（交通运输工程专业论文）既有线提速的工务设备及相关问题研究.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着世界铁路的快速发展，国内高速铁路建设和既有线提速改造的大 面积展开，解决制约既有线提速改造的问题便显得尤为重要，需要编制一 套适合既有线提速改造的技术条件和确定哪些线路路段需要优先进行改 造的标准。本文着重对既有线的工务设备及相关的内容进行了分析，结合 几次国内提速的经验，通过实验数据和理论公式的推导，重点研究适合既 有线提速改造的线路平面条件即满足不同速度目标值的曲线半径选择，缓 和曲线长度的确定等平面要素；列车高速运行为什么推荐采用无缝线路以 及如何铺设无缝线路；根据提速的速度目标值的不同采用的相应的道岔类 型以及如何结合既有线的站场改造来更换提速道岔；分析随着既有线提速 而产生的路基病害以及整治的方法；通过对公路的路桥过渡段的分析来寻 找铁路提速的路桥过度段处理方法等技术标准问题。从既有线提速改造的 投入费用如何发挥到最大的效益，引入“节时比”的概念，通过投入资金 和带麓穗瓣钓习电系来研究如何对提速线路按采用的速度不同进行区段划 一一缴i _ 期氲确定区段的合理速度目标值；如何在既有线的提速改造中结合既 有的生产力布局调整来节省工程投资等问题。从而得出既有线提速的一般 性有指导意义的规律，供以后其他线路的提速做参考。 关键词：铁路既有线提速工务设备速度目标值 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i ti s v e r yi m p o r t a n tt os o l v et h ep r o b l e mo fr e s t r i c t e dr e c o n s t r u c t i o ni n t h ee x i t i n gl i n ew i t ht h es p e e d i n e s sd e v e l o p m e n to fa l lo v e rt h ew o r l d r a i l w a y a n dw i t ht h ec o n s t r u c t i o no fh i g hs p e e dr a i l w a ya n dt h eb i g n e s ss p r e a do f r e c o n s t r u c t i o ni nt h ee x i s t i n gl i n e i tn e e d st ow e a v eat e c h n i q u ec o n d i t i o n a d a p t t or e c o n s t r u c t i o no fh i g hs p e e dr a i l w a yi nt h e e x i s t i n g l i n ea n dt o c o n f i r mt h es t a n d a r do fw h i c hl i n es e c t i o nn e e dt or e b u i l d p r i o r i t y t h i s a r t i c l es t r e s st oa n a l y z ea b o u tt h ee q u i p m e n to f p e r m a n e n tw a y i nt h ee x i t i n g l i n eo rc o r r e l a t i v ec o n t e n t ，c o m b i n es e v e r a lr a i s es p e e d e x p e r i e n c e i n n e r n a t i o n ，t h r o u g hs e tu pm a t h m o d a le x p e r i m e n td a t aa n dt h e o r yf o r m u l a ，s t r e s s t oi n v e s t i g a t e p l a n e c o n d i t i o na b o u tf i tw i t he x i s t i n gl i n er a i s es p e e dr e b u i l d ， s a r i s f yc u r v er a d i u sc h o i c ei n d i f f e r e n tv e l o c i t yt a r g e tv a l u e ，c o n f i r mp l a n e e l e m e n to ft h et r a n s i t i o nc u r v el e n g t h w h yt or e c o m m e n da d o p tc o n t i n u el i n e a n dh o wt ol a yc o n t i n u el i n e a c c o r d i n gt od i f f e r e n tr a i s ev e l o c i t yt a r g e td a t a ， i t a d o p t sr e l e v a n t s h i f