无缝线路设计.doc

兰州交通大学毕业设计(论文) 1 1. 绪绪 论论 1.11.1 设计线地理位置设计线地理位置 包兰铁路自包头至兰州，全长 990 公里。1954 年 10 月开工， 1958 年 7 月通车， 1958 年 10 月交付运营。包兰铁路在中卫和干塘 间经过腾格里沙漠，全线有 140 公里 在沙漠中穿行，是中国五十年代在沙漠中筑成的铁路。采取的防沙、治沙措施曾获 1987 年国家科学技术进步特等奖。自包兰铁路干塘至兰新铁路的武威，于 1965 年建 成了干武联络线，长 172 公里，从而缩短了华北到西北地区的运程。这条铁路是华北 通往西北的重要干线，对加速内蒙 古宁夏、甘肃的经济建设起着重要作用。 包兰铁路基本沿着黄河两岸、乌拉山南麓、卓资山西麓、贺兰山脉西行，在三盛 公、三道坎和东岗镇三跨黄河，中经河套平原和银川平原，并在中卫和甘塘之间经过 腾格里沙漠边缘，是著名的沙漠铁路。沿线矿藏丰富，有农牧之利，风多而少雨、干 燥、属大陆性气候。文物古迹繁多，自然风光绮丽，民风民俗粗犷而豪放，具有浓重 的北国情调。沿线土特产品极多，且历史悠久，在国内外享有盛誉。 1.21.2 无缝线路无缝线路特点特点 无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。它是 当今轨道结构的一项重要新技术，世界各国竞相发展。 在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过是发 生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影 响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用 寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的 35%以上；钢 轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大 2-3 倍；重伤钢轨 60%发生在接头区。随着列 车轴重、行车速度和密度的不断增长,上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运 输的需要。 为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方 面的研究与实践，采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了接头 焊接质量问题；其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有 无缝线路设计、长轨运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一 系列问题的逐步解决，无缝线路在世界各国得到了广泛的运用。 兰州交通大学毕业设计(论文) 2 无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和 轨道的维修费用减少,使用寿命延长等一系列优点。有资料表明，从节约劳动力和延长 设备寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约维修费用 30%70%。 在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车轮对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营 条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。 1.31.3 无缝线路的分类无缝线路的分类 无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为温度应力式和放散温度 应力式两种；按轨条长度是否跨越区间、轨条和道岔是否直接连接，可分为跨区间无 缝线路和全区间无缝线路。 温度应力式无缝线路是一根焊接长钢轨及其两端 2-4 根标准轨组成，并采用普通 接头的形式。无缝线路铺设锁定后，焊接长钢轨因受线路纵向阻力的抵抗，两端自由 伸缩受到一定的限制，中间部分完全不能伸缩，因而在钢轨内部产生很大的温度力， 其值随轨温变化而异。温度应力式无缝线路结构简单，铺设维修方便，因而得到广泛 应用。对于直线轨道，铺设 50kg/m 和 60kg/m 钢轨，每公里配量 1840 根混凝土枕时， 铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为 100和 108。 放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适用于年轨温 较大的地区。自动放散式是为了消除和减少钢轨内部的温度力，允许长钢轨条自由伸 缩，在长钢轨两端设置钢轨伸缩接头，为了防止钢轨爬行，在长钢轨中部使用特制的 中间扣件。由于结构复杂，已不使用。