第二章 高速铁路线路.ppt

1、第二章 高速铁路线路,主要内容,第一节 概述 第二节 线路的平纵断面 第三节 路基与桥梁 第四节 轨道 第五节 轨道技术监测及维修管理,第一节 概述,1.1 线路整体工程,1.2 高速铁路线路特征,1.3 列车风对安全运行的影响,1.1 线路整体工程,（1）广义的线路概念,指除供电、接触网、通信信号以外的所有基础设施。 包括：平纵断面、路基、轨道、桥隧以及建筑材料,（2）线路承受力,附加竖直力 纵向水平力 横向水平力 内部温应力,随着速度的提高，线路处于更为复杂的工作条件下的工程结构，需要达到新的线路特征。,1.2 高速铁路线路特征,高平顺性 高稳定性 高精度、小残变、少维修 宽大、独行的线路

2、空间 高标准的环境保护 严格的轨道状态检测和严密的防灾安全监控 开通运营之日列车即可以设计速度运行,其中，高平顺度是设计、建设高速铁路的控制性条件，也是有别于中低速铁路的最主要特点。,高平顺性,速度的影响导致振动和轮轨动作用力增加,（1）线路平顺性对旅客的影响,波长40m，幅值10mm的连续不平顺 波长40m，幅值5mm的方向不平顺 散点式局部不平顺,（2）对轮、轨及路面环境的影响,高稳定性,区别：“强度”控制Vs“形变”控制 导致经常维持，恶化路况 导致道床厚度不一致，残余变形积累不均匀,法：路基铺轨后，5年内最大允许沉降量5cm,防止挠度变形 限制预应力徐变上拱 温差结构变形 墩台处的纵向

3、位移,（1）路基：稳定、沉降小且沉降均匀,（2）桥梁：足够大的刚度,宽大、独行的线路空间,高精度、小残变、少维修,严格控制轨道铺设精度,保证小的残余变形,列车风的存在，要求宽大的行车空间,动能和惯性力的大幅增加，线路采用全封闭形式,高标准的环境保护,（1）高速铁路文化,（2）防止噪声污染,严格的轨道状态检测和严密的防灾安全监控,开通运营之日列车即可以设计速度运行,（1）及时校正位移、变形 （2）实时监测灾害信息,1.3 列车风对安全运行的影响,1.3.1 列车绕流的基本气动特征,（1）现象 （2）影响,1.3.2 正线间距,式中：,D 正线间距； Y 会车压力波允许值要求的距离； B1、B2

4、两列交会车的宽度。,实质上在于Y值的合理确定,会车压力波,其大小与速度、列车头型系数、列车长度、线路环境、列车观测点位置等有关,列车头型系数,列车头部变高范围长度与列车车宽之比,会车压力波的允许值,国外状况 日本、法德具有不同特征 我国规定,高速列车：1.8kpa 中速列车：1.5kpa,线间距的取值受行车速度、头形系数r和会车压力波允许值的影响,京沪高速线间距5.0m，车辆宽3.1m,Q: 普通线路线间距是如何规定的？,京沪按线间距不变的并行双线设计,曲线地段以左线为基准（下行线），右线设计为左线同心圆。 区间正线按5m设计，曲线地段线间距不予加宽，站内、桥、隧同,速度与工程造价的关系,1.

5、3.3 列车风对安全的影响,列车风对线路两侧的影响 列车风对高架桥维修通路的影响 列车风对站台人员的影响 列车风对列车会车的影响 隧道内列车风的影响,人员安全退避距离：,当v300km/h时，车站取2.0m,线路取3.0m,建筑限界,建筑限界,规面高程； 客运专线铁路机车车辆限界； 区间及站内正线（无站台）建筑限界； 有站台时车站建筑限界； 轨面以上最大高度； 接触网立柱跨中利用承力索驰度时的规面以上高度； 股道中心至建筑限界的最大宽度； 站内正线股道中心至站台边缘的宽度； 站内侧线股道中心至站台边缘的宽度。,京沪客专建筑限界基本尺寸及轮廓图,建筑限界,曲线内侧加宽：,（mm）,曲线外侧加宽：