t t y p e ，h o wt oe x c h a n g eh i g hs p e e ds h i f t t oc o m b i n e s t a t i o nr e c o n s t r u c t i o ni n e x i t i n gl i n e a n a l y s i sp r o c r e a n ts u b g r a d e d i s e a s e w i t hr a i s e s p e e d o fe x i s t i n gl i n e t h o u g ha n a l y s i sf o rh i g h w a yt r a n s i t i o n b e t w e e nr o d ea n db r i d g e ，s e a r c ht e c h n i c a ls t a n d a r do ft h ed i s p o s a lm e t h o df o r r a i l w a yr a i s es p e e dt r a n s i t i o n ；h o wt ob r i n gi n t op l a ym a x i m a lb e n e f i tf r o m d i v ei n t o f a r eo fr a i s es p e e dr e c o n s t r u c t i o ni ne x i s t i n gl i n e i n t r o d u c et h e c o n c e p t r a t et i m ed i v i d ef u n d ”t h r o u g h t h er e l a t i o no fd i v ei n t of u n da n d t i m e s a v e rr e s e a r c hh o wt oc a r v eu ps e c t i o nw i t hd i f f e r e n tv e l o c i t yf o rr a i s e s p e e dl i n e h o wt oc o n f i r ms e c t i o n i nr e a s o nv e l o c i t yt a r g e td a t a ，h o wt o c o m b i n e e x i t i n gp r o d u c t i v i t yp o s i t i o n r e d r e s s a lt 0s a v ei n v e s t m e n ta t e t h e r e i n a f t e re d u c eu n i v e r s a l i t yg u i d a n c ed i s c i p l i n a r i a no fe x i t i n gl i n e r a i s e s p e e d f o ro t h e rr a i s es p e e d1 i n er e f e r e n c e k e yw o r d ：r a i l w a ye x i t i n g l i n er a i s e s p e e d m a i n t e n a n c ee q u i p m e n t v e l o c i t yt a r g e td a t a 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 国外铁路的提速概况 自1 8 2 5 年世界上第一条铁路诞生，一百多年来，世界各国重视铁路研究 工作的专家、学者，始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。如果说列车 运行速度每小时超过2 0 0 公里以上者为高速列车的话，那么，1 9 0 3 年德国用电 力机车牵引，试验速度已达到每小时2 1 0 公里，1 9 5 4 年法国用电力机车牵引试 验速度达到每小时2 4 3 公里，1 9 6 2 年日本用电力机车牵引试验速度达到每小时 2 5 6 公里，1 9 7 2 年法国用内燃机车牵引试验速度达到每小时3 1 8 公里。到了2 0 世纪8 0 、9 0 年代，法国、德国、日本用电力机车牵引试验速度每小时达到4 0 0 公里以上，特别是法国1 9 9 0 年试验速度达到每小时5 1 5 3 公里的世界最高记 录。我国也分别于1 9 9 7 年、1 9 9 8 年用电力机车牵引试验速度达到每小时2 1 2 6 公里和2 4 0 公里。 当今世界高速铁路技术发展水平最高的三个国家是日本、法国、德国。高 速铁路的实际应用发源于日本。1 9 5 9 年，日本国铁开始建造东京至大阪的高速 铁路，并在1 9 6 4 年开通，全长5 1 5 公里，时速2 l o 公里，称为东海新干线。 随后又相继建成山阳新干线、东北新干线、九洲新干线、长崎新干线、北海道 新干线等。 法国高速铁路称t g v ( t r a i nag r a n d ev i t e s s e 法文超高速列车之意) 。 法国国铁( s n c f ) 从1 9 5 0 年开展高速铁路技术研究，1 9 5 5 年研制的样车试车， 就创造了当时的世界最高记录一时速3 3 l 公里，使人们看到了这一技术的发展 前景。 