定期放散温度应力式无缝线路的结构形式与温 度应力式相同。根据当地轨温条件，把钢轨内部的温度应力每年春、秋两季调整放散 12 次。放散时，封闭线路，松开焊接长钢轨的全部扣件，使它们自由伸缩，放散内部 温度应力，应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。每次放散应力 需耗费大量劳力，作业很不方便。 放散温度应力式无缝线路曾在前苏联和我国年温差较大的地区试用，目前已不使 用。现今世界各国主要采用温度应力式无缝线路。 跨区间无缝线路又称为超长无缝线路，是指轨条长度跨越区间，轨条与道岔直接 连接的无缝线路。这种无缝线路能够最大程度地减少钢轨接头，从而消除了缓冲区和 伸缩区的影响，强化了轨道结构，全面提高线路的平顺性和整体性，有着广阔的发展 前景。 兰州交通大学毕业设计(论文) 3 全区间无缝线路指的是只在区间内铺设长轨条，两边留有缓冲区和伸缩区，而且 长轨条不与道岔直接连接的无缝线路。这种无缝线路结构简单，铺设维修方便，适宜 于铺设在年温差较大地区。 本文主要针对包兰线换铺全区间温度应力式无缝线路设计问题进行研究。 1.41.4 线路设备大修的主要工作线路设备大修的主要工作 1.4.11.4.1 线路设备大修的基本任务线路设备大修的基本任务 线路设备大修的基本任务是：根据运输需要及线路设备的损耗规律，周期性的， 有计划地对损耗部分进行更新和修理，恢复与增强轨道承载能力，延长设备的使用寿 命。 线路进行换轨大修的工作分为两阶段，前期工作包括外业勘察，平面曲线整正， 纵断面调坡，放大纵断面图设计。换轨施工包括内业配轨设计，外业换轨施工。 1.4.21.4.2 线路换轨大修主要工作内容线路换轨大修主要工作内容 线路换轨大修主要工作内容有以下几点： 1)按设计校正改善线路纵断面和平面。 2)全面更换新钢轨及配件。钢轨伸缩调节器以及不合规定的护轮轨，更换绝缘接 头及钢轨接续线。 3)更换失效的轨枕和扣件，补足轨枕配置根数，修理伤损轨枕，线路上原铺木枕 地段，凡有条件的应尽量改铺混凝土枕。 4)彻底清筛道床、补充道碴，改善道床断面，原铺砂子或天然级配卵石道床改铺 为碎石道床。对基床翻浆冒泥地段进行整治（清筛道床时应包括长岔枕范围内的侧线） 。 5)线路大修地段，应同时成组更换道岔和新岔枕，如不需更换时，应整修道岔并 抽换失效岔枕。 6)安装轨道加强设备。 7)铲平或填补路肩，整修路基排水横坡，清理侧沟，清除路堑边坡弃土。 8)整修道口。 9)因线路大修而需要的抬高邻线上的道岔、道口，抬高桥梁，有碴桥上加高两侧 挡碴墙。 10)补充、修理和刷新工务管理的线路标志、信号标志钢轨纵向位移观测桩及备 用钢轨架。 兰州交通大学毕业设计(论文) 4 11)回收旧料，清理场地，设置常备材料。 铺设无缝线路的工作内容，重点是焊接铺设钢轨，更换扣件（轨型相同时，只更 换失效扣件） ，并按设计锁定轨温范围锁定线路，埋设钢轨纵向位移观测桩。 本次设计是根据已有线路外业拉链资料主要完成无缝线路结构及配轨设计工作， 绘制配轨设计图，进行工程量统计。 兰州交通大学毕业设计(论文) 5 2.2. 设计说明设计说明 2.12.1 设计资料设计资料 2.1.12.1.1 设计区段设计区段 包兰线 k746+614.78k762+294.39 下行线，里程以包兰线下行线 k746+200 米标 为起点连续丈量。 （外业拉链资料见附录四。 ） 2.1.22.1.2 设计段原有线路概况设计段原有线路概况 1）轨道条件 钢轨：现有线路使用 60kg/m 普通线路。 轨枕:铺设型混凝土枕按 1760 根/公里配置,铺设型混凝土枕按 1840 根/公 里配置。 道床: 碎石道床。 2）道口、曲线、桥梁、隧道 道口 0 处 ，曲线 11 段，其最小半径为 695.6 米，桥梁 0 座。 3）线路最大坡度 本设计段最大坡度为 13。 4）线路气温资料 包头最高气温为+58.7，最低气温为24。 5）线路病害状况 路基稳定，无翻浆冒泥，冻害及下沉挤出病害。 2.1.32.1.3 设计采用的主要技术标准设计采用的主要技术标准 1)采用温度应力式全区间无缝线路，钢轨使用 60kg/mpd3(u75v)淬火钢轨，绝缘接 头采用 mt 绝缘接头，长轨条与道岔直接焊接。 2)锁定轨温范围：27.15。 3)连接零件： 钢轨接头采用 10.9 级螺栓及配套垫圈，螺栓扭力矩应达到 900nm。 预应力混凝土枕上用型（型）弹条扣件，大修后正线不得使用型弹条扣 件。 4)道床：级碎石道床，肩宽 45cm，碴肩堆高 15 cm，厚度应符合线路设备大 修规则的规定，边坡为 1：1.75。 兰州交通大学毕业设计(论文) 6 5)使用弹条扣件地段一般不设防爬器。半径600m 时，按预算所列数量安装粘接 式轨距拉杆。 6)无缝线路铺设前应预埋纵向位移观测桩，观测桩的布置是： 普通无缝线路 5-7 对（伸缩区始、终点及固定区中心点各一对，其余按对称布 置） ，如固定区较长，可适当增加对数。 