1、第三章第三章 线路平面和纵断面设计线路平面和纵断面设计1 1 概述概述设计目的：在满足主要技术标准的前提下，确定线路在空间中的位置 。 线路中心线 铁路线路平面定义：线路中心线在水平面上的投影组成要素：直线和曲线 铁路线路纵断面定义：线路中心线（曲线部分展直后）在垂直 面上的投影组成要素：平道和坡道平面图纵断面图 区间线路平面设计设计内容 区间线路纵断面设计 车站、桥梁、隧道 地段 平、纵面设计 线路的平面组成和曲线要素平面设计 直线、圆曲线、缓和曲线 的设计 最大坡度 坡段长度纵断面设计 坡段连接 坡度折减 线路平面图设计成果 线路纵断面图 满足铁路线路设计规范要求设计要求 桥、隧、站和建筑
2、物与线路的协调配合 工程造价省 优化设计 有利于运营 2 2 区间线路平面设计区间线路平面设计2.12.1平面组成和曲线要素平面组成和曲线要素 直线 线路平面 圆曲线 曲线 缓和曲线 曲线要素 未加设缓和曲线的曲线（概略定线） 偏角平面图上量得 半径 R选配 切线长 曲线长 )(2tan*mRTy)(180mRLy加设缓和曲线的曲线（详细定线） 曲线要素：偏角 ，半径 R，缓和曲线长L。（选配），切线长，曲线长内移距离切垂距缓和曲线角 度切线长曲线长 )(2420mRlp)(20mlm Rl0090mpRT2tan)(002180)2(lRL曲线起终点里程的推算 ZH里程：平面图上量取 HZ里
3、程ZH里程L HY里程ZH里程l。 YH里程HZ里程l。 具体设计时： R根据地形选配 用量角器量出 L。根据线路等级和地形条件选配 2.22.2直线直线 平面设计时，先用有限条折线表示线路的大致位置，然后再在相邻折线之间设置曲线。直线位置确定后，曲线位置就大致上定下来了。因此平面设计，主要是直线位置的确定。 设计直线应遵循的原则： 直线与曲线相互协调不要因设置直线而使工程量过大不要因节省工程量而使曲线半径过小， 曲线长度过短，从而使运营体条件变差力争设置较长的直线段 好处：可缩短线路长度，改善运营条件力求减小交点偏角度数 线路转弯急，总长增加投资大 偏角大 克服的阻力功增加运营支出加大 每吨
4、列车克服的曲线阻力功 )/(5 .10180*600*tJgRRgLAyrr夹直线长度不应短于规定长度 夹直线前一曲线终点与后一曲线起点间所夹直线 夹直线长度的确定满足线路养护要求列车通过反向曲线路段时，频繁转向，车轮对钢轨的横向推力加大。若夹直线太短，则正确位置不易保持，维修工作量加大，危及行车安全，运费增加。要求：不宜短于5075米，最短不短于25米。 行车平稳要求夹直线太短列车同时在相邻曲线上运行 车辆左右摇摆 R不同，超高不同要求：为保证行车平稳舒适，夹直线不短于23节客车长， 即5176.5米通过夹直线前后ZH、HZ点时，轮轨冲击转向架 弹簧产生振动要求：为保证振动不叠加，旅客乘坐舒
5、适，夹直线应足够 长，客车通过夹直线的时间要大于弹簧振动消失的 时间。 具体设计时，若夹直线长度不够，则要修改线路的平面位置。修改措施：a 减小R，l。，使曲线长度变短b 改移夹直线位置c 用一个曲线代替几个同向曲线 2.32.3圆曲线圆曲线设置目的：改变线路方向机车驾驶室内没有方向盘，列车靠钢轨导向。通过曲线时，轮轨间产生很强的作用力。摇摆、振动、撞击、挤压主要与半径R有关，而半径与工程量有很大关系。 2.3.12.3.1曲线半径对工程和运营的影响曲线半径对工程和运营的影响曲线限制速度 曲线半径对工程的影响小半径曲线的优点：更好地适应地形变化，减少路基、桥涵、隧道、挡墙的工程数量小半径曲线的
6、缺点：增加线路长度 降低粘着系数机车通过时，车轮在钢轨上的纵向、横向滑动加剧，粘着系数降低轨道需要加强R600时，横向冲击力加大，轨道要加强，要设置轨撑、轨距杆来增加外侧道床的宽度增加接触导线的支柱数量R越小，中心线与接触导线的矢度越大，支柱间间距应该减小 曲线半径对运营的影响增加轮轨磨耗轮轨间的纵向横向滑动、挤压，使磨耗增加。半径越小，磨耗越大。维修工作量加大小半径曲线地段，轨距、方向容易错位行车费用增加小半径曲线限制列车速度 列车通过曲线时，需要减速、限速、加速，机车需要 额外做功，使得运行时分和行车费用增加。小半径曲线使线路加长、总偏角加大，导致曲线阻力 功加大，行车费用增加。 2.3.
