《选线设计》第3章(1)-区间线路平面设计.ppt

1、2020/10/19,1,选线设计, 线路平面和纵断面设计,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:,2020/10/19,2,线路平面和纵断面设计,学习要点 了解线路中线、线路平面、线路纵断面的含义、设计的基本要求、平面-纵断面图的意义 理解线路平面、纵断面各项技术参数的含义及确定原则 掌握最小曲线半径、缓和曲线、夹直（圆）线长度、最大坡度、最小坡段长度、竖曲线半径等线路主要技术标准的确定原理 掌握最大坡度折减原理和方法 了解线间距确定原理和方法,2020/10/19,3,铁路线路

2、的基本概念,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。,2020/10/19,4,铁路线路的基本概念,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。,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。,2020/10/19,5,线路平面的概念,线路平面 线路纵断面 铁路设计的基本文件 线路平面图、线路纵断面图,是沿线路中心线所作的铅垂剖面

3、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。,2020/10/19,6,线路设计的基本要求,保证行车安全和平顺 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。 力争节约资金 综合考虑工程和运营的影响，力争达到达到最佳投资效益。 合理布置建筑物 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,2020/10/19,7,区间线路平面设计,2020/10/19,8,平面组成及基本线形,列车运行轨迹的基本特征 1）列车运行轨迹应当是连续且圆顺的，即在任何一点上不出现错头和破折； 2）其曲率是连续的，即

4、轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值； 3）其曲率的变化率是连续，机轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。,2020/10/19,9,平面组成及基本线形,基本线形 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。,2020/10/19,10,平面组成及基本线形,基本线形 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。,0,R,R,YZ,ZH,HY,YH,ZY,YH,直线,缓和曲线,圆曲线,半径变化,=R,=R,R,T,曲线与直线的连接,2020/10/19,11,平面组成及基本线形,2020/10/19,12,平面组成及基本线形,2020/10/19,

5、13,平面组成及基本线形,2020/10/19,14,绕避村镇,曲线展线克服高程,绕避障碍,曲线的利用,2020/10/19,15,平面组成及基本线形,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；,2020/10/19,16,直线,直线设计的一般原则 根据地形地物条件，使直线与曲线相互协调 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 力求减少交点转角的度数,2020/10/19,17,直线,两相邻曲线间的夹直线长度 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,2020/10/19,18,直线,

6、两相邻曲线间的夹直线长度 最小夹直线长度 满足养护维修的要求 不小于23节钢轨：LJmin50m75m，不小于25m; 线形连续性：判明直线或曲线，应大于50m； 大型养路机械：不应小于5070m,2020/10/19,19,直线,两相邻曲线间的夹直线长度 最小夹直线长度 车辆横向摇摆不致影响行车平顺 夹直线长度不宜短于23节客车长度 客货共线铁路：夹直线长度不宜短于48.076.5m 高速客运专线：夹直线长度不宜短于5684m,2020/10/19,20,直线,两相邻曲线间的夹直线长度 最小夹直线长度 车辆振动不致影响旅客舒适 ttZ = nT 为具有时间量纲的系数，我国的取值为：客货共线铁

7、路，当Vmax160km/h，140km/h时，一般取0.8，困难取0.5；当Vmax120km/h时，一般取0.6，困难取0.4。客运专线铁路，一般取0.8，困难取0.5。,LJVmax （m）,2020/10/19,21,表31 夹直线及圆曲线最小长度（m）,直线,2020/10/19,22,直线,两相邻曲线间的夹直线长度 夹直线长度的保证 夹直线长度LJ =相邻两曲线交点之间的距离-T1-T2 相邻两圆曲线端点（YZ1，ZY1）间： Ll01/2 + LJmin + l02/2,2020/10/19,23,圆曲线,曲线图示,概略设计的平面,详细设计的平面,2020/10/19,24,圆曲

8、线,曲线要素 对于未加设缓和曲线的圆曲线, Ty=Rtan (m), 2,R Ly= (m), 180, Ey=R(sec - 1) (m) 2,2020/10/19,25,圆曲线,曲线要素 加设缓和曲线后的曲线, T=（R+P）tan + m (m) 2,(-20)R R L= + 2l0 + l0 (m) 180 180, E=(R+P)sec - R (m) 2,2020/10/19,26,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,圆曲线,2020/10

