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1、第二章 高速铁路线路,2-1 高速铁路选线的基本原则2-2 高速铁路线路平面设计2-3 高速铁路线路纵断面设计,2-1 高速铁路选线的基本原则,舒适原则,安全原则,速度原则,兼容原则,效益原则,企业财务效益:财务评价和偿还投资能力;国民经济效益:促进、激发沿线社会经济的进一步发展，减少依赖于能耗高和污染严重的客运量.投资与效益是失和得的关系。在效益原则下，仍应追求顺直、短捷。,1 效益原则,1）昆山、丹阳两站2）镇江车站3）宿州站,例,若设站，线路将延长13km，虽地方要求强烈，但仍用取直方案。,最初为越行站，后经调查发现两市经济发展很快，若设为中间站，预测设计年度内两站各有200万人的发送量
2、，运输收入将增加8亿元/年。而开办高速客运需增加站台、地道和小型站房，每站增加投资仅约2000万元。,若设站，线路将迂回展长，需增加投资1亿多元。但镇江因能吸引扬州客流，预测旅客发送量达700万人/年，可增加高速铁路运输收入达14亿元/年。,2 兼容原则,：应尽量取直、短捷，可远离 既有线，也可靠近既有线。,线路走向,车站,区间线路,：宜靠近既有线；,：与接轨客运站应尽量靠近；困难情况下距离较远时应设联络线。,3 速度原则,主要考虑V平均/Vmax的值合理范围：一般 地段 0.9 困难地段宜0.85以避免标准的不合理和工程投资浪费。因此，Vmax必须综合研究地形条件和工程情况确定。,4 安全原
3、则,运行的首要保证。选线和工程措施都必须考虑保证行车的安全，不能遗留造成威胁安全的隐患。线路应尽量绕避塌陷、滑坡、活动断裂带和软弱低级等不良地质地带，避免浸水路堤和洪水冲刷路堤。个别工点不能绕避时，要采取保证安全的工程措施。,5 舒适原则,目的：有效的吸引客流。影响舒适度的因素:1)线路设计参数2)车辆性能3)线路的整体刚度,平面：曲线半径，缓和曲线、夹直线、线间距等。纵段面：坡度代数差、坡段的连接、竖曲线等。,减振、密闭性等,主要体现在桥梁等结构物与路堤、路堤与路堑的协调，应避免频繁交替设置，减少不同刚度的变化。不同刚度之间应设置过渡段，避免突变。,1.最小曲线半径,2-2 高速铁路线路平面
4、设计,线路设计的重要任务之一。限制列车最高速度的主要因素；对工程费和运营费都有很大影响；与运输模式、速度目标值、旅客乘坐舒适度和列车运行平稳有关。,高速列车设计最高速度vmax、实设超高与欠超高之和的允许值h+hq；高速列车最高运行速度vG跨线旅客列车正常运行速度vK欠超高与过超高之和的允许值hq+hg 等。,影响因素：,1.1 速度目标值,速度越大能耗越大 经计算350km/h与300km/h须走行等距离40km才能相差1min的运行时间，而所增加的耗电量急剧增加，减少的运行时间很短而增加的能耗很大，不利于吸引客流，在票价上与其他交通系统竞争。dx,速度与能耗的关系,轮轨高速铁路的速度目标值
5、最大以300km/h较为经济合理；由于350km/h与300km/h基础设施标准相同，工程造价相差小，故对长大高速铁路地形适合地段基础设施按350km/h设计是合适的；德国铁路(DB)根据分析结果认为280300km/h是最佳运营速度。),Vmax=350km/h。初期，高中速混合运输，300 与 200km/h匹配；远期，以高速车为主，最高350km/h，同时兼顾跨线旅客列车（250km/h）和不同速度列车组合运行。Rmin首先要满足Vmax的要求，其次还要满足不同V匹配条件下的要求。,京沪铁路:,1.2 实设超高、欠超高、过超高的允许值,普通线路：影响因素：（1）列车在曲线上停车时的安全稳
6、定性（2）旅客舒适度。客运专线：,（1）实设超高允许值h,试验研究：h=200mm停车时，部分旅客站立不稳、行走困难、头晕等。国外资料：日；德和法均为180mm。,单线125mm，双线150mm。,170mm,普通线路：一般 75mm，困难90mm；V120km/h线路个别特殊情况不大于110mm.影响因素：高速：舒适度良好：40mm 较好：60mm 一般：70 mm 较差：100 mm,（2）欠超高允许值hq,30mm，良好；55mm，较好；80mm，略有不适；108mm，不舒适。1993，铁科院,乘客舒适度；线路养护维修。,普通线路:货物列车轴重大，对曲线内轨磨耗及线路的破坏作用较大。京沪
