第3章线路平面和纵断面设计.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3章线路平面和纵断面设计,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,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,设计成果,线路纵断面图,满足,铁路线路设计规范,要求,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,曲线要素,未加设缓和曲线的曲线,（概略定线）,偏角,平面图上量得,半径,R,选配,切线长,曲线长,加设缓和曲线的曲线,（详细定线）,曲线要素：偏角,，,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,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,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：,直线与曲线相互协调,不要因设置直线而使工程量过大,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,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,力求减小交点偏角度数,线路转弯急，总长增加,投资大,偏角,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,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,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,5075,米，最短不短于,25,米。,行车平稳要求,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,23,节客车长，,即,5176.5,米,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,曲线限制速度,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：,增加线路长度,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,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,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,曲线半径对运营的影响,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。,维修工作量加大,小半径曲线地段，轨距、方向容易错位,行车费用增加,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。,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：,铁路主要技术标准之一,对工程量和运营条件有重大影响,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,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,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,取 进整为,50,米的整倍数,+,选定最小曲线半径的影响因素,路段设计速度,最小曲线半径要满足各个路段的需要,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,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,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,选用原则,因地制宜，由小到大合理选用,结合纵断面特点合理选用,坡度平缓地段和凹形纵断面坡底，列车速度高，,半径宜大,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,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,小半径曲线宜集中设置,2.3.4,缓和曲线,保证行车平顺,作用,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,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,半径小于,350,米时，轨距由标准轨距变动到加宽后的轨距,线型,直线型超高顺坡的三次抛物线,长度,保证超高顺坡不致使车轮脱轨,保证超高时变率不致影响旅客舒适,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,选用,结合半径、设计速度、地形选用，尽量选,用较长的。,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,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,区间直线地段的线距,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,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,区间曲线地段线距加宽,加宽原因,车体长,转向架中心距,曲线半径为,R,车辆在曲线上时，车辆中部向内凸,W1,，两端向外凸,W2,曲线上设有外轨超高，使车体向内侧倾斜,W3,加宽值计算,时，,时，外侧车体的内倾量大于内侧,加宽方法,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,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：,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。,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。,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,限制坡度对工程和运营的影响,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。,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。,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。,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：,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。,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。,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。,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。,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,31,限坡的最大值（,）,分方向选择限坡,分方向选择限坡,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。,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。,经过技术经济比较，分方向选择限坡具有合理性。,轻车方向限坡的限制条件,轻车方向的限坡值不大于重车方向的三机牵引坡度,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：,增加了机车台数，造成机力浪费和运输管理的困难,延长了到发线有效长度和增加部分整备设备,增加了编组时挑选守车的作业和难度,加力牵引坡度太大时，对下坡行车会产生不利影响,采用的注意事项,加力牵引坡度应集中使用,加力牵引地段宜与区段站或其他有机务设备的,车站邻接,要减少与起讫站邻接的加力牵引区间的往返走,行时分,根据车钩强度确定采用重联牵引还是补机推送,加力牵引坡度的最大值,制定的依据,满足运输能力的需要,保证运行安全的需要,上坡时车钩不断,下坡时制动力充分,经济上合理,综合运能、安全和经济各方面要求，各级铁路电力,和内 燃加力牵引坡度最大值分别取,30,和,25,3.2,坡段长度,定义：一个坡段两端变坡点之间的水平距离,3.2.1,纵断面坡段设计考虑因素,满足行车安全和平稳的要求,考虑工程数量的影响,3.2.2,最小坡段长度的确定,200,米最短坡段长度的确定,确定理由：,保证了相邻两竖曲线不互相重叠,可避免同一列车下出现两个以上变坡点,坡段长度在,200,米以下时，对减少工程量的作用,已不显著,200,米最短坡段长度的采用情况,坡度折减坡段,缓和坡段,分坡平段,长路堑内的人字坡,3.3,坡段连接,3.3.1,坡度代数差,变坡点对列车运行的影响,列车通过变坡点时，由于运动方向的改变而产生附加力，当车钩内力大于车钩的允许强度时，就有断钩的可能。,列车通过变坡点时，产生竖直方向的离心力和离心加速度，当加速度超过一定限度时，将使旅客感觉不舒适或使货物移位。,列车通过凸形变坡点时，当机车前轮悬空高度超过轮缘高度就有脱轨的可能。,列车通过变坡点时，引起相邻车辆的车钩中心线上下错动，当错动量超过限定数值时，有脱钩的可能。,3.3.2,竖曲线,定义：纵断面变坡点处设立的竖向圆弧,线型：抛物线，圆曲线,竖曲线半径的确定条件,行车安全条件,机车不脱轨,旅客舒适条件,行车平稳,设竖曲线可减少附加纵向力,规范,规定：,、,级铁路竖曲线半径为,10000,米，,级铁路竖曲线半径为,5000,米。,竖曲线的几何线型要素,切线长,、,级铁路：,级铁路：,竖曲线长,竖曲线纵距,外矢距,变坡点处的设计标高计算标高,外矢距,竖曲线的设置条件,、,级铁路：,级铁路：,竖曲线设置的限制条件,竖曲线不应与缓和曲线重叠,竖曲线不应设在明桥面上,竖曲线不应与道岔重叠,3.4,最大坡度的折减,折减原因：在用足最大坡度的路段上，曲线和隧道的存在使机车牵引力下降，为保证满轴货物列车不低于计算速度运行，故需将最大坡度折减，使加算坡度不大于最大坡度。,设计坡度,（,）,坡度折减值,3.4.1,曲线地段的最大坡度折减,注意事项,在用足了最大坡度处折减,保证必要的折减，又不能折减太多,折减时的曲线长指未加设缓和曲线前的圆曲线长，,列车长取近期货物列车长,折减的坡段长度不短于且尽量接近圆曲线长，通,常不宜大于货物列车长,折减后的设计坡度值取小数点后一位，第二位舍弃,折减方法,两圆曲线间夹直线长度大于,200,米，可单独设计,为一个坡段，不用折减。,长度不小于货物列车长的圆曲线，可设计为一个,坡段。,即 列车 （,）,曲线长度小于列车长,即 列车,Li,坡段长，当 列车时，列车。,坡段（或货车长）内平面曲线偏角总和,一个曲线位于两个坡段上时，应按两个坡段所占曲线,长度比例分配偏角，再按第,计算。,L1,坡段分配的偏角,3.4.2,小半径曲线路段的最大坡度折减,折减原因：,机车驶入圆曲线后，动轮踏面发生的横向滑动和纵向滑动引起机车粘着系数降低。当机车牵引以接近或等于计算速度通过最大坡度上的小半径曲线时，粘着系数降低使得计算粘着牵引力低于计算牵引力，动轮产生空转，行车速度降低。为此，需进行坡度折减来弥补牵引力的降低。,设计坡度,粘降后的粘着牵引力,3.4.3,隧道内的最大坡度折减,长度大于,400,米的隧道位于或接近最大坡度的坡道上，应将最大坡度折减。,影响折减的因素,隧道空气附加阻力,内燃牵引时，列车通过隧道的速度,隧道内粘着系数的降低,内燃机车功率的降低,隧道坡度折减,最大设计坡度,s,最大坡度系数,电力牵引,s,隧道空气附加阻力,内燃牵引,i,r,均衡坡度,折减范围,仅限于隧道长度内，坡段取为,50,米的整倍数。,