铁路及公路选线-区间线路平面设计

1、2020/8/11,1,铁路及公路选线, 铁路线路平面设计,土木工程学院 道路与铁道工程系 易思蓉,四川成都二环路北一段111号 电话87602879 邮编:610031 Email:,2020/8/11,2,铁路线路平面设计,铁路线路平面设计是指设计铁路线路空间曲线在地形平面的投影。通过灵活设计线路的直线、圆曲线和缓和曲线等技术参数，不仅可以使设计线满足铁路行车安全、平稳和舒适的条件，同时可使得工程和运营条件达到最佳。因此，铁路线路平面设计是选线设计的一个重要组成部分。,2020/8/11,3,线路平面的概念,线路中心线,线路的空间位置是由它的平面和纵断面决定的。

2、,用路基横断面上的O点在纵向的连线表示的。O点为距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点。,2020/8/11,4,线路平面的概念,线路平面 线路纵断面,是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后、线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。,线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面状况。,2020/8/11,5,线路设计的基本要求,保证行车安全和平顺 力争节约资金 合理布置建筑物,主要指：不脱钩，不断钩，不脱轨，不途停，不运缓与旅客乘车舒适。,综合考虑工程和运营的影响，力争达到达到最佳投资效益。,既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理,2020/8/11

3、,6,平面组成,线路平面由曲线和与之相切的直线组成。铁路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。,概略设计的平面,详细设计的平面,2020/8/11,7,曲线要素,对于未加设缓和曲线的圆曲线，曲线要素包括：偏角，圆曲线半径R，切线长Ty，曲线长Ly和外矢距Ey。, Ty=Rtan (m), 2,R Ly= (m), 180, Ey=R(sec - 1) (m) 2,2020/8/11,8,曲线要素,对于加设缓和曲线后的曲线，曲线要素包括：偏角，圆曲线半径R，切线长T，曲线长L和外矢距E。, T=（R+P）tan + m (m) 2,(-20)R R L= + 2l0 + l0 (m) 180 180, E

4、=(R+P)sec - R (m) 2,2020/8/11,9,曲线主点里程,加设缓和曲线后的曲线上各主点里程：,ZH（直-缓）点里程在平面图上量得； HZ（缓-直）里程=ZH里程+L（曲线长度） HY（缓-圆）里程=ZH里程+ l0 YH（圆-缓）里程=HZ里程- l0,2020/8/11,10,曲线主点里程,未加设缓和曲线的圆曲线与加设缓和曲线后的曲线上各起讫点（主点）里程的关系：,ZY（直-圆）里程=ZH（直-缓）+l0/2,YZ（圆-直）里程=HZ（缓-直）-l0/2,2020/8/11,11,纸上定平面的方法,在地形图上选定控制线路走向的控制点； 用直线连接相邻控制点； 相邻直线间用

5、适当的曲线连接，并使曲线与直线相切。 量取曲线偏角 计算曲线要素和主点里程,2020/8/11,12,直线,直线设计的一般原则 1）根据地形地物条件，使直线与曲线相互协调 2）力争设置较长直线，减少交点个数，以缩短线路长度，改善运营条件 3）力求减少交点转角的度数,2020/8/11,13,直线,夹直线概念 夹直线是指相邻两曲线间的直线段，即前一曲线的终点（HZ1）与后一曲线的起点（ZH2）间的直线,2020/8/11,14,直线,夹直线应满足的条件： 1) 满足养护维修的要求，LJmin4080m 2) 满足行车平稳的要求， LJminVmaxtz/3.6 + LZ,2020/8/11,15

6、,直线,夹直线长度的设计条件 夹直线长度LJ =相邻两曲线交点之间的距离-T1-T 在平面仅绘出圆曲线时，相邻两圆曲线端点（YZ1，ZY1）间的直线长度为： Ll01/2 + LJmin + l02/2,2020/8/11,16,直线,调整夹直线方法,2020/8/11,17,圆曲线曲线超高,定义： 外轨超高是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。 曲线超高的作用 抵消惯性离心力的作用，达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客舒适感，提高线路稳定性和安全性。,2020/8/11,18,曲线超高,设置方法 外轨提高法和线路中心高度不变法。 1）外轨提高法：保持内轨高程不变而只是抬高外轨，