法国高速铁路实际运营开始于1 9 6 7 年，稍晚于日本。但法国国铁不断改 进，使t g v 的速度不断创新，1 9 8 1 年一列由七节车厢组成的t g v 列车创下了 时速3 8 0 公里的新记录。1 9 9 0 年第二代t g v 列车又以5 1 5 3 公里的时速刷新 了世界记录。 法国t g v 线路目前分为三部分：巴黎东南线、大西洋线和后续建成的线路 包括t g vn o r d 、t m s t 、p b k a 。t g vn o r d 从巴黎到里昂并穿越英伦海峡进入英 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 国。另有支线到布鲁塞尔，并将延伸至阿姆斯特丹、科伦、法兰克福。t m s t 由 巴黎至伦敦。p b k a 是由法国、德国和比利时巴黎到布鲁塞尔到科伦的线路，后 来荷兰也加入，延伸至阿姆斯特丹。 德国高速铁路称为i c e ( i n t e rc i t ye x p r e s s ) 。1 9 7 9 年试制成第一辆i c e 机车。1 9 8 2 年德国高速铁路计划开始实施。1 9 8 5 年i c e 的前身i n t e rc i t y e x p e r i m i e n t a l 首次试车，以3 1 7 时速公里打破德国铁路1 5 0 年来的记录，1 9 8 8 年刨造了时速4 0 6 9 公里的记录。1 9 9 0 年一台机车加1 3 辆车厢的i c e 列车开 始在w u r z b u r g f u l d a 高速铁路试运行，时速为3 1 0 公里。 1 9 9 2 年德国铁路以2 9 亿马克购买了6 0 列i c e 列车，其中4 i 列运行于第六号 高速铁路，分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特，运行时速2 0 0 公里。目前， 德国已建成高速铁路1 0 0 0 多公里，到2 0 0 0 年，德国计划建成1 l 条高速铁路。 1 2 国内铁路的提速情况 与世界铁路同步，我国铁路正在进入快车道。既有铁路线路先后进行了四 次大面积提速，初步形成了“四纵两横”的提速网络，提速延展里程已经达到 1 3 0 0 0 公里，覆盖了全国大部分地区和城市，从根本上扭转了我国铁路列车速 度长期低水平徘徊、不适应市场需求的局面。目前，我国铁路总营业里程排世 界第三，完成任务量居世界第二，运输效率跃世界第一。 国内的既有线提速自1 9 9 4 年1 月沈大线首创1 2 0 k m h 的速度始，开创了 国内铁路既有线提速改造的先例。 1 9 9 4 年1 2 月广深准高速铁路建成，设计时速1 6 0 公里，试验段时速为2 0 0 公里。 1 9 9 6 年4 月京沪线南京一上海实现1 6 0 公里时速。 1 9 9 6 年7 月北京一北戴河实现1 3 0 公里时速。 1 9 9 7 年全路开始大规模提速改造，列车运行速度大幅度提高。 1 9 9 7 年4 月1 日，中国在京沪、京广、京哈三大干线实施了铁路第一次大 面积提速。开行了最高时速达1 4 0 公里、平均旅行时速9 0 公里的4 0 对快速列 车和6 4 对夕发朝至列车。 1 9 9 8 年1 0 月1 日，京沪、京广、京哈三大干线实施第二次大规模提速， 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页 最高时速达到1 4 0 公里至1 6 0 公里，广深线采用摆式列车，最高时速达到2 0 0 公里。全路旅客列车平均时速上升到5 5 1 6 公里。 2 0 0 0 年1 0 月2 1 日，铁路实施了第三次大提速。重点为亚欧大陆桥( 陇海、 兰新线) 、京九线、和浙赣线。列车等级和车次重新进行了分类和调整，全国 铁路实行联网售票，4 0 0 多个较大车站可办理异地售票业务。 2 0 0 1 年1 1 月2 1 日o 时，铁路实施第四次大规模提速和实施新的列车运行 图，提速范围覆盖了全国较大城市和大部分地区，对武昌至成都，京广线南段、 京九线、浙赣线、沪杭线和哈大线等进行了大面积的提速。 2 0 0 3 年6 月开始第五次提速的设计和施工工作，计划2 0 0 4 年4 月全部完 成实行新的列车运行图，第五次提速以“四纵两横”为重点，京哈、京沪、京 广、陇海四大干线的最高行车速度应达到1 6 0 2 0 0 k m h ，京九、哈齐最高行车 速度应达到1 4 0 1 6 0 k m h 。 提速之后初建“三个提速圈” 提速后北京到哈尔滨的运行时间将由现在的1 2 小时2 9 分压缩到9 小时5 9 分，缩短2 小时3 0 分钟。北京到上海将从现在的1 4 个小时压缩到1 1 小时5 7 分，减少2 小时0 3 分。北京到南昌将从现在的1 3 小时4 4 分变成1 1 小时5 9 分，减少1 小时4 5 分。北京到武昌将由现在的1 2 小时0 1 分压缩到9 小时5 8 分，减少2 小时0 3 分。届时京沪铁路，其时速将高达3 0 0 公里至3 5 0 公里。 新增的时速2 0 0 公里的线路将达到1 8 1 2 公里。 提速后全国初步建成以北京、上海和广州为中心的“三个提速圈”。