铁路线路及站场第四章线路平面与纵断面ppt课件.ppt

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1、第四章 线路平面与纵断面,第一节 线路平面 第二节 线路纵断面 第三节 线路平面图和纵断面图 第四节 线路标志 复习思考题,第四章 线路平面与纵断面,铁路线路在空间的位置是用它的中心线表示的。线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线 AB 与两路肩边缘水平连线 CD交点 0 的纵向连线，如图41所示。,线路中心线在水平面上的投影，叫线路平面。它表明线路的直、曲变化状态。线路中心线纵向展直后在铅垂面上的投影，叫线路纵断面。它表明线路的坡度变化。,图41 线路横断面,线路的平面和纵断面不但确定了线路在空间的位置，同时也为路基、桥涵、隧道及站场等其他设备的设置提供依据，对铁路通过能力及输送能力的大小都有

2、直接影响。,从铁路运营角度考虑，铁路线路最好是既平又直，这样可提高列车运行速度，增大牵引重量，节省运营费用。但由于地形、地物和地质条件等的限制，如将线路设计成既平又直，势必会增大土石方工程量和造价。所以，铁路线路平面与纵断面必须按线路等级和铁路线路设计规范规定的技术标准进行设计，并需结合线路的具体情况来设置。,第一节 线路平面,线路平面由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成。 在线路平面设计时，为缩短线路长度和改善运营条件，应尽可能设计较长的直线段，但当线路遇到地形、地物等障碍时，为减少工程造价和运营支出，应设置曲线。,一、曲 线,铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本要素有：曲

3、线半径 R 、曲线转角 a 、曲线长度 L 、切线长度 T ，如图42所示。,图42 圆曲线要素,在线路设计时，一般是先设计出 a 和 R ，再按下式计算出 T 及 L ：,曲线转角的大小由线路走向、绕过障碍物的需要等因素确定。圆曲线半径的大小，反映了曲线弯曲度的大小。圆曲线半径愈小，弯曲度愈大。一般情况下，曲线半径愈大，行车速度可以愈高，但工程量愈大，工程费用愈高。,因此，正确地选用曲线半径就显得十分必要。我国铁路线路设计规范提出曲线半径宜采用下列数值：10 000、8 000、6 000、5 000、4 000、3 000、2 500、2 000、l 800、1 600、1 400、1 2

4、00、1 000、800、700、600、550、500、450、400 m。特殊困难条件下，可采用上列半径间10 m 整倍数的曲线半径。设计线路时，可根据具体条件，因地制宜由大到小合理选用。客运专线铁路区间线路最小曲线半径为2 800 m，困难情况下，最小曲线半径为2 200 m。,为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免向心力的突然产生和消除，需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线。图43为设有缓和曲线的铁路曲线。,图43 铁路曲线,缓和曲线的特征为：从缓和曲线所衔接的直线一端起，它的曲率半径 p 由无穷大逐渐减小到它所衔接

5、的圆曲线半径 R 。它可以使离心力逐渐增加或减小，不至于造成列车强烈的横向摇摆，如图44所示。,图44 离心力变化示意图,缓和曲线长度应根据曲线半径，结合该地段的行车速度和地形条件选用。有条件时，应尽量采用较长的缓和曲线，以便创造更有利的运营条件。,二、夹 直 线,两相邻曲线，转向相同，称为同向曲线；转向相反称为反向曲线。两条相邻曲线间应设置一定长度的直线，以保证列车运行的平稳，如图45所示。,图45 相邻曲线间的夹直线,车辆运行在同向曲线上，因相邻曲线半径不同，超高高度不同，车体内倾斜度不同；车辆运行在反向曲线上，因相邻曲线超高方向不同，车体时而向左倾斜，时而向右倾斜。这两种情况都会造成车体

