铁道概论第二篇第一章铁路线路.ppt

铁道概论 第六版海南维管段 中铁电气化铁路运营管理有限公司海南维管段第二章铁路线路 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 本章内容 2 1概述 2 2铁路线路的平面和纵断面 2 3铁路路基及桥隧建筑物 2 4轨道 2 5限界 在建筑一条铁路之前 必须进行调查研究和勘探工作 并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计 铁路建设的几个阶段 立项决策阶段 预可行性研究 初测 环境影响 水土保持评价等 设计阶段 定测 初步设计和施工图设计 工程实施阶段 工程招标投标 编制开工报告 进行工程施工 验交投产 投资效果反馈 铁路运营若干年后 由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 一 铁路的勘测设计 2 1概述 二 铁路等级及主要技术标准 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 三 铁路的种类 1 国家铁路 2 地方铁路 3 合资铁路 4 专用铁路 5 专用线 铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的 1 2铁路线路的平面和纵断面 8 1 2铁路线路的平面和纵断面 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 O 线路中心线在水平面上的投影 叫做铁路线路的平面 俯视 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 侧视 表明线路的坡度变化 线路平面 1 2铁路线路的平面和纵断面 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 圆曲线基本组成要素有 曲线半径R 曲线转角 曲线长L 切线长度T 缓和曲线长度L0 直线与圆曲线之间的过渡线 线路的平面由直线 曲线 圆曲线及缓和曲线 组成 线路曲线地段 1 曲线要素 不考虑缓和曲线时 直接根据数学公式可以得出 切线长度 曲线长度 10的弧长 2 曲线的计算 圆曲线 1 外轨超高 为了平衡离心力 使内外两股钢轨受力均匀 垂直磨耗均等 旅客不因离心加速度而感到不适 将外轨抬高一定程度 外轨超高 3 曲线地段的特点 外轨超高 1 外轨超高 3 曲线地段的特点 为防止轮对被轨道楔住或挤翻钢轨 对于小半径曲线的轨距要适当加宽 R 350m时 15mm 以使机车车辆能顺利通过曲线 并使钢轨与车轮间的横向力最小 减少轮轨间的磨耗 2 轨距加宽 3 曲线地段的特点 直线 16 4 缓和曲线 圆曲线 圆曲线 1 设置缓和曲线的原因 缓和曲线 直线 圆曲线 为了使列车安全 平顺地由直线运行到圆曲线 或由圆曲线运行到直线 而在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径逐渐变化的曲线称为缓和曲线 4 缓和曲线 1 设置缓和曲线的原因 缓和曲线半径从 R 或R 运行中列车的离心力逐渐 或 缓和曲线轨距加宽逐渐 或 缓和曲线外轨超高逐渐 或 18 缓和曲线 直线 圆曲线 2 缓和曲线的特点 19 5 曲线路段对运营的影响 限制列车运行速度 增加轮轨磨耗 增加轨道设备 增加轨道养护维修费用 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 r 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 6 曲线附加阻力 经验公式 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 7 铁路线路平面图 线路平面图 1 变坡点 坡段 坡度 竖曲线 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 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 1 变坡点 坡段 坡度 竖曲线 坡度指以坡段终点对起点的高差与两点之间水平距离的比值 用千分数表示 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 2 坡道附加阻力 Q 坡道阻力是机车 车辆的重力沿轨道下坡方向的分力 数值上 坡度的千分数 N KN i 有正负区分 坡度的千分数分子 1 限制坡度 3 限制坡度 加力牵引坡度及动能坡度 限制坡度 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 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 又陡又长 2 加力牵引坡度 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 