1、 铁道概论铁道概论高铁教研室高铁教研室 李雅琦李雅琦课程内容课程内容 第一章：铁路的发展概况及特征 第二章：铁路线路与铁路基本设备 第三章：铁路车站 第四章：铁路机车车辆 第五章：铁路信号与通信 第六章：铁路运输组织 第七章：高速铁路、重载列车和铁路动车组 铁路运输设备是铁路运输系统的基础。1、我国标准铁路两钢轨之间的距离是多少？A.1275mm B.1355mm C.1435mm D.1550mm 2、一台常见内燃机车（东风型），牵引十节普通货物车辆，该列车共计多少个车轮？A.44 B.46 C.88 D.92 我国铁路的标准轨距是1435mm。从图中可以看出，一台机车的轮子数为12个，从图
2、中可以看出，一货物车辆的轮子数为8个。铁路线路是机车车辆和列车运行的基础，而各类车站则是办理旅客运输和货物运输的生产基地；机车是牵引列车的基本动力，各种类型的车辆是运送旅客或货物的工具；铁路信号和通讯设备是保证列车运行安全和提高运输效率的重要手段。铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。新线和改建铁路施工前，需要进行大量的调查研究、技术勘测及总体规划、个体工程设计等工作，即勘察设计。在建筑一条铁路之前，必须进行调查研究和勘探工作，并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计。铁路建设的三个阶段：前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和
3、初步设计工作。基本建设阶段：主要进行定测、技术设计和施工图设计，最后进行工程施工、验交投产。投资效果反馈：铁路运营若干年后，由建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。2.1.2 铁路等级及主要技术标准等级铁路在路网中的意义近期年客货运量在路网中起骨干作用的铁路20Mt在路网中起联络、辅助作用的铁路20Mt且10Mt为某一地区或企业服务的铁路10Mt且5Mt为某一地区或企业服务的铁路5Mt 线路等级是铁路的基本标准。设计铁路时，首先要确定铁路等级。铁路的技术标准和装备类型都要根据铁路等级来选定。依据国家要求的年输送能力和确定的铁路等级，考虑沿线资源分
4、布和国家科技发展规划，结合设计线路的地形、地质、气象等自然条件，经过慎重比选，慎重决定铁路的主要技术标准。铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。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O的纵向连线。如下图所示：图322 线路横断面图323 线路平面 图324 线路纵断面 铁路线路的平面线路中心线
5、在水平面上的投影。表明线路的直、曲变化状态；铁路线路的纵断面线路中心线（展直后）在铅垂面上的投影。表明线路的坡度变化。2.1.3.1 铁路线路的平面及平面图 （1）曲线要素的组成圆曲线 铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角，曲线长L，切线长度T。线路的平面由直线、圆曲线以及缓和曲线（连接直线和圆曲线）组成。图1-2 线路曲线地段1.曲线要素 （2）曲线要素的计算 直接根据数学公式可以得出：曲线长度：切线长度：1）不考虑缓和曲线时 无缓和曲线的曲线地段在线路设计时，一般是先设计出和R，再计算出T和L。2.圆曲线 小半径曲线对运营不利，这是因为：1）限制列车运
6、行速度，增加轮轨磨耗，降低轮轨间的粘着系数，增加列车运行阻力；2）增加轮轨设备和维修工作量，增加轨道设备和维修工作量，增加线路长度。其中，限制列车运行速度一项，影响到铁路线路的运营能力，也是我们关注的重点。（1）曲线半径对运营的影响 区间线路的最小曲线半径客货共线、级铁路区间线路最小曲线半径铁路等级路段设计行车速度（km/h）20016012012080一般（m）3500200012001200600特殊困难（m）28001600800800500设计速度（km/h）最小曲线半径最大曲线半径一般困难一般困难20022002000100001200025040003500100001200030
7、04500120001400035070001200014000运专线铁路区间线路最小曲线半径和最大曲线半径 为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取50、100m的整数倍。列车在曲线上行驶的速度越快，所产生的离心力就越大，为保证列车运行的安全、平衡和舒适，必须限制列车通过曲线时的速度。3.缓和曲线 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，以避免离心力的突然产生和消除，常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，如下图所示为设有缓和曲线的铁路曲线。图 曲线设置 曲线长度：切线长度：图1-4 设有缓和曲线的曲线地段式中：0缓和曲线角，