7、高速：客运专线；跨线客车的走行性能比货车好。以高速为主，重点应保证高速车的舒适度,（3）过超高允许值hg,hg=50mm,同hq,4）本线、跨线旅客列车共线运行时欠超高和过超高之和的允许值hq+hg,hq+hg=hq+hgh,h 为线路开通后实设超高的调整值，与本线与跨线旅客列车的对数、质量、速度有关，一般取2050mm，但无碴轨道不考虑。,欠超高和过超高之和的允许值hq+hg,其理由同hq+hg的分析。,（5）单一高速列车运行时实设超高与欠超高之和的允许值h+hq,h+hq=h+hq-h,国外取值见下页,日本 东海道新干线一般条件下为210 mm，个别条件下为240mm；山阳及其后的新干线一
8、般为180mm，个别为210mm。法国 TGV-SE线一般为215mm，个别为269mm；TGV-A线一般为177mm，个别为266mm；TGV-N线为214mm。,国外高速客运铁路上h+hq的取值情况：,1.3 最小曲线半径的确定,1）客专设计速度要求Rmin,式中，vmax设计速度目标值，300，350km/h。,2）高低速列车共线运行条件下Rmin,式中，vG高速列车速度值；vD 跨线旅客列车正常运行速度值；,2.最大曲线半径,一般不宜大于12000m，个别不大于14000m。依据：线路的铺设、养护、维修精度(1mm)。曲线的线形平顺主要是依据基桩控制曲线的正矢值来保持。正矢值,当R=1
9、2000,l=10m时,f1mm。,3.曲线半径的选用,曲线半径系列,选用原则,优先选用推荐半径，慎用最小和最大半径。因地制宜、由大到小、合理选用。必要时可采用以上数列间100m整倍数的曲线半径。正线不应设计复曲线，区间正线宜按线间距不变的并行双线设计，两线设计为同心圆。,限速区段，应根据不同地段的行车速度适当选定相应的曲线半径；大型车站两端减、加速地段或必须限速的站外引线上，由于行车速度较低，为减少工程，可选用与实际行车速度相适应的较小曲线半径；地形、地质条件困难，工程艰巨地段，可适当选用较小曲线半径并宜集中设置。,4.缓和曲线,4.1 作用,4.2 要求,平顺性,行车安全性,乘客舒适度,三
10、次抛物线型三次抛物线余弦改善型 三次抛物线圆改善型七次四项式型 半波正弦型 一波正弦型,4.3 线形,1)三次抛物线直线顺坡型,平面：,1)三次抛物线直线顺坡型,立面：,2)三次抛物线余弦改善型,平面：,立面：,3)三次抛物线圆改善型,平面：,立面：,4)七次四项式型,平面：,立面：,5)半波正弦型,平面：,立面：,6)一波正弦型,平面：,立面：,我国高速铁路采用三次抛物线形；当曲线半径采用困难条件标准或缓和曲线不能保证足够长度时，可采用三次抛物线改善型缓和曲线。,影响缓和曲线最小长度的因素：车辆脱轨；未被平衡的横向离心加速度时变率(欠过超高时变率)；车体倾斜角速度(超高时变率)。,4.4 最
11、小长度,式中，h0实设超高(mm)；l0缓和曲线长度(m)；imax最大超高顺坡率(2),（1）按车辆脱轨条件确定缓和曲线长度,（2）按未被平衡的横向加速度时变率(欠超高时变率)确定缓和曲线长度,允许的未被平衡横向加速度时变率(m/s3)g重力加速度(9.81m/s2)；v设计最高速度(m/s)；s1 一轮对两轮接触点间距(m)。,对于直线型超高顺坡的三次抛物线及其改善型缓和曲线，,vmax设计最高速度（km/h）。,国内外的研究表明：,欠超高时变率23mm/s，95%旅客在“轻微感觉”内；,欠超高时变率38 mm/s，20%旅客有“明显感觉”；,欠超高时变率51 mm/s，50%旅客有“明显
12、感觉”。,对于客运专线高速铁路，要考虑更高的旅客舒适条件要求，建议：,据此，可得出缓和曲线长度：,一般条件,困难条件,一般条件,困难条件,（3）根据车体倾斜角速度(超高时变率)要求确定缓和曲线长度,允许的车体倾斜角速度(rad/s)。,与,为保证舒适度车体倾斜角速度应满足,、i的关系如下：,直线超高顺坡时，,可得出缓和曲线长度为：,车体倾斜角速度要求的缓和曲线长为：,一般缓和曲线长度：,最小缓和曲线长度：,个别缓和曲线长度：,计算分析表明，对高速铁路而言，该条件一般为缓和曲线长度控制条件。,应根据曲线半径和地形条件按表2-8合理选用，一般宜在最大长度和一般长度之间选用；困难条件下可在一般和最小