加力牵引坡度及动能坡度 3 动能坡度 机车牵引按限制坡度计算的列车质量 利用列车的牵引力和积累的动能 以不低于机车的计算速度所闯过的 大于限制坡度的坡度称动能坡度 3 限制坡度 加力牵引坡度及动能坡度 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 1 里程标 公里标 半公里标 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 设置线路标志是为了便于工务人员从事线路的维修和养护 及司机和车长掌握线路的变化 安全行车 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 曲线半径 超高 加宽 该标设置于圆曲线的中部 示意图如下 2 线路标志的类型及设置地点 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 2 线路标志的类型及设置地点 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 2 线路标志的类型及设置地点 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 2 线路标志的类型及设置地点 通常 把垂直于线路中心线的路基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 铁路路基是为了满足轨道铺设和运营条件而修建的土工构筑物 它是轨道的基础 承受并传递轨道的重量及列车的动载荷 2 3铁路路基及桥隧建筑物 路堤断面简图 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 路堑断面简图 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 一 路基的断面形式 3 不填不挖路基 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 铁路路基本体组成 路基 路基本体 路基顶面 路肩 排水设备 防护加固建筑物 1 路基顶面路基顶面即路基的顶部 是铺设轨道的工作面 由被道砟覆盖的路拱和两侧的路肩组成 路基顶面的形状 分为人字路拱 4 的排水坡 无路拱 水平 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 二 路基的组成 2 路肩与路基边坡路肩 路基顶面两侧没有道砟覆盖的部分 路基边坡 路肩边缘以外的斜坡 路基路肩与边坡示意图 路肩的作用 1 抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动 变形 加强路基的稳固性 2 防止道砟滚落于路基坡面 保持道床完整 3 便于设置必要的线路 信号标志 4 供铁路现场作业人员行走 便于进行工作 二 路基的组成 3 路基附属设施 排水沟 路基附属设施的作用 保证路基的强度与稳定 排水设施地面排水设施 汇集地表雨水 引到路基以外 排水沟 截水沟 地下排水设施 截断 疏导地下水 排出路基 二 路基的组成 路基边坡度冲刷防护 防护设施路基边坡坡面防护 增强路基边坡的抗风化能力 植被 砌石 路基边坡冲刷防护 用于滨河 河滩 水库地段防护 3 路基附属设施 挡土墙 加固工程通过修建加固结构物或其它措施 使路基获得稳定 挡土墙 扶壁 挡棚等 山体挡棚 3 路基附属设施 为了跨越或穿越地形上障碍物 山河 公路及其他建筑物 需修建桥梁 隧道 涵洞 明渠 内昆线金沙江大桥 三 桥隧建筑 1 桥梁的作用与分类作用 供铁路线路跨越水流 山谷或其它建筑物的设施 跨越河流 跨河桥 跨越山谷 跨谷桥 跨越铁路 公路 跨线桥 跨越市区 工业区 农作物区 旱桥 跨河桥 陇海线渭河桥 桥梁的型式很多 根据桥梁受力情况 分为5类 梁桥 拱桥 刚架桥 悬桥和组合体系桥等 跨谷桥 南昆线八渡3号大桥 跨线桥 旱桥 西康线 跨河桥组成部分简单图 2 桥梁组成结构 我们以跨河桥为例 其组成部分为 桥面 桥跨结构 桥墩 桥台 墩台及基础 桥梁由上部结构 桥跨 和下部结构 桥墩 桥台 墩台基础 组成 轨道传来的力 通过桥墩 桥台 基础 传递至基底面上 隧道 铁路穿越山岭所开凿的地下通道 其底部承托着轨道 四周承受着围岩的压力 隧道也可以代替桥梁 从河道 海峡下穿过 即水下隧道 内昆线安边2号隧道 3 隧道的基本组成 隧道是修筑在地层内的建筑物 铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成 主体建筑物 洞门 洞身衬砌 作用是保持隧道的稳定 保证列车的安全运行 附属建筑物 避车洞 防排水设施 通风设施 为隧道安全 养护与维修隧道的需要而设置 3 隧道的基本组成 大瑶山隧道洞门 秦岭隧道的洞身衬砌 3 隧道的基本组成 隧道洞口的安全 思考 如何防止仰坡塌方 落石堵塞洞口 防排水设施我国的隧道防排水技术 采用以 排 为主 截 堵 排 