8、p内移距，m切垂距 （1）缓和曲线的特点 缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域。缓和曲线的特点为：1）曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径R，或从圆曲线的半径R逐渐增加到无穷大；2）运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低，不至于造成列车强烈横向摇摆；3）轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小；4）曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。缓和曲线的特点，目的都是更好地确保列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适。（2）缓和曲线方程式 我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：式中：y缓和曲线上任意点的纵坐标，m；X缓和曲线L任意点的横坐标，m；R圆曲线半径，m；L0缓和曲线长度，m。（3）缓
9、和曲线的设置 缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡过程。同时，应该满足以下两点运营要求：1）车轮的轮缘不致爬上内轨外轨超高的坡度限制为：式中:Kmin机车或车辆最小轮缘高，mm Dmax机车或车辆最大固定轴距,mm 当以轮缘最小高度28mm及最大固定轴距6.5代入，得到：在实际取值中,i0一般不大于2，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险。此时计算出缓和曲线长L0为:2）保证乘客乘座舒适 当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低。如果升降速度过快，会引起乘客的不舒适感设。设以f（mm/s
10、)表示外侧表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：通常规定，在一般地段，f=32mm/s；在困难地段，f=40mm/s。可以反推出：在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：曲线半径曲线半径（m）级铁路级铁路 级铁路级铁路 级铁路级铁路（1）（2）（3）（1）（2）（3）（1）（2）4000 30 30 20 20 20 20 20 20 3000 40 30 20 30 20 20 20 202500 50 40 20 30 30 20 20 20 2000 60 50 30 40 30 20 20 20 1500 80 70 40 50 40 30 30 20 1200 100 80
11、50 60 50 30 30 30 1000 120 100 60 70 60 40 40 30 800 150 120 70 90 70 40 50 40 700 150 120 90 70 40 40 50 40 600 140 110 90 110 90 60 60 60 550 140 110 90 130 110 70 70 50 500 130 100 90 130 100 80 70 60 450 120 100 80 120 100 80 80 80 400 120 90 80 120 90 80 90 70 350 110 90 70 110 90 70 100 70 300
12、 100 8070 100 70 250 90 70 （1）定义 转向相同的相邻两曲线称为同向曲线。转向相反的相邻两曲线称为反向曲线反向曲线。介于两同向曲线间或两反向曲线间一般不太长的直线，称为夹直线。设置夹直线的目的：保证行车运行平顺；确保乘客乘坐舒适感。图1-5 同向曲线与夹支线图1-6 反向曲线与夹支线 （2）三者约束条件 1）超高的设置及其变化过程 无论同向或反向曲线，曲线外轨都要设置超高，而在直线地段则不设超高。超高的变化过程是“从有到无、从无到有”。2）超高带来的影响 超高将引起车身倾斜度和外轮竖向加速度的不断变化，使机车车辆的转向架弹簧发生振动和车身发生横向摇摆。3）如何克服影响
13、 为保持列车运行的平顺，保证乘客乘坐的舒适感，车身摇摆和弹簧振动应控制在容许程度之内。A.为了控制车身摇摆的程度，一般规定，夹直线长度应能容纳23辆客车，即5070m。B.为了控制车辆转向架弹簧振动的程度，应使第二次振动（车辆通过第二个曲线的ZH点进入第二个曲线时）发生在第一次振动（车辆通过第一个曲线HZ点进入夹直线时）消失之后。在线路设计中，夹直线的最小长度值见表 铁路等级铁路等级 一般地段一般地段 困难地段困难地段 80 40 60 30 50 25 基本阻力：列车在空旷地段沿平、直轨道运行时所受到的阻力。包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是