6、,（mm）,式中 ：,曲线外轨超高值(mm)；,建筑限界高度(m)。,在确定客运专线铁路建筑限界的最大宽度时，各种横向偏移量已按最不利情况组合，并增加150m的安全裕量，因此车体横向偏移量的加宽已无必要。客运专线铁路曲线上的限界，只须因超高车体倾斜的内侧加宽量，即,（mm）,8000m时,值可采用150mm，,7000m时,内侧曲线地段限界加宽范围为全部圆曲线和缓和曲线及部分直线。,值可采用180mm。,第二节 线路的平纵断面,2.1 线路平面 2.2 线路纵断面,Q： 1、线路平、纵断面的组成因素分别是什么？ 2、线路出现平、纵断面的原因是什么？,2.1 线路平面,2.1.1 曲线的影响,（

7、1）曲线存在的意义：,减少工程量，减少投资数,（2）曲线带来的缺陷：,降低行车速度，增加轮轨磨耗,曲线带来的影响大小，取决于曲线半径的大小,影响最小曲线半径的因素,2.1 线路平面,2.1.2 超高度,（1）理论超高,（2）最大超高,（3）过超高与欠超高,日本200mm，法国180mm，德国85mm 我国暂定180mm,影响 欠超高允许值hq 过超高允许值hg,未被平衡的超高,2.1 线路平面,2.1.3 最小曲线半径,在纯高速列车运行的线路上最小圆曲线半径取决于最高速度、实设超高与欠超高之和的允许值等因素,2.1 线路平面,2.1.3 最小曲线半径,在高、中速旅客列车共线运行的线路上，最小圆

8、曲线半径主要取决于高速列车最高运行速度、中速列车运行速度、欠超高、过超高之和的允许值等因素,曲线半径的合理选择,曲线半径的选用，首先应考虑满足规定的行车速度和舒适度要求。并结合地形地貌、工程地质、重大桥渡、跨越条件和车站设置等因素，选用适应的曲线半径，尽量减少工程，减少各种设施及房屋建筑物的拆迁或改移。求取速度与工程经济的合理结合。 就速度、舒适度和运行条件而言，平面设计应优先采用以下曲线半径：,速度350 kmh，R 7000-12000 m； 速度250 kmh，R 3500-12000 m； 速度200 kmh，R 2200-12000 m。,2.1.4 缓和曲线,（1）线型选定,直线超

9、高型：三次抛物线,曲线超高型：一波正弦、半波正弦、七次四项式,理论分析：,影响舒适性的主要指标,未被平衡的横向加速度,未被平衡的横向加速度时变率,车体倾斜角速度w,结果分析加试验表明,缓和曲线类型并不是制约行车运行速度的决定性因素，缓和曲线的长度也就是缓和曲线的动力学参数取值，才是影响行车速度的关键。,考虑到三次抛物线线形简单、设计方便、现场运用经验丰富等特点，高铁仍以三次抛物线为首选线型。困难条件下，缓和曲线不能保证足够长度时，可采用三次抛物线圆改善型缓和曲线。,2.1.4 缓和曲线,（2）缓和曲线的长度,是对行车的安全平顺性有着直接影响的。,其长度重点考虑以下因素：,外轨超高的递增坡度不致

10、使内轮轮缘脱轨,外轨升高速度不致影响旅客的舒适,未被平衡离心加速度的增长率不影响旅客的舒适,外轨升高速度不致影响旅客的舒适,2.1.4 缓和曲线,（3）增加夹直线的长度,夹直线,京沪：,一般条件下：,困难条件下：,（3）两相邻缓和曲线间夹直线和圆曲线的最小长度,理论依据：列车在缓和曲线进出口（即夹直线或圆曲线的起终点）产生的列车振动不产生叠加 。 实验表明：列车在缓和曲线进出口所产生的激挠振动通常在一个半至两个周期内基本衰减完，车辆振动周期约为1.0 s，则夹直线或圆曲线最小长度为：,（m）,式中： L夹直线、圆曲线最小长度（m）; T车辆振动周期为1s。,国外夹直线、圆曲线最小长度，日本东海

11、道和山阳新干线为0.42v，德国ICE线0.6v，法国TGV线0.67v，正在施工的地中海TGV线则为1.0v。,我国客运专线确定一般条件下为0.8v，困难条件下为0.6v。,（4）曲线与道岔、桥梁、隧道的连接,曲线与道岔的连接 位于车站两端的道岔连接可根据相应的设计速度按下列公式计算： 一般条件下：L0.6v 困难条件下：L0.4v 式中：L 直线段长度（m）；V 设计速度（km/h）,SS9单机牵引旅客列车均衡速度表,坡度与速度、牵引动力的关系,纵断面对速度影响随不同种类列车而异。开行动车组的列车由于其牵引质量较轻、牵引功率大，在长大坡道运行对速度基本没有影响。 SS9型电力机车是我国目前