7、22.3.2最小曲线半径的选定最小曲线半径的选定意义：铁路主要技术标准之一对工程量和运营条件有重大影响最小曲线半径的计算式 客车货车共线 客车：保证舒适条件 货车：不致引起轮轨严重磨耗 旅客舒适条件列车以最高速度通过时，欠超高不能大于允许值 )(8 .11)/(*8 .112maxminmhhVRhkmRhhVQQ轮轨磨耗条件确定因素：行车速度，实设超高外轨超高 均方根速度客车速度Vmax 欠超高允许值货车速度Vh 过超高允许值 取 进整为50米的整倍数+ )(8 .11min2mmRVhJFsh)/(2hkmNGNGVVJFshQhRVhmin2max8 .11min28 .11RVhhHs
8、hG)()(8 .1122maxminmhVVRQJF)()(8 .1122minmhVVRGHJF)()(8 .1122maxminmhhVVRGQHmaxminR选定最小曲线半径的影响因素路段设计速度最小曲线半径要满足各个路段的需要货车通过速度坡度越陡，列车速度越慢。曲线上，外轨超高受允许过超高的制约地形条件平原微丘R宜大山岳地区R宜小用足坡度地段R越小，线路额外展长，工程费用增加 2.3.32.3.3曲线半径的选用曲线半径的选用曲线半径系列一般为50或100米的整倍数特殊为10米的整倍数选用原则因地制宜，由小到大合理选用结合纵断面特点合理选用坡度平缓地段和凹形纵断面坡底，列车速度高， 半
9、径宜大长大坡道、凸形纵断面的坡顶及双方向均需停车的 大站两端，半径可以小一些足坡长大坡道顶部和进站前用足坡度上坡的地段， 半径不宜过小小半径曲线宜集中设置 2.3.42.3.4缓和曲线缓和曲线保证行车平顺保证行车平顺作用缓和曲线地段，半径由无穷大变到一个定值，离心力逐渐增加缓和曲线地段，外轨超高由零变动到园曲线上的超高，向心力逐渐增加半径小于350米时，轨距由标准轨距变动到加宽后的轨距线型直线型超高顺坡的三次抛物线长度保证超高顺坡不致使车轮脱轨保证超高时变率不致影响旅客舒适保证欠超高时变率不致影响旅客舒适 取三个计算值中的较大者选用结合半径、设计速度、地形选用，尽量选 用较长的。两缓和曲线间圆
10、曲线的最小长度与夹直线相同 2.3.52.3.5线间距离线间距离限界种类：机车车辆限界机车车辆不同部位宽度和高度的 最大轮廓尺寸线。直线建筑接近限界铁路两侧建筑物和设备在 任何情况下不得侵入的轮 廓尺寸线。隧道建筑限界桥梁建筑限界 区间直线地段的线距第一、二线的线距 最小线距： 其中 1700机车车辆的限界半宽 100信号限界宽 400不限速会车的安全量第二、三线的线距 取为5.3m 其中 2440直线建筑接近限界半宽 410信号机最大宽度 mm400040010017002mm529041024402区间曲线地段线距加宽加宽原因车体长转向架中心距曲线半径为R车辆在曲线上时，车辆中部向内凸W1