14、存在的。附加阻力：列车在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定，阻力方向与列车运行方向相反。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。曲线附加阻力大小常用下公式计算：（N/KN）Rr600式中：r 单位曲线阻力（N/KN）R 曲线半径（m）600 据试验得出的数据。根据（N/KN）Rr600还会给运营工作带来以下不利影响：可知，曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，用一
15、定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。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。图 线路平面图 线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。图 坡道坡度及坡道附加阻力示意图 1.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，如下图所示。设L为1000m，h为6m，则AB段坡道的坡度为6。当列车在上坡道上运行时，受到由坡道引起的阻力，称为坡道附加阻力。机车车辆的质量Q(t)的重力Qg(N)可以分解为垂直于坡道的分力N和平行于坡道的分力Wi。垂直分力N由轨道的反作用力抵消了，平行分力Wi，就成为坡道附加阻力
16、。机车车辆的坡道附加阻力Wi可用下列公式计算：Wi QgsinQgtanQgi1000Qgi 列车平均每吨质量所受到的坡度阻力称为单位坡道阻力i，其计算公式如下：iQg Wii(N/Kg)（1）限制坡度的选定 1）限制坡段定义 限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。这就是说。这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度。2）选定限制坡段的影响因素 限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。客货共线、级铁路区间线路最大限制坡度
17、铁路等级一般困难一般困难牵引种类电力6.015.06.020.0内燃6.012.06.015.0 （2）加力牵引坡度的确定 1）加力牵引坡段的定义 在一条轶路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：A.可以修建隧道穿过山岭；B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。图1-7 双机牵引 2）加力牵引坡度最大值的计算 加力牵引坡度的最大值计算公式
18、：式中：Fj数台机车计算牵引力之和，千牛；p数台机车计算质量之和，吨；Q单机牵引地段按限制坡度计算的牵引质量，吨；W计算速度时机车单位基本阻力，牛/千牛；W计算速度时车辆平均单位基本阻力，牛/千牛；g重力加速度。变坡点 平道与坡道、坡道与坡道的交点，叫变坡点。列车经过变坡点时，由于坡度的突然变化，车钩内产生附加应力；坡度变化越大，附加应力越大，两车钩上下错移量过大，容易发生断钩、脱钩等事故。为了保证列车的平稳运行和安全，我国铁路规定，在、级铁路线路上，当相邻坡段的坡度代数差的绝对值大于3、级铁路大于4 时，应以竖曲线连接。竖曲线是纵断面上的圆曲线，竖曲线半径：、级铁路为10000m，级铁路为5
19、000m。线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为1:10000、垂直方向为1:1000）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。图3213 线路纵断面图 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。线路的标志是为线路的维修和养护和司机和车长等工作上的需要而设置的。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。公里标、半公里标、曲线标、圆曲线和缓和曲线始终点标、坡度标、桥梁标、管界标。线路标志按公里计算方向应设在线路左側。双线区段须另设标志时，应设在列车运行方向的左側。主要有：（1）公里标、半公里标 是线路的里程
