项目三--城市轨道交通线路和线路设备

项目三城市轨道交通线路和线路设备,城市轨道交通线路、线路设备是城市轨道交通列车运行的道路设施，是城市轨道交通系统的重要组成部分。它们直接关系到行车的安全及轨道交通运营组织的效率，因此必须加强对线路、线路设备的检查、维护、保养，确保线路各部件保持良好状态，保证列车正常运行。,任务一城市轨道交通线路,城市轨道交通线路是由各种不同材料的部件所组成，能保证列车以规定的速度平稳、安全、正点和不间断地运行的整体工程结构。城市轨道交通线路是城市轨道交通列车行车的基础，是城市轨道交通运营的重要设备之一，必须加强对线路设备的检查、维护、保养，确保线路各部件保持良好状态，才能保证列车按规定的最高速度安全、平稳、不间断地运行。,一、城市轨道交通线路特点,城市轨道交通线路有以下特点。（1）城市轨道交通线路一经建成，无论其是在地下、地面还是在地面以上，位置的改变都十分困难，建成后的改建会引起周围建筑、道路等很大的拆迁工程，并破坏多年来逐渐形成的环境协调。因此，线路设计要作长期的考虑。（2）城市轨道交通线路一般为双线，通常每条线路设有一个车辆段和一个停车场。线路车站没有经常性的调车作业，为节省用地，一般车站不设到发线，车辆集中停放在车辆段或停车场。,（3）市内客运的运距短，且全面地分布在整个城市区域内，为保证线路的客流吸引力，通常站距设置为l2km，因此，站点设置密，停车频繁。（4）由于线路各站点的吸引范围小，城市客流可容忍的等待时间较短，这要求发车间隔时间不能太长，一般不长于10min，短时间里聚集的客流量有限，因而列车编组长度通常为48节车厢，较城际列车编组短。,二、城市轨道交通线路分类,城市轨道交通线路可分别按铺设的空间位置和在运营中的作用进行分类。1.按其铺设的空间位置分城市轨道交通线路按其铺设的空间位置来分主要有地下线路、地面线路、高架线路三种类型，如图3-1所示。,（a）地下线路,（b）地面线路,（c）高架线路,图3-1线路按铺设的空间位置分类,1）地下线路地下线路常用于地下铁道系统，铺设于地下隧道内。2）地面线路地面线路是直接铺设于路面上，占用路面面积，对道路交通有很大影响。在城市道路上铺设地面线路，一般有两种位置，一种是位于道路中心带上，另一种是位于快车道一侧，如图3-2所示。,（a）位于道路中心带上,（b）位于快车道一侧,图3-2地面线路设置示意图,3）高架线路高架线路铺设于城市高架桥上，是城市轨道交通中一种重要的线路铺设方式。一般沿城市道路一侧或中央铺设。桥面轨道线路大多采用混凝土整体道床。高架线路铺设工程造价介于地下线路和地面线路之间。,2.按其在运营中的作用分城市轨道交通线路按其在运营中的作用分为正线、折返线、渡线、停车线、检修线、试验线、出入场线、联络线、洗车线、安全线等。整体布置模式如图3-3所示。,图3-3城市轨道交通线路整体布置图,1）正线正线是指连接所有车站贯穿运营线路始终点，供车辆载客运行的线路，如图3-4所示。,图3-4正线,2）折返线折返线是指设在线路两端终点站或准备开行折返列车的区间站，为方便列车调头、转线及存车等的线路。折返线有如下三种折返方式。（1）环形折返线。环形折返线俗称灯泡线，如图3-5所示,图3-5环形折返线,图3-6为天津地铁1号线的“灯泡线”。,图3-6天津地铁1号线“灯泡线”,（2）尽端折返线。尽端折返线可分为单线折返、双线折返与多线折返等不同布置办法，如图3-7所示。,（a）单线折返,（b）双线折返,（c）多线折返,图3-7尽端折返线,（3）渡线折返。在车站前或车站后设置渡线完成折返作业，分为站前、站后、区间站渡线三种形式，如图3-8所示。,（a）站前渡线折返,（b）站后渡线折返,（c）区间站渡线折返,图3-8渡线折返,（4）单轨线路折返。单轨线路折返与双轨线路不同，必须采用专门的转线设备来完成，如图3-9所示。