： RhhV qyR ?? (km/h) RV R ? (km/h) 32 2．曲線半徑對(duì)工程的影響 (1)增加線路長(zhǎng)度 (2)降低粘著系數(shù) (3)軌道需要加強(qiáng) (4)增加接觸導(dǎo)線的支柱數(shù)量 小半徑曲線增加線路長(zhǎng)度示意圖 33 粘降后的機(jī)車牽引力 軌撐 軌撐 34 軌距桿 加寬外側(cè)道床 減小支柱間距 35 3．曲線半徑對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響 (1)增加輪軌磨耗 (2)維修工作量加大 (3)行車費(fèi)用增加 曲線限速對(duì)行車費(fèi)用影響示意圖 36 (三 )最小曲線半徑的選定 1．最小曲線半徑的計(jì)算式 客貨列車共線運(yùn)行鐵路的最小曲線半徑的計(jì)算，主要滿足旅客舒適度和輪軌磨耗均勻兩個(gè)條件。其數(shù)值應(yīng)采用其中的較大者，并取為 50m的整倍數(shù)。 (1)旅客列車最高行車速度要求 以最高速度通過時(shí)，最大欠超高不超過允許值。 QYhhVR?? m ax2m axm i n (m) 37 式中： Vmax —— 旅客列車最高行車速度 (km/h)；分別取 160， 140， 120， 100， 80km/h； hmax——最大超高，取 150mm； hqy——允許欠超高，一般取 70mm；困難取90mm。 (2)旅客舒適度與內(nèi)外軌均磨條件要求 在客貨共線運(yùn)行鐵路上，滿足舒適與均磨的曲線半徑應(yīng)符合不等式： Vh ——貨物列車設(shè)計(jì)速度 (km/h)；分別取 90， 80， 70， 60， 50km/h； hgy——允許過超高，一般取 30mm；困難取 50mm。 gyqyhhhVVR??? 22m axm i n 38 (3)保證運(yùn)行在曲線上的列車具有一定抗傾覆安全系數(shù) 參考國(guó)外資料，抗傾覆安全系數(shù)取為 3，滿足此條件的公式由于很復(fù)雜，且計(jì)算出的最小曲線半徑值較前兩式小，所以這里不再考慮。 2．最小曲線半徑選定的影響因素 (1)路段設(shè)計(jì)速度 (2)貨物列車通過速度 (3)地形條件 39 40 3． 《 線規(guī) 》 擬定的最小曲線半徑 線路平面的最小曲線半徑根據(jù)路段設(shè)計(jì)速度、工程條件以及運(yùn)輸性質(zhì)和運(yùn)輸需求比選確定，不得小于下表規(guī)定的數(shù)值。 路段旅客列車設(shè)計(jì)行車速度 (km/h) 160 140 120 100 80 最小