20、标。设在一条线路自起点计算每一整公里、半公里处。公里标的作用主要是确切地指明线路的位置，例如巡道工在线路上巡行检查时，如果发现问题，在记录和报告中就能根据公里标、半公里标，指出问题的准确位置，以利于维修和抢修单位及时处理。（2）曲线标设在线路某条曲线的中点处，标明该曲线的中心里程、半径大小、曲线和缓和曲线长度等数据。该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：圆曲线和缓和曲线始终点标 圆曲线和缓和曲线始终点标：设在直线进入缓和曲线、缓和曲线进入圆曲线、圆曲线进入缓和曲线、缓和曲线进入直线的各点之处。标明所向方向或为直线、或为缓和曲线、或为圆曲线。（3）坡度标设在线路坡度的变坡点处，两侧各标明其所向方向
21、的上、下坡度值及其长度。水平线表示坡度为，箭头朝上表示上坡，朝下表示下坡。箭头后面的数字表示坡度值，以千分率表示，下面的数值表示这个坡度的长度，以米为单位。（4）桥梁标 设在桥梁中心里程（或桥头）处，标明桥梁编号和中心里程。（5）管界标 设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，两侧标明所向的单位名称。信号标志应设在列车运行方向的左侧（警冲标除外），以便于司机观察。主要有：警冲标：警冲标是用来指示机车车辆停车时，不准向道岔方向或线路交叉点方向越过，以防止停留在该线上的机车车辆与邻线上的机车车辆发生侧面冲突的标志。在出站道岔上警冲标用来确定站界标位置。警冲标设在两
22、会合线路间距离为4m的中间。线间距离不足4m时，设在两线路中心线最大间距的起点处。站界标：在单线区段，车站以两头进站信号机中心线为界；在双线区段，出站方向没有进站信号机，车站与区间的界限以专设的标志来划分，称为站界标。设在双线区间列车运行方向左侧最外方顺向道岔（对向出站道岔的警冲标）外不少于50m处，或邻线进站信号机相对处。预告标：设在车站外1100m-900m处预先告知机车乘务人员车站位置的标志。设在进站信号机外方900、1000及1100m处，但在没有预告信号机及自动闭塞的区段，均不设预告标。在双线区间，退行的列车看不见邻线的预告标时，在距站界外1100m处特设一个预告标。引导员接车地点标
23、：列车在距站界200m以外，不能看见引导人员在进站信号机或站界标处显示的手信号时，须在列车距站界200m外能清晰地看见引导人员手信号的地点设置引导员接车地点标。接触网终点标:设在站内接触网边界 司机鸣笛标：设在道口、大桥、隧道及视线不良地点的前方5001000m处。司机见此标志，须长声鸣笛提醒人们列车即将到达。作业标：设在施工线路及其邻线距施工地点两端5001000m处。司机见此标志须提高警惕，长声鸣笛，提醒施工人员撤离到安全地点。减速地点标:设在需要减速地点的两端20m处。正面表示列车应按规定限速通过地段的始点，背面表示列车应按规定限速通过地段的终点。减速地点标：设在需要减速地点的两端20m
24、处。正面表示列车应按规定限速通过地段的始点，背面表示列车应按规定限速通过地段的终点。桥梁减速信号标:为黄底、黑色图案、黑字，上部标明客运列车限制速度，下部标明货物列车限制速度。铁路路基是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。铁路路基 1.铁路路基特点：1)铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工程中占有很大比重；2)铁路路基采用天然土、石构筑，暴露于大自然中，不断受到侵蚀、破坏。图1-44 铁路路基 信号标志是设在铁路沿线，用来表明该地点线路的状况，以便司机和其它有关行车人员能够及时、正确地进行作业。信号标志 铁路系统常见的信号标志主要有：1.警冲标 2.司机鸣笛标 司机鸣笛标设在道口、
25、大桥、隧道或视线不良的前方5001000m处。司机看到该标志时，应鸣笛示警。3.作业标 在营运线路进行施工维护时，为保障维护人员安全和行车安全，需要设置作业标。作业标设在施工线路及其邻线距施工地点两端5001000m处，司机见到此标记时须提高警惕并长声鸣笛。4.站界标 设在双线区间列车运行方向左侧最外方顺向道岔（对向出站道岔的警冲标）外不少于50m处，或邻线进站信号机相对处。5.预告标 设在进站信号机外方900、1000及1100m处，但在没有预告信号机及自动闭塞的区段，均不设预告标。在双线区间，退行的列车看不见邻线的预告标时，在距站界外1100m处特设一个预告标。6.引导员接车地点标 列车在
26、距站界200m以外，不能看见引导人员在进站信号机或站界标处显示的手信号时，须在列车距站界200m外能清晰地看见引导人员手信号的地点设置引导员接车地点标。6.接触网终点标 设在站内接触网边界。电力机车通过接触网获得电动力，一旦脱离接触网将寸步难行。接触网终点标就是提醒电力机车司机不要超越接触网有效区间。7.减速地点标 设在需要减速地点的两端各20m处。正面表示列车应按规定限速通过地段的始点，背面表示列车应按规定限速通过地段的终点。8.桥梁减速信号牌 设在需要限速通过的桥梁两端，上部表示客车限制速度，下部表示货车限制速度。这么多的标志，铁路有关人员都要牢记，否则就会造成事故。所以标志的设计既要说明