9、/19,27,圆曲线,曲线上各主点里程,ZY（直-圆）里程=ZH（直-缓）+l0/2,YZ（圆-直）里程=HZ（缓-直）-l0/2,2020/10/19,28,最小曲线半径,曲线超高的设置,2020/10/19,29,最小曲线半径,曲线超高的定义 外轨超高是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。,2020/10/19,30,最小曲线半径,曲线超高的设置,（m/s2）,h曲线外轨超高,2020/10/19,31,最小曲线半径,曲线超高的设置 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 使垂直磨耗均等 满足旅客舒适感 提高线路稳定性和安全性。,2020/10/19,32,最小曲

10、线半径,外轨提高法,线路中心高度不变法,2020/10/19,33,最小曲线半径,曲线超高的设置 超高计算公式,（m/s2）,（m/s2）,令：,即 ：,2020/10/19,34,最小曲线半径,曲线超高的设置 外轨超高公式,对于标准轨距线路超高,2020/10/19,35,最小曲线半径,曲线超高的设置 平均速度计算 既有铁路 在新线设计和施工,速度系数，在客货共线一般地段采用0.80，单线上、下行速度悬殊地段可采用0.65。客运专线铁路根据运输模式和旅客列车设计速度确定，一般为0.550.80。,2020/10/19,36,最小曲线半径,实设超高计算 实设超高计算公式 取为0.8,2020/

11、10/19,37,最小曲线半径,最大超高允许值 最大超高的影响因素 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； 舒适度：即旅客不会因车辆的倾斜而感到不舒服。,2020/10/19,38,最小曲线半径,最大超高允许值 最大超高的影响因素 安全因素 n=S/2:e,n=1，临界状态 n1，稳定状态,e,2020/10/19,39,最小曲线半径,安全因素确定的最大超高值 由 则,2020/10/19,40,最大超高允许值,安全安全确定的最大超高值 保证稳定状态的超高值为：,若取n=3,保证稳定状态的超高值为：,H车体重心至轨顶面高，货车为2220mm，

12、客车为2057.5mm； 高速动车为1370mm.,(mm),2020/10/19,41,最大超高允许值,2020/10/19,42,最小曲线半径,最大超高允许值 最大超高的影响因素 舒适度：旅客不会因车辆的倾斜而感到不舒服 当列车停在超高为200mm及以上的曲线上时，部分旅客感到站立不稳、行走困难且有头晕不适之感 最大超高允许值 客货共线铁路 一般线路地段：150mm； 单线铁路上、下行速度悬殊地段：125mm。 客运专线铁路 一般线路地段：170180mm,2020/10/19,43,最小曲线半径,O,未被平衡的超高度,2020/10/19,44,最小曲线半径,未被平衡的超高度,hQ,VV

13、p,hG,VVp,2020/10/19,45,最小曲线半径,未被平衡的超高度 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。,2020/10/19,46,最小曲线半径,未被平衡的超高度 未被平衡的欠超高 未被平衡的过超高,2020/10/19,47,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值 未被平衡的欠超高 客货共线铁路 一般取70 mm， 困难时取90 mm 既有线提速改造时可取110 mm 客运专线铁路,表32 客运专线欠超高最大允

14、许值（mm）,2020/10/19,48,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值 未被平衡的过超高 客货共线铁路 一般取30 mm， 困难时取50 mm 客运专线铁路与欠超高相同,表32 客运专线过超高最大允许值（mm）,2020/10/19,49,最小曲线半径,未被平衡的超高度允许值 摆式车辆的补偿欠超高和舒适度 未被平衡离心加速度（对车体）(g)； 未被平衡离心加速度（对旅客）(g)； 倾斜角（弧度）,例如车体倾斜5补偿未被平衡离心力是0.087g。从加在车体上的未被平衡离心加速度中减去0.087g(相当于92mm超高度)，剩余部分就是旅客所感受到的未被平衡的离心加速度。,2020/10/1

15、9,50,最小曲线半径,2020/10/19,51,最小曲线半径,最小曲线半径计算公式 旅客舒适条件,11.8Vmax2 Rmin1= (m) hmax + hQY,2020/10/19,52,最小曲线半径,最小曲线半径计算公式 轮轨磨耗均等条件,11.8(Vmax2- 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, Rmin3,2020/10/19,53,最小曲线半径,最小曲线半径选

