毕业设计-线路大修与铁路无缝线路设计

届土木工程学院专业学号学生姓名指导教师完成日期2010年月日THEDESIGNOFTRACKRENEWALANDCWR线路大修与铁路无缝线路设计摘要无缝线路是铁路现代化标志之一，它具有行车平稳，旅客舒适，同时机车车辆和轨道的维修费用低，使用寿命长等优点。随着线路客货运量和行车速度的不断提高，列车轴重的增加，无缝线路已成为高速、重载铁道的必选轨道结构，也是我国铁路线路的主要发展方向。线路经过长期运营，线路平纵断面会发生变化。因此，要对现有的平纵断面进行勘测，并根据勘测资料，对线路平纵断面进行改善设计。本设计利用AUTOCAD及EXCEL，对线路大修地段进行了平面、纵断面改善设计，并绘制了的线路大修纵断面改善设计图；通过对轨道结构类型选择、轨道强度及稳定性检算，进而对路基上无缝线路进行设计；通过计算桥上无缝线路钢轨伸缩附加力和挠曲附加力，设计了一座中跨钢桥上的无缝线路，并绘制了无缝线路长轨节布置图。最后对线路大修工作作了专题研究。关键词线路大修无缝线路轨道强度稳定性ABSTRACTCWRISONEHALLMARKOFTHERAILWAYMODERNIZATION,ITHASSOMEADVANTAGESSUCHASSMOOTHRUNNING,COMFORTABLEANDLENGTHOFSERVICELIFEWITHTHEINCREASINGOFDRIVINGSPEED,PASSENGERCAPACITYANDCARGOCARRYINGCAPACITY,ANDINCREASINGOFAXIALLOAD,CWRHASBEENAFIRSTLYCHOSENTRACTCONSTRUCTIONOFHIGHSPEEDANDHEAVYLOADTRACK,SOINTERREGIONALCWRHASBEENTRENDOFRAILTRACKDEVELOPMENTINCHINALINEAFTERLONGTERMOPERATION,LINEPROFILEWILLCHANGETHEREFORE,THEEXISTINGPROFILEHAVEBEENINVESTIGATED,UNDERINVESTIGATION,THELINEPROFILEISTOIMPROVETHISPROJECTIMPROVESTHETRACKSPLANANDPROFILEDESIGNOFTRACKRENEWALONTHERAILWAYWITHTHEHELPOFAUTOCADANDEXCEL,MOREOVER,ITDRAWSTHEPLANOFTHERAILWAYSPROFILEIMPROVEDDESIGNBYCHOOSINGTHETRACKSSTYLECHECKINGTHETRACKSSTRENGTHANDSTABILITY,THENDESIGNSTHECWRONTHEROADBED,BYCALCULATINGEXPANSIONFORCESANDFLEXIBILITYFORCESINTHERAILSONTHEBRIDGE,DESIGNINGTHECWRONAMEDIUMSPANSTEELBRIDGE,ANDITDRAWSTHEPLANOFLONGSECTIONOFTRACKLAYOUTOFCWRFINALLYTHEWORKOFTRACKRENEWALDONEASPECIALSTUDYKEYWORDSTRACKRENEWALCWRTRACKSTRENGTHSTABILITY目录第1章绪论111线路大修1111概述1112设计内容112铁路无缝线路2121概述2122路基上无缝线路3123桥上无缝线路3第2章线路大修平面设计421概述422既有曲线渐伸线长度计算623设计曲线渐伸线长度计算724拨距计算10第3章线路大修纵断面设计1731纵断面设计的特点及原则17311设计特点17312设计原则1732纵断面设计技术条件1733纵断面设计方法18331纵断面设计步骤18332设计纵断面1934原始资料2035设计数据及计算结果2236设计纵断面图24第4章路基上无缝线路设计2641无缝线路基本技术条件26411无缝线路分类26412无缝线路铺设地段和位置26413无缝线路结构组成27414缓冲区和伸缩区的设置27415两股长轨锁定轨温2742钢轨强度检算27421按客运机车韶山8计算28422按货车韶山3计算33423由钢轨强度计算容许的温降幅度3743稳定性检算39431长钢轨轴向温度压力计算39432由稳定条件计算容许的温升幅度4144无缝线路结构设计与计算41441确定锁定轨温41442伸缩区长度计算43443预留轨缝计算43444轨条布置45445位移观测桩的布置46第5章桥上无缝线路设计4751设计原则4752设计要点4753桥上伸缩力计算48531附加伸缩力计算原理48532计算伸缩力4854桥上附加挠曲力计算51541附加挠曲力计算原理51542计算挠曲力5155桥上强度与稳定性计算54551强度计算54552稳定性计算5