27、问题，也要一目了然，便于记忆。通常都采用白底，少数为黄底、蓝底加黑字或黑色图案。本节习题 1、道岔表示器的作用是什么？2、警冲标的作用是什么？A.提示机车司机鸣笛 B.指示机车车辆的停留位置 C.提醒司机减速行驶 D.禁止通过标志 2.铁路路基设计要求：1)慎重对待，从设计、施工、运营做全面考虑，并通过技术经济比较进行调整；2)路基应该具有坚固、稳定、耐久，可以抵抗各种自然因素的影响。本节学习要求 1、从路基横断面入手，学习掌握各种铁路路基横断面；2、重点掌握铁路路基的组成；3、关于铁路路基稳定性的学习。通常，把垂直于线路中心线的路基横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照路基所处的地势情况与
28、横断面的形状，路基断面可以分为6类：路基的断面形式 1、路堤 路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。图1-45 路堤断面简图 2、路堑 路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。图1-47 路堑实物图 图1-46 路堑断面简图 3、不填不挖路基 路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。图1-49 半路堤断面简图图1-48 不填不挖路基断面简图 4、半路堤 在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。5、半路堑 在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。图1-50 半路堑断面简图图1-51 半路堑实物图 6、半路堤半路堑 经过填、挖两部分构成的路基。图1-52 半
29、路堤半路堑断面简图 2.1.4.2 路基的组成 1.路基本体 铁路路基本体主要包括：路基顶面、路肩和路基边坡。路基是由路基本体和路基附属设施两部分组成。图1-53 铁路路基组成 （1）路基顶面 路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。根据路基顶面形状，路基顶面的形状，分为有路拱、无路拱两种形式。（见图1-54a、b）路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。（见图1-55）图1-54b 无路拱路基断面图1-54a 有路拱路基断面图1-55 路基顶面宽度示意图 2.路肩与路基边坡 路肩：路基顶面两侧无道床覆盖的部分。路基边坡：路肩边缘以外的斜坡。图1-56 路基路肩与边
30、坡示意图 路肩的作用：1）抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动、变形，加强路基的稳定性；2）防止道渣滚落于路基坡面，保持道床完整；3）便于设置必要的线路、信号标志；4）供铁路现场作业人员行走，便于进行工作。3.路基附属设施图1-57 排水沟 路基附属设施的作用：保证路基的强度与稳定。（1）排水设施 1）地面排水设施汇集地表雨水，引到路基以外。例如：排水沟（见图1-57）、截水沟等。2）地下排水设施截断、疏导地下水，排出路基。图1-58 路基边坡度冲刷防护（2）防护设施 1）路基边坡度坡面防护增强路基边坡的抗风化能力。例如：植被防护、砌石防护等。（2）路基边坡度冲刷防护用于滨河、河滩、水库地段
31、防护。例如：植被防护、抛石防护等。路基边坡防护见图1-58。图1-59 挡土墙（3）加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。例如：挡土墙（图1-59）、扶壁、挡棚（图1-60）等。图1-60 山体挡棚 1、什么是路基？路基断面又是指什么？本节习题2、请画一半路堤半路堑地段的铁路线路结构简图。铁路路基是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。垂直于线路中心线的路基横截面为路基横断面，简称路基断面。1、路基本体主要是由哪几部分组成的？试画图说明。铁路路基本体，主要包括：路基顶面、路肩、路基边坡。2、路基的附属设施可以分为几类，举例说明。1、排水设施汇集地表雨水，截断、疏导地下
32、水，引到路基以外。例如排水沟、截水沟、渗水隧洞等；2、防护设施增强路基边坡的抗风化、抗水侵蚀能力。例如植被 防护、砌石防护等；3、加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。例如：挡土墙、扶壁等。本节习题2.1.5 桥隧建筑物 桥梁，在铁路架空的部位承托轨道。桥梁由上部结构（桥跨）和下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）组成。轨道传来的力，通过桥墩、墩台、基础，传递至基底面上。图1-61 内昆线金沙江大桥 隧道，铁路穿越山岭所开凿的地下通道。其底部承托着轨道，四周承受着围岩的压力。隧道也可以代替桥梁，从河道、海峡下穿过，即水下隧道。图1-62 内昆线安边2号隧道 涵洞涵洞，设置在路基下的过