6、摇晃震动，夹直线愈短，摇晃振动愈大。,根据运营实验，为保证旅客舒适，夹直线长度应保证 23辆客车长度，困难条件下，也不应短于 1 辆客车长度。因此铁路线路设计规范规定的各级铁路线路两相邻曲线间夹直线最小长度，如表41所示。,表41 各级铁路线路两相邻曲线间夹直线最小长度,在行车速度较高的线路上，为保证列车运行平稳，夹直线相应要求较长，如我国目前规定在最高行车速度140 kmh 的区段，两相邻曲线间的夹直线最小长度：一般地段为 90 m，困难地段为 60 m。,三、曲线附加阻力,当列车通过曲线时，由于惯性力的作用，外侧车轮轮缘紧压外轨，使其磨耗增大。又由于曲线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原

7、因，运行中的列车所受阻力比在直线上所受阻力大，两者之差称为曲线附加阻力。,图46 列车运行在曲线上,曲线附加阻力与列车重量之比，叫单位曲线附加阻力，用， 来表示，它的大小通常用试验公式求得： 当曲线长度大于或等于列车长度，列车整列运行在曲线上如图46( a )所示时 (N/kN)或 (NkN) 当曲线长度小于列车长度，列车只有一部分运行在曲线上如图46( b )所示时 (NkN)或 (NkN)式中 600 试验常数， R 曲线半径，m； Lr 曲线长度，m； 列车长度，m。,同理，列车同时运行在几个曲线上时： (NkN) 根据 可知曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，这会给运营工作带来以下不利影响

8、： (1)限制行车速度。从列车通过曲线的最大允许速度 列车通过曲线的最大允许速度与曲线半径的平方根成正比。曲线半径愈小，列车通过曲线的速度受到的限制也愈大。 (2)增加轮轨磨耗。列车运行在曲线上时，由于内侧与外侧钢轨长度不等，使车辆的内轮与外轮在钢轨上产生相对纵向滑动。钢轨与轮箍磨耗增加。曲线半径愈小，这种磨耗愈严重。,(3)增加轨道设备。列车运行在曲线上时，为防止外轮对外轨挤压而引起的轨距扩大，以及钢轨带动轨枕在道床上的横向移动，对小半径曲线地段的轨道应增加轨枕根数，加设轨距杆、轨撑。 (4)增加轨道养护维修费用。小半径曲线地段的轨距、水平、方向都极易发生变化，因此养护维修工作量较大，增加了

9、养护维修费用。 根据上述的小半径曲线对运营工作带来的不利影响，技规规定，不同等级铁路区间线路最小曲线半径不宜小于表42。,表42 各级铁路一般情况最小曲线半径,第二节 线路纵断面,线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。,一、坡道的坡度及竖曲线,坡度是一段坡道两端点的高差 H 与水平距离 L 之比，用 i 表示，如图47所示。,图47 坡道坡度及坡道 附加阻力示意图,铁路线路根据地形的变化，可分为上坡、下坡和平道。上、下坡是按列车运行方向来区分的，通常用“ + ”号表示上坡，用“ ”号表示下坡，平道用“ O ”表示。例如，+6 是表示线路每1 000 m 的水平距离升高6 m；6 则

10、表示线路每1 000 m 的水平距离降低 6 m 。 线路纵断面上坡度的变化点，叫变坡点。相邻变坡点间的距离，叫坡段长度。从运营角度来看，纵断面坡段应尽量长些，以利行车平顺和减少变坡点。但也应考虑地形条件及工程量的大小。一般情况下，纵断面坡段长度不短于远期列车长度的一半，使一个列车长度范围内不超过两个变坡点，以减少变坡点附加力的叠加而引起列车运行的不平稳。由于车站远期到发线有效长是按列车全长加30 m 安全距离，并取50 m 整数倍确定的，所以铁路线路设计规范规定，纵断面坡段长度不宜短于表43的规定。,表43 坡段长度,车辆经过变坡点时，将产生振动和竖向加速度，引起旅客不舒适；同时由于坡度变化

11、，车钩会产生一种附加应力，车辆经过凸凹地点时，相邻车辆处在不同坡道上，易产生车钩上下错移。当相邻坡段坡度代数差过大、附加应力过大、两车钩上下错移量过大时，可能发生断钩、脱钩等事故，如图48所示。,图48 车辆经过变坡点的状态,因此当相邻坡段的坡度代数差超过一定数值，为保证列车运行平稳，防止脱钩、断钩，应在相邻坡段间用一圆顺曲线连接，使列车顺利地由一个坡段过渡到另一个坡段，这个纵断面上变坡点处所设的曲线叫做竖曲线。 铁路线路设计规范规定，线路相邻坡段坡度代数差的绝对值、级铁路大于 3，级铁路大于 4时，应以竖曲线连接。其竖曲线半径、级铁路 R竖=10000 m，级铁路 R竖= 5 000 m 。