全区间无缝线路，单元轨条长度大于 1200m 时，设置 7 对位移观测桩（单元轨 条起、讫点，距单元轨条起、讫点 100m 及 400m 和单元轨条中点各设置 1 对） ；单元轨 条长度不大于 1200m 时，设置 6 对位移观测桩（单元轨条起、讫点，距单元轨条起、 讫点 100m 及 400m 各设置 1 对） 。在道岔区，每组道岔设置 3 对位移观测桩（道岔前、 后，间隔铁或限位器处各设置 1 对） 。 观测桩采用隐蔽式防爬桩，大小按长 240宽 240高 600mm 混凝土预制，桩顶 预埋废旧鱼尾螺栓，螺栓顶外露，防爬桩埋设在路肩顶面道床坡角处，桩顶露出地面 5cm，每对防爬观测桩顶螺栓的十字刻线间的连线尽可能与路线中心垂直。防爬标记设 在新轨头的外侧，用红、白铅油做一“”记号作为永久性标记不得任意改动。 7）轨枕：轨枕配置按照型混凝土轨枕按 1667 根/公里配置，型混凝土轨枕按 1760 根/公里配置，所有的 69 型混凝土轨枕更换为型混凝土轨枕。 8）胶垫要全部更换为新胶垫，使用 10mm 厚的新胶垫。 9）道口：道口均不加宽，按标准更换道口铺面板（含护轮轨） 。 10）桥梁：桥梁按需要加高挡碴墙，护轮轨按规定更换。 2.22.2 主要工作主要工作 2.2.12.2.1 主要工作内容主要工作内容 1）焊接铺设新钢轨及扣件，更换桥上不符合规定的护轨，焊接铺设胶接绝缘钢轨， 按设计规定锁定线路，埋设钢轨纵向位移观测桩。 2）整修线路。 3）整修道口。 4）回收旧料，清理场地，设置常备材料。 2.2.22.2.2 注意事项注意事项 厂焊、现场焊及铺设施工，养护维修应注意安全，严格遵守铁路线路修理规则 。 按铁路线路修理规则的要求：预算是本着节约的精神进行的。在施工过程中，由 于各种原因引起的预算总额的变动，或更改设计标准和方案时，应由施工单位提出变 更理由，报原设计单位签注意见后，由原批准单位批准后方可变更。 兰州交通大学毕业设计(论文) 7 3.3. 外业勘测基本工作外业勘测基本工作 外业勘测的基本工作有： 3.13.1 既有轨道结构调查既有轨道结构调查 1）钢轨类型 60/m 2）轨枕 型 3）扣件类型 弹条型 4）胶垫厚度 10 mm 5）既有道床厚度 45cm 6）既有轨道类型 7）机车类型 韶山 3 型 8）最小曲线半径 700m 9）既有线桥涵位置 无 10）既有道岔位置 11）气象与水文资料收集 3.23.2 里程丈量里程丈量 里程丈量应全线贯通，并与既有桥、隧、车站等建筑物里程核对。直线路段可沿 左轨轨面丈量，曲线路段应按线路中心丈量。丈量分两组进行，两组丈量较差，不得 大于 1/2000。 直线路段每 100m 设百米标；曲线路段每 20m 设加标。车站中心、桥涵中心、桥台 胸墙与后缘、隧道进出口、路基防护与加固工程起终点、道口中心、路堑与路堤的最 高最低点，以及地形突出变化点等处，都应设置加标，加标应记在专用记录本上。百 米标与加标的记号和里程，应标记在左侧钢轨的外腰部。 3.33.3 既有线的平面曲线测量既有线的平面曲线测量 既有曲线经过运营和维修，必然产生错动。测量的目的就是测出既有曲线的几何 形状，以判定其转角大小、曲线半径和缓和曲线长度，以便在此基础上，设计新的曲 线半径和缓和曲线，并计算既有曲线拨正到设计曲线的拨动量。测量既有曲线，主要 采用绳正法、偏角法和坐标法。 1）绳正法 用 20m 长的弦线两端紧贴外轨内侧轨顶线下 16 mm 处，在弦的中点量出弦线与外 轨侧面的距离，称为“实测正矢” ，并规定实测正矢与计划正矢之差、实测正矢连续差 及实测正矢最大最小值之差的限值，如发现实测正矢超过规定值，则曲线需要进行修 兰州交通大学毕业设计(论文) 8 正。 计划正矢的计算 圆曲线上的各点（始、终点除外）的正矢应相等。半径为 r，弧长为 l 时的圆曲 线正矢为 fc = l2 / 8r 缓和曲线正矢的计算如图，设 y1、y2、y3，为各测点的支距。则有 f0 = y1 / 2 ，f1 = y2 /2- y1 ，f2 = ( y1 + y3) / 2- y2 ， 对于常用缓和曲线，各点正矢可表示为 f0 = fs / 6，f1 = fs ，f2 = 2fs ，f3 = 3 fs， 其中fs为缓和曲线的正矢递增率，当n为缓和曲线分段数时，则有：fs = fc / n 。 当 hy 点正好落在测点上时，其正矢为 fc- f0，但由于圆曲线一般都不是 10m 的整数 倍，因此yh点、hz点就不能恰好落在测点上，其正矢要作为特殊情况进行计算。设 hz 点左右测点分别为 b（缓和曲线上） 、a（直线上） ，距 hz 点的距离分别为 b、a， 且=l/2，两测点的正矢为 fc = (1/6) fs (b/)3 = aa fs fc = (1/6) fs (1+b/)3- 2(b/)3 = ab fs （3.1） 同样，设 yh 点左右测点分别为a（圆曲线上） 、b（缓和曲线上） ，距yh点分别为 a，b，则有 fa = fc - aa fs fb= fc ab fs 拨量计算 曲线上各测点的渐伸线长度计算如图所示，其中 0，1，2，n 分别表示曲线上 各个测点，相应的实测正矢为 f0，f1 ， f2， fn，相应的渐伸线长度为 e0, e1， e2， , en，则 e0 = 2 n f0 + ( n-1) f1 ( n-2 ) f2 + fn-1 = 2 fi （3.2） 也就是说，第 n 点的渐伸线长度 en，等于前一点（n-1）为止的正矢累积的合计数 的两倍。