第一章铁路线路

铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。1.1概述1.2铁路线路的平面和纵断面1.3铁路路基1.4桥隧建筑物1.5轨道1.6道岔1.7限界1.1概述一、铁路的勘测设计新建设或改建铁路的工程量、投资量很大、技术复杂、牵涉面广，因此在建筑铁路前，必须进行深入细致的调查研究和勘测工作，从若干方案中选出最优方案。铁路建设的三个阶段：前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和初步设计工作。基本建设阶段：主要进行定测、技术设计和施工图设计，最后进行工程施工、验交投产。投资效果反馈：铁路运营若干年后，有建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。二、铁路等级及主要技术标准远期年客货运量，是指线路在交付运营后第10年，每天1对客车按1.0个百万吨货运量折算（1）铁路等级（2）铁路技术标准技术标准包括：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根据铁路能力确定上述标准，不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响。1.2铁路线路的平面和纵断面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：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，表明线路的坡度变化。线路纵断面线路平面一、铁路线路的平面及平面图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L0。线路的平面由直线、曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。1.曲线要素的组成线路曲线地段不考虑缓和曲线时，直接根据数学公式可以得出：tan2TRm切线长度：曲线长度：180LRm10的弧长:180RLm2.圆曲线小半径曲线对运营不利，这是因为：限制列车运行速度；增加轮轨磨耗；增加轨道设备；增加运行阻力；增加轨道养护维修费用。曲线半径对运营的影响为保证列车安全，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。3.缓和曲线（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；L0——缓和曲线长度，m。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）40003030202020202020300040302030202020202500504020303020202020006050304030202020150080704050403030201200100805060503030301000120100607060404030800150120709070405040700150120907040405040600140110901109060606055014011090130110707050500130100901301008070604501201008012010080808040012090801209080907035011090701109070100703001008070100702509070（3）缓和曲线要素计算（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。4.同向曲线、反向曲线、夹直线同向曲线与夹直线反向曲线与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。（2）三者约束条件①超高的设置及其变化过程无论同向或反向曲线，曲线外轨都要设置超高，而在直线地段则不设超高。超高的变化过程是“从有到无、从无到有”。②超高带来的影响超高将引起车身倾斜度和外轮竖向加速度的不断变化，使机车车辆的转向架弹簧发生振动和车身发生横向摇摆。③如何克服影响为保持列车运行的平顺，保证乘客乘坐的舒适感，车身摇摆和弹簧振动应控制在容许程度之内。A.为了控制车身摇摆的程度，一般规定，夹直线长度应能容纳2～3辆客车，即50～70m。B.为了控制车辆转向架弹簧振动的程度，应使第二次振动（车辆通过第二个曲线的ZH点进入第二个曲线时）发生在第一次振动（车辆通过第一个曲线HZ点进入夹直线时）消失之后。在线路设计中，夹直线的最小长度值见表铁路等级一般地段困难地段Ⅰ8040Ⅱ6030Ⅲ5025基本阻力：列车在空旷地段沿平、直轨道运行时所受到的阻力。包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是存在的。附加阻力：列车在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、隧道阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定，阻力方向与列车运行方向相反。5.列车运行阻力曲线附加阻力：机车车辆在曲线上运行时的阻力大于同样条件下直线上运行的阻力，其增大部分叫曲线附加阻力，简称曲线阻力。（N/KN）Rr600ωr——单位曲线阻力（N/KN）R——曲线半径（m）600——据试验得出的数据。产生原因：机车、车辆在曲线上运行时，轮轨间的纵向和横向滑动、轮缘与钢轨内侧面的摩擦增加，同时，由于转向架转向和侧向力作用，上下心盘等部分摩擦加剧。