半径 在5 0 0 公里左右的城市之间将实现“朝发夕至”，1 2 0 0 公里至1 5 0 0 公里左右 的实现“夕发朝至”，2 0 0 0 公里至2 5 0 0 公晕左右的实现“一日到达”。也就 是说，北京到郑州、太原、呼和浩特等城市均可早上出发、晚上返回；北京到 南昌、株洲、杭州、佳木斯等城市均可一夜到达；北京到深圳、福州、重庆、 成都等城市均可一目到达。 1 3 论文研究的主要内容、方法及目标 火车快了，但人们担心的问题也来了。比如，现有的钢轨、路基、桥梁是 否能承受更大的冲击力? 线路的小半径曲线、道岔的通过速度等等问题都是人 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 页 们关心的，也是既有线提速扩能改造必须解决的问题，下面就控制既有线速度 的问题进行研究。 研究的具体问题如下： ( 1 ) 对线路平面等相关问题的研究。 ( 2 ) 对无缝线路的研究。 ( 3 ) 对道岔的研究。 ( 4 ) 对桥涵与路基过渡段的研究。 ( 5 ) 路基病害的研究 ( 6 ) 对提速区段及速度目标值的研究 ( 7 ) 对生产力布局调整和既有线提速关系的研究。 通过建立适当的数学模型，结合实验数据和理论公式的推导，来得出既有 线提速有操作性的技术标准；分析提速区段的最合理长度及采用速度目标值， 为将来我国其他地区( 例如在西南、西北等速度标准还很低的地区) 的既有线 提速提供参考，使提速少走弯路，探索如何采用最合理的提速区段长度及速度 目标值进行提速，实施铁路的跨越速度级别的跨越式提速。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第5 页 第2 章主要工务设备的研究 随着铁道部跨越式发展战略的实施，既有线提速改造在全国各地快速全面 的展开，各种规范、规章不适应提速改造的矛盾便显得越来越严重，尤其是在 基础设施的改造方面既有的线路、桥隧、站场等规范还停留在1 2 0 k m h 的标准 上，对速度目标值1 6 0 k m h 和2 0 0 k m h 条件下的规范没有跟上改革的步伐，这 样给提速改造工程带来了很大的难度，只有参照各种典型工程和临时的提速暂 行规定，而且各种暂行规的之间有的条款相互矛盾，只有靠实施者自己根据现 场的实际经验来决定。有时会出现意见不统一的现象并且各有各的依据，本章 我将结合自身多年的既有线提速改造经验和体会进行研究，统一线路基础设施 ( 主要是工务设备) 的技术条件标准，供今后的既有线提速改造参考。 2 1 线路平面条件及相关问题的研究 在既有线的提速改造中最重要的可以说是线路的平面条件即线路的曲线 半径和缓和曲线长度等曲线要素，因为这些线路要素的变化直接影响改造工程 的难度，也是控制投资的主要因素。并且既有线修建受当时条件所限，大部分 只满足当时的运量要求，为节省投资这些线路的标准都很低，加之几年来的提 速以将各基础设备的储备量用尽，要想继续提速必须对既有线路的平面条件进 行大量的改造。_ f 面对线路的平面条件进行研究。 2 1 1 超高的确定 对曲线超高的确定各种资料有不同的说法，但大都采用铁路线路设计 规范条文说明中规定的最大实设超高和允许欠超高值，只是允许欠超高值的 设定有不同说法。超高的作用是通过设置超高使车体倾斜用重力来平衡列车通 过曲线时产程的离心力，确定超高的大小主要从两个方面进行考虑，一是行车 的安全方面要保证列车的运行不脱轨；二是旅客的舒适度方面，不要因为超高 的设置而使大部分乘客感觉到不舒服。安全方面要用轨道动力学对轮轨的撞击 进行分析，根据铁科院在环行铁道试验线( r = 1 4 3 2 m ) 、广深准高速铁路( r = 1 4 0 0 m ) 亘塑窭望奎兰三堡堡圭堑窒竺堂垡笙壅竺! 墨 和沪宁线( r = 1 7 3 0 m ，r = 1 8 0 0 m ) 上进行的多次试验，测试了曲线地段不同欠超高 下轨道动力学实验，测试了d f l l 型内燃机车牵引单层客车或双层客车以不同 速度通过上述曲线时的机车车辆的轮对横向力，并计算其脱轨系数如下表： 欠超高值( m m )6 0 5 7 1 68 4 6 9 8 61 1 0 5 轮对横 d f ，开型机车4 1 5 1 4 5 3 74 4 3 2 4 4 5 65 6 6 2 向力单层客车2 7 3 5 2 8 0 23 0 7 5 2 9 1 04 2 0 9 ( k n ) 双层客车3 0 0 33 0 0 4 3 3 6 4 3 i 8 6 脱d f u 型机车o 1 4o 1 60 1 6o 1 7 0 1 8 轨 单层客车o 1 7o1 80 2 0 o 1 80 2 0 系 双层客车 数 o2 20 2 2 o 1 8o1 6 从表2 一l 中的数字可以看出，机车车辆对钢轨的横向力随欠超高的增大而 有所增加。但在欠超高为l l o m m 左右时，机车车辆轮对横向力仅为5 6 6 2 k n 、 4 2 9 9 k n 和3 1 8 6 k n ；小于国际规定值8 0 k n 和5 6 k n ；脱轨系数分别为0 1 8 、0 2 0 和0 1 9 ，均小于国际规定的第二限度值1 0 。可见欠超高设置为l l o m m 是可以 保证行车安全的。 旅客的舒适度方面要通过大量旅客抽样调查，对调查的结果进行分析得出 结果。