,（a）单轨线路利用道岔进行折返,（b）单轨线路端点站平移折返,图3-9单轨线路折返,（c）实际利用道岔单轨折返图,图3-9单轨线路折返,3）渡线渡线是指利用道岔将线路上下行正线（或其他平行线路）连接起来的线路。渡线分单渡线和交叉渡线，如图3-10和图3-11所示。图3-8所示的渡线折返是渡线的一种。,图3-10单渡线,（a）交叉渡线示意图,（b）实际交叉渡线,图3-11交叉渡线,4）停车线停车线一般设置在端点站，是专门用于停车，进行少量检修作业的尽端线。在车辆基地，则拥有众多的专用停车线，供夜间停止运营后列车的停放。需要进行检修作业的停车线设有地沟，如图3-12所示。,图3-12停车线,5）联络线联络线是轨道交通线路之间为调动列车等作业方便而设置的连接线路，主要是两条正线间的连接线，如图3-13和图3-14所示。联络线按其布置形式可分为单线联络线、双线联络线和联络渡线。,图3-13联络线示意图,图3-14联络线,6）检修线检修线是指设在车辆基地检修库内，专门用于检修列车的线路，检修线设有地沟，配有架车设备、检修设备。如图3-15所示。,图3-15检修线,7）试验线试验线是指设在车辆基地，用于对检修完毕的列车进行状态检测的线路。为达到必要的运行速度，试验线需有一定长度标准和平纵断面特点，如图3-16所示。,图3-16试验线,8）出入段线出入段线是专供列车进出车辆段的线路。如图3-17所示。,（a）出入段线示意图,（b）出入段线图,图3-17出入段线,9）洗车线洗车线是专门用于清洗车辆的线路。如图3-18所示。,图3-18洗车线,10）安全线在出入段线、折返线、停车线和岔线上应根据情况设置安全线，安全线长度一般不小于40m。如当出入线上的列车在进入正线前需要一度停车，且停车信号机至警冲标之间的距离小于列车制动距离时，应设安全线，如图3-19所示。,图3-19安全线设置示意图,上述分类中的折返线、渡线、停车线、联络线、安全线也可称为辅助线，辅助线是城市轨道交通系统的重要组成部分，直接关系到系统运营组织的效率。检修线、试验线、出入段线、洗车线也可统称为车场线，是车辆段内厂区作业与停放列车的线路。,任务二城市轨道交通线路设备,线路是城轨列车运行的基础。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。,一、路基,路基,由填筑或开挖而形成的直接支承轨道的结构，也叫做线路下部结构。路基应具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。路基的断面为垂直线路中心的横截面，按填筑的断面形式路基分为路堤、路堑、半路堤、半路堑、半堤半堑、不填不挖路基等，如图3-20所示。,（a）路堤,（b）路堑,（c）半路堤,（d）半路堑,（e）半堤半堑,（f）不填不挖路基,图3-20路基分类,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。,路堑断面简图,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。,不填不挖路基断面简图,3、不填不挖路基,4、半路堤在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。,半路堤断面简图,5、半路堑在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。,5、半路堑在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。,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、桥梁隧道建筑物,1.