经验公式：根据可知曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，还会给运营工作带来以下不利影响：（区间线路最小曲线半径）（N/KN）Rr600用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。6.铁路线路平面图线路平面图线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。二、铁路线路的纵断面及纵断面图坡道坡度及坡道附加阻力示意图1.坡道的坡度及竖曲线为了适应地面的起伏，线路上除了平道以外，还修成不同的坡道，平道和坡道就成了线路纵断面的组成要素。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。坡段的特征用坡度和坡段长度来表示。坡度坡段长度变坡点高程坡段长度是该坡段前后两个变坡点之间的水平距离。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关于线路纵断面的名词机车、车辆在坡道上运行时，除了基本阻力之外，受到由坡道引起的阻力，称为坡道附加阻力。坡道阻力是机车、车辆的重力沿轨道下坡方向的分力。2.坡道附加阻力机车、车辆的单位坡道阻力（N/KN）在数值上等于坡度的千分数。i坡道阻力有正负之分，负阻力起牵引力作用。例如列车在6‰的坡道上运行，上坡时坡度千分数，单位坡道阻力；下坡时坡度千分数，单位坡道阻力。6iNkN6iNkN6i6i2sintangggFQQQi2100010001000giggQiFwiQQ‰（1）限制坡度的选定3.限制坡度与加力牵引坡度1）限制坡段定义在一个区段上，决定一台机车所能牵引货物列车最大重量的坡度，叫做限制坡度。一般情况下限制坡度和最大坡度相当。每一铁路区段都是由许多平道和不同坡度的坡道组成的。坡道的坡度不同，它们对列车重量的影响也就不同。坡度越大，阻力越大，列车牵引重量越小。（2）换算坡度如果在坡道上有曲线，列车在坡道上运行时所遇到的单位附加阻力应为单位曲线附加阻力与单位坡道附加阻力之和。由于曲线附加阻力无负值，而坡道附加阻力有正、负之分，所以总单位附加阻力（N／KN）=根据前述的（N／kN）的对应关系，将总的单位附加阻力换算为坡度，则有：如此求得的坡度，称为换算坡度，又称加算坡度。由此可知，当坡道上有曲线时，列车上坡运行时坡道就显得更陡；而下坡运行时，坡道则显得更缓了。ir＝总‰ii‰‰rrii＝换（2）换算坡度【例题】试按下图所示资料（列车长800m），求列车运行在BC段的换算坡度？解：列车上坡运行时的列车下坡运行时的（3）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。3.限制坡度与加力牵引坡度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.铁路线路纵断面图线路纵断面图三、线路标志1.线路标志的作用线路的标志是为线路的维修和养护，为了司机和车长等工作上的需要而设置的。为何需要设置线路标志？线路标志设在计算里程方向的线路左侧。（1）公里标、半公里标是线路的里程标。公里标从铁路线路起点开始，每走一公里设置一个；半公里标设于线路的半公里处。2.线路标志的类型及设置地点（2）曲线标为曲线的技术参数，在上面标明曲线的有关要素(曲线长度、缓和曲线长度、半径、超高、加宽)。该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：（3）坡度标表示该坡道的坡度大小及坡段长度，并用箭头表示上坡和下坡。坡度标设在变坡点处。（4）桥梁标设在桥梁中心里程（或桥头）处，标明桥梁编号和中心里程。（5）管界标设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，两侧标明所向的单位名称。铁路路基是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。铁路路基特点：是铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工程中占有很大比重；铁路路基采用天然土、石构筑，暴露于大自然中，不断受到侵蚀、破坏。铁路路基1.3铁路路基通常，把垂直于线路中心线的横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照路基所处的地势情况与横断面的形状，路基断面可以分为6类：一、路基的断面形式1、路堤路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。路堑实物图一、路基的断面形式2、路堑路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。半路堤断面简图不填不挖路基断面简图4、半路堤在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。3、不填不挖路基一、路基的断面形式5、半路堑在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。半路堑断面简图半路堑实物图一、路基的断面形式6、半路堤半路堑经过填、挖两部分构成的路基。半路堤半路堑断面简图一、路基的断面形式二、路基的组成路基边坡路基附属设施铁路路基组成路基路基本体路基本体路基顶面路肩1、路基顶面路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。根据路基顶面形状，分为有路拱、无路拱两种形式。路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。无路拱路基断面有路拱路基断面路基顶面宽度示意图2、路肩与路基边坡路肩：路基顶面两侧无道床覆盖的部分。路基边坡：路肩