根据1 9 9 5 年3 月广铁集团的科研所在广深准高速铁路和准速运营列车 上进行了旅客乘坐舒适度调查。其中在r = 1 4 0 0 m 曲线上的调查统计结果见表 2 2 。 表2 2r 1 4 0 0 在不同欠超高下旅客舒适度调查分析表 理论欠超高 无感觉人数轻微感觉人明显感觉人强烈感觉人 占总数的数占总数的数占总数数占总数 样本平均舒适 h p ( m m )总数度指数n 百分数百分数的百分数的百分数 4 5 5 01 4 2 7 2 4 4 7 1 3 1 2 6 5 lo 9 8 6 0 6 51 1 2 3 1 t 8 5 5 1 5 9 1 6 8 2 3 6 40 8 9 7 0 7 51 0 8 2 8 1 7 6 4 6 9 3 1 2 4 9 1 2 3 8 61 0 1 7 5 8 05 9 2 7 1 0 5 4 8 4 7 2 2 7 3 2 1 81 0 1 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第7 页 8 5 9 0 2 1 2 5 3 6 4 3 2 4 2 9 2 3 8 31 0 1 9 0 9 5 6 6 2 5 1 3 2 5 1 5 8 2 2 4 2 2 6 0l _ 0 l 9 0 9 5 3 2 2 3 6 6 4 8 3 9 2 8 t 1 1 3 71 0 1 9 5 1 0 02 2 1 9 5 9 5 1 3 2 2 8 2 2 1 1 51 1 2 1 0 0 t 1 0 52 1 1 9 5 5 5 0 3 0 2 7 4 4 1 l o1 1 5 平均舒适度指数是指对应某一实测未被平衡离心加速度、旅客舒适度指 标以人次加权后的平均值。从表2 2 中可以看出，平均舒适度指数n 随欠超高 的增大有所增加，在欠超高为1 0 0 1 0 5 m m ，时，n 为1 1 5 。根据上述调查结果， 分析得出r = 1 4 0 0 m 的h p - n 相关曲线为n = o 0 5 3 h 。+ 0 5 6 6 ，其相关系数为r = o 8 9 。 根据此公式计算得出，h 。= 1 1 0 m m 时，n = i 1 4 9 ，说明大多数旅客( 7 0 ) 处于 轻微感觉状态。这个数值小于铁科院铁建所1 9 7 9 年至1 9 8 1 年在京广线、滨洲 线上采用y z 。型客车超高9 0 m m 时旅客舒适度指数为l _ 1 7 的实验结果。这说明 了旅客舒适度是线路平、纵断面，轨道几状态和机车车辆性能三者影响的综合 反映。随着现在新型客车车体的运用和线路养护水平的提高，采用l l o m m 的欠 超高可以做到同以前条件下采用9 0 m m 的欠超高的旅客舒适度相当。 在困难条件下将允许欠超高设置为1 l o m m ，既能保证行车安全和线路的横 向稳定，也能保证一定程度的舒适度，在提速初期，由于快速列车开行对数少， 货车未提速，速差较大，为减少改造工程量，提高曲线通过速度，是可行的。 但随着客、货列车的全面提速，速差逐步减少，为提高旅客舒适度，应尽量 减少使用1 l o m m 的情况。 2 1 2 最小曲线半径的计算 曲线超高及欠、过超高确定以后就可以根据线路设计规范中的公式 来计算不同速度目标值下客、货混线的最小曲线半径。 。一1 1 8 ( u 2 m a x 一喷2 ) “” 幻+ 堙】 式中r 。；。所需的最小曲线半径( m ) ； u 。客车最高速度( k m h ) ； d 。货车最高速度( k m h ) ； h 。+ h 。卜一欠、过超高之和允许值( m m ) 。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第8 页 关于引入欠、过超高之和允许值( h 。+ h 。) 原因：在客、货混运的线路上， 确定最小曲线半径r m i n 是根据客货列车的均方根速度uj f 和曲线实设超高h ， 即n = 旦鱼等望，而均方根速度u _ = i v y n t q l q l i o 2 一。式中j n l 、q 1 、ul 为一昼 夜各种列车的数目、牵引重量和速度。 因此，最小曲线半径r m i n 所对应的曲线实设超高是惟一值。 由于提速是分阶段进行的，随着客、货列车的速度、数目和牵引重量的变 化，对于已确定的最小曲线半径的曲线超高也应随之调整。为此在确定最小曲 线半径时，引入“欠过超高之和允许值” h q + h g 这一参数，其与允许欠超高 h q 、允许过超高 h g 关系如下： h 。l + h 。 = h 。 + h 。卜h 式中h 曲线实设超高预留量，根据初步测算，一般取2 0 n u n ，困难 时取0 。 根据上式所确定的最小曲线半径的曲线，在提速初期，可采用困难情况 下的允许超高值，设置较小的超高，以减少货车低速通过曲线时间生过超高。 随着客、货列车的全面提带，可逐步将实设超高调大，减少快速客车通过曲线 时的欠超高，提高旅客舒适度。 实际计算常用的不同速度匹配的客、货列车要求的最小曲线半径见表 2 3 。 表2 - 3 曲线半径表 h ，h 。