的综合治水方法 截 截断地表水 地下水流入隧道的通道 堵 在洞身衬砌内设置防水层 防止地下水渗入隧道 排 将洞身衬砌后的积水引入隧道 通过隧道内的水沟排出 4 铁路隧道附属建筑物 避车洞及其作用小避车洞 保证隧道内维修人员的安全 大避车洞 存放工具材料 隧道两侧 每隔60m设置一小洞 每隔300m设置一大洞 涵洞 设置在路基下的过水或通过人与车的建筑物 承受通过路基传来的动力载荷 以及路基土体的土压力 涵洞 5 涵洞 钢轨 2 4轨道 一 轨道的组成 防爬设备 轨枕 道床 联结零件 道岔 作用 轨道起着机车车辆运行的导向作用 直接承受由车轮传来的巨大压力 并把它传递给路基或桥隧建筑物 普通型板式无砟轨道的组成 1 支承和引导车轮 2 为车轮滚动提供阻力较小的表面 3 承受车轮的作用力并传布于轨枕 4 在电气化铁路和自动闭塞区段 作为轨道电路使用 1 钢轨的功用 二 钢轨 2 钢轨的特点 钢轨的作用要求它应当具备足够的刚度 韧度 硬度 顶面粗糙等特点 刚度 抵抗由动荷载引起的挠曲变形 韧度 防止动荷载引起钢轨折断 硬度 防止被车轮压陷或磨损太快 顶面粗糙度 有利于机车的牵引力 制动力的实现 作用于直线轨道钢轨上的力主要竖直力 其结果使钢轨挠曲 为了使钢轨具有最佳的抗挠曲性能 钢轨采用 工 字形断面 由轨头 轨腰和轨底组成 为使钢轨更好承受来自各方面的力 轨腰应具有一定高度 轨头为适应轮轨接触 应大而厚 并具有足够面积 为保证稳定性 轨底应有足够宽度和一定厚度 3 钢轨断面 在我国 钢轨的类型以每米长度的大致质量的kg整数 kg m 表示 现行的标准钢轨类型有 75kg m 60kg m 50kg m等 4 钢轨类型及长度 我国标准钢轨长度为12 5及25m两种 为使钢轨接头对接 曲线内股应使用厂制缩短轨 12 5m标准轨的缩短量为40mm 80mm 120mm三种 25m标准轨的缩短量为40mm 80mm 160mm三种 5 轨缝 普通轨道为适应钢轨热胀冷缩的需要 钢轨接头处必须留有一定的缝隙 预留轨缝不应太小 以免高温时钢轨伸长而无伸长余地 轨缝也不应太大 以免低温时钢轨缩短 缝隙过大 严重影响运行 式中 计算轨缝尺寸 mm L 钢轨长度 m 构造轨缝 38 43 50 60 75kg m钢轨均采用18mm t0 更换钢轨或调整轨缝时的轨温 oC 5 轨缝 无缝线路 将标准长度的钢轨焊接成为长钢轨的轨道 我国一般采用25m的钢轨先在焊轨厂焊成250 500m的长轨条 然后再运到铺轨地点 再焊成1000 2000m的长轨条或按设计长度进行铺设 无缝线路由于消除了钢轨接缝 因而具有行车平稳 机车车辆及轨道维修费用低 使用寿命长等优点 1 承受钢轨的垂直力 水平力 2 传递这二力给道床和路基 3 保持钢轨方向 位置 轨距 三 轨枕 1 轨枕的功用 坚固耐久 具有弹性 造价合理 制造维修方便 2 轨枕的特点 按制作材料分 有钢筋混凝土枕和木枕两种 木枕 钢筋混凝土轨枕 3 轨枕的分类 按用途分 有普通轨枕 岔枕和桥枕 我国铁路所使用的主要是预应力混凝土枕 1 每千米配置轨枕根数 我国铁路规定 木枕轨道 1440 1920 km混凝土枕轨道 1440 1840 km 配置轨枕数示意图 4 轨枕的布置 符合左下侧条件之一的地段 轨道应该加强 即每千米的轨枕数需要增加 2 轨枕间距 轨枕间距示意图 普通轨道上 钢轨接头处车轮的冲击动荷载大 接头轨枕间距 c 应该比中间轨枕间距 a 小一些 而且 从c向a过渡时 应该有一个过渡轨枕间距 b 以适应荷载的变化 三者大小为 a b c 4 轨枕的布置 两节钢轨的末端 用接头联结零件联结 四 钢轨联结零件 1 接头联结零件 联结零件分为接头联结零件和中间联结扣件 两节钢轨的末端 用接头联结零件联结 四 钢轨联结零件 1 接头联结零件 联结零件分为接头联结零件和中间联结扣件 钢轨的接头连接过程 两节钢轨的末端 用接头联结零件联结 接头联结零件 四 钢轨联结零件 1 接头联结零件 联结零件分为接头联结零件和中间联结扣件 可以分为 木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件 2 中间联结扣件 把钢轨与轨枕牢固地联结起来 以确保钢轨位置稳定 我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式 1 混合式目前大量采用的联结方式是混合式 混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧 然后再用道钉将钢轨 垫板和木枕三者同时联结 混合式扣件零件少 安装成本低 但扣紧力不如分开式 钢轨与木枕的混合式连接过程 1 混合式目前大量采用的联结方式是混合式 混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧 然后再用道钉将钢轨 垫板和木枕三者同时联结 混合式扣件零件少 安装成本低 但扣紧力不如分开式 钢轨与木枕的混合式联结 1 混合式目前大量采用的联结方式是混合式 