11、，两端向外凸W2 mL26mZ18)(40500812mmRRZW)(440008222mmRRZLW曲线上设有外轨超高，使车体向内侧倾斜W3 加宽值计算 时， 时，外侧车体的内倾量大于内侧 15003shhHW)(*15003mmhHWshnwhh )(8450021mmRWWWnwhh )(1500385084500)(150021nwnwhhRhhHWWW加宽方法对于新建双线并行地段的曲线，加长内侧曲线的缓和曲线长度，外侧缓和曲线长度lw取规定值。内移距线距加宽所以内侧缓和曲线长度取为10米的整倍数)(242mRlpwww)(mppppwnwn)(*24mpRlnnn曲线毗连地段，夹直线
12、较短，偏角过大，不能过多 加长内侧线的缓和曲线长。 内外线采用相同的缓和曲线长度，加宽曲线两端夹 直线段的线间距。3 3 区间线路纵断面设计区间线路纵断面设计重要概念：坡段长度，坡度坡段长度坡段前后两个变坡点之间的水平距离坡度坡段两端变坡点之间的高程差除以坡段长度坡度值符号规定：上坡取正值，下坡取负值 () 1000iiLHi 设计步骤：在平面设计一栏中，填入平面设计的资料，按纵断面图的格式，绘制线路平面图。根据平面图的等高线，将千（百）米标及地形变化点点绘在纵断面图上，连成地面线。用直尺沿地面线上下移动，使填挖方较小，从而定出坡段长度和坡度值。以上为纵断面设计的大致步骤，具体设计时，还包括确
13、定最大坡度、坡段长度、坡段连接和坡度折减等一系列具体问题，需要在设计过程中进一步协调配合。 3.13.1线路的最大坡度线路的最大坡度首先必须明确限制坡度、加力牵引坡度、地面平均自然坡度等几个概念。最大坡度，在单机牵引的路段称为限制坡度；在两台及以上机车牵引的路段称为加力牵引坡度。地面平均自然坡度是指两点之间地面高程与距离的比值。注意：纵断面的设计坡度不得大于最大坡度值。若超过了最大坡度，牵引质量按限坡计算的货物列车，在持续上坡道上，会低于计算速度运行，发生运缓或途停事故。 3.1.13.1.1限制坡度限制坡度限制坡度对工程和运营的影响输送能力由输送能力计算公式可知，输送能力取决于通过能力和牵引
14、质量。在牵引种类和机车类型一定的情况下，由牵引质量计算公式可知，牵引质量由限制坡度决定。工程数量在平原地区，限坡大小对工程数量影响不大。 在丘陵和越岭地区，限坡对工程数量影响很大。在丘陵地区采用大的限坡，可使线路标高升降较快，更好地适应地形起伏，从而避免较大的填挖方，减少桥梁高度，缩短隧道长度，使工程数量减少，工程造价降低。在地面自然纵坡较陡的越岭地段，若采用的限坡小于地面自然纵坡，则线路要迂回展长，才能达到预定标高，使得工程数量和造价大幅增加。 运营费用由前面的分析可知，采用大的限坡，则牵引质量相应减少。为了完成既定的运输任务，满足输送能力的需要，必须增加列车对数，使得通过能力加大，机车台数
15、、车站数目、工作人员增多，从而使运营费用大幅度增加。通常情况下，应采用较小的限制坡度，但在地面自然纵坡陡峻地区，宜采用与地形相适应的较大的限坡，可以缩短展线长度，节省工程投资。 影响限坡选择的因素限制坡度是影响铁路全局的主要技术标准之一，它对线路的走向、长度、车站分布和工程投资，以及铁路的输送能力、运营指标都有很大的影响，并且一经修建就不易改动。因此设计线的限制坡度应根据铁路等级和远期输送能力的要求，结合地形条件、机车类型、邻接线的牵引定数等情况，拟定不同的限坡方案，经过比选确定。 影响限坡选择的因素如下：铁路等级铁路等级高，则线路的意义、作用大，客货运量大，安全舒适性要求高，运营条件要好，运