33、水建筑物。承受通过路基传来的动力载荷，以及路基土体的土压力。图1-63 涵洞 本节学习要求：1、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的功用；2、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的基本技术构造。2.1.5.1 铁路桥梁 桥梁简介 1.桥梁的作用与分类 作用：供铁路线路跨越水流、山谷或其它建筑物的设施。（1）跨越河流跨河桥。（2）跨越山谷跨谷桥。（3）跨越铁路、公路跨线桥。（4）跨越市区、工业区、农作物区旱桥。图1-64 跨河桥(陇海线渭河桥)图1-65 跨谷桥(南昆线八渡3号大桥)图1-66 跨线桥图1-67 旱桥(西康线)图1-68 跨河桥组成部分简单图 2.桥梁结构 我们以跨河桥为例，其组成部分为：桥跨、桥墩、
34、桥台、墩台基础。图1-69 连续梁桥 3.桥梁分类 桥梁的型式很多，根据桥梁受力情况，分为5类：梁桥、拱桥、刚架桥、悬桥和组合体系桥等。（1）梁桥 梁桥在竖向载荷作用下只产生竖向反力。桥跨为梁，只受桡受剪，不受到轴向力。梁桥又分简支梁桥、连续梁桥（见图1-69）、悬臂梁桥。图1-70 实体拱拱桥（2）拱桥 拱桥在竖向载荷下有竖向反力和横向反力，无铰拱桥还产生支座弯矩。桥跨为拱，以受压为主，也受桡受剪。拱桥可以分为实体拱拱桥和桁拱拱桥。图1-71 斜腿刚架桥 （3）刚架桥 刚架桥的特点是桥跨与墩台以刚性连接成一体，在竖向载荷的作用下有竖向反力和水平反力，无铰刚架还有支撑弯矩。刚架以受桡为主，也受
35、剪和轴向力。从造型上刚架桥可以分为门形刚架桥和斜腿刚架桥。图1-72 悬桥（4）悬桥（见图1-72）悬桥以缆索跨过塔顶，锚定于河岸上作为承重结构，在缆索上悬挂吊杆，吊起桥面系。缆索受拉。图1-73 斜拉桥 （5）组合体系桥 组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。例如：系杆拱桥是由梁与拱的组合体系；斜拉桥是（见图1-73）梁与索的组合体系。2.1.5.2 隧道 铁路隧道是线路跨越山岭时，为避免开挖很深的路堑或修筑很长的迂回线，而修建的穿越山岭的建筑物；还有建筑在河床、海峡或湖底下的水底隧道和建筑在大城市地下的铁道。图1-75大瑶山隧道洞门图1-76 秦岭隧道的洞身衬砌 1.隧道的基本组成 隧道是
36、修筑在地层内的建筑物，铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成。主体建筑物洞门、洞身衬砌。作用是保持隧道的稳定，保证列车的安全运行。附属建筑物避车洞、防排水设施、通风设施。为隧道安全、养护与维修隧道的需要而设置。1、按照隧道所处的地质条件分类：分为土质隧道和石质隧道。2、按照隧道的长度分类：分为短隧道（铁路隧道规定：L500m；公路隧道规定：L500m）、中长隧道（铁路隧道规定：500L3000m；公路隧道规定500L1000m）、长隧道（铁路隧道规定：300010000m；公路隧道规定：L3000m）。3、按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类：分为极小断面隧道（2
37、3）、小断面隧道（310）、中等断面隧道（1050）、大断面隧道（50100）和特大断面隧道（大于100）。4、按照隧道所在的位置分类：分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道等。5、按照隧道埋置的深度分类：分为浅埋隧道和深埋隧道。6、按照隧道的用途分类：分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道。7、按隧道洞内行车线路的多少还可以分为单线隧道、双线隧道及多线隧道。2.隧道的衬砌结构 衬砌是用于支持隧道四周围岩，防止其塌落的设施。隧道衬砌材料应该具有足够的强度、耐久性；特殊地段还要求抗冻、抗渗、抗侵蚀性。隧道衬砌分为(1)整体式模筑砼衬砌;(2)拼装式衬砌;(3)锚喷衬砌;(4)复合式衬砌;(5)明洞
38、衬砌.2.4.2.3 隧道洞门 隧道洞门的学习内容主要是考虑洞口位置的选择：结合地形、地质、水文地质情况，施工及运营条件，洞口有关工程全面考虑。洞门的主要作用是用来保证洞口土体仰坡和边坡的稳定，并通过洞门位置的排水系统将仰坡流下的雨水引离隧道，以防止水流冲刷洞门。3.铁路隧道附属建筑物 （1）避车洞及其作用 小避车洞保证隧道内维修人员的安全。大避车洞存放工具材料。隧道两侧，每隔60m设置一小洞，每隔300m设置一大洞。（2）隧道通风设备 隧道的通风是隧道设计的重点内容。原因之一是当蒸汽机车、内燃机车通过隧道时，排出有害气体。如果隧道通风不良，将危害旅客和铁路工作人员的健康。隧道通风有两种形式：