桥梁城市轨道交通高架桥一般比较长且平，宽度较窄，单线5米，双线9.5米，其对于基础沉降、桥墩刚度及桥梁工艺造型要求较高。桥梁主要由桥面、桥跨结构、支座、桥台及基础五大部分组成，如图3-21所示。,图3-21桥梁结构示意图,2.隧道隧道连接地下车站并为轨道及相关设备提供空间。隧道包括区间隧道和车站区段隧道。地下隧道典型横断面形状如图3-22所示。,图3-22地下隧道典型断面形状,三、轨道,轨道是城市轨道交通系统的重要组成部分，它突显了城市轨道交通的特色。城市轨道交通均采用电力牵引，故要求轨道具有良好的绝缘性以减少杂散电流。同时轨道应采取相应的减震轨道结构达到减震、降噪的要求。,轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、道岔、防爬设备及其他附属设备等构成，如图3-23所示。,图3-23轨道构成,1.钢轨钢轨是轨道结构的重要组成部分，是轨道的基本承重结构，直接承受列车的荷载，其依靠钢轨头部内侧面和机车车辆轮缘的相互作用，引导机车车辆运行，并将所承受的机车车辆荷载分布开来，传递给轨枕、道床及路基上去，也为车轮滚动提供最小的接触面。另外，钢轨还有为供电、信号电路提供回路的作用。,1）钢轨的外形钢轨要求有足够的承载能力、抗弯强度、断裂韧性、稳定性及耐腐蚀性。因此，钢轨断面形状多为“工”字形，由轨头、轨腰、轨底三部分组成，如图3-24所示。,图3-24钢轨断面,根据工字形的差异可将钢轨分为槽形钢轨、双头钢轨和平底钢轨，如图3-25所示。,（a）槽形钢轨（b）双头钢轨（c）平底钢轨,图3-25钢轨分类,2）钢轨的类型按照钢轨的强度不同，城轨交通所使用的钢轨可分为43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m四种类型。3）钢轨的连接我国标准钢轨的长度有12.5m、25m两种，另外还有比标准长度短40mm、80mm、120mm、160mm的缩短轨，主要用于铺设曲线线路轨道，因此铺设轨道时需将钢轨连接起来。钢轨与钢轨之间的连接方法一般有以下两种。,（1）将标准长度的钢轨固定在轨枕上，各节钢轨之间使用钢轨接头夹板（鱼尾板）、螺栓固定，并留有一定的轨缝，如图3-26所示。,图3-26钢轨连接,（2）为减少钢轨接头数量、降低接头带来的病害、提高乘客的舒适度，将标准长度的轨端无螺栓孔的钢轨通过一定的工艺焊接起来，形成长度达数千米或数十千米的无缝线路。如图3-27、图3-28所示。,图3-27钢轨焊接,图3-28焊接后的钢轨,4）轨距城市轨道交通轨距是轨道两条钢轨之间的距离（以钢轨的内距为准），如图3-29所示。国际铁路协会在1937年制定标准轨距为1435mm。,图3-29轨距,2.轨枕轨枕是轨道的基础部件之一，承垫于钢轨之下，它将钢轨所承受的压力分散传递到道床上，同时又能有效地保持钢轨位置和轨距。因此，轨枕应具有一定的坚固性、弹性和耐久性。轨枕应按照地铁设计规范（GB501572013）中的相关规定进行铺设。从不同的角度来划分，轨枕可以分为不同的种类。,1）按制造材料划分按制造材料来划分，轨枕可分为木枕、钢筋混凝土枕和钢枕。（1）木枕。木枕采用木材材料，制造木枕的材料需要经过特殊的加工和防腐处理，如图3-30和图3-31所示。,图3-30油浸木枕图3-31木枕轨道,（2）钢筋混凝土枕。钢筋混凝土枕是使用钢筋和混凝土浇筑而成的，如图3-32所示。按其结构形式可分为整体式、组合式和短枕式轨枕三种，如图3-33所示。,图3-32钢筋混凝土枕,图3-33钢筋混凝土枕分类,（3）钢枕。钢枕是由钢材做成，如图3-34所示，钢枕对钢材的消耗量较大，造价很高，所以没有广泛应用。,图3-34钢枕,2）按使用目的划分按使用目的来划分，轨枕可分为普通轨枕、岔枕、桥枕。