7、是我国铁路普遍使用的方法。 2）线路中心高度不变法：内外轨分别各降低和抬高超高值一半而保证线路中心标高不变。在建筑限界受到限制时才采用。,2020/8/11,19,外轨超高计算,超高计算公式,列车通过曲线时的离心加速度为,（m/s2）,外轨超高产生的向心加速度值为,（m/s2）,令：,即 ：,2020/8/11,20,外轨超高计算,相应的外轨超高值为 ：,当V取各次列车的平均速度时，则：,对于标准轨距线路则有：,2020/8/11,21,平均计算速度,既有线上的计算方法 考虑每一次列车的速度V和质量G，平均速度取每昼夜通过该曲线列车牵引质量的加权平均速度：,N-每昼夜通过的相同速度和牵引质量的

8、列车次数,2020/8/11,22,平均计算速度,在新线设计和施工时的计算方法 采用简化方法计算：,（km/h）,速度系数，在客货共用的线路上总是小于1。根据我国运营统计资料，一般地段采用0.80，单线上、下行速度悬殊地段可采用0.65。,实设超高为 ：,(mm),2020/8/11,23,最大超高允许值,最大超高的影响因素 1）安全因素：即车辆在有超高的曲线中停车或低速通过时，如果从曲线外侧来风不会使车辆向内侧颠覆； 2）舒适度：另一方面是从舒适度上考虑，即旅客不会因车辆的倾斜而感到不舒服。 最大超高允许值 一般线路地段：150mm； 单线铁路上、下行速度悬殊地段：125mm。,2020/8

9、/11,24,未被平衡的超高,原因： 当V=Vp时，惯性力与超高提供的向心力正好相等；旅客没有不舒适感； 当V Vp，离心力向心力，超高不足，称为欠超高； 当VVp，离心力向心力，超高过大，称为过超高； 欠超高和过超高通称为未被平衡的超高。,2020/8/11,25,未被平衡的超高,未被平衡的欠超高 计算式： 允许值：一般70mm，困难:90mm 未被平衡的过超高 计算式： 允许值：我国新建铁路允许值取3060mm,2020/8/11,26,曲线半径对行车速度的限制,从欠超高公式可知，当欠超高取允许值时，最高行车速度为：,2020/8/11,27,曲线半径对行车速度的限制,最大超高取150mm

10、，允许欠超高取75mm，最大速度为,最大超高取125mm时，允许欠超高取90mm，最大速度为：,最大超高取150mm，允许欠超高取90mm，最大速度为：,2020/8/11,28,曲线半径对工程影响,增加线路长度: Lr=2(TD-Tx) + Kx-KD,2020/8/11,29,曲线半径对工程的影响,降低粘着系数 轨道需要加强 小半径曲线上，装置轨撑和轨距杆，加铺轨枕，增加曲线外侧道床宽度，增铺道碴，从而增大工程投资。 增加接触导线的支柱数量,为防止受电弓与接触导线脱离，接触导线的支柱间距应随曲线半径的减小而缩短，从而增加了导线支柱的数量。,2020/8/11,30,曲线半径对运营的影响,增

11、加轮轨磨耗 维修工作量增大 行车费用增高,2020/8/11,31,曲线半径对工程和运营的影响,总之，小半径曲线在困难地段，能大量节省工程费用，但不利于运营，特别是曲线限制行车速度时，影响更为严重。因此必须根据设计线的具体情况，综合工程与运营的利弊，选定设计线合理的最小曲线半径。,2020/8/11,32,最小曲线半径计算式,最小曲线半径是一条设计干线或其中某一路段允许采用的曲线半径最小值。其确定因素主要是旅客舒适条件和钢轨磨耗均等条件。 旅客舒适条件,11.8Vmax2 Rmin1= (m) hmax + hQY,2020/8/11,33,最小曲线半径计算,轮轨磨耗均等条件,11.8(Vma