39、自然通风；机械通风。（3）防排水设施 我国的隧道防排水技术，采用以“排”为主，“截、堵、排”的综合治水方法。“截”截断地表水、地下水流入隧道的通道。“堵”在洞身衬砌内设置防水层，防止地下水渗入隧道。“排”将洞身衬砌后的积水引入隧道，通过隧道内的水沟排出。道口 铁路道口指的是道路与铁路平面相交处，分为有人看守道口和无人看守道口。铁路与道路平面交叉的道口，应当设置道口信号机、警示标志或者安全防护设施。无人看守的铁路道口，应当在距道口一定距离处设置警示标志。在电气化铁路上，铁路道口通路两面应设限高架，其通过高度不得超过4.5米。道口两侧不宜设置接触网锚段关节，不应设置锚柱。2.1.5.3 涵洞 涵洞
40、设在路堤下面的填土中，是用以通过水流或行人的一种建筑物。洞身由若干管节组成，管节埋在路基之中，具有一定的纵向坡度（从进口向出口），以便排水。涵洞分为：石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、鉄涵等，截面有矩形、圆形和拱形等不同形式。涵洞的孔径一般是0.756.0m。2.2 轨 道 在路基、桥隧建筑物修成之后，就可以在上面铺设轨道。轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成。它起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的巨大压力，并把它传布给路基或桥隧建筑物。动画2.2.1 钢轨 1）支承和引导车轮；2）为车轮滚动提供阻力较小的表面；3）承受车轮的作用力并传布于轨枕；4）在电气化铁
41、路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。2.2.1.1 钢轨的功用 钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，由轨头、轨腰和轨底组成。2.钢轨断面 (1)断面形状 钢轨断面的造型统一为“工”字形钢轨断面图(2)断面特点轨底较宽有利于保证钢轨稳定钢轨断面的组成(动画)2.2.1.2 钢轨的特点与钢轨断面1.钢轨特点：四个“度”刚度抵抗由动荷载引起的挠曲变形；韧度防止动荷载引起钢轨折断；硬度防止被车轮压陷或磨损太快；顶面粗糙度有利于机车的牵引力、制动力的实现。在我国，钢轨的类型或强度以每
42、米长度的大致质量（公斤数）表示，现行的标准钢轨类型有：75公斤米、60公斤米、50公斤米以及43公斤米。钢轨的长度长一些好，可以减少接头的数置，列车运行平稳并可节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限制，一根钢轨的轧制长度是有限的。目前我国钢轨的标准长度有25米和12.5米两种，对于75公斤米钢轨只有25米长一种。此外，还有专供曲线地段铺设内轨用的标准缩短轨若干种。2.2.1.3 钢轨接头、轨缝钢轨接头普通轨道的接头，通常用螺栓、夹板等连接。轨缝铺轨时，需要在钢轨接头处预留轨缝。轨缝要求：(1)高温时，钢轨膨胀不会导致轨道挤压变形；(2)低温时，钢轨收缩不会导致接头拉压变形
43、。轨缝作用：适应钢轨热胀冷缩的需要。4.轨缝计算公式 轨缝的计算通常使用经验公式：式中：计算轨缝尺寸（毫米）；tmax最高钢轨温度（当地历年最高气温加20摄氏度）；t铺轨时的钢轨温度（摄氏度）；L钢轨长度（米）；c阻力限制的钢轨伸缩量（毫米）（12.5米钢轨取12 毫米，25米钢轨取34毫米）本节习题 1、钢轨的功用是什么？A.在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。B.承受车轮的作用力并传布于轨枕；C.支承和引导车轮；D.为车轮滚动提供阻力较小的表面；E.承受车轮的作用力并传布于轨枕与道床；2、根据钢轨的功用，推断钢轨应具备的特点。3、计算：某地铺轨，选用12.5米钢轨，铺轨时测得轨温
44、为41度，当地最高气温为44度，求应该预留的轨缝大小。2.2.2 轨枕2.2.2.1 轨枕的功用、特点 1.功用 1)支撑钢轨并承受钢轨的垂直力、水平力。2)传递这二力给道床和路基。3)保持钢轨方向、位置、轨距。2.特点 坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。可以认为，轨枕是介于钢轨与道床之间，承受来自钢轨的各向压力，并将压力弹性地均布于道床的设施。2.2.2.2 轨枕的分类 轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。我国铁路所使用的主要是预应力混凝土枕。经过防腐处理的木枕，一般可用15年左右。我国普通轨枕的长度为2.5米，道岔用的岔枕和钢桥上用的桥枕，其长度有2.64.85m多
45、种。木枕 钢筋混凝土轨枕 思考题 铁路线路在不同地段，选用的轨枕是不相同的。例如，在桥梁、隧道、道岔处使用的轨枕就同一般线路上使用的轨枕有区别。因此，木枕和混凝土枕，根据不同场合的用途，可以分为：（提示：5选3）A.普通枕 B.一般枕 C.岔枕 D.桥枕 E.隧枕2.2.2.3 轨枕的布置 1.每千米配置轨枕数 每千米配置的轨枕根数，由运量、行车速度、线路等级条件决定。力求在最经济条件下，保证轨道具有足够的强度与稳定性。我国铁路规定：(1)木枕轨道，每千米轨枕数最多为1920根，最少为1440根；(2)混凝土枕轨道，每千米轨枕数最多为1840根，最少为1440根。图1-17 配置轨枕数示意图