普通轨枕主要是指钢筋混凝土轨枕；岔枕主要用于道岔区段，岔枕一般长度较长、弹性相对较好，多用木枕，如图3-35（a）所示。桥枕主要是使用在高架桥上的一种轨枕，如图3-35（b）所示。,（a）岔枕（b）桥枕,图3-35岔枕桥枕,3）按构造及铺设方法划分按构造及铺设方法划分，轨枕可分为横向轨枕、纵向轨枕、短枕等。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设，是一种最常用的轨枕；纵向轨枕与钢轨同向铺设，是特殊的铺设方法，轨距需要其他方法保持，如图3-36所示。,图3-36纵向轨枕,3.联结零件联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。1）接头联结零件钢轨接头联结零件主要由接头夹板（鱼尾板）、接头螺栓、螺母和垫圈等组成，如图3-37和图3-38所示。,（a）接头夹板（b）接头螺拴、螺母（c）弹性垫圈、平垫,图3-37接头联结部件,图3-38接头联结实物图,2）中间联结零件钢轨与轨枕的联结是通过中间联结零件实现的，这种联结零件称为扣件，如图3-39所示。其作用是固定钢轨、保持轨距，并阻止钢轨发生相对于轨枕的纵、横向位移，防止钢轨倾斜，提供适当的弹性将钢轨承受的载荷传递给轨枕或道床。,图3-39扣件组成,由于线路的环境条件要求不同，扣件的种类也有所不同。我国城市轨道交通线路中使用的扣件有如下几种。（1）传统扣件。传统扣件沿用了铁路上的常用扣件，主要分木枕用扣件和混凝土枕用扣件。木枕分开式扣件。木枕分开式扣件是将固定钢轨和固定铁垫板的螺栓或道钉分开，如图3-40所示。一般用道钉将铁垫板固定在枕木上，铁垫板上有承轨槽，固定钢轨的螺栓安装在铁垫板上，然后用弹条或扣板将钢轨固定。,图3-40木枕分开式扣件,木枕混合式扣件。木枕混合式扣件是由铁垫板和道钉组成，如图3-41所示。用勾头道钉（方形）直接将钢轨与铁垫板以及枕木连接在一起。扣压力较小，为防止钢轨纵向爬行，需要较多的防爬设备。,图3-41木枕混合式扣件,混凝土枕扣板式扣件。混凝土枕扣板式扣件主要由扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座及绝缘缓冲垫片等组成，其为刚性扣件，如图3-42所示。,图3-42混凝土枕扣板式扣件,混凝土枕弹片式扣件。混凝土枕弹片式扣件主要由螺纹道钉、螺母、平垫圈、弹片、轨距挡板及弹性垫板等零件组成，其为弹性扣件，如图3-43所示。,图3-43混凝土枕弹片式扣件,混凝土枕弹条式扣件。混凝土枕弹条式扣件主要由螺纹道钉、螺母、平垫圈、弹条、轨距挡板、挡板座及弹性垫板等零件组成，其为弹性扣件，如图3-44所示。,（2）DT系列扣件。DT系列扣件是为城市轨道交通地下线路专门设计的扣件，如图3-45所示。DT系列扣件在城市轨道交通地下整体道床中被大量使用。,图3-45DT系列扣件,（3）WJ系列扣件。WJ系列扣件是一种无挡肩扣件，如图3-46所示。它主要用于城市轨道交通高架线路，是一种小阻力的扣件。,图3-46WJ系列扣件,4.道床道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。道床通常是指铺设在路基之上，轨枕之下的石渣、钢筋混凝土结构层。它能支撑轨枕，把来自轨枕上部的巨大载荷均匀地分布到路基面上，减少路基的变形；道床可以依靠本身和轨枕间的摩擦来固定轨枕位置，阻止轨枕纵向或横向位移。道床的结构如图3-47所示。,图3-47道床结构,道床一般分为碎石道床、沥青道床、整体道床（又称混凝土整体道床、无碴道床）等。城市轨道交通地面线路多采用碎石道床，地下线路和高架线路多采用混凝土整体道床。1）碎石道床碎石道床又称为有碴道床，是一种比较常用的道床形式。它一般是在轨枕下面，路基面上铺设石碴垫层。