05铁路设计概述(一).ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第一章 铁路设计概述,,第一节 铁路等级与主要技术标准,,,一、铁路等级,,根据其在铁路网中的作用、性质和远期客货运量确定,,Ⅰ,级铁路,：在路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量≥,20,百万吨；,,Ⅱ,级铁路,：,1.,在路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量＜,20,百万吨2.,在路网中起联络、辅助作用的铁路，远期年客货运量≥,10,百万吨；,,Ⅲ,级铁路,：为某一区域服务，具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量＜,10,百万吨IV,级铁路,：为某一区域服务，具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量＜,5,百万吨二、铁路主要技术标准,,铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据一）影响牵引吨数的主要技术标准,1,、牵引类型：,,电力机车：热效率高、速度高、牵引力大、比内燃机车造价低，需要接触网供电。

内燃机车：独立性好，需要消耗贵重的液体燃料蒸汽机车：构造简单、维修简单、造价低廉、热效率低、需要沿途设置给水站、功率低、输送能力低、员工工作条件差2,、机车类型,,机车类型系指同一牵引种类中机车的不同型号,,,韶山,1,型（,SS1,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1968,年额定功率：,3780,千瓦传动方式：交流传动，单拍全波整流桥用途：客,/,货运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,轴重：,23t,构造速度：,90km/h,持续速度：,43km/h,启动牵引力：,487.4Kn,持续牵引力：,301.1Kn,轮径：,1250mm,通过最小曲线半径：,145m,电制动方式：一级电阻电制动功率：,3500,千瓦额定电压：,25KV,悬挂方式：半悬挂调压方式：低压侧有级调压控制方式：,33,个恒压级调压调速控制,韶山,2,型（,SS2,）,,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1969,年额定功率：,4620,千瓦传动方式：交流传动，一段整流桥用途：客,/,货运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,轴重：,23t,构造速度：,100km/h,持续速度：,51.5km/h,启动牵引力：,530Kn,持续牵引力：,303.4Kn,轮径：,1250mm,通过最小曲线半径：,145m,电制动方式：一级电阻电制动功率：,3107,千瓦额定电压：,25KV,悬挂方式：半悬挂调压方式：高压侧有级调压控制方式：,33,个恒压级调压调速控制,,韶山,3,型（,SS3,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1978,年额定功率：,4350,千瓦传动方式：交流传动，双拍整流桥用途：客,/,货运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,,韶山,3B,型（,SS3B,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1992,年额定功率：,4350,千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客,/,货运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,韶山,3B,重联型（,SS3B,重联）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,2002,年额定功率：,8700,千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半桥用途：客,/,货运轴式：,2×Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,2×138t,轴重：,23t,韶山,4,型（,SS4,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1985,年额定功率：,6400,千瓦传动方式：交流传动，四段经济半控桥用途：客,/,货运轴式：,2×Bo-Bo,轴距：,1435mm,整备重量：,2×92t,轴重：,23t,韶山,5,型（,SS5,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1990,年额定功率：,3200,千瓦传动方式：交流传动，一段全控桥加一段半控桥用途：客运轴式：,Bo-Bo,轴距：,1435mm,整备重量：,86t,韶山,6,型（,SS6,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1991,年额定功率：,4800,千瓦传动方式：交流传动，两段半控桥用途：客,/,货运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,轴重：,23t,,韶山,7,型（,SS7,）,生产厂商：株洲电力机车研究所,/,大同机车车辆厂首台制成年份：,1992,年额定功率：,4800,千瓦传动方式：交流传动，一段全控桥加一段半控桥用途：客,/,货运轴式：,Bo-Bo-Bo,轴距：,1435mm,整备重量：,138t,轴重：,23t,构造速度：,100km/h,韶山,8,型（,SS8,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：,1996,年额定功率：,3600,千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半桥用途：客运轴式：,Bo-Bo,轴距：,1435mm,整备重量：,88t,轴重：,23t,构造速度：,170km/h,持续速度：,100km/h,韶山,9,型（,SS9,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂,/,株洲电力机车研究所首台制成年份：,1998,年额定功率：,4800,千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,126t,轴重：,21t,,,,韶山,9G,型（,SS9G,）,生产厂商：株洲电力机车辆厂,/,株洲电力机车研究所首台制成年份：,2002,年额定功率：,4800,千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客运轴式：,Co-Co,轴距：,1435mm,整备重量：,126t,轴重：,21t,构造速度：,170km/h,持续速度：,99km/h,启动牵引力：,286Kn,持续牵引力：,169Kn,轮径：,1250mm,通过最小曲线半径：,145m,,3,、限制坡度,,一定类型的机车、牵引（单机牵引）一定质量的列车，在持续相当长的最大上坡道上行驶，仍能保持以计算速度做等速运行，这个最大坡度称为限制坡度。