12、,设置竖曲线其变坡点位置应满足以下要求： 1竖曲线不应与缓和曲线重叠 如果在线路平面上缓和曲线范围内外轨超高以一定的递增(或递减)坡度升高(或降低)，同时在线路纵断面上竖曲线范围内的轨顶也以一定的曲率圆顺地变化，这两种变化重叠在一起，不但轨道铺设和养护时外轨超高不易控制，而且影响行车的平顺。为了不使竖曲线与缓和曲线重叠，竖曲线的变坡点应距缓和曲线起点或终点不少于一个竖曲线的切线长度，如图49所示。,图49 变坡点距缓和曲线的距离,2竖曲线不应设在无砟桥面上 无砟桥面上如设有竖曲线时，则需要用轨枕厚度来调整以满足竖曲线的形状，这就给施工和养护维修带来很大困难。所以，应使竖曲线的变坡点离开无砟桥两

13、端各不少于一个竖曲线的切线长度。如图410所示,图410 变坡点距无砟桥面的距离,3竖曲线不宜与道岔重叠 道岔的辙叉与尖轨是轨道的薄弱环节，应尽量避免将道岔设于竖曲线上，以免影响道岔的正常使用和增加养护维修的困难。一般情况下，竖曲线的变坡点至道岔始端基本轨接缝和道岔末根岔枕中心的距离不应小于竖曲线的切线长，如图4ll所示。困难条件下，竖曲线与道岔必须重叠时，竖曲线半径不应小于10 000 m，且尖轨与辙叉必须布置在竖曲线范围外。,图411 道岔对变坡点的要求,二、坡遭附加阻力,从图47可以看出，列车在坡道上行驶时其重量 Q 可以分解为 F1和 F2 两个分力，F2 平行于坡面即为坡道的坡度引起

14、的坡道附加阻力，用Wi来表示。 根据三角函数关系得：,因铁路线路坡度的夹角很小，( 30的坡度，仅为144)而很小时sintan，则有：,坡道附加阻力与列车重量之比，叫做单位坡道附加阻力，用 来表示。 当列车整列位于坡道上时：,当列车一部分位于坡道上，而另一部分位于平道上时：,当列车同时位于几个不同坡道上时：,列车在线路上运行，有时上坡，有时下坡，所以坡道附加阻力也有正、负。上坡时，坡道附加阻力与列车运行方向相反，坡道附加阻力为正；下坡时，坡道附加阻力与列车运行方向相同,坡道附加阻力为负，负阻力也就是加速力。,三、换算坡度,如果在坡道上有曲线，列车在坡道上运行时所遇到的单位附加阻力应为单位曲线

15、附加阻力与单位坡道附加阻力之和。由于曲线附加阻力无正负值，而坡道附加阻力有正、负之分，所以总的单位附加阻力：,根据前述 的的对应关系，将总的单位附加阻力换算为坡度，则有,如此求得的坡度，称为换算坡度，又称加算坡度。由此可知，当坡道上有曲线时，列车上坡运行时坡道就显得更陡；而下坡运行时，坡道则显得缓了。,【例4l】试按图412所示资料(列车长800m)，求列车运行在 BC 段的换算坡度。 【解】列车上坡运行时：,图412 某区段纵断面示意图,列车下坡运行时：,答：BC 段的换算坡度上坡时为 6.3 ，下坡时为5.7 。,【例4-2】技规规定：进站信号机外、制动距离内，进站方向为超过 6 的下坡道