12、干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车，持续功率4800kW、最大功率5400kW，牵引工况恒功速度范围为99-160kmh，最高速度为170kmh。,SS9双机牵引旅客列车均衡速度表,2.2.1 区间正线最大坡度,2.2 线路纵断面,坡度与地形的关系,由于客运专线铁路曲线半径大，地形条件是选择最大坡度的主要因素。 平原地区坡度大小对工程造价的影响不大，如京沪客运专线宁沪段曾对8、12、15和20最大坡度的工程做经济比较。其结果，四种不同坡度的工程造价差别为；8比12增加工程费1.22亿元，15、20分别比12增加0.25亿元和0.27亿元，15和20比12的投资差额不及总造价的0.5。 丘陵和低

13、山区采用不同坡度将明显影响工程造价。如法国东南线采用35大坡，线路顺低山地形起伏爬行，没有出现一座隧道，桥梁也只占全线长的2.8，消除了大量桥隧工程。其纵断面设计是成功的一例。,2.2.1 区间正线最大坡度,区间正线的最大坡度应根据牵引种类和工程情况，经牵引计算检算并经过比选后确定。,动车组适应坡道上的加速性能,2.2.1 区间正线最大坡度,不同坡度动能闯坡性能,综上所述，动车组的功率质量比大，对坡度适应能力强。,2.2.1 区间正线最大坡度,根据新建时速200-250公里客运专线设计暂规规定：正线最大坡度不大于20；动车组走行线最大坡度不应大于30。且最大坡度不考虑平面曲线阻力和隧道阻力的坡

14、度折减。,图片5-2-1 “蓝箭”号动车组,图片5-2-2 “中华之星”号动车组,2.2.1 区间正线最大坡度,（1）相邻坡度差值,普通铁路考虑货物列车在凹形或凸形纵断面时保证货物列车不挤钩脱轨和断钩，规定了允许的最大相邻坡坡差值。客运专线铁路的相邻坡度差值可不受限制。,2.2.2 竖曲线,（2）竖曲线半径,竖曲线半径，取决于列车在竖曲线运行时所产生的竖向离心加速度。受此限制的竖曲线半径为：,根据国外高速铁路的经验，为乘客舒适度允许的竖向离心加速度 取值为0.4ms2，则竖曲线半径为：,2.2.2 竖曲线,式中： 竖曲线半径(m)； 线路确定的最大行车速度(kmh)； 离心加速度(m/ s2)

15、,竖曲线半径,理论上，线路纵断面直线与圆曲线的连接同平面情况应设纵向缓和曲线。但竖曲线半径比平面曲线半径大很多，运行条件比平面好，且因大半径曲线再设缓和曲线，难以保持线型，竖曲线与直线坡连接无需设缓和曲线。,2.2.2 竖曲线,（3） 最小坡段长度允许值,（m）,最小坡段长度设置目标：为使一列车不跨越在两个及以上变坡点上，附加力影响不叠加，最小坡段长度应不小于一个列车长度。,竖曲线切线长,式中 ： 竖曲线半径(m)； 坡度差的绝对值，上坡为正值，下坡为负值（%）。,2.2.2 竖曲线,（3）最小坡段长度允许值,最小坡段长度为：,式中： 分别为两条竖曲线的半长； 两竖曲线间最小间隔距离，取50m

16、，困难情况下取30m，特别困难下取0m。,正线最小坡段长度不宜小于800m，困难条件下不应小于600m，且不得连续采用。 动车组走行线的最小坡段长度不宜小于200m，困难条件下不应小于50m。,2.2.2 竖曲线,（4）竖曲线与缓和曲线、圆曲线的设置,竖曲线与缓和曲线设置条件,由于超高顺坡，既形成不了缓和曲线线形也形成不了竖曲线线形，如图阴影部分为竖曲线变化高度与缓和曲线顺坡叠加，形成不规则纵断面和恶化缓和曲线顺坡，这将影响轮轨作用、行车安全和旅客舒适度。 因此，竖曲线在任何条件下均不应与缓和曲线重叠设置。即变坡点不应设在缓和曲线上。,2.2.2 竖曲线,（4）竖曲线与缓和曲线、圆曲线的设置,