12、x2- VJF2) 高速通过时：Rmin1= (m) hQY,11.8(VJF2- VH2) 低速通过时：Rmin2= (m) hGY,11.8(Vmax2- VH2) 上两式相加：Rmin3= (m) hQY + hGY,Rmin=maxRmin1, Rmin1, Rmin3,2020/8/11,34,选定最小曲线半径的影响因素,路段最高设计速度 货物列车的通过速度 地形条件 综合选定,设计线最小曲线半径可根据具体情况分路段拟定。必要时，可初步拟定两个以上的最小曲线半径，选取设计线的代表性地段，通过技术经济比较，并结合上述因素分析评价，确定采用的最小曲线半径。,2020/8/11,35,缓和

13、曲线,设置缓和曲线的作用 1）连接直线和半径为R的曲线；曲率由直线上的0渐变为1/R； 2） 在缓和曲线范围内，外轨超高由直线上的0值逐渐增加到圆曲线的超高度； 3） 当缓和曲线与半径小于350m的圆曲线相连接时，在整个缓和曲线范围内，轨距加宽值由零逐渐增加到圆曲线的加宽值。 特征：一条曲率和超高均渐变的空间曲线。,2020/8/11,36,常用缓和曲线的线型,线型 直线顺坡式三次抛物线 基本方程应满足的条件 当l=0时，K=0； 当l= l 0时，K=1/R 参数方程式,2020/8/11,37,缓和曲线的长度计算,超高顺坡不致使车轮脱轨,2020/8/11,38,缓和曲线的长度计算,超高时

14、变率不致使旅客不适 旅客列车以最高速度通过缓和曲线时，外轮在外轨上逐渐升高，其升高速度即超高时变率，不应大于保证旅客舒适的容许值 f（mm/s），即,2020/8/11,39,缓和曲线的长度计算,欠超高时变率不致影响旅客舒适 旅客列车以最高速度通过缓和曲线时，欠超高时变率不应大于保证旅客舒适的容许值b（mm/s），即,故：,2020/8/11,40,缓和曲线的长度计算,最小缓和曲线长度的确定 最小缓和曲线长度l0应取上述诸式计算结果的最大值，即：,2020/8/11,41,缓和曲线间圆曲线的最小长度,夹圆曲线的概念,2020/8/11,42,缓和曲线间圆曲线的最小长度,应满足的条件 两缓和曲线

15、间圆曲线的最小长度，应保证行车平稳，并考虑维修方便。 在线路平面设计时，为保证圆曲线有足够的长度，曲线偏角 、曲线半径R和缓和曲线长度l0 三者间应满足下式关系：,2020/8/11,43,线间距,定义：线路正线数目为双线或三线时，区间两相邻线路中心线之间的距离称为线间距离。 直线地段的线距 1）一、二线间距离 线距=2(0.5机车车辆限界宽+列车信号限界宽 +会车安全距离) =2(1700+100)+400=4000mm=4.0m 2）二、三线间距离 线距=20.5建筑接近限界宽+信号机宽 =22400+410=5290mm=5.290m,2020/8/11,44,区间曲线地段线距加宽,加宽原因 1）车辆与轨道几何,L-车体长度，取26m；Z-转向架中心距离，取18m,Z2 （ L2- Z2) W1 , W2 (mm) 8R 8R,Z2 182 40500 W1 = 1000= (mm) 8R 8R R,（ L2- Z2) （262-182) 44000 W2 = 1000 = (mm) 8R 8R R,2020/8/11,45,区间曲线地段线距加宽,加宽原因 2）曲线外轨超高,H W3= hSH(mm)， 1500,2020/8/11,46,区间曲线地段线距加宽,加宽值的计算,2）外侧曲线实设超高内侧曲线实设超高,1）