( r m ) 最高客货列车速度( k m h ) 一般地段1 4 0困难地段1 6 0 1 4 0 8 01 1 5 0 m1 0 0 0 m 1 6 0 8 0 1 6 5 0 m1 4 5 0 m 1 6 0 9 0 1 5 0 0 m1 3 0 0 m 2 0 0 9 0 2 6 9 02 3 6 0 2 0 0 9 0 2 5 3 02 2 2 0 2 1 3 缓和曲线的长度 在提速改造工程中缓和曲线的长度直接影响工程量，是控制投资的主要因 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第9 页 素，缓和曲线的长度的确定要能保证列车运行安全和旅客舒适 度的要求。根据计算和运营经验，超高顺坡率i 2 可保证车轮不脱轨。 因此，在干线提速中缓和曲线的超高顺坡率一般都满足运行安全性。所以确 定缓和曲线长度时主要受旅客舒适度的要求，即缓和曲线的超高时变率f 和欠 超高时变率b 的控制 ( 1 ) 缓和曲线超高时变率f 车体通过缓和曲线时，由于外轨超高的变化，使车体产生倾斜。过大的车 体倾斜角速度会引起旅客舒适度的恶化，所以必须对车体倾斜角速度，即超高 时变率f 加以限制。因此，对于1 4 0 1 6 0 k m h 的旅客列车，建议超高时变率f ： 一般地段为m m s ，困难地段为3 6 m m s 。 ( 2 ) 缓和曲线超高顺坡率i 由于超高顺坡率i ：塑型，根据建议的超高时变率值，即可算出 u m 提速线路的缓和曲线超高顺坡率，见表2 4 。 表2 - 4 缓和曲线超高顺坡率 最高速度u 。( k m h )一般地段困难地段 1 4 0 不火了二0 7 不大于0 8 9 1 6 0不火于0 6 3 不大于0 7 8 按最高速度计简化为 不大于一 不大于上 1 0 v 。8 u 岫。 ( 3 ) 缓和曲线欠超高时变率d 经分析，在最高速度为1 4 0 1 6 0 k m h 时，缓和曲线的长度一般都受超高 时变率大小的控制，故对欠超高时变率不再明确规定。 ( 4 ) 计算缓和曲线的长度可按下面公式 l 埘兰 f 式中 1 广一缓和曲线长度( 【1 1 ) h 曲线实设超高( m ) i 缓和曲线的超高顺坡度( ) 。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 0 页 通过计算不同速度、不同半径的缓和曲线长度，如表2 4 表2 4 一l半径的缓和曲线长度对照表( m ) 2 0 0 k m h1 6 0 k m h 曲线半径 推荐缓和曲线最小缓和曲线推荐缓和曲线最小缓和曲线 长度长度长度长度 1 2 0 0 05 04 04 04 0 1 0 0 0 06 05 0 ( 4 0 )4 04 0 8 0 0 07 06 0 ( 5 0 )4 04 0 7 0 0 08 07 0 ( 6 0 ) 6 0 0 09 0 8 0 ( 7 0 )5 05 0 ( 4 0 ) 5 0 0 01 1 09 0 ( 8 0 ) 6 05 0 ( 4 0 ) 4 5 0 01 2 01 0 0 ( 9 0 ) 4 0 0 01 4 0 1 1 0 ( 1 0 0 )7 06 0 ( 5 0 ) 3 5 0 01 6 0 1 2 0 ( 1 1 0 )8 07 0 ( 6 0 ) 3 0 0 01 8 01 4 0 ( 1 2 0 ) 1 0 08 0 ( 7 0 ) - 2 8 0 02 0 0 1 6 0 2 5 0 0 1 2 01 0 0 ( 9 0 ) 2 0 0 0 1 5 01 3 0 ( 1 1 0 ) 1 8 0 0 1 7 01 5 0 ( 1 3 0 ) 1 6 0 0 1 9 01 6 0 2 - 4 一l 确定夹直线根据国内外沿用的振动不叠加理论，即夹直线的长度 应保证车辆通过夹直线两端缓和曲线时产生的车辆振动不会叠加。但各种参考 资料上规定最小夹直线长度的标准各异，根据实际经验和国内外的标准，各种 速度值的夹直线最小长度可采用这样的标准：即一般地段为0 6u ，困难地 段为0 4 21 3 。并取整( 1 0 m ) ，见表2 5 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 l 页 表2 - 5 夹直线最小长度 最高速度1 3 。( k m h )一股地段困难地段 1 4 09 0 m6 0 m 1 6 01 0 0 m7 0 m 2 0 01 2 0 m9 0 m 2 2 轨道无缝线路的研究 在高速的铁路线路上，为保证列车连续、平稳、高速运行，不仅必须控制 车辆的簧上及簧下质量、轨道的弹簧刚度，还必须严格控制轨面不平顺，消除 钢轨接头。因此在既有线的提速线路上必须采用无缝线路，本节重点研究一下 高速铁路的无缝线路问题。 2 2 1 强度检算方法 无缝线路的强度检算，在于求出满足轨道强度条件的允许温升a tm 和允许 温降t 。，不得超出钢轨的容许应力( og ) ，即 。动+ ot + om ( o ) 式中o 。钢轨动弯应力； o 。钢轨温度应力； ： o 。桥上钢轨附加应力，如伸缩应力、挠曲应力，以及制动应 力o “，一般o # f = 1 0 m p a ； ( 。) 钢轨容许应力，它等于钢轨屈服强度og 除以安全系数 k ，即( og ) = og k 极限强度ob = 7 8 5 m p a 级钢轨，og = 4 0 5m p a ： 极限强度ob = 8 8 3 i p a 级钢轨，og = 4 5 7m p a 。 