17、竖曲线与圆曲线设置条件,为减少工程投资可以考虑竖曲线与圆曲线的重叠设置。一般情况下的设置条件为较大半径的竖曲线与大于等于最小半径的圆曲线重叠设置，即： 速度300kmh，竖曲线半径25000m、圆曲线半径7000m。 250 km/h速度300 kmh，坚曲线半径20000m，圆曲线半径3500 m。 160 km/h速度250kmh，竖曲线半径15000m，圆曲线半径2200 m。 在困难情况下，标准半径的竖曲线可以与小于各挡速度的最小半径的圆曲线重叠设置。在特殊情况时，可以采用较小挡次半径的竖曲线与小半径圆曲线重叠设置。,2.2.2 竖曲线,第三节 路基与桥梁,3.1 路基的重要性 3.2

18、 路基的基本形式 3.3 路基工后沉降控制 3.4 桥梁,路基工程,无碴轨道对路基残余变形（工后沉降及沉降差）控制要求严格，参考德国和日本经验，控制标准如下：,第四节 轨道,4.1 轨道结构的基本类型 4.2 轨道组成部分,4.1 轨道结构的基本类型,4.1.1 有砟轨道,（1）优缺点,优点：,结构简单，造价低；弹性与减震性能好,缺点：,横向抗力较小；后期维修费用大,（2）条件改善方法,采用高强度钢轨。如UIC60 采用双块式混凝土枕，增加横向受力点 提高轨枕铺设密度 提高道砟压实度 采用性能更好的弹性扣件,4.1 轨道结构的基本类型,4.1.2 无砟轨道,（1）定义,优点：,缺点：,（2）优

19、缺点,采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒体碎石道床的轨道结构统称为无砟轨道。,良好的结构连续性和平顺性,良好的结构恒定性和稳定性,良好的结构耐久性和少维修性能,工务养护、维修设施减少,免除高速条件下有碴轨道的道碴飞溅,减少客运专线特级道碴的需求,建设期工程总投资大于有碴轨道,无碴轨道弹性较差,修复、调整困难,我国对无砟轨道应用的考虑：,首先应用于混凝土桥梁、高架结构及有仰拱的隧道内，有条件的车站正线、到发线亦可,工后徐变上拱量控制在扣件调高量范围内,扣件调高量的要求,进一步加强完善工艺,（3）无碴轨道类型及特点,整体结构式：支承钢轨的混凝土与混凝土基础浇注或预制成为一体。 直接支承结构式

20、：基础上直接铺设无碴轨道。,按结构分类的无碴轨道,（4）无碴轨道设计,无碴轨道采用标准 钢轨类型：按一次铺设跨区间无缝线路设计。钢轨采用60kg/m U75V热轧新轨。 扣件：路基及隧道内采用WJ-7型分开式扣件，桥上采用小阻力弹条分开式扣件 道床类型 双块式无碴轨道 轨枕埋入无碴式轨道 板式轨道,板式轨道,板式轨道分为普通平板型、框架型和减振型三种。由钢轨、弹性分开式扣件、充填式垫板、轨道板、板下橡胶垫层（仅减振型板式轨道采用）、CA砂浆调整层、凸形挡台及混凝土底座等组成。,双块式轨道,双块式轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板和底座（仅在桥梁上设置）以及混凝土支承层（仅在路基上设置）等组成

21、。,（5）无碴轨道相关工程,路基工程,无碴轨道对路基残余变形（工后沉降及沉降差）控制要求严格，参考德国和日本经验，控制标准如下：,钢筋混凝土桩网结构,钢筋混凝土桩板结构,4.2 轨道组成部分,4.2.1 钢轨与联接零件,（1）力学性能,刚硬性,柔韧性,60kg/m,抗弯性,（2）类型选择,外形尺寸的精确度 内部质量的纯净度,（3）质量要求,（4）铺设情况,无缝线路，钢轨伸缩调节器,4.2 轨道组成部分,4.2.1 钢轨与联接零件,（5）检查情况,着色探伤,（6）弹性扣件,埋置螺栓的弹性扣件,超声波探伤,内部缺陷：,表面缺陷：磁粉检查,4.2 轨道组成部分,4.2.2 轨枕,木枕,整体式,混凝土枕,我国采用型混凝土枕,双块式,4.2.3 道床,由30