同样，可求得正矢为计划正矢 f的设计曲线上 n的渐伸线长度为 en = 2fi 由此可得到 n 点的拨量为 兰州交通大学毕业设计(论文) 9 en = 2(fi - fi) 拨道完成后，第 n 测点的实际正矢应为 fn= fn + en (en-1 + en+1 ) / 2 （3.3） 拨道计算的限制条件。 a 保证曲线整正前后两端的切线方向不变。要求计划正矢的总和必须等于实测正 矢的总和，即 fi = fi （3.4） b 保证曲线整正前后始终点位置不变，即 ( fi - fi ) = 0 （3.5） c 保证曲线上某些控制点（如小桥、道口等）因受具体条件限制而不能拨动之出的 拨量为零，即使得控制点上 ( fi - fi ) = 0 （3.6） 2）偏角法 用偏角法测量既有线，如图所示。 在第一阶段，要测出每 20m 测点的偏角， 即切线方向与置镜点到各个测点弦线间 的夹角；移动置镜点后的各个测段，要 测出置镜点间弦线与置镜点到每个 20m 测点弦线间的夹角；最后一个置镜点， 要测出置镜点间弦线与切线方向是夹角 zh。若各个置镜点处的夹角用a，b， 图 3.1 偏角法 c，zh表示，则既有曲线的转角 等于上述各角的总和，即 = a + b + c + + zh （3.7） 第一个与最后一个置镜点，应设在曲线范围之外，在直缓点（zh）与缓直点 （hz）外侧 060 m 的 20m 测点上，第二个与倒数第二个置镜点，最好在缓圆点 （hy）附近的 20m 测点上。其余置镜点应保证通视与观测清晰，置镜点间距离一般不 宜长于 200300m。 p 图 157 c1 c2 c3 1 2 3 p,1 p,2 p,3 兰州交通大学毕业设计(论文) 10 置镜点间的偏角，应正、倒镜各观测一次，其较差在 40 以内时，取平均值。曲线 上有桥梁等控制既有线拨距的建筑物时，应将其中心点或起点（加标点）的偏角测出。 曲线测量通常沿外轨进行，也有沿线路中心线进行的；行车繁忙的线路上，为安 全起见，也可在外移桩上进行。 3.43.4 纵断面测量纵断面测量 配轨图中的相关纵断面测量内容 1）里程。表示勘测里程。 2）线路平面。用示意图表示线路的平面形状。位于中央直线表示线路的直线段， 向上或向下凸出的折线表示线路的曲线，向上凸出表示线路向右转，向下凸出表示线 路向左转。折线中间的水平线表示圆曲线，两端的斜线表示缓和曲线。 3）设计坡度。竖线表示变坡点的位置，斜线表示坡度的方向，斜线上的数字表示 坡度的千分率（） ，斜线下方的数字表示坡段长度。 4）线路沿途桥涵、隧道、车站的位置。 兰州交通大学毕业设计(论文) 11 4.4.换铺无缝线路前期工作概述换铺无缝线路前期工作概述 换铺无缝线路是在确定线路平、纵断面几何形位的基础上进行，确定线路平、纵断 面的几何形位主要包括线路平面曲线整正，放大纵断面设计等工作。 4.14.1 平面的拨距的计算方法平面的拨距的计算方法 4.1.14.1.1 渐伸线原理渐伸线原理 1）渐伸线的几何意义 图 4.1 渐伸线 如图 4.1 所示，曲线表示任一曲线的中心线，将一条没有伸缩性的细线，一端oa 固定点，把细线拉紧使其密贴于曲线上，然后把细线另一端自由线拉开使ooaaoa 拉开的直线随时保持与曲线相切，点的移动轨迹为，即为曲线oaa 123 am m ma 之端点的渐伸线。oaa 2）渐伸线的基本特征 渐伸线上某一点（）的法线（）是曲线相应点（）的切线； 3 m 33 m noa 3 n 渐伸线的曲率半径是渐变的，渐伸线上某一点（）的曲率半径，使该点法线 3 m 与曲线相应切点（）的长度（） ；oa 2 n 22 m n 图3-1 渐伸线 始切线 渐 伸 线 兰州交通大学毕业设计(论文) 12 渐伸线某两点（、）间曲率半径的增量（-）等于曲线相 3 m 3 n 33 m n 22 m noa 应点（、）间弧长的增量。 3 n 2 n 3）计算渐伸线长度的公式 渐伸线长度为曲线的中心角（rad）在其对应弧段上的定积分eoa 渐伸线的曲率是逐渐变化的。当 “极小时，可视为圆弧长，当点无限接近e 2 x 点时，, 的曲率半径为。 1 xle 0000 () () aaaa a aaaaa ell eaall dl dldlld 因为 l 为 的函数。对上式第二项进行分部积分，得： aa ll aaaaa dldllle 00 （4.1） oa 曲线的中心角（rad）为 oa 曲线曲率 k 在其对应弧段上的定积分，如图 4.2 所示。 图 4.2(a)渐伸线长度与中心角的关系 图 4.2(b)中心角与曲率的关系 4.1.24.1.2 计算拨距的条件计算拨距的条件 1）前提条件 既有曲线拨正到设计位置，曲线长度应基本保持不变，才能保证必要的计算精度。 所以此拨距方法仅适用于将错动的既有曲线拨正为规则线形，以及拨动前后曲线长度 不会大量变化的改建设计。若既有曲线的转角较大，且要增大曲线半径，则改建后线 路长度缩短；若采用一般方法计算拨距，就要产生很大误差，需要用特殊方法计算拨 距。 