一般钢轨k = i 3 ，再用轨k = i 3 5 。 容许温升( a t ) 、容许温降( t ) 的算式如下： ( t 。) = 旦上竺 e ( 1 ( t 。) ：竖三掣 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 2 页 1 1 。1 。- _ _ _ _ _ h h _ _ - _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ 。- 。_ 。_ _ _ _ _ 一 式中 o * 钢轨头部上缘动弯应力： o * 钢轨底部下缘动弯应力。 不同类型的机车对轨道的动力作用是不同的。因此，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及机车的最不 利轮位。所谓最不利轮位，即在该轮作用在计算截面时，钢轨静弯矩为最大。 钢轨支点刚度d ( 又称支点弹性系数) 可从参考资料中查出。如条件允许，冬夏 季的d 值最好实测取值，然后计算冬夏季的m 动，进而计算o o 。 并且下列地段轨道还要加强： 1 r 1 0 0 08 0 d6 0 d5 d o4 0 0 k h 2 0 0 0 2 0 0 0 1 1 1 7 6 07 3 6 87 1 6 86 76 25 85 47 1 6 07 1 6 06 6 6 05 95 55 0 7 07 1 6 86 9 6 06 55 95 55 26 7 6 06 7 6 06 3 6 05 65 14 6 6 0 8 06 86 66 25 65 24 8 6 4 6 06 4 6 06 0 5 24 74 2 1 8 6 07 3 6 87 2 6 86 86 85 95 57 1 6 07 1 6 06 7 6 06 05 65 2 7 07 1 6 86 9 6 86 56 05 65 26 8 6 06 8 6 06 4 6 05 75 24 8 4 0 8 0 6 9 6 86 76 3 s 75 34 9 6 6 6 06 6 6 06 1 6 0 5 44 94 3 1 7 8 07 6 6 87 3 6 86 9 6 8 1 0 0 7 7 6 87 7 6 87 7 6 87 3 6 87 0 6 s 7 6 6 07 6 6 07 6 6 07 2 6 0 6 7 6 06 3 6 0 6 0 1 2 075 6 87 5 6 87 5 6 87 3 6 07 3 6 07 3 6 06 s 6 0 6 4 6 0 5 9 1 8 8 07 6 6 87 s 6 86 9 1 6 s 1 0 07 7 6 87 7 6 s7 7 6 87 4 6 87 l 6 87 7 6 07 7 6 07 7 6 07 3 6 06 8 6 06 4 6 0 4 0 1 2 07 5 6 87 5 6 87 5 6 87 4 6 07 4 6 07 4 6 06 4 0 06 5 6 06 0 1 78 06 l5 9 5 4s 34 84 26 4 6 0 6 4 6 0 5 95 24 74 2 6 0g o5 95 6s 15 04 4 3 9 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 3 页 1 0 05 75 d4 94 74 l3 6 8 06 26 0 5 55 34 94 36 5 6 06 5 6 06 05 24 74 2 1 8 9 06 05 75 25 04 54 0 4 0 1 0 05 75 54 94 74 23 7 注：表中斜杠上为计算值，斜杠下为一些铁路局实际运用的经验温差 2 2 2 稳定性检算方法 无缝线路稳定性计算的目的是求算保证轨道稳定的容许温升( t 。) 。 ( t 。】- ( ! l 里坠 2ea f 式中： f 钢轨截面积 pm 钢轨纵向附加力( 包括桥上附加伸缩压力或附加挠曲压力) ，路 基非制动区段p 附= o p r 一轨道变形( 胀轨) 矢度f = 2 m m 时由统一公式算出的温度压力： k 安全系数，k = i 2 5 ； ( p ) 允许温度压力。 不同轨道条件下的允许温升( tn ) 列入表2 7 。 表2 7 混凝土枕无缝线路允许温升( a tn ) ( ) 钢轨类型轨枕配置道床宽度 直线及r 曲线半径 2 0 0 0 曲 ( k g m ) ( 根k m ) ( c m ) 线 1 0 0 08 0 06 0 05 0 04 0 0 1 7 5 0 3 54 84 7 5 0 4 54 54 2 3 73 2 3 55 04 8 1 8 4 0 4 04 7 4 43 93 4 4 04 84 6 1 7 6 0 4 5 4 5 5 0 3 63 2 6 0 4 05 0 4 8 1 8 4 0 4 5 ， 4 74 23 8 3 3 注：轨枕为i 型混凝土枕 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 4 页 2 2 3 无缝线路的结构类型 无缝线路按钢轨承受温度力的形式，可分为温度应力式、定期放散温度应 力式和自动放散温度应力式三种类型。放散温度应力式无缝线路结构复杂、管 理操作繁琐，除前苏联曾经常试过之外，无一国家采用。