碎石道床分为木枕碎石道床和钢筋混凝土枕碎石道床，如图3-48所示。,（a）木枕碎石道床（b）钢筋混凝土枕碎石道床,图3-48有碴道床,碎石道床结构简单，弹性好，容易施工，方便更换，减振、减噪性能较好；但这种道床容易因行车压力关系而产生移位，轨道几何形位不易保证，碎石上容易滋生杂草，养护工作频繁，养护成本较高。,2）沥青道床沥青道床是为了改善普通碎石道床的散体特性而加入乳化沥青或沥青砂浆而使其稳定的一种道床轨道结构形式。沥青道床大致可分为沥青灌注式道床、沥青混凝土面层式道床和沥青垫层式混凝土道床三类。3）整体道床整体道床是现代城市轨道交通中常用的道床形式。整体道床是指在坚实基底上直接浇筑混凝土以取代传统道碴层的轨下基础。整体道床分为无枕式整体道床和轨枕式整体道床两种。道床内可预埋木枕、混凝土枕或混凝土短枕，也可在混凝土整体道床上直接安装扣件、弹性垫层和钢轨。,（1）无枕式整体道床。无枕式整体道床也称整体灌注式道床，如图3-49所示。,图3-49无枕式整体道床,（2）轨枕式整体道床。轨枕式整体道床又分为短枕式整体道床和长枕式整体道床两种类型，如图3-50所示。,（a）短枕式整体道床（b）长枕式整体道床,图3-50轨枕式整体道床,轨枕式整体道床特点是整体性好，坚固、稳定、耐久；轨道建筑高度小，隧道净空得到减少，轨道维修量小。整体道床能适应城市轨道交通运营时间长、维修时间短的特点，但其弹性差，列车运行引起的震动、噪声比较大，造价比较高，施工时间长。总之，整体道床的整体性强，纵向、横向稳定性好，具有较高的可靠性；其高平顺性和弹性较好，乘坐更加舒适；整体道床坚固稳定、耐久，使用寿命长；较少的维修工作量和维修成本；表面整洁；建筑高度较小，可减少隧道净空，节省投资，综合经济效益好。,5.道岔道岔是线路上供列车车辆安全转线的设备，它用来使列车车辆从一股道转向或越过另一股道。道岔是轨道的重要组成部分之一，一般在车站、车辆段、停车场使用较多。1）道岔组成城市轨道交通中使用较多的是普通单开道岔，占全部道岔总数的95%以上。结构如图3-51所示。,图3-51道岔组成,（1）转辙器。转辙器是由两根基本轨、两根尖轨、转辙机械构成。（2）连接部分。连接部分是指连接转辙器部分和辙叉部分的连接轨道。（3）辙叉及护轨部分。辙叉及护轨部分主要由辙叉心、两根翼轨、两根护轨构成。辙叉心。辙叉心又称岔心，用来连接两边轨道的钢轨。翼轨。翼轨是在内侧轮轨紧邻岔心处设置的钢轨，翼轨与岔心间形成必要的轮缘槽，引导车轮行驶。护轨。护轨是防止车轮在岔心处为防止轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨或进错路线，而在固定辙叉两侧设置的钢轨。,2）道岔分类道岔的种类繁多，常用的有单开道岔、双开道岔、三开道岔、渡线、交分道岔等。（1）单开道岔。普通单开道岔是城市轨道交通中使用最多的道岔，普通单开道岔又分为左开道岔和右开道岔，如图3-52所示。,（a）左开道岔（b）右开道岔,图3-52普通单开道岔,（2）双开道岔。双开道岔又称对称道岔，一般指单式对称道岔，由主线向两侧分为两条线路，道岔各部位均按辙叉角平分线对称排列，两条连接线路的曲线半径相同，且无主线和侧线之分，两侧线的运行条件相同，如图3-53所示。,图3-53对称道岔,（3）三开道岔。三开道岔，又称复式道岔，是复式道岔中较常用的一种。它相当于两组异侧顺接的单开道岔，由两组转辙机械操纵两套尖轨组成，如图3-54所示。,图3-54三开道岔,（4）渡线。渡线是指利用道岔或固定交叉连接两条相邻线路的设备，渡线可分为单渡线和交叉渡线两种类型。如图3-55（a）3-55(b)所示。,图3-55渡线,（a）单渡线（b）交叉渡线,（5）交分道岔。交分道岔是指两条线路相互交叉，列车不仅能够沿着直线方向运行，而