2）保证终切线不拨动 兰州交通大学毕业设计(论文) 13 首先，要保证既有曲线的转角不变动，以免终切线发生扭转。所以设计时应保证 设计曲线和既有曲线的转角相等。 其次，还必须使既有曲线测量终点的拨距为零，以免引起终切线的平行移动，所 以设计时应使测量终点设计曲线和既有曲线的渐伸线长度相等，即 es = ej 3）力争减小曲线路段改建工程量 由于选配的设计曲线半径缓和曲线长度不同，改建既有曲线时，要影响拨距的大 小和发向，因此选用设计曲线半径和缓和曲线长度时，要考虑下列因素，力争减小改 建工程。 如果曲线路段有永久性桥梁、隧道等建筑物，则应尽可能时桥隧处中线不拨动， 则线路应向另一侧拨动，或使其拨动量控制在 5 cm 以内，以免引起桥隧建筑物的改建。 如果路基一侧有挡墙、护坡及防护工程，则线路应向另一侧拨动，以免破坏原 有工程。 在深路堑、高路堤路段，拨动量应力求减小，免得引起大量土石方工程。在填 挖方不大的路段，即使拨动较大，土石方工程也不会大。 如果既有线路基顶面宽度不够标准，则应向一侧拨动，以免在路基两侧进行加 宽。如果路基修建在地质条件良好的斜坡上，路堤宜向斜坡上方拨动，以减少路基加 宽工程。特殊情况下，应在横断面图上，结合路基本身的改建，决定拨动的方向和大 小。 4.1.34.1.3 选配设计曲线半径选配设计曲线半径 1）估算既有曲线半径 在选配设计曲线半径前，要估算出既有曲线半径，以便根据既有曲线半径与路基 等建筑物情况，选配设计曲线半径。铁路局的技术资料与实地的曲线标志所提供的既 有曲线半径。 估算既有曲线半径的方法有很多，此处仅介绍三点法。 图 3-7 三点法 兰州交通大学毕业设计(论文) 14 图 4.3 三点法 如图所示，在既有曲线的圆曲线范围内，选取三个间距相等的测点a，b，c，即 ab = bc = l，三个测点的渐伸线长度分别为 ea = la2 / 2rj + pj， eb = (la + l) / 2rj + pj， ec =（la + 2l）/ 2rj eb ea = (la + l)2 / 2rj la2 / 2rj ec eb = (la 2l)2 / 2rj (la +l)2 / 2rj ec + ea 2eb = (la + 2l)2 / 2rj + la2 / 2rj 2(la + l)2 / 2rj = l2 / rj 所以： rj = l2 / ( ec + ea 2eb ) （4.2） 2）估算曲线半径的取整 设计曲线半径通常应尽量接近既有曲线半径，但应取为整数，以便易于计算和测 设。取整时，可参考下表中的数据。 表 4.1 曲线半径取整 4.1.44.1.4 计算计算 qzqz 点的里程点的里程 选定的设计曲线半径，可保证设计曲线圆弧和既有曲线圆弧接近，但尚未确定设 计曲线的具体位置。为此，要计算设计曲线的 qz 里程。 转向角度曲线半径取整值（m） 70 视情况而定 兰州交通大学毕业设计(论文) 15 qz 点的里程应保证终切线不拨动，也就是拨动前后曲线的转角不变（= s =j） ， 测量终点的拨距为零（es = ej） 。 测量终点设计曲线的渐伸线长度为 es = x ，令 ej = es = x ，得 x = ej /（m） qz 里程 = 测量终点里程 x （4.3） 式中 x 测量终点至 qz 点距离 (m) es s 测量终点既有曲线的渐伸线长度 (m) 曲线转角 （rad） 4.1.54.1.5 选取缓和曲线长度选取缓和曲线长度 根据铁路的技术资料或实地的曲线标志，可以得到既有曲线原定的缓和曲线长度， 作为选取缓和曲线渐伸线长度的参考。 在已经选定设计曲线半径的条件下，为了减少拨动量，可采用下列方法，选取缓 和曲线长度。 计算设计曲线的圆曲线长：rs，并根据 qz 点里程计算 zy 点里程：zy 里程 = qz 里程(rs)/2。 选出 2、3 个位于圆曲线段的测点，它们的设计曲渐伸线长度为：es = l2 / 2rs + ps。其中：l = 测点里程，为已知数；ps =l02 / 24rs，因 l0待定，ps尚需计算。 这 2、3 个测点的既有曲线渐伸线长度已经求出，可令各个点的 es = ej，即可求 出该点的 ps = ejl2/ 2rs。 将求得的 2、3 个 ps取平均值，因为 ps =l02 / 24rs，故缓和曲线长度 l0 = (24rs ps)1/2 。将 l0 取为 10 m 的整数，就是选定的缓和曲线长度，缓和曲线长度通常应符合 改建标准。 4.1.64.1.6 推算设计曲线各主点里程推算设计曲线各主点里程 lqzyzlqzzy y 2 1 , 2 1 00 2 1 , 2 1 lyzhzlzyzh 00 2 1 , 2 1 lyzyhlzyhy 4.1.74.1.7 计算设计曲线渐伸线长度计算设计曲线渐伸线长度 根据表中渐伸线长度的计算式，可知其基本公式如表 4.2 所示： 兰州交通大学毕业设计(论文) 16 表 4.2 渐伸线长度计算的基本公式 4.1.84.1.8 计算拨距计算拨距 拨距的大小和方向如图 4.4 所示，曲线拨正，就是把既有曲线上各个 20m 的测点， 如、拨正到设计曲线的、点上。 