456确定锁定轨温5557断缝检算56第6章铁路线路大修工作5761线路变形与修理更新5762线路大修的性质与目的5863线路大修的工作范围58631工作分类58632工作内容59633要求与规则6264线路大修的周期性62641影响因素62642现行规定63643如何确定大修周期63第7章结论与展望6471结论64711线路平面设计64712线路纵断面设计64713路基上无缝线路设计64714桥上无缝线路设计6572展望65参考文献66致谢67附录A外文资料翻译68A1英文68A2译文75附录B图纸83B1纵断面设计图图号0183B2长轨节布置图图号0283第1章绪论11线路大修111概述铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成。它是一个整体工程结构，共同发挥各自的功用，其任何组成部分的改变或损坏，都将影响整体功能。（略）112设计内容本设计中采取的方法及步骤如下1根据设计任务书给定的运营条件及线路测量资料，对既有线路平纵断面进行改善。2线路大修平面设计14线路大修平面改善设计，主要是矫正既有线路平面的位置，平面设计以原线路设计标准为依据，并遵循一定的原则和基本的技术条件，根据线路勘测资料，对线路曲线部分各测点进行拨距计算。3线路大修纵断面设计线路大修纵断面设计的目的是改善原有线路设备的技术状态，本设计在既有路基面标高、轨面标高及既有道床厚度的基础上，利用EXCEL对计算轨面标高、设计轨面标高、设计道床厚度等进行计算，并绘制纵断面设计改善图4。12铁路无缝线路121概述随着高速、重载铁路的发展，要求强化铁路轨道结构，提高线路的平顺性和稳定性，消除现有一般无缝线路的缓冲区和道岔区钢轨接头的影响，实现线路的无缝化。把焊接轨条长度延长达整个区间或跨区间并与道岔焊联成一体，这种超长轨条的无缝线路称为区间无缝线路或跨区间无缝线路。（略）122路基上无缝线路路基上无缝线路设计主要包括691无缝线路钢轨强度计算，采用连续支承法；2无缝线路稳定性计算，采用统一公式模型；3无缝线路结构设计与计算。123桥上无缝线路桥上无缝线路设计主要包括9121钢轨的伸缩附加力的计算。梁因温度变化而产生的伸缩变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生伸缩附加力。伸缩附加力与梁的日温度差和扣件阻力的大小有关。2钢轨挠曲附加力的计算。梁在荷载作用下产生挠曲变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生挠曲附加力，与挠曲变形和扣件阻力的大小有关。（略）第2章线路大修平面设计21概述线路大修平面设计主要是校正线路的平面位置。平面设计应以原线路设计标准为依据，并应遵循以下基本技术条件1设计曲线时应尽量采用单曲线，仅在困难条件下允许保留复曲线，但复曲线的两个圆曲线间，应设缓和曲线连接，其长度按计算决定，但不应短于20M。（略）偏角法是应用渐伸线原理，计算既有曲线各点和设计曲线各对应点的渐伸线长度，其渐伸线长度之差即为各点计算拨量。如图21所示，既有曲线B点的渐伸线长为，设计曲线上与B点相应的点渐伸线长为，因此，拨距就是两渐伸线长度JESE之差JSE210，曲线外挑，0，曲线内压。EE（略）22既有曲线渐伸线长度计算既有线虽已错动，但基本线形仍保持原来的形状，可分为按缓和曲线和圆曲线的性质计算。1当置镜点在曲线的始切线上时，圆曲线各测点的渐伸线长度为JE2J00DLLLELR24ANIN2N1B1B2BIB图21曲线的渐伸线式中，L圆曲线上测点的曲线长；（略）23设计曲线渐伸线长度计算1选择曲线半径与缓和曲线长度进行曲线计算与设计前，首先要根据既有技术资料和现场实测结果估算既有曲线半径，既有曲线半径可采用下列方法计算平均偏角法设L为测点间弦长一般为20M，在圆曲线范围内取N个点偏角、1、，可求得圆曲线内L所对应的偏角的平均值为23N27N1（略）设计曲线半径R可取估算的既有曲线半径RJ，并根据转角的大小取整参见表21。表21曲线半径取整转角度数1010202030306060半径取整M501051具体选定（略）3设计曲线渐伸线长度的计算设计曲线渐伸线的长度，可根据测点所在位置，分别按下列公式计算ZHHY第一缓和曲线上各测点2133S06LER（略）24拨距计算217JSEE拨距计算的步骤1计算既有曲线各测点的渐伸线长度；J2选择曲线半径及缓和曲线长，确定各主要点的里程；各条曲线拨距计算见表22表23。