46、符合右下侧条件(蓝字表示)之一的地段，轨道应该加强，即每千米的轨枕数需要增加 木枕增加160根 混凝土增加80根；当条件重合时，只增加一次，并且不能超过数目最大值。1)混凝土枕轨道上，半径小于600米的曲线地段；或木枕轨道、电力牵引线路，半径小于800米的曲线地段。2)坡度大于12的下坡制动地段。3)长度大于等于300米的隧道地段。2.轨枕间距的计算图1-18 轨枕间距示意图 到目前为止，你对轨枕的了解有多少普通轨道上，轨枕间的距离一样不？普通轨道上，钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头轨枕间距（c）应该比中间轨枕间距（a）小一些。而且，从c向a过渡时，应该有一个过渡轨枕间距（b），以适应荷载的
47、变化。三者大小为：abc。c一般是给定的：木枕为440mm，混凝土枕为540mm。由上图可知：式中：L每节钢轨长度（含一个轨缝宽度8mm）n每节钢轨下轨枕根数思考题：1、轨枕的功用是什么？它应该具备什么特点？3、计算：某一地区修建地方铁路，钢轨选用25m标准轨，轨枕选用混凝土枕。在一般地段，要求每千米轨枕数为1600根。现有一长1100m的隧道，计算在该隧道内铺轨需要的轨枕数目,并求出轨枕的三个间距a、b、c。2、轨枕按照其材质可以分为哪两类？这两类轨枕各自的优缺点是什么，以及改进措施是什么？2.2.3 联结零件联结零件2.2.3.1 联结零件 联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。接头联结
48、零件：两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。先用两块鱼尾板夹住钢轨，然后用螺栓拧紧。为防止螺栓松动，在螺帽与鱼尾板之间，加有弹簧垫圈。接头联结零件接头联结零件钢轨的接头连接动画2.2.3.2 中间联结扣件 中间联结扣件的作用：把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。根据轨枕的性质，中间联结扣件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。从分类上我们可以推测，不同的轨枕，存在不同的联结方式。图1-19 钢轨与轨枕的联结 1.木枕扣件及木枕联结方式 目前，我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。（1）混合式（见图1-20）目前大量采用的联结方式是混合式。混合式是先用道钉把垫板与木枕扣
49、紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时联结。混合式扣件零件少，安装成本低，但扣紧力不如分开式。钢轨与木枕的混合式连接（动画）图1-20 钢轨与木枕的混合式联结 （2）分开式（见图1-21）分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧。分开式扣压力大，能有效防止钢轨的横、纵向位移，同时便于安装与更换，但成本高。在特殊线路与桥上线路使用。图1-21 钢轨与木枕的分开式联结 2.混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式 由于混凝土枕重量大、刚度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。图1-21 钢轨与混凝土枕联结 主要表现为：1、扣压力足。当钢轨弯曲、转动时，不会导致钢轨沿垫板发生纵向移动。2、适当的弹性
50、。混凝土枕的弹性比木枕差许多，其弹性主要由扣件提供。3、具有绝缘性能。2.2.4 道床 道床是介于轨枕与路基之间，是铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层。主要作用是支承轨枕，把从轨枕上部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击，调整线路的平面和纵断面。道床断面道床断面图1-23 道床示意简图 2.2.4.1 道床的功用与材料选择1.道床的功用：1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基；2）提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定；3）提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动；4）提供良好的排水性能，减少路基病害；5）便于轨道养护维修作业。图1-24