1 b 2 b 1 b 2 b 其拨动距离分别为、，也就是设计曲线渐伸线长或与既有曲线渐伸 11b b 22b b 11b a 22b a 线长、之差 11b a 22b a 点的拨动距离 =- 1 b 11b b 11b a 11b a 电的拨动距离=- 2 b 22b b 22b a 22b a 所以， 拨动距离 = 设计曲线的渐伸线长 - 既有曲线的渐伸线长, 即 sj ee （4.4） =值，如，表示向圆心方向拨动（曲线内压） =值，如，表示向切线方向拨动（曲线外挑） 。 物 理 意 义计算通式内切圆曲线的计算式 缓和曲线的计算式 1 曲率 kk 1 k r 1 k c 2 中心角（rad）为 曲率 k 的定积分 l o kdl l r 2 2 l c 3 渐伸线长度 e 为中心 角（rad）的定积分 l o edl 2 2 l e r 3 6 l e c 符 号 意 义 曲线长 l 曲率 k 中心角 （rad） 渐伸线长 e r-圆曲线半径 l-计算点的圆曲 线长 c-缓和曲线半径 变更率 o crl -缓和曲线全长 o l -计算点的缓和曲 l 线 图3-3 既有曲线拨距图 b1 o 测量始点 b1 b2 b2 既有曲线 设计曲线 a1a2始切线 兰州交通大学毕业设计(论文) 17 图 4.4 既有曲线拨距图 4.1.94.1.9 算例算例 兰州交通大学毕业设计(论文) 18 兰州交通大学毕业设计(论文) 19 兰州交通大学毕业设计(论文) 20 4.24.2 纵断面改建设计纵断面改建设计 4.2.14.2.1 改建原因改建原因 既有线在运营过程中，个别路段的路基会因沉陷、冻害而变形，在经常维修过程 中，由于更换道渣、起道、落道，也要引起轨面标高的改变。所以既有线轨面的纵断 面多与原设计不同，而原设计标准又多偏低，不符合现行线规标准；延长站线而需加 长站坪长度时，引起站坪两端纵断面的改建；削减超限坡度时，需要太高或降低路基 标高；线路受洪水威胁地段，则需加高路基。这一切都要引起线路纵断面的改建。 4.2.24.2.2 一般规定一般规定 改建既有线纵断面设计，以轨面标高为准。 轨面标高由线路纵断面测量测出。线路纵断面测量包括水准基点、百米标和加标 的标高测量。百米标与加标的标高为既有线轨面标高：在直线路段为左侧钢轨的轨面 标高；在曲线路段为内轨的轨面标高。 一般情况下，起道高度小于 50 cm 时，用道砟起道，起道高度为 50100 时，用渗 水土壤起道；起道高度大于 100 cm 或落道后道床厚度小于规定标准时，用抬降路面来 完成。 设计中，为了方便施工及减轻对运营的干扰，一般不采用挖切路基的办法来降低 轨面标高，仅在受建筑界限与结构物构造控制，以及为消除路基病害的路段方可采用。 设计中，一般亦不宜降低既有线轨面轨面标高，以免挖切道床影响正常运营；仅在个 别路段，为避免改建桥隧建筑物，避免挖切路基，或为了减少线路改建工程，才允许 挖切道床以降低轨面标高。道床厚度仅允许较规定标准减薄 5 cm，但最小道床厚度不 得小于 25 cm。 兰州交通大学毕业设计(论文) 21 5.5. 无缝线路强度和稳定性检算无缝线路强度和稳定性检算 5.15.1 概述概述 无缝线路作为一种新型轨道结构，其特点是冬季低温季节，在钢轨内部存在较大 的温度拉力，容易使钢轨拉断；在夏季高温季节，钢轨内部存在较大的温度压力，容 易引起轨道横向变形。在列车动力和人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会增大， 发生胀轨跑道现象。因此，设计时必须对强度和稳定性进行检算，使其达到一定的标 准。 5.25.2 强度检算强度检算 5.2.15.2.1 检算模型检算模型 我国规范采用的轨道竖向静力分析模型有两种：点支承梁模型和连续支承梁模型。 1)点支承梁模型 点支承梁模型中钢轨是按轨枕间距支承于轨枕上（见图 5.1） ，所以称之为弹性点 支承连续梁计算模型。图中为轨枕间距；d为弹性点支承刚度，叫做钢轨支座刚度。 2) 连续支承梁模型 连续支承梁模型（见图 5.2） ，可近似地把轨枕的支承看做均匀分布在轨枕间距内 连续支承着钢轨梁，其支承刚度为钢轨基础弹性模型。按连续支承梁模型计算得到的 解析解，应用简单方便又直观。这一经典理论至今仍具有重要的理论和应用价值。 图 5 p 钢轨 v d 钢轨支点 弹性系数 aa 兰州交通大学毕业设计(论文) 22 5.1 点支承梁模型 图 5.2 连续支承梁模型 5.2.25.2.2 几个计算参数几个计算参数 1）道床系数 c： 道床顶面产生单位下沉所需施加的道床顶面单位面积上的压力（mpa/cm） 。 2）支座刚度 d： 钢轨支座下扣件和枕下基础的等效刚度。其量纲为力/长度。 图 5.3 钢轨支座刚度计算模型 由上图可看出，轨枕相当于由一系列刚度为 c 的并联弹簧支承，因此，枕下基础 支承可等效为一根弹簧，其值为半根轨枕底面积与道床系数的乘积。 p u /2 兰州交通大学毕业设计(论文) 23 考虑到轨枕挠曲变形会降低轨下基础刚度，引进轨枕挠曲系数 修正。从而，枕下基 础等效刚度 bcscd 2 l b 混凝土枕可看做是刚性的，取=1；木枕的弹性很好，取=0.810.92。 