混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧 然后再用道钉将钢轨 垫板和木枕三者同时联结 混合式扣件零件少 安装成本低 但扣紧力不如分开式 钢轨与木枕的分开式联结 2 分开式分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧 分开式扣压力大 能有效防止钢轨的横 纵向位移 同时便于安装与更换 但成本高 在特殊线路与桥上线路使用 钢轨与混凝土枕的联结 3 混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式由于混凝土枕重量大 刚度大 因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好 主要表现为 扣压力足 当钢轨弯曲 转动时 不会导致钢轨沿垫板发生纵向移动 适当的弹性 混凝土枕的弹性比木枕差许多 其弹性主要由橡胶垫板提供 具有绝缘性能 道床铺设在路基面上的碎石 道砟 垫层 介于轨枕与路基之间 是轨道的重要组成部分 五 道床 1 道床的功用与材料选择 道床断面 1 承受来自轨枕的压力 均匀的传递到路基 2 固定轨枕的位置 阻止轨枕纵向或横向移动 保持轨道的稳定 3 提供轨道弹性 缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击 4 提供良好的排水性能 减少路基病害 便于轨道养护维修作业 碎石道床示意图 以碎石 矿渣 沙子等为材质构成的碎石道床 满足以上5点要求 价廉物美 是我国目前使用最广泛的道床类型 1 质地坚硬 耐压 耐磨 具有弹性 2 排水性能好 吸水度小 3 不易风化 侵蚀 2 道床应具备的性能 道床断面为梯形 主要有三个要素 1 道床厚度 h 足够的厚度 确保轨道稳定 2 顶面宽度 b 一般为3米 3 边坡坡度 i 道床纵断面示意图 3 道床断面 列车运行时 车轮作用于钢轨上除产生竖直力和横向力外 还产生一个纵向水平推力 能引起钢轨的纵向移动 有时甚至带动轨枕沿着线路方向一起移动 此种现象称为轨道的爬行 六 防爬设备 防止爬行的措施 在曲线地段 采用轨距拉杆防止由于列车横向力的作用而引起轨距扩大 在直线地段 将防爬器与防爬撑配合使用预防列车纵向力的作用而使轨枕被拉斜 从轨道横断面上来看 轨道的几何形位包括水平 轨底坡和轨距 在线路同一断面处左右两股钢轨顶面的高度差 简称 水平 直线部分高差不能超过4mm 在直线上钢轨不是竖直铺设 而要向内倾斜1 40的坡度 称为轨底坡 七 轨道的几何形位 两根钢轨轨头内侧之间的距离称为轨距 我国规定 轨距应在钢轨头部内侧顶面下16mm处测量 我国铁路主要采用1435mm的标准轨距 世界各国铁路也普遍采用1435mm的轨距 在机车车辆不断运行的情况下 轨距可能产生一定的误差 我国规定标准轨距的误差宽不得超过6mm 窄不得超过2mm 轨距示意图 为保证机车车辆顺利通过小半径曲线 曲线轨距应考虑加宽 超链接 2014年我国通往邻国的国境铁路车站名 轨距等相关参数 机车车辆在运行过程中 常常需要由一条线路转入另一条线路 或跨越其它线路 在就需要设置线路的连接与交叉设备 即道岔 道岔是铁路轨道的重要组成部分 由于道岔数量多 使用寿命短 限制列车速度 行车安全性低 与曲线 接头并称为轨道的三大薄弱环节 八 道岔 视频链接 看火车车轮是如何通过道岔的 超清 1 道岔的组成 三大组成部分 转辙器部分 辙叉及护轨部分 连接部分 7个组成部件 转辙器部分的基本轨 尖轨 连接部分的直轨 导曲线轨 辙叉及护轨部分的翼轨 护轨 岔心 心轨 请指出道岔的组成部分及组成部件 翼轨 岔心 尖轨 基本轨 直轨 导轨 护轨 1 转辙器部分的功用与组成功用 引导机车车辆的行驶方向 组成 两根基本轨 两根尖轨 各种联结零件 道岔转换设备 单开道岔的转辙器部分 基本轨一般采用12 5m或25m的标准轨制成 除承受车轮的垂直压力外 还与尖轨共同承担车轮横向水平力 并保持尖轨位置稳定 尖轨是用与基本轨同类型的标准钢轨或特种断面钢轨刨制而成 尖轨依靠被刨尖的一端与基本轨紧密贴靠 以正确引导车轮的运行方向 列车靠它引进直股或侧股线路上 2 辙叉与护轨部分 包括辙叉 护轨 主轨 安装护轨的基本轨 及其他联结零件 辙叉由翼轨和心轨 岔心 组成 叉心两工作边的交点称为辙叉理论中心 理论尖端 叉心实际尖端处有6 10mm的宽度称为实际尖端 叉心两工作边的夹角称为辙叉角 两翼轨相距最近处称辙叉咽喉 从辙叉咽喉至辙叉心轨实际尖端之间称为 有害空间 这一段是轨线中断区段 护轨制约车轮走向 使之安全通过 有害空间 避免走向异侧或撞击心轨 护轨中间部分为平直线 与基本轨平行 为使车轮轮缘能顺利进入护轨轮缘槽 在护轨平直段的两端设置缓冲区 可动心轨辙叉 可动心轨辙叉的心轨在翼轨框架范围内转换 以保持直 侧向轨线的连接 消灭了固定辙叉的 有害空间 且直向无需设置护轨 提高列车运行的平顺性 辙叉号数 道岔的辙叉号码可用道岔辙叉角的余切 即辙叉的跟端长和跟端支距的比值 来确定 18号 24号辙叉转角分别为9号 12号辙叉的一半 辙叉号码N