16、择 影响因素 设计线的运输性质 运行安全 设计速度 地形条件,2020/10/19,54,最小曲线半径,最小曲线半径选择 最小曲线半径取值,表33 最 小 曲 线 半 径 值,注：括号内数字为特殊条件下，经技术经济比选后方可采用的个别曲线半径。,2020/10/19,55,曲线超高的允许设置范围,使客车产生的欠超高和货车产生的过超高不超过其相应的允许值,2020/10/19,56,曲线实设超高的计算,当R 时，,上界为 （mm） 下界为 （mm） 检算用的中间值为 （mm）,2020/10/19,57,曲线实设超高的计算,当Rmin1R 上界为 （mm） 下界为 （mm） 检算用的中间值为 h

17、chk （mm）,hchk,2020/10/19,58,最小半径取值,既有线保留地段不同曲线半径下的超高设置、欠超高及过超高,2020/10/19,59,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。,2020/10/19,60,最大曲线半径,限制条件 线路的铺设、养护、维修可否达到要求的精度 相关影响 轨道的平顺状态 限制列车运行速度 影响行车安全,2020/10/19,61,最

18、大曲线半径,允许值 客货共线铁路：12000m； 时速200km/h250km/h的客运专线，一般不宜大于10000m，困难条件下不应大于12000m，特殊困难条件时，经技术经济比较，最大曲线半径可取12000m； 时速300km/h350km/h的客运专线铁路，一般不宜大于12000m，特殊困难条件下，经技术经济比选后，可采用14000m。,2020/10/19,62,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：,2020/10/19,63,曲线半径对行车速度的限制,最大超高取150mm，允许欠超高取75mm，最大速度为,最大超高取125mm时，允许欠超高

19、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：,2020/10/19,64,曲线半径对工程影响,增加线路长度: Lr=2(TD-Tx) + Kx-KD,2020/10/19,65,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。,2020/10/19,66,增加接触导线的支柱数量,曲线半径对工程的影响,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。,2020/10/19,67,曲线半径对运营的影响,增加轮轨磨耗 维

20、修工作量增大 行车费用增高,2020/10/19,68,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。,2020/10/19,69,缓和曲线,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

21、均渐变的空间曲线。,2020/10/19,70,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,2020/10/19,71,缓和曲线的长度计算,超高顺坡不致使车轮脱轨,2020/10/19,72,缓和曲线的长度计算,超高时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,2020/10/19,73,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

22、适的容许值b（mm/s），即 b客货共线铁路，一般40mm/s，困难45mm/s；高速客运专线，良好条件下取23mm/s，困难条件下取38mm/s。,故：,2020/10/19,74,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：,2020/10/19,75,缓和曲线间圆曲线的最小长度,夹圆曲线的概念,2020/10/19,76,缓和曲线间圆曲线的最小长度,应满足的条件 两缓和曲线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：,

23、2020/10/19,77,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。 确定原则 线距根据限界拟定 曲线地段线距需考虑加宽。,2020/10/19,78,线间距,限界,机车车辆上部限界,站台建筑接近限界,对于设计时速为160km/h的客货共线铁路，建筑限界高度应按7.0m设计；远期有双层集装箱可能的铁路，建筑限界高度应按7.1m设计。,2020/10/19,79,线间距,直线地段的线距 一、二线间距离 Dmin(1,2)第一、二线间最小线间距，mm； B1、B2两交会列车的机车车辆半宽，mm； 普通列车为半个机车车辆限界宽度加列车信号超出机车车辆限

24、界的宽度，取1700mm+100mm=1800mm。 高速列车取动车半宽；我国在高速客运专线上运行的动车组主型车为CRH系列，其最大宽度为3.4m，车辆半宽值取1700mm。 Y区间两线交会列车机车车辆间的安全净距，mm，,2020/10/19,80,线间距,表38 区间正线第一、二线间最小线间距,2020/10/19,81,线间距,客货共线双线铁路有超限货物列车通过时的会车条件 当两列车间最小距离大于350mm时可不限速，在300350mm之间时行车速度不得超过30km/h；小于300mm时禁止会车。 客货共线铁路，线距为4.0m（设计速度为140km/h及以下）的双线铁路，若某一线开行一级超限货物列车（半宽1900mm），另一线通行一般货物列车（半宽17