枕下基础等效刚度db与扣件刚度dp为串联，因此，钢轨支座刚度 dpdbd 111 即 dpdb dpdb d （5.1） 对于有砟轨道，扣件刚度还大于枕下基础等效刚度所以可将枕下基础等效刚度近 似作为钢轨支座刚度（ddb） 即： 有砟： dbd 无砟： dpdb dpdb d （5.2） 3）钢轨基础弹性模量 u： 单位长度钢轨基础产生单位下沉所需施加的单位长度上的分布力，量纲力/长度 。 2 u =d / a 式中，c、d 两个参数随轨道类型，路基、道床状况及环境因素而变化，离散性很 大，在进行设计计算时，应尽可能采用实测值或应用规范。 5.2.35.2.3 钢轨竖向荷载（准静态计算）钢轨竖向荷载（准静态计算） （） )1 ( 0 ppdhmv/k120 （） )1)(1 ( 10 ppd hmhv/k160/km120 （） )1)(1)(1 ( 210 ppd hmvhkm/k200/160 （5.3） 5.2.45.2.4 单个轮载作用下的解单个轮载作用下的解 1）刚比系数 k 兰州交通大学毕业设计(论文) 24 4 4 k ei u （5.4） 2)作用点处 (x = 0) u p 2 k y 0 max k p m 4 0 max （5.5） 2 0 max kpa r （x 0）通解 )sin(cos 2 0 kxkxe u kp y kx （5.6） )sin(cos 4 0 kxkx k p em kx )sin(cos 2 pa 0 kxkxe k r kx 5.2.55.2.5 轮群作用下的解轮群作用下的解 )sin(cos 2 1 00ii kx n i i kxkxep u k y i （5.7） )sin(cos 4 1 1 00ii n i kx i kxkxep k m i （5.8） )sin(cos 2 *a 1i 00ii kx n i kxkxep k r i （5.9） 5.2.65.2.6 动位移、动弯矩、动压力动位移、动弯矩、动压力 上面各式所得到的结果只是静轮载群作用下轨道结构的位移、弯矩和轨枕压力值，要 求得到动位移、动弯矩和轨枕动压力值 yd，md，rd，还要考虑动载增量影响。根据动 轮载与静轮载的关系，得 兰州交通大学毕业设计(论文) 25 0 y(1) d y 0(1 ) d mm （5.10） 0(1d rr ） 5.2.75.2.7 允许温降允许温降 sfcdt fcdst 因此 t f tf f pt t 48 . 2 48 . 2 （5.11） 5.2.85.2.8 强度检算方法强度检算方法 无缝线路强度计算的目的在于求出轨道强度条件容许的轨温变化幅度和。 拉 t 压 t 为使钢轨冬天不断裂、夏天不压溃，作用在钢轨上的总应力不得超过钢轨的容许应力。 即： st 附动 （5.12） 式中 - 钢轨动弯应力； 动 - 钢轨温度应力； t - 桥上附加应力，如伸缩应力、挠曲应力等，以及附加制动应力 附 ，一般； 制 mpa10 制 - 钢轨容许应力。钢轨容许应力等于钢轨屈服强度除以安全系 s s 数 k。即。 k s s 对于极限强度级钢轨，；mpa b 785mpa s 405 对于极限强度级钢轨，；mpa b 833mpa s 457 一般钢轨，；再用钢轨。3.1k35.1k 自锁定轨温起算，容许轨温伸高值、及容许轨温降低值的算式如下： 升 t 降 t 兰州交通大学毕业设计(论文) 26 250 附头 升 s t （5.13） 250 附底 降 s t （5.14） 式中， - 钢轨头部上缘动弯应力； 头 - 钢轨底部下缘动弯应力。 底 不同类型的机车对轨道的作用是不同的。为此，设计之前应首先了解该线近远期 使用的机车类型，然后通过计算确定控制设计的机车和该机车的最不利轮位。 钢轨支座刚度（又称支点弹性系数）d 查表。如条件允许最好实测冬季、夏季的 d 值，然后计算冬、夏季的，进而求算和。 动 m 头 底 此外，遇到下列地区轨道要加强： 1)混凝土轨枕线路m 的曲线地段；600r 2)木枕线路和电力牵引地段m 的曲线地段；800r 3)坡度陡于 12的制动地段； 4)长度大于 300m 的隧道。 加强的方法是对混凝土线路每公里加 80 根轨枕；对木枕线路每公里加 60 根轨枕， 但每公里轨枕最多不能超过 1920 根。 5.2.95.2.9 线路条件线路条件 5.2.4.1 轨道条件： 1）钢轨：60kg/mpd3钢轨； 2）屈服强度=350mpa，钢轨段面对水平的惯性 s ix=3217cm4；w=339cm3，w=396cm3； 3）最小曲线半径 r =695.6m； 4）轨枕:型混凝土轨枕，1760根/km，轨枕间距a=56.8cm，型弹条扣件； 5）道床:碎石道床，道碴为一级道碴，厚度35cm以上，肩宽45cm，外侧堆高 15cm； 6）钢轨支座刚度d：夏天 d =277780n/cm, 冬天 d =469700n/cm； 5.2.4.2 运营条件： 韶山3型内燃机车，最大速度v =100km/h。 