16、输成本要低，因此宜采用较小的限制坡度。牵引种类和机车类型电力牵引比内燃牵引的计算牵引力大，计算速度高，牵引定数大，满足相同运能要求时的限坡比内燃牵引的大。大功率机车的牵引力大，牵引定数大，满足相同运能要求时的限坡比小功率机车的为大。 地形类别地形条件是限坡选择的重要因素，限坡选择要和地形条件相适应。当限坡适应地形时，线路长度短，工程投资省。否则需要额外增加展线，增大工程费和运营费。运输需求铁路的输送能力必须能完成规定的运输任务，当其他条件相同时，客货运量大的线路要求较小的限制坡度。邻线的牵引定数当设计线与邻接铁路的直通货流量大，或者在路网中联络分流的作用很显著，则限坡选择应考虑使设计线与邻接线
17、的牵引定数相协调，采用同一牵引定数。 统一牵引定数可避免列车换重作业，加速机车车辆的周转，提高运营指标，并增加运输的机动性。 线规的规定 表31 限坡的最大值（） 分方向选择限坡分方向选择限坡轻重车方向货流显著不平衡，预计将来也不致发生 巨大变化。轻车方向上升的平均自然纵坡较陡，重车方向的平 均自然纵坡较缓。经过技术经济比较，分方向选择限坡具有合理性。轻车方向限坡的限制条件轻车方向的限坡值不大于重车方向的三机牵引坡度轻车方向的限坡值不大于根据双方向的货流比，按 双方向列车对数相同、每列车车辆数相同的条件下 算出来的。 3.1.23.1.2加力牵引坡度加力牵引坡度定义：用两台或更多机车牵引的较陡
18、坡度优点：缩短线路长度，大量减少工程，有利于降低 造价和缩短工期。缺点：增加了机车台数，造成机力浪费和运输管理的困难延长了到发线有效长度和增加部分整备设备增加了编组时挑选守车的作业和难度加力牵引坡度太大时，对下坡行车会产生不利影响 采用的注意事项加力牵引坡度应集中使用加力牵引地段宜与区段站或其他有机务设备的 车站邻接要减少与起讫站邻接的加力牵引区间的往返走 行时分根据车钩强度确定采用重联牵引还是补机推送加力牵引坡度的最大值制定的依据 满足运输能力的需要 保证运行安全的需要 上坡时车钩不断 下坡时制动力充分 经济上合理综合运能、安全和经济各方面要求，各级铁路电力 和内 燃加力牵引坡度最大值分别取
19、30和253.23.2坡段长度坡段长度定义：一个坡段两端变坡点之间的水平距离3.2.13.2.1纵断面坡段设计考虑因素纵断面坡段设计考虑因素满足行车安全和平稳的要求考虑工程数量的影响 3.2.23.2.2最小坡段长度的确定最小坡段长度的确定200米最短坡段长度的确定 确定理由：保证了相邻两竖曲线不互相重叠可避免同一列车下出现两个以上变坡点坡段长度在200米以下时，对减少工程量的作用 已不显著200米最短坡段长度的采用情况坡度折减坡段缓和坡段 分坡平段长路堑内的人字坡 3.33.3坡段连接坡段连接3.3.13.3.1坡度代数差坡度代数差变坡点对列车运行的影响 列车通过变坡点时，由于运动方向的改变