拨距计算EESEJ150031005400660078007800910105010901060102ES14000000400263082918983630614694611357718492L36RL01300000040026308291898L12288922889428896288982889L02/24R1108330833083308330833L2/2R与XA102797531386281274417659设计曲线渐伸线长度计算L或X9528897288992889112889132889设计曲线主要设计点里程8ZHK115457111ZYK115507111HYK115557111EJ7000310014019707511820353960419352134711839020BF600031001702110554106917192502331141194919既有曲线角面积计算F50039503470153019070515950812000308051605F4003950742089507050159524072412395020B弧度3036433147319A“2102308270512825既有曲线测量资料测点里程1K115440460480500520540560580600620640表22既有曲线拨距计算表曲线拨距计算EESEJ1501140106008701110085008700900105010701180127ES14242083072438/039461555507064786753018661798733111648125364L36RL013L12L02/24R1108330833083308330833083308330833083308330833L2/2R与XA10233752989137206453225423763953744688578497900110815124531设计曲线渐伸线长度计算L或X9152889172889192889212889232889252889272889292889312889332889352889设计曲线主要设计点里程8QZK115845542EJ724094306183795246044549856469975211865129862611153012523720BF65704652473348092894197141051211301121141290413707既有曲线角面积计算F516150795001507731622159507970008080515951617F41615241239516220159523922415950161720B弧度31130915324A“21255013010既有曲线测量资料测点里程1660680700720740760780800820840860续表22第3章线路大修纵断面设计31纵断面设计的特点及原则311设计特点线路大修的纵断面设计是在原有建筑设备的基础上进行，并在保持原有限制坡度的条件下，修正和改善原有纵断面上不符合技术要求的部分。因此，纵断面的改善设计，必然会受到原有建筑物的严格限制。例如拉坡设计，会受到车站内的天桥、地道、站台及区间的跨线桥、架空桥、桥梁和隧道等建筑净空的限制，一般说是不能随意抬道或落道的。（略）312设计原则线路大修的纵断面设计是一项复杂而费事的工作，而线路大修施工又是在营业线上列车间隙内或“天窗”中进行的。这些特点决定了大修设计的特殊性。因而设计时必须充分了解掌握线路上设施物的技术状态，结合提高线路质量和改善技术设备的要求，充分考虑设计断面与原有设备间的协调性与适应性，并应特别注意以下几项原则1从确保行车安全出发，消除线路纵断面上不符合技术要求的地段。（略）32纵断面设计技术条件线路大修纵断面设计，须符合下列各项基本技术条件1尽可能改善原有线路坡度，如原有线路超过限制坡度且改善有困难时，允许保留。2尽可能设计长的坡段，每段坡长一般不短于该区段到发线有效长的一半，个别困难地段，应不短于200M。3相邻坡段的连接，应按原线路标准设计为抛物线形或圆曲线形的竖曲线凡相邻坡段的坡度代数差大于2时，须用抛物线形竖曲线连接。每20M竖曲线长度的变坡率，凸形纵断面地段不得大于1，凹形地段不得大于05。（略）33纵断面设计方法331纵断面设计步骤纵断面改善设计按下列顺序进行1熟悉和整理纵断面外业测量资料及有关现场调查资料；2根据测量和调查资料绘制原始平纵面图，其比例分别为纵向150；横向15000。图中原有线路平面根据原有平面资料进行绘制，注明里程，曲线起讫点位置，曲线半径，圆曲线长度及缓和曲线长度；（略）332设计纵断面线路大修纵断面设计是在现有纵断面图上按下列步骤进行1确定计算轨面标高根据采用的新轨道总厚度及现有路基面标高，定计H出各百米标的“计算轨面标高”计33计路轨H垫枕床H式中，现有路基面标高；路H设计采用的新轨高度；轨H新轨下垫层厚度；垫新轨枕高度；枕规定的道床允许最小厚度，根据正线轨道类型表选用。床2初步设计纵断面设计纵断面是从固定建筑物该点不能起道，作为控制点开始，参考“计算轨面标高线”及设计技术条件，定出变坡点的位置及标高，初步确定设计坡度。I（略）34原始资料大修地段位置线K114000K119100，全长5KM。现有线路条件该大修地段属于I级干线，正线数目单线，限制坡度12，最小曲线半径为500M，到发线有效长度850M。