13、长度之间选用；在三档之间插值选用时，应以10m为单位。,（4）取值,表2-8 缓和曲线长度（m）,5.夹直线及圆曲线最小长度,列车在缓和曲线出入口（即夹直线或圆曲线的起终点）产生的振动不叠加。与列车振动、衰减特性和速度有关。,1）圆曲线最小长度,2）夹直线最小长度,HZ,ZH,YH,HY,HZ,HY,YH,HZ,5.夹直线及圆曲线最小长度,实验表明，车辆振动周期约为1.0s，衰减时间为1.5至2个周期。,5.夹直线及圆曲线最小长度,既有干线：0.60.67vmax国外高铁：0.41.0vmax我国客专：一般：0.8vmax；困难：0.6vmax。,1）影响电气化铁路建筑限界高度的因素：接触网悬
14、挂方式结构高度导线高度带电体对地绝缘以及隧道桥梁的断面尺寸施工误差等；,6.建筑限界,2）影响建筑限界宽度的因素：机车车辆限界的宽度机车车辆运行中横向振动偏移量轨道状态及一定的安全裕量等直线地段曲线地段,6.建筑限界,6.1 直线地段建筑限界,最大高度7.25m，最大宽度为4.88m，且三种限界合一。,6.2 曲线地段建筑限界,式中，W曲线内侧加宽值（mm）；H轨顶面至计算点的高度mm）；h外轨超高值（mm）。,应考虑曲线内侧的限界加宽。,包括全部圆曲线、缓和曲线和部分直线，采用阶梯加宽方法。,加宽范围,7.线间距（5m，5.3m）,影响因素：轨距机车车辆幅宽高速列车相遇产生的风压（会车压力波
15、）车体密闭性能车窗玻璃承压性能预留铺设渡线道岔等,（1）与对向列车的速度平方成正比；（2）速度较低列车受力较大（外形相似）；（3）与交会列车相邻侧壁间的净距Y成反比。（4）与列车外形密切相关；（5）与测点高度有关，高度越低波值越大；（6）一节车厢同一高度处平均波值与最大值之间存在一定的差别，具有非定常性。,会车压力波的主要特征：,8.安全退避距离,研究内容：列车风作用下人体受力情况及列车风速与压力分布；制定判别人体安全性的标准。日、英速度标准：日9m/s；英11、17m/s。法国和德国气动力标准：100N。我国：气动力100N，130N；风速14m/s。安全退避距离：站台2m，轨侧3m。,2-
16、3 高速铁路线路纵断面设计,.最大坡度,法国TGV东南线:35；德国客货共线:12.5，客运专线40；日本高速铁路:15，个别30。我国客专：一般20，困难情况不宜大于30。动车组走行线最大坡度不大于35。不考虑坡度折减。,相关规定：,坡段长度,影响因素,地形,工程费用与运营费用,列车平稳性与乘客舒适度,要求：两竖曲线不重叠，且之间有一定的夹坡段长度。原因：保证列车在前后两个竖曲线产生的振动不叠加。,计算公式：,2.1最小坡段长度,普通线路：,两竖曲线不重叠，列车不断钩。,高铁,其中，0.4vmax 为夹坡段最小长度。,2.1最小坡段长度,一般最小长度为30000m，个别最小长度为25000m
17、。,Rsh,计算结果取50m的整倍数。一般不小于900m；困难时不小于600m。不得连续采用N坡段；相邻大坡段宜避免采用V坡段。,最小坡段长度计算图,i1,Rsh,i3,i1-2,Rsh,i2,i1-2=|i1-i2|i2-3=|i2-i3|,i2-3,S1,S2,S3,S1=Rshi1-2/2S3=Rsh i2-3/2S2=0.4vmax,影响因素：坡度值、地形（1）最大坡度12时，暂无限制（2）最大坡度大于12时，15时，10km，20时，6km。,2.最大坡段长度,2.3.1 相邻坡段间的坡度差 普通线路：避免列车断钩 高铁：无规定2.3.2 连接方式：直接连接或竖曲线连接。2.3.3
18、高铁竖曲线设置条件：普通线路：I、II级3，III级4 高铁：坡度差大于1,2.3坡段间的连接,2.3.3 竖曲线半径取值 1)影响因素：乘客舒适度和行车安全性；,2)计算：乘客舒适度,sh,sh 取一般情况取0.4m/s2，困难为0.5m/s2）,2.3坡段间的连接,式中，Ssh制动力的竖向分力(kN)；S车辆制动力(kN)；l 车辆钩舌距(m)。,行车安全性,10%,(W车辆重力(kN)。,将相应参数带入以上两式可得，为控制条件。,轮重减载率,（3）取值（见下表）,表2-10 最小竖曲线半径,Rsh最大一般不大于40000m。,2.4 竖曲线与缓和曲线、圆曲线和道岔重叠设置问题,竖曲线与缓和曲线不得重叠。困难时与圆曲线可重叠设置，但应满足下表与道岔不得重叠设置。,（1）增加线路测设工作量；（2）影响行车安全和乘坐舒适度；（3）增加了养护维修工作的难度,原因：,