20、而产生附加力，当车钩内力大于车钩的允许强度时，就有断钩的可能。列车通过变坡点时，产生竖直方向的离心力和离心加速度，当加速度超过一定限度时，将使旅客感觉不舒适或使货物移位。列车通过凸形变坡点时，当机车前轮悬空高度超过轮缘高度就有脱轨的可能。列车通过变坡点时，引起相邻车辆的车钩中心线上下错动，当错动量超过限定数值时，有脱钩的可能。3.3.23.3.2竖曲线竖曲线定义：纵断面变坡点处设立的竖向圆弧线型：抛物线，圆曲线竖曲线半径的确定条件行车安全条件机车不脱轨旅客舒适条件行车平稳设竖曲线可减少附加纵向力规范规定：、级铁路竖曲线半径为10000米，级铁路竖曲线半径为5000米。 竖曲线的几何线型要素切线
21、长、级铁路： 级铁路：竖曲线长 竖曲线纵距 外矢距 变坡点处的设计标高计算标高外矢距 )(2000mRTishsh)(5),(10000mTmRishsh)(5 . 2),(5000mTmRishsh)(2mTKshsh)(22mRxysh)(22mRTEshshsh竖曲线的设置条件、级铁路： 级铁路： 竖曲线设置的限制条件竖曲线不应与缓和曲线重叠竖曲线不应设在明桥面上竖曲线不应与道岔重叠 3i4i3.43.4最大坡度的折减最大坡度的折减折减原因：在用足最大坡度的路段上，曲线和隧道的存在使机车牵引力下降，为保证满轴货物列车不低于计算速度运行，故需将最大坡度折减，使加算坡度不大于最大坡度。设计坡
22、度 （） 坡度折减值 RiiimaxRi3.4.13.4.1曲线地段的最大坡度折减曲线地段的最大坡度折减注意事项在用足了最大坡度处折减保证必要的折减，又不能折减太多折减时的曲线长指未加设缓和曲线前的圆曲线长， 列车长取近期货物列车长折减的坡段长度不短于且尽量接近圆曲线长，通 常不宜大于货物列车长折减后的设计坡度值取小数点后一位，第二位舍弃 折减方法两圆曲线间夹直线长度大于200米，可单独设计 为一个坡段，不用折减。长度不小于货物列车长的圆曲线，可设计为一个 坡段。 即 列车 （） LLyRgir6001曲线长度小于列车长 即 列车Li 坡段长，当 列车时， 列车。 坡段（或货车长）内平面曲线偏
23、角总和一个曲线位于两个坡段上时，应按两个坡段所占曲线 长度比例分配偏角，再按第计算。 L1坡段分配的偏角 LLyiiyLgLLRgi5 .101)600(LLiLLiyyLL113.4.23.4.2小半径曲线路段的最大坡度折减小半径曲线路段的最大坡度折减折减原因：机车驶入圆曲线后，动轮踏面发生的横向滑动和纵向滑动引起机车粘着系数降低。当机车牵引以接近或等于计算速度通过最大坡度上的小半径曲线时，粘着系数降低使得计算粘着牵引力低于计算牵引力，动轮产生空转，行车速度降低。为此，需进行坡度折减来弥补牵引力的降低。设计坡度 粘降后的粘着牵引力 uriiiimax)(1 (0maxgiFFijujuruujugPF10003.4.3隧道内的最大坡度折减长度大于400米的隧道位于或接近最大坡度的坡道上，应将最大坡度折减。影响折减的因素隧道空气附加阻力内燃牵引时，列车通过隧道的速度隧道内粘着系数的降低内燃机车功率的降低 隧道坡度折减最大设计坡度 s最大坡度系数 电力牵引 s隧道空气附加阻力 内燃牵引 ir均衡坡度 折减范围仅限于隧道长度内，坡段取为50米的整倍数。 maxiismax101issmaxmax)(10/1iiirss