原有线路纵断面测量资料见表31。表31线路纵断面测量资料里程道床厚度CM现有轨面标高M附注K1140002918654站出站信号机10024185682001818475300261841340025183355002718273600182626508118261215M，432M钢桥7001826380025182659002718279K11500023182841001818286100501818286道口、宽1M20024182913001618301400201830350020183026002218307700211831380020183099002318259K1160002518169100221806220020179643002017868400241777050011176866001417603700181751580019174299002417344K11700024172481002417146200201705230021169784002016922500161687460017168617001816868续表31里程道床厚度CM现有轨面标高M附注80019168499002116856K1180001916921100161698720023170083002317028400231704550015170656001617085700201710180021171099002017110K11900016171141002017121站进站信号机35设计数据及计算结果经计算得出数据如表32所示（略）36设计纵断面图设计线起点里程为K114000，终点里程为K119100，全长5000M。线路含有一个道口，道口宽1M；一座钢梁桥。坡段最长为900M，最短为200M。含有两个平曲线，曲线半径为500M，曲线半径为600M。上坡坡度最大为51，下坡坡度最大为91。当相邻两坡段坡度差大于30时，应设竖曲线，所以共设置6条竖曲线。现有道床最厚为29CM，设计道床最厚为67CM，挖路基最深为24CM。基本符合纵断面设计标准。在挖路基时比较集中，基本符合经济合理的要求。纵断面设计图见附录B图号01。第4章路基上无缝线路设计无缝线路是用标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称为焊接长钢轨线路。无缝线路是轨道结构技术进步的重要标志。41无缝线路基本技术条件411无缝线路分类无缝线路按钢轨内部的温度应力处理方式的不同，可分为温度应力式和放散温度应力式两种类型。（略）412无缝线路铺设地段和位置无缝线路铺设地段和位置，应符合下列条件1轨下基础稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出和大于15MM的冻害。（略）413无缝线路结构组成温度应力式无缝线路包括固定区、伸缩区和缓冲区。1伸缩区长度根据计算确定。2固定区为长轨减去两端伸缩区的长度。每段长轨的长度，应根据线路情况和施工条件决定，原则上应与自动闭塞区段的长度一致。若受条件限制，固定区也不应短于50M。3缓冲区一般由24节标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为4节胶接绝缘接头为35节。414缓冲区和伸缩区的设置缓冲区应设在下列地点1两段长轨之间；（略）415两股长轨锁定轨温铺设无缝线路时，左右两股长轨的锁定轨温应基本相同，如不同，不得超过5。42钢轨强度检算设计所需资料1线路条件某线路K114000至K119100区段，包括直线和曲线，曲线段最小半径为500M；钢轨类型60KG/M，457MPA，25M长的标准轨；轨枕S型混凝土轨枕，1760根/KM；道床碎石道床，05MPA，道床厚度45CM；路Z基砂黏土，015MPA；最高轨温580，最低轨温305。12运营条件客运机车韶山8VMAX160KM/H；货车韶山3VMAX100KM/H。3轨道强度计算资料表4160KG/M钢轨计算资料钢轨钢轨支座刚度DN/CM断面面积FCM2惯性矩IXCM4底部断面系数W1CM3头部断面系数W2CM3屈服强度MPAS钢轨底宽MMB计算钢轨计算轨下基础77453217396339457150300000700000表42型混凝土轨枕计算资料配置根/KM轨枕间距ACM长度LM枕端至轨中距离A1CM轨枕支承长度ECM有效支承长度CME平均底宽BCM17605682550951175275421按客运机车韶山8计算4211钢轨强度检算21078KN29M61M29M图41客运SS8机车轴重及轴距1计算刚比系数K值114417X30082CM256DEIA（略）4212混凝土轨枕计算1计算值K114417X006CM23568DEIA（略）4213道床顶面应力计算道床顶面的应力，无论是沿轨枕纵向还是横向，分布都是不均匀的，道床顶面上的平均压力可近似取为41DZMAXRBE式中，B275CM，。