16、，而接车线末端无隔开设备时,禁止办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车。试按图413所示，检算该站能否办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车作业。,图413 某站线路平面图,ZH(直缓点),HZ(缓直点),K10里程标,【解】制动距离按800 m考虑时制动距离内进站方向的单位坡道附加阻力为：,制动距离内的单位曲线附加阻力为：,制动距离内的换算坡度为：,答：该站进站信号机外制动距离内，进站方向的换算坡度为 5.711 的下坡道，没超过 6 的规定。可以办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车作业。,四、限制坡度,限制坡度是指用一台机车牵引规定重量的货物列车，以规定的计算速度作等速运行时所能爬

17、上的最大坡度。它是铁路主要技术标准之一。一条铁路线路的限制坡度愈小，机车牵引重量将愈大，运营效率亦愈高。但采用过小的限坡，又可能造成土石方工程量的过大，提高线路造价。因此，按我国铁路工程建设设计暂行规定，线路的限制坡度应根据铁路等级、地形类别和牵引种类比选确定，并应与其衔接铁路的限制坡度、牵引定数相协调，且其数值不应大于表44的规定。,表44 各级铁路限制坡度( ),通常情况下，一条线路上下行方向以采用相同的限制坡度为好。但在上下行方向货流量相差悬殊的线路上，地形条件适合重车方向采用较缓的限坡，轻车方向采用比重车方向大的限坡，叫分方向限制坡度。I级铁路一般不宜采用，、级铁路上、下行方向运量显著

18、不同，预计将来也不会发生较大变化，且分方向采用不同限制坡度又可节省大量工程时，可按不同方向分别采用限制坡度。在个别越岭地段，采用限制坡度会引起巨大工程时，经过比选，也可以采用比限制坡度更陡的坡度，在牵引重量不变的条件下，采用两台或多台机车牵引，这种坡度称为加力牵引坡度。加力牵引坡度值应根据限制坡度、采用的机车类型和加力牵引方式计算确定。根据我国铁路运营经验：加力牵引坡度最大值，内燃机车牵引不超过 25，电力机车牵引不超过 30 。 客运专线铁路最大坡度应根据地形条件、列车牵引性能和运输要求比选确定。,第三节 线路平面图和纵断面图,线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。,一、

19、线路平面图,线路平面图是用一定的比例尺(1：2 000或1：10 000)和规定的符号，把线路中心线及两侧的地形、地物投影到水平面上绘出的图，如图414所示。,图414 线路平面图,1线路平面 图中的粗实线为线路中心线，由图可看出线路的走向及直、曲线情况。该段线路范围包括三段直线、两段曲线，虚线为隧道。 2线路里程标和百米标 线路自起点开始每整公里处注有线路里程标，如K10为设计的里程l0 km处。在整百米处，注有百米标数。 3曲线要素及起、终点里程 在各曲线内侧平行于线路注有衄线要素。曲线起点 ZH(直缓点)和终点 HZ(缓直点)以及 HY(缓圆点)和 YH(圆缓点)的里程数应垂直于线路标注

20、在曲线内侧。 4各种主要建筑物 铁路沿线的桥梁、涵洞、隧道、车站等建筑物，应以规定的图例符号表示，并注明其所在位置的中心里程、类型及有关尺寸等。,5地形 图中用等高线来表示铁路线经过地的地面起伏形状。 地面上高程相等的各点的连线称为等高线。等高线在水平面上的投影，称为等高线地形图如图415所示。,图415 等高线,在等高线图上，两相邻等高线的高程差称为等高线间隔或等高距(图中的丘)；两相邻等高线间的水平距离称为等高线的平距(图中的d)。我国规定以黄海平均海水面为等高线高程的起算面，作为零点高程。在局部工作中，可任意假设一个高程起算面，由此测定其他点的高程。,典型地形的等高线的形状有：山头，如图

21、416所示中部地面较四周高；山脊，如图417所示中部高两侧低；山谷，如图417所示中部低两侧高；鞍部，如图418所示沿山脊线出现的低凹部分；洼地，如图419所示四周高中部低。,图416 山头,图417 山脊、 山谷,图418 鞍部,图419 洼地,等高线在图上的特征为：位于同一等高线上各点的高程相等；等高线越密，地面坡度越陡峻，等高线越疏，地面坡度越平缓，等高线平距相等的地方坡度均匀；山脊线和山谷线均与等高线垂直相交；几条等高线重叠处为峭壁。,由等高线的概念可知，图414中，K11+100以前为地势平坦的山坡，在此设一车站；K11+300至K1l+400为一山谷(山沟)，修建线路后，为排泄山谷