千分率符号,：每,1000m,水平距离的高差数值对于线路上坡、下坡、平坡，常用（,+,），（,-,），（,0,）表示1,）限制坡度的选定,,,1,）限制坡段定义,,限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上这就是说这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度2,）选定限制坡段的影响因素,,限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数4,、到发线有效长,,车站内除正线外，其他指定座位列车到达和出发的股道，称之为到发线到发线有效长度：指列车在到发线上停留时，不妨碍邻线列车通过的股道最大长度一级二级铁路到发线有效长度：,,,1050m,850m,750m,650.,,,三级铁路到发线有效长度：,,,850m,750m,650m,550m.,,,(,二,),影响通行能力的主要技术标准,,1,、正线数目：指连接并贯穿车站线路的数目单线铁路：只有一条铁路，在同一区间或同一闭塞分区内，同一时间只允许一列车运行，交会或越行只能在车站进行双线铁路：,,多线铁路：,,,,,2,、车站分布：,,车站分布距离大小，决定列车在区间的往返走行时分，从而影响通过能力。

单线建站距离不宜小于,8,公里，双线不宜小于,15,公里3,、闭塞方式,,（,1,）半自动闭塞：,,（,2,）自动闭塞：,,车站与车站之间的区间称为,站间区间,；,,,车站与线路所之间的区间称为,所间区间,；,,,自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落称为,闭塞分区,车站与车站之间的区间称为,站间区间,；,,,车站与线路所之间的区间称为,所间区间,；,,,自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落称为,闭塞分区,3,、区间的分类,,车站,——,设有配线办理列车到发、会让、越行、解编及客货运业务的地点区段,——,指两相邻技术站间的铁路线段，它包含了若干个区间和分界点，区段的长度一般取决于牵引动力的种类或路网状况4,、车站、区段的概念,,,,,,,,分界点,,技术站,区间,区间,区间,区间,区间,区段,,,,（三）行车速度的主要技术标准,,1,、最小曲线半径：设计线采用的曲线半径最小值，它涉及到行车安全、旅客舒适度、行车速度、运行时间、工程投资等2,、机车交路：铁路机车都在一定得区段内往返行驶，往返的区段叫机车交路，其长度叫机车交路距离，两端车站叫区段站影响,,,第二节 区间线路平面设计,,铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。

线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线,AB,与两路肩边缘水平连线,CD,交点,O,的纵向连线如下图所示：,,图,2,－,1,－,2,线路平面 图,2,－,1,－,3,线路纵断面,线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲平面变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的起伏、坡度变化1,）曲线要素的组成,,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,，曲线转角,α,，曲线长,L,，切线长度,T,，缓和曲线长度,L,0,线路的平面由直线、圆曲线以及缓和曲线组成图,2-1-4,线路曲线地段,1.,曲线要素,一、平面组成和曲线要求,,,,（,2,） 曲线要素的计算,,直接根据数学公式可以得出：,,曲线长度：,,切线长度：,,1,）不考虑缓和曲线时,,图,2-1-5,无缓和曲线的曲线地段,2,）设有缓和曲线时,,图,2-1-6,设有缓和曲线的曲线地段,在设计有缓和曲线时，涉及几个参数：,,β,0,——,缓和曲线角；,,p,——,内移距；,,m,——,切垂距,,曲线长度：,,切线长度：,图,2-1-7,设有缓和曲线的曲线地段,式中：,,β,0,——,缓和曲线角，,p,——,内移距，,m,——,切垂距,,二、圆曲线,小半径曲线对运营不利，这是因为：,,1,）限制列车运行速度，增加轮轨磨耗，降低轮轨间的粘着系数，增加列车运行阻力；,,2,）增加轮轨设备和维修工作量，增加轨道设备和维修工作量，增加线路长度。

其中，限制列车运行速度一项，影响到铁路线路的运营能力，也是我们关注的重点1,）曲线半径对运营的影响,,用数学公式表达：,（,1,）列车运行速度与曲线半径的关系,,式中：,,V,——,列车运行速度，,km/h,；,,h,——,曲线外轨超高，,mm,；,,R,——,曲线的半径，,m,（,2,）曲线上列车最大限制速度,,由公式可知，曲线半径数值一定时，影响列车运行速度的因素是曲线外轨超高度数值,h,曲线外轨超高度的最大容许值，在单线铁路上一般取,150mm,，另外可以考虑一定量的欠超高度,hq,，但以不影响乘客的舒适度为限则上公式,(1-8),可以改写为：,,三、,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，如下图所示为设有缓和曲线的铁路曲线图,2-1-8,曲线设置,,,,（,1,）缓和曲线的特点,缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域缓和曲线的特点为：,,1,）曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径,R,，或从圆曲线的半径,R,逐渐增加到无穷大；,,2,）运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低；,,3,）轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小；,,4,）曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。