C517E16直线上MPAZ84201875曲线上MPAAX375碎石道床允许应力，因此道床强度满足要求。Z04214路基面应力计算道床应力计算的基本假设1道床上的扩散角按直线扩散规律从道床顶面传递到路基顶面；（略）422按货车韶山3计算4221钢轨强度计算1计算刚比系数K值114417X30082CM256DEIA31128KN230MM200M720M200M230M1580M图42货车SS3机车轴重及轴距（略）4222混凝土轨枕计算1计算值K114417X006CM23568DEIA（略）4223道床顶面应力的计算直线上MPAZ718MAX603625曲线上MPA碎石道床允许应力，因此道床强度满足要求。Z0A4224路基面应力的检算CM61935COT27CT1BH812E（略）423由钢轨强度计算容许的温降幅度无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在动弯应力、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，仍能正常工作。此时，要求钢轨所承受的各种应力的总和不超过规定的容许值，并据此钢轨强度条件确定容许的轨温变化幅度。1普通地段无缝线路的钢轨强度，按受拉和受压条件分别为43D1TCS442式中，钢轨轨底最大动弯应力；D1钢轨轨头最大动弯应力；2钢轨温度应力。T45TET（略）该区段直线和曲线上的钢轨动弯应力已经计算所得，见表47。表47钢轨动弯应力值计算条件客运货车钢轨动弯应力直线曲线直线曲线MPAD11354165411091632MPA21582193212961906由于客运机车的动弯应力值均大于货车的动弯应力值，所以只按客运机车计算。直线上DFD3514082C2TE曲线上DFD351640728T43稳定性检算通过前面钢轨强度计算结果，对该线路路基上的无缝线路进行设计。该线路属于大同地区，已知大同地区最高轨温为580，最低轨温305。CC431长钢轨轴向温度压力计算无缝线路稳定性的计算，不在于求出临界温度压力，因为在这之前胀轨已很明显，不能确保行车安全，而是在于对具有一定原始弯曲的轨道，求出它产生横向位移时的温度压力值。NP根据能量法原理和定曲率法，可推导出变形曲线弦长L及温度压力分别为4922322OE14EIILEIFQQR41022OE3NOE1FILLPFR式中，F变形曲线矢度，取F02CM；弹性原始弯曲矢度CM；OEF轨道框架水平刚度换算系数，其值取2；钢轨对竖直轴的惯性矩CM4；I变形曲线长度；L钢轨弹性模量，取值为；E572210MPA10N/CM合成半径。R411OP2OP08FRLR（略）432由稳定条件计算容许的温升幅度稳定条件容许最大轨温升高幅度413C2PTEF式中，对于路基地段无缝线路0；桥梁地段无缝线路为桥上无缝线PP路钢轨伸缩压力和挠曲压力中的较大者。长钢轨轨道稳定条件414CT由式412得直线上C2709469C85PTEF曲线上C16087941C25PTEF44无缝线路结构设计与计算441确定锁定轨温无缝线路设计锁定轨温应根据当地气象资料，无缝线路轨道的容许温升、容许降温，并考虑一定的修正量计算确定。1中和轨温确定415DCMAXINEK22TTTT式中，中和轨温；ET当地历年最高轨温；MAXT当地历年最低轨温；IN设计锁定轨温修正值，一般可取05。本设计取。KTCC3（略）442伸缩区长度计算直线上HTMAX9178407681MPLR拉峰曲线上T5265L拉峰根据相关规定，在设计中伸缩区的长度宜按100M计。443预留轨缝计算直线上长轨一端伸长量122HT5MAX79386404M119PEFR压（略）1普通线路或无缝线路缓冲区标准轨之间的预留轨缝值GMAXIN0SF22ATL直线上GMAXIN0SF5830180179M22TL（略）444轨条布置跨区间无缝线路和区间无缝线路的轨条布置应满足下列要求1跨区间无缝线路长轨条长度不受限制，区间无缝线路的长轨条长度应以车站最外道岔间的距离减去两个缓冲区长度计算；（略）445位移观测桩的布置位移观测桩是分析研究无缝线路长钢轨锁定轨温变化的重要依据，也是安排线路作业轨温范围的重要依据。因此，正确设置位移观测桩是跨区间无缝线路设计和施工的重要内容。无缝线路位移观测桩的设置应符合下列规定1线路应按单元轨节设置位移观测桩，其设置规定见图43。2位移观测桩必须预先埋设牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记应明显、耐久、可靠。图43单元轨节位移观测桩的设置单位M100L200/2L200/2100单元轨节长度L第5章桥上无缝线路设计51设计原则在桥上铺设无缝线路，可以减小列车动力作用，改善桥梁运营条件，减少轨道维修工作量，延长轨道