22、流水，在该处设了一座涵洞；K12+275处为一河流，在此处设了一座2孔50 m钢桥；线路过桥后从K12+400K13+500线路沿山谷一路上坡；K13+700处为垭口最高处，为通过垭口在K13+500K13+900处修建了一座长400 m的隧道。,二、线路纵断面图,线路纵断面图是用一定的比例尺(水平方向为l：10 000、垂直方向为1：1 000)和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图，如图420所示。,图420 线路纵断面图,线路纵断面图由图和资料两部分内容组成。 图的上部分表示线路纵断面概貌和沿线主要建筑物特征。图中细实线为地面线，粗实

23、线为设计线。设计线上方数字为路基填方高度，下方数字为路基挖方深度(m)。路基填挖高度等于地面标高与路肩设计标高之差。图上还用符号和数字注明各主要建筑的位置、类型和有关尺寸。,1连续里程。一般以线路起点车站的旅客站房中心为零起算，在每一整公里处注明里程。 2线路平面。线路平面是表示线路直、曲变化的示意图。凸起部分表示右偏角曲线，凹下部分表示左偏角的曲线，凸起与凹下的斜线转折点依次为ZH、HY、YH、HZ点。在ZH和HZ点处注有距前百米标的距离。曲线要素应注于曲线内侧。两相邻曲线问的水平线为直线段。从纵断面上可看出曲线所在处的坡度的情况。 3百米标及加标。在两公里标之间的整百米处注百米标数。在百米

24、标之间地形突变点应标注加标其数字为距前百米标的距离。,4地面标高。在百米标和加标处标注地面标高。 5设计坡度。竖直线表示变坡点，两竖线间向上或向下的斜线、水平线分别表示上坡或下坡和平道。线上所注数字为坡度值()，线下所注数字为坡段长度(m)。 6路肩设计标高。在各变坡点、百米标、加标处标注上路肩设计标高，精度为O01 m。 7工程地质特征。扼要填写沿线各路段重大不良地质现象、主要地层构造等情况。,第四节 线路标志,为满足行车和线路养护维修的需要，在铁路沿线设有许多用来表明铁路建筑物及设备位置和技术状态的标志。线路标志应设在线路里程增加方向的左侧机车车辆限界以外，距钢轨头部外侧不小于2 m处。曲

25、线标等不超过钢轨顶面的标志，为不妨碍某些特种车辆(如除雪车、底开门车等)在工作状态时顺利通过，可设在距钢轨头部外侧不小于135 m处。,1公里标 它表示从铁路起点开始计算的连续里程，每一公里设一个，白底黑字，如图421所示。,图421 公里标,2半公里标 它设于相邻两公里标的中间。白底黑字，用“12”字样表示，如图422所示。,图422 半公里标,3曲线标 它设在曲线中部白底黑字，其上标有曲线长度、缓和曲线长度、曲线半径、外轨超高和轨距加宽，如图423所示。侧面标有曲线中部里程。,图423 曲线标,4圆曲线和缓和曲线的始终点标 该标志呈三棱柱形，侧面标有缓、直、圆字样(如图424所示)，分别设

26、在直缓、缓圆、圆缓、缓直点处(如图425所示)。,图424 曲线始终点标,图425 曲线标安设位置,5坡度标 设在线路的变坡点处，白底黑字，两面各标明其前进方向的坡度值及坡段长度。箭头向上斜为上坡，箭头向下斜为下坡横线为平道。坡度标的侧面数字为变坡点里程，如图426所示。坡度标的设置位置如图427所示。,图426 坡度标,图427 坡度标设置位置,6桥涵标 设于桥头或涵洞前方，其上标有桥涵编号和中心里程，如图428所示。,图428 桥涵标,7铁路局、工务段、领工区、养路工区和供电段、水电段的管界标 设在各单位管辖地段的分界点处，白底黑字，两侧标明所向的单位名称，如图429所示。,图429 管界标,