我国铁路的无缝线路 均属温度应力式。这一类型是我国铁路无缝线路的基本结构型式。 某一地区能否铺设温度应力式无缝线路，主要决定于轨道的允许温升( a tm ) 与允许温降( a tn ) 之和是否大于该地区的年轨温变化幅度。也就是说， 允许铺设温度应力式无缝线路的条件为 ( tn ) + ( a t ) a t + t 式中：t 铺设地区年轨温变化幅度，即历史最高轨温t m a x 与历史最 低轨温t m i n 之差，即 t = t m a x t m in a t 。锁定线路时允许的轨温波动范围， 2 2 4 锁定轨温范围的确定 温度应力式无缝线路，其锁定轨温应满足轨道夏季不胀轨，冬季不断轨的 条件。因此，锁定轨温的上下限应由( a t 。) 和( a tn ) 来决定，如图： 一。一r r r 。r - tr t n 轨温侦定示意图 图2 1 轨温锁定意图 由图可以看出：t i = t m i n + ( a t ) tf = t m a x + ( a t ) tl 与tf 之差必须大于a t ，否则就不能满足( a t ) + ( a t ) t + t 镕的要求，即 t 一tt a t # 在t 。与t 。的范围内铺设与锁定无缝线路时，都要满足轨温的强度的稳定 兰 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 5 页 条件，所以称tl tf 为允许锁定轨温范围( a tm ) ，即( a t * ) = te tn f a 一般铺设时，要在tt 与tt 之间选择一个合适的温度t 锁作为设计锁定轨温。 通常在t * 上下5 的范围内为设计锁定轨温范围。 2 2 5 伸缩区长度 无缝线路锁定后，长轨条的两端将随轨温的升降而伸缩，其伸缩范围的 长度即为伸缩区长度l 。，可按下面公式计算： ，m a x p t p h 1 一 1 p 式中m a x p t 钢轨的最大温度拉力或压力 p 广一钢轨的接头阻力； p 股轨下道床纵向阻力。 2 2 6 预留轨缝的计算 l 、长轨条端的伸缩量l 。可用下面公式进行计算： lt ：坚 a 1 * = 业e f2 寺 f ( p j 椭) 一】 一( p f p s ) l p 1 2 2 e f8 e f 式中： l 标准轨长度； l 半根标准轨长 一一一一一 图2 - 2 钢轨应力示意图 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 6 页 2 预留轨缝的计算 无缝线路缓冲区段标准轨之间，以及标准轨与长轨条之间要预留轨缝，普 通无缝线路有之，跨区间和全区间无缝线路亦有之。标准轨之间轨缝的预留与 普通线路相同，长轨条与标准轨之间轨缝的设置如下： 冬季轨缝不超过构造轨缝的条件： 九砸 柯一( lk + l 权) 式中：凡m 预留轨缝值： 自钢轨接头的构造轨缝， 构= 1 8 m m ； 1 * 长轨条一端的收缩量( 自t 锁至t m i n ) ： l # 标准轨一端的收缩量( 自t 锁至t m ir 1 ) 。 夏季轨缝不顶严的条件： n - - x 目l * 仲_ a l 镕* 式中： l * ”长轨条一端的收缩量( 自t 锁至t m i n ) ； 1 标* 标准轨一端的收缩量( 自t 锁至t m i n ) 。 2 2 7 无缝线路轨条长度计算 无缝线路的长轨条长度，从理论上讲，可以无限长，这是近年来我国铁路 大力发展跨区间和全区间无缝线路的理论基础。以往由于种种因素的制约，所 铺无缝线路的长轨条焊接长度，一般为1 0 0 0 2 0 0 0 m 。在长轨条之间和长轨条与 绝缘接头之间设缓冲区，缓冲区般采用2 4 根缓冲轨。在长轨条与道岔区之 间设过渡，有时采用更多的标准轨，这一过渡段称之为缓冲区段，其实际长度 视现场情况而定。 设计每段无缝线路的长轨条的焊联长度，根据实践的经验要遵循以下原 则： 1 、缓冲区、伸缩区不得设在有铺面的道口上和无碴桥上。同时，尽量避 免设在缓和曲线上。 2 、通过长隧道的无缝线路，其缓冲区应设在洞口以内。对于隧道群可用 整根长轨条通过，在每座隧道的隧道口以内5 0 m 和隧道口之间，应按伸缩区的 要求加强锁定。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 7 页 3 、长轨条与缓冲轨的接头，应距有碴桥的桥端l o m 以外。对于桥长2 0 0 m 及以下，单孔桥跨2 4 m 及以下，墩台身高l o m 及以下的无碴桥，应位于无缝线 路的固定区，桥头的两端应按伸缩区锁定。超过上述条件的无碴桥，铺无缝线 路时，应根据现场的实际情况进行计算做个别设计。 2 3 道岔的研究 提速道岔的更换是既有线提速的重要投资改造内容，由于道岔结构的特殊 性，其几何不平度大，当列车通过道岔时将引起强烈的冲击与振动，致使道岔 主要部件的使用寿命短，维修工作量大。例如整铸辙叉的平均使用寿命约为 6 0 m t 8 0 m t 通过总重，仅为区间同类型钢轨使用寿命的l 8 1 l o 。毫无疑问， 列车提速进一步恶化了道岔的工作条件。参照有关的资料：当货物列车的速度 由6 0 k m h 提高到9 0 k m h 时，轮葫的冲击力峰值增大3 4 左右，车轮和钢轨的 震动加速度均增大