缓和曲线的特点，目的都是更好地确保列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适2,）缓和曲线方程式,我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：,式中：,,y,——,缓和曲线上任意点的纵坐标，,m,；,,X,——,缓和曲线,L,任意点的横坐标，,m,；,R,——,圆曲线半径，,m,；,,L,0,——,缓和曲线长度，,m,3,）缓和曲线的设置,缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡过程同时，应该满足以下两点运营要求：,1,）车轮的轮缘不致爬上内轨外轨超高的坡度限制为：,式中,:,,,K,min,——,机车或车辆最小轮缘高，,mm,D,max,——,机车或车辆最大固定轴距,,mm,,当以轮缘最小高度,28mm,及最大固定轴距,6.5,代入，得到：,在实际取值中,,i0,一般不大于,2,‰,，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险此时计算出缓和曲线长,L0,为,:,,2,）保证乘客乘座舒适,,当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低如果升降速度过快，会引起乘客的不舒适感设设以,f,（,mm/s),表示外侧表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：,通常规定，在一般地段，,f=32mm/s,；在困难地段，,f=40mm/s,。

可以反推出：,在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：,,曲线半径（,m,）,,Ⅰ,级铁路,,,Ⅱ,级铁路,,,Ⅲ,级铁路,,,（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,1,）,（,2,）,4000,30,30,20,20,20,20,20,20,3000,40,30,20,30,20,20,20,20,2500,50,40,20,30,30,20,20,20,2000,60,50,30,40,30,20,20,20,1500,80,70,40,50,40,30,30,20,1200,100,80,50,60,50,30,30,30,1000,120,100,60,70,60,40,40,30,800,150,120,70,90,70,40,50,40,700,150,120,90,70,40,40,50,40,600,140,110,90,110,90,60,60,60,550,140,110,90,130,110,70,70,50,500,130,100,90,130,100,80,70,60,450,120,100,80,120,100,80,80,80,400,120,90,80,120,90,80,90,70,350,110,90,70,110,90,70,100,70,300,,,,100,80,70,100,70,250,,,,,,,90,70,,,（,1,）定义,,转向相同的相邻两曲线称为,同向曲线,。

转向相反的相邻两曲线称为,反向曲线,介于两同向曲线间或两反向曲线间一般不太长的直线，称为,夹直线,设置夹直线的目的：保证行车运行平顺；确保乘客乘坐舒适感4.,同向曲线、反向曲线、夹直线,,图,2-1-9,同向曲线与夹支线,图,2-1-10,反向曲线与夹支线,,四、夹直线,,两缓和曲线间圆曲线的最小长度，应保证行车平稳，并考虑维修方便，,《,线规,》,规定，圆曲线的最小长度和夹直线相同一、线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成图,2-1-12,坡道坡度及坡道附加阻力示意图,,1.,坡道的坡度及竖曲线,,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，如下图所示上坡为正值，下坡为负值第三节 区间线路纵断面设计,,,关于线路纵断面的名词,(,动画,),,变坡点,平道与坡道、坡道与坡道的交点，叫,变坡点,列车经过变坡点时，坡度突然变化，车钩内产生附加应力；坡度变化越大，附加应力越大，容易造成断钩事故我国铁路规定，在,I,、,II,级线路上，相邻坡段的坡度数差大于 千分之,3,、,III,级铁路大于 千分之,4,时,,,应以,竖曲线连接,竖曲线是纵断面上的圆曲线,。

竖曲线的半径，,I,、,II,铁路为,10000m,、,III,级铁路为,5000M,,,变坡点图,,,当列车在上坡道上运行时，受到由坡道引起的阻力，称为坡道附加阻力机车车辆的质量,Q(t),的重力,Qg(N,),可以分解为垂直于坡道的分力,N,和平行于坡道的分力,Wi,垂直分力,N,由轨道的反作用力抵消了，平行分力,Wi,，,就成为坡道附加阻力机车车辆的坡道附加阻力,Wi,可用下列公式计算：,Wi,＝ Qg,×,sinα＝Qg,×,tanα＝Q,×,g,×,i,×,1000＝Q,×,g,×,i,2.,坡道附加阻力,列车平均每吨质量所受到的坡度阻力称为单位坡道阻力,ωi，,其计算公式如下：,(N/KN),,一、相邻坡段坡度差,,相邻坡段坡度差的大小，用代数差的绝对值表示二、竖曲线,,路纵断面的变坡点设置的竖向圆弧成为竖曲线1,）限制坡度的选定,,3.,限制坡度与加力牵引坡度,,,1,）限制坡段定义,,限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上这就是说这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度2,）选定限制坡段的影响因素,,限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。

其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数2,）加力牵引坡度的确定,,,1,）加力牵引坡段的定义,,在一条轶路线的全线范围内，地形是不相同的有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段,(,如跨越山岭地段,),在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：,,,A.,可以修建隧道穿过山岭；,,,B.,也可以利用高坡,(,坡度值大于限制坡度数值的坡段,),跨越山岭在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引这种坡段称为加力牵引坡段例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段图,2-1-13,双机牵引,,,线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为,1:10000,、垂直方向为,1:1000,）和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图4.,铁路线路纵断面图,,图,2,－,1,－,14,,,线路纵断面图,,第四节 桥涵隧道路基地段的平纵断面设计,一、桥涵地段的平纵断面设计,,桥梁按长度分类：,,明桥面桥：,,反向曲线：,,二、隧道地段的平纵断面设计,,单面坡：,,人字坡：,,三、路基对线路纵断面的要求,,,,,,。