第3章线路平面和纵断面设计.ppt

第三章 线路平面和纵断面设计 §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 线路中心线,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,铁路线路的平面与纵断面,,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,,,区间线路平面设计 ⒉设计内容 区间线路纵断面设计 车站、桥梁、隧道 地段 平、纵面设计 线路的平面组成和曲线要素 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 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 曲线长,,,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 缓和曲线角 度 切线长 曲线长,,,,,,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,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，从而使运营体条件变差 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 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,,,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 夹直线长度的确定 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—→ 车辆左右摇摆 R不同，超高不同 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，l使曲线长度变短 b 改移夹直线位置 c 用一个曲线代替几个同向曲线,,2.3圆曲线 设置目的：改变线路方向 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 ⒉曲线半径对工程的影响 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 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 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、轨距杆来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,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,,⑵轮轨磨耗条件 确定因素：行车速度，实设超高 外轨超高 均方根速度 客车速度Vmax 欠超高≤允许值 货车速度Vh 过超高≤允许值 ① 取 进整为50米的整倍数 ①+②,,,,,,,,,,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,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 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 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 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 最小线距： 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 ⒉第二、三线的线距 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 转向架中心距 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,,,,,⑵曲线上设有外轨超高，使车体向内侧倾斜W3 ⒉加宽值计算 ⑴ 时， ⑵ 时，外侧车体的内倾量大于内侧,,,,,,,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 内移距 线距加宽 所以内侧缓和曲线长度 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 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 (‰),,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 ⑵工程数量 在平原地区，限坡大小对工程数量影响不大在丘陵和越岭地区，限坡对工程数量影响很大在丘陵地区采用大的限坡，可使线路标高升降较快，更好地适应地形起伏，从而避免较大的填挖方，减少桥梁高度，缩短隧道长度，使工程数量减少，工程造价降低 在地面自然纵坡较陡的越岭地段，若采用的限坡小于地面自然纵坡，则线路要迂回展长，才能达到预定标高，使得工程数量和造价大幅增加⑶运营费用 由前面的分析可知，采用大的限坡，则牵引质量相应减少为了完成既定的运输任务，满足输送能力的需要，必须增加列车对数，使得通过能力加大，机车台数、车站数目、工作人员增多，从而使运营费用大幅度增加 通常情况下，应采用较小的限制坡度，但在地面自然纵坡陡峻地区，宜采用与地形相适应的较大的限坡，可以缩短展线长度，节省工程投资⒉影响限坡选择的因素 限制坡度是影响铁路全局的主要技术标准之一，它对线路的走向、长度、车站分布和工程投资，以及铁路的输送能力、运营指标都有很大的影响，并且一经修建就不易改动因此设计线的限制坡度应根据铁路等级和远期输送能力的要求，结合地形条件、机车类型、邻接线的牵引定数等情况，拟定不同的限坡方案，经过比选确定。

影响限坡选择的因素如下： ⑴铁路等级 铁路等级高，则线路的意义、作用大，客货运量大，安全舒适性要求高，运营条件要好，运输成本要低，因此宜采用较小的限制坡度 ⑵牵引种类和机车类型 电力牵引比内燃牵引的计算牵引力大，计算速度高，牵引定数大，满足相同运能要求时的限坡比内燃牵引的大大功率机车的牵引力大，牵引定数大，满足相同运能要求时的限坡比小功率机车的为大⑶地形类别 地形条件是限坡选择的重要因素，限坡选择要和地形条件相适应当限坡适应地形时，线路长度短，工程投资省否则需要额外增加展线，增大工程费和运营费 ⑷运输需求 铁路的输送能力必须能完成规定的运输任务，当其他条件相同时，客货运量大的线路要求较小的限制坡度 ⑸邻线的牵引定数 当设计线与邻接铁路的直通货流量大，或者在路网中联络分流的作用很显著，则限坡选择应考虑使设计线与邻接线的牵引定数相协调，采用同一牵引定数 统一牵引定数可避免列车换重作业，加速机车车辆的周转，提高运营指标，并增加运输的机动性《线规》的规定 表3—1 限坡的最大值（‰）,⒊分方向选择限坡 ⑴分方向选择限坡 ①轻重车方向货流显著不平衡，预计将来也不致发生 巨大变化 ②轻车方向上升的平均自然纵坡较陡，重车方向的平 均自然纵坡较缓。

③经过技术经济比较，分方向选择限坡具有合理性 ⑵轻车方向限坡的限制条件 ①轻车方向的限坡值不大于重车方向的三机牵引坡度 ②轻车方向的限坡值不大于根据双方向的货流比，按 双方向列车对数相同、每列车车辆数相同的条件下 算出来的3.1.2加力牵引坡度 定义：用两台或更多机车牵引的较陡坡度 优点：缩短线路长度，大量减少工程，有利于降低 造价和缩短工期 缺点： ①增加了机车台数，造成机力浪费和运输管理的困难 ②延长了到发线有效长度和增加部分整备设备 ③增加了编组时挑选守车的作业和难度 ④加力牵引坡度太大时，对下坡行车会产生不利影响,⒈采用的注意事项 ⑴加。