铁路线路平面图和纵面图

铁路线路的平面和纵断面铁路线路的平面和纵断面 一 铁路线路的平面及平面图一 铁路线路的平面及平面图 一条铁路线路在空间的位置是用它的线路中心线表示的 中心线点的位置是在路肩连 线 CD 的中点 O 如图 2 1 2 所示 图 2 1 2 铁路线路中心线点的位置 一 铁路线路平面的组成要素 线路中心线在水平面上的投影 叫做铁路线路的平面 线路中心线 展直后 在垂直 面上的投影 叫做铁路线路的纵断面 从运营的观点来看 最理想的线路是既直又平的线路 但是天然地面情况复杂多变 有山 水 沙漠 森林 矿区 城镇等障碍物和建筑物 如果把铁路修得过于平直 就会造成工程数量和工程费用大 且工期长 这样既不经济 又不合理 有时也不现实 从工程的角度来看 铁路线路最好是随自然地形起伏变化 这样 既可以减少工程数量 降低造价 甚至可以缩短工期 但是这会给列车运营造成很大困难 甚至影响铁路行车的 安全与平稳 选定铁路线路的空间位置 应该综合考虑工程和运营的要求 通过方案比较 在满足 运营基本要求的前提下 尽量减少工程量 降低造价 如某条铁路经过 A B C 三点 图 2 1 3 如果把 AB 和 BC 分别用直线连接起来 那么在 AB 之间要建筑两座桥梁 在 BC 之间要开凿一座隧道 在工程上是不合理 不经济的 而应分别用折线 ADB 和 BEC 来代 替 在折线的转角处 则用曲线来连接 因此 直线和曲线就成为线路平面的组成要素 图 2 1 3 铁路线路绕避地形障碍示意图 二 曲线附加阻力与曲线半径 列车在线路上运行 总会受到各种阻力 阻力方向与列车运行方向相反 归纳起来 阻力主要有两大类 1 基本阻力 基本阻力是指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 间的摩擦阻力 轮轨之间的摩擦阻力 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 2 附加阻力 附加阻力是列车在线路上运行时 除基本阻力外所受到的额外阻力 如坡道阻力 曲 线阻力 起动阻力等 附加阻力随列车运行条件或线路平 纵断面情况而定 线路平面上有了曲线 弯道 后 给列车运行造成阻力增大和限制列车速度等不良影 响 列车通过曲线时 由于离心力的作用 使外侧车轮轮缘和外轨内侧的挤压摩擦增大 同时还由于曲线外轨长于内轨 内侧车轮在轨面上滚动时产生相对滑动 从而给运行中的 列车造成一种附加阻力 称为曲线阻力 曲线阻力的大小 我国通常用下面的试验公式来 计算 即 式中 r 单位曲线阻力 牛 千牛 即列车每一吨重量所摊曲线附加阻力值 R 曲线半径 米 600 根据试验数据得出的常数 这一公式适用于曲线长度大于或等于列车长度的情况 从式中可知 曲线阻力与曲线 半径成反比 曲线半径越小 曲线阻力越大 运营条件就越差 说明采用大半径曲线对列 车运行的影响较小 而小半径曲线亦具有容易适应困难地形的优点 对工程条件有利 因 此 在设计铁路线时必须根据铁路所允许的旅客列车的最高运行速度 由大到小合理的选 用曲线半径 为了测设 施工和养护的方便 曲线半径一般应取 50 米 100 米的整数倍 即 12000 米 10000 米 8000 米 7000 米 6000 米 5000 米 4500 米 4000 米 3500 米 3000 米 2800 米 2500 米 2000 米 1800 米 1600 米 1400 米 1200 米 1000 米 800 米 700 米 600 米 550 米 500 米 450 米 400 米 350 米 特殊困难 条件下 可采用上列半径间 10 米整数倍的曲线半径 为了保证线路的通过能力 并有一 个良好的运营条件 还应对区间线路的最小曲线半径做具体规定 列车在曲线上行驶速度越快 所产生的离心力也就越大 为保证列车运行安全 平稳 和舒适 必须限制列车通过曲线时的速度 然而 曲线半径不同 允许通过曲线的最大速 度也就不同 客货共线 级铁路区间线路最小曲线半径 见表 2 1 2 表 2 1 2 客货共线 级铁路区间线路最小曲线半径 客运专线铁路区间线路最小曲线半径 见表 2 1 3 表 2 1 3 客运专线铁路区间线路最小曲线半径 三 圆曲线与缓和曲线 在平面图上 铁路曲线包括圆曲线和缓和曲线 在列车运行中不能从直线直接进入圆 曲线 因此 在铁路线路上 直线和圆曲线也不是直接相连的 它们之间需要插入一段缓 和曲线 缓和曲线是一段曲率连续变化的曲线 它通常设置在直线与圆曲线或不同半径圆 曲线之间 缓和曲线能使列车安全 平顺 舒适地由直线过渡到圆曲线 缓和曲线设置位 置 如图 2 1 4 所示 图 2 1 4 缓和曲线示意图 缓和曲线的作用 1 在缓和曲线范围内 曲线半径由无限大渐变到等于它所衔接的圆曲线半径 或相反 从而使车辆产生的离心力逐渐增加 或减少 有利于行车平稳 2 在缓和曲线范围内 外轨超高由零递增到需要的超高量 或相反 使向心力与离 心力相配合 3 当曲线半径小于 