5.2.4.3 气温条件 兰州交通大学毕业设计(论文) 27 当地历年最高轨温为+58.7，最低轨温为24 图 5.4 ss3机车的轮重与轴距 5.2.105.2.10 检算过程检算过程 1）计算刚比系数 k 当 d = 30000 n/mm，a =570 mm 时， u = d/a = 30000 / 570 = 52.63 mpa k = (u/4ei)1/4 =52.63/(42.11052879104)1/4 =0.0012146 mm-1 当 d = 70000 n/mm，a = 570 mm 时， u = d/a = 70000 / 570 = 122.81 mpa k = (u/4ei)1/4 =122.81/(42.11052879104)1/4 =0.0015012 mm-1 2）计算最大静位移、弯矩和枕上动压力 ss3电力机车，转向架间距超过 5m，故不考虑各转向架的互相影响。各轮载及转向架 各轴间距均相同，故只需取第 1 转向架进行计算。 当计算截面位于第一轮位处时， )sin(cos 2 1 00ii kx n i i kxkxep u k y i =0.0015012/(2122.81)1128001 +e- 0.0015012*2300cos（0.00150122300）+sin(0.00150122300)+e- 0.0015012*4300cos（0.00150124300） + sin(0.00150124300) =0.7137 )sin(cos 4 1 1 00ii n i kx i kxkxep k m i = 1/(40.0012146)1128001 +e-0.0012146*2300cos（0.00121462300） 兰州交通大学毕业设计(论文) 28 -sin(0.00121462300)+e-0.0012146*4300cos（0.00121464300） - sin(0.00121464300) = 24680809 nm )sin(cos 2 a 1i 00ii kx n i kxkxep k r i = 570122.810.7137 = 49960 n 当计算截面位于第二轮位处时， )sin(cos 2 1 00ii kx n i i kxkxep u k y i =0.0015012/(2122.81)1128001 +e- 0.0015012*2300cos（0.00150122300）+sin(0.00150122300)+e- 0.0015012*2000cos（0.00150122000）+ sin(0.00150122000) = 0.7485 )sin(cos 4 1 1 00ii n i kx i kxkxep k m i = 1/(40.0012146)1128001 +e-0.0012146*2300cos（0.00121462300）- sin(0.00121462300)+e-0.0012146*2000cos（0.00121462000） - sin(0.00121462000) = 26524511 nm )sin(cos 2 a 1i 00ii kx n i kxkxep k r i = 570122.810.7485 =52396 n 当计算截面位于第三轮位处时， )sin(cos 2 1 00ii kx n i i kxkxep u k y i =0.0015012/（2122.81）1128001 +e- 0.0015012*2000cos（0.00150122000）+sin(0.00150122000)+e- 0.0015012*4300cos（0.00150124300）+ sin(0.00150124300) =0.7266 )sin(cos 4 1 1 00ii n i kx i kxkxep k m i = 1/(40.0012146)1128001 +e-0.0012146*2000cos（0.00121462000）- sin(0.00121462000)+e-0.0012146*4300cos（0.00121464300） - 兰州交通大学毕业设计(论文) 29 sin(0.00121464300) = 25287890 nm )sin(cos 2 a 1i 00ii kx n i kxkxep k r i = 570122.810.7266 = 50863 n 3）轨道强度检算 计算 md、yd、rd ss4电力机车，运行速度 v = 100 km/h 时： 检算钢轨：= 0.6v / 100 = 0.6 100 / 100 = 0.6 检算钢轨下沉及轨下基础各部件：= 0.45v/100 = 0.45100/100 = 0.45 曲线半径 r = 695.8 m，取其未被平衡超高的最大值为 h = 75 mm,故为： = 0.002h = 0.00275 = 0.15 故有： yd = y0(1+)（1+ 1）=0.7485（1+0.45+0.15）= 1.1976 mm md = m0(1+)（1+ 1）= 26524511（1+0.6+0.15）= 46417894 nm rd = r0(1+)（1+ 1）= 52396（1+0.45+0.15）= 8383