350 米 轨距需要加宽时 在缓和曲线范围内 可由标准轨距逐步 加宽到圆曲线需要的加宽量 或相反 四 铁路线路平面图 用一定比例尺 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 如图 2 1 5 所示 见书末插页 线路平 纵断面图是铁路设计的基本文件 在各个设计阶段都要编制要求不同 用途 不同的各种平面图 从书中的平面图上可以看到线路的中心线和里程标 以及沿线的车站 桥隧建筑物等的数量和位置 同时还可以看到用等高线 地面上高程相等各点的连线 表 示的沿线地形和地物等情况 二 铁路线路的纵断面及纵断面图二 铁路线路的纵断面及纵断面图 一 铁路线路纵断面的组成要素 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 因此 平道与坡道 就成了线路纵断面的组成要素 坡道的陡与缓常用坡度来表示 坡度是一段坡道两端点的高差 h 与水平距离 L 之比 如图 2 1 6 所示 坡道坡度的大小通常是用千分率来表示 图 2 1 6 坡度与坡道阻力示意图 式中 i 坡度值 坡道段线路中心线与水平夹角 若 L 为 2000 米 h 为 8 米 则 AB 坡道的坡度为 4 二 坡道附加阻力 由于有了坡道 就给列车运行带来了不良的影响 列车在坡道上运行时 会受到一种 由坡道引起的阻力 这一阻力称之为坡道附加阻力 从图 2 1 6 中可以看出 机车车辆所 受的重力 Q g 牛 可以分解为垂直于坡道的分力 F 1 和平行于坡道的分力 F 2 前一个 分力 F 1 由轨道的反作用力所抵消 后一个分力 F 2 就成为坡道附加阻力 F 2 Q g sin Q gtan Q g i 牛 列车平均每单位质量所受到的坡道阻力 叫做单位坡道阻力 i 因此 这就是说 机车车辆每单位质量 上坡时所受的单位坡道附加阻力 牛顿数 等于 用千分率表示的这一坡道坡度数 列车上坡时 单位坡道附加阻力规定为 而当下坡时 单位坡道附加阻力规定为 由上可见 坡度越大 列车上坡时坡道阻力也就越大 同一台机车 在列车运行速度 相同的条件下 所能牵引的列车重量也就越小 三 限制坡度 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 在一个区段上 决定一台某一类型机车所能牵引的货物列车重量 最大值 的坡度 叫做限制坡度 i x 在一般情况下 限制坡度的数值往往和区段内陡长上坡道的最 大坡度值相当 如果在坡道上又有曲线 那么这一坡道的坡道阻力值和曲线阻力值之和 不能大于该 区段规定的限制坡度的阻力值 即 i r i x 限制坡度的大小 影响一个区段甚至全铁路线的运输能力 限制坡度小 列车重量可 以增加 运输能力就大 运营费用就越省 但限制坡度过小时 就不容易适应地面的天然 起伏 特别是在地形变化很大的地段 使工程量增大 造价提高 因此 限制坡度的选定 是一个很重要的问题 要经过仔细综合研究 才能得出合理结论 我国 铁路技术管理规 程 规定的最大限制坡度的数值见表 2 1 4 表 2 1 4 客货共线 级铁路区间线路最大限制坡度 在个别线路的越岭地段 由于地形障碍显著而集中 若仍采用表 2 1 4 所规定的限制 坡度 实际上有困难或工程造价太高时 在经过详尽的技术经济比较后 允许采用最大限 制坡度的加力牵引坡度 加力牵引坡度是指在大于限制坡度的坡道地段 为了统一全区段 的列车重量标准 保证必要的线路通过能力 而进行多机牵引的坡度 内燃牵引的可用至 25 电力牵引的可用至 30 四 变坡点 平道与坡道 坡道与坡道的交点 叫做变坡点 列车经过变坡点时 由于坡度的突然 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 为了保 证列车的运行安全和平稳 我国铁路规定 在 级线路上相邻坡段的坡度代数差大于 3 级铁路大于 4 时 应以竖曲线连接 如图 2 1 7 所示 图 2 1 7 竖曲线示意图 竖曲线是纵断面上的圆曲线 竖曲线的半径 级铁路为 10000 米 级铁路 为 5000 米 根据铁道部 铁路 200 250 公里 小时既有线技术管理暂行办法 中规定 相邻坡段的坡度代数差大于 1 时 须设置圆曲线型竖曲线 竖曲线最小长度不宜小于 25 米 竖曲线半径不得小于 15000 米 五 铁路线路纵断面图 用一定的比例尺 把线路中心线 展直后 投影到垂直面上 并标明平面 纵断面各 项有关资料的图纸 叫线路纵断面图 见图 2 1 8 铁路线路纵断面图的上部是图的部分 主要表明了线路中心线 即路肩设计标高的连 线 地面线 桥隧建筑物资料 包括桥梁 涵洞的孔径 类型 中心里程和隧道长度等 车站资料 包括站名 车站中心里程和相邻车站间的距离 及其他有关情况 铁路线路纵断面图的下部是表格部分 其中主要是路肩设计标高 在变坡点处和百米 标 加标处都标出路肩设计标高 和设计坡度 每个坡段分别标出 同时 用公里标 百米标和加标