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1、选线设计, 铁路线路纵断面,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:028-87600623,87602879 邮编:610031 Email:,第三节 区间线路纵断面设计,本节要点：铁路线路纵断面的概念及其设计的基本要求、区间线路纵断面设计是本节重点。重点掌握纵断面中最大坡度的确定，坡度、坡段长度和竖曲线三者之间的关系，最大坡度折减原因和方法；理解曲线半径、最大坡度及坡段设计对铁路工程和运营的影响。,区间线路纵断面设计,坡段组成 纵断面由长度不同、陡缓各异的坡段组成。坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。,坡段长度L：为坡段两端变坡点间的水平距离(m)。,坡度
2、值i：为该坡段两端变坡点的高差Hi与坡段长度Li的比值，以千分数表示，即 i= (Hi/Li)1000（） ，上坡取正，下坡取负。,变坡点：相邻两坡段的坡度变化点称为变坡点。,设计内容：最大坡度,坡段长度,坡段连接,坡段坡度,线路的最大坡度,新建铁路的最大坡度 单机牵引地段为限制坡度，多机牵引地段为加力牵引坡度，常见的为双机牵引坡度 限制坡度：是单机牵引普通货物列车，在持续上坡道上，最终以机车计算速度等速运行的坡度； 加力牵引坡度：是两台及以上机车牵引规定牵引定数的普通货物列车，在持续上坡道上，最后以机车计算速度等速运行的坡度。,限制坡度,限制坡度对工程和运营的影响 对输送能力的影响,365N
3、HGj C= (Mt/a) 106,各种限制坡度的输送能力图,限制坡度,限制坡度对工程和运营的影响 对工程数量的影响 平原地区：一般影响不大，但在有净空要求时影响引线长度和填挖量。 丘陵地区：较大的坡度可使线路高程升降较快，能更好的适应地形起伏， 使工程数量减少，工程造价降低（图3-21）。,不同限坡的起伏纵断面,限制坡度,限制坡度对工程和运营的影响 对工程数量的影响 越岭地段：小于自然纵坡的限制坡度会使线路迂回展长，工程数量和造价急剧增加（如下图） 。线路翻越高大的分水岭时，采用不同的限制坡度，可能改变越岭垭口，从而影响线路的局部走向,宝秦段不同最大坡度的线路方案示意图,成昆线双福峨边间不同
4、限坡方案,限制坡度,限制坡度对工程和运营的影响 对运营的影响 ix则Gx运营支出增加，行车设备投资增加； 困难地区， ix自然纵坡相适应，从而缩短线路长度，节省工程投资，并减少运营投入。 一般来说，限制坡度大，对工程有利，对运营不利。,限制坡度,影响限制坡度选择的因素 铁路等级、输送能力和机车类型、地形条件、邻线的牵引定数、线规规定 铁路等级 铁路等级越高，则设计线的意义、作用和客货运量越大，更需要有良好的运营条件和较低的运输成本，因此宜采用较小的限制坡度。 运输需求和机车类型 输送能力与货物列车牵引吨数有关，而牵引吨数是由限制坡度值与机车类型决定的。所以限制坡度的选择，应根据运输任务，结合机
5、车类型一并考虑。力争选定的限制坡度与平均自然纵坡相适应，不引起额外展线。同时选择恰当的机车类型，满足运输要求。,限制坡度,影响限制坡度选择的因素 地形条件 地形条件是选择限制坡度的重要因素，限制坡度要和地形相适应。既不能选择过小的限制坡度，引起大人工展线；又不能选择过大的限制坡度，使该限坡得不到充分利用，节省工程的效果不显著，却给运营带来不良影响。 邻线的牵引定数 则选择限制坡度时，应考虑与邻线牵引定数相协调，尽量使其统一。这样，直通货物列车可避免在接轨站的甩挂作业，加速货物运送，降低运输成本。 我国既有铁路干线的限制坡度，4者约占1/4，6者约占1/2，12者约占1/4，少数干线为9或10，
6、全国路网基本形成了4、6与12的限制坡度系统。,限制坡度,影响限制坡度选择的因素 符合线规规定 设计线选定的限制坡度，不应大于线规规定值，如表3-6所示。 限制坡度最小值，线规未作规定，但通常取为4。这是因为限制坡度若小于4，牵引质量受起动条件和到发线有效长度（一般最长取1050m）的限制而不能实现，而工程投资却可能有所增加。 限制坡度最大值（）,限制坡度,分方向选择限制坡度,在具备一定条件的线路上，可以在重车方向设置较缓的限制坡度（上坡坡度），在轻车方向设置较陡的限制坡度（下坡坡度），称为分方向选择限制坡度。 分方向选择限坡的条件 轻重车方向货流显著不平衡且预计将来也不致发生巨大变化。 轻车
7、方向上升的平均自然纵坡较陡，而重车方向上升的平均自然纵坡较缓，分方向选择限制坡度，可以节省大量工程。 技术经济比较证明分方向选择限制坡度是合理的。,限制坡度,分方向选择限制坡度 轻车方向限制坡度的限制值,不大于重车方向限制坡度的三机牵引坡度值；,根据轻车方向的牵引质量Gq所计算的最大坡度，即,y Fj -(P w0+Gq w0(p)” ) ixq= () (P + Gq) g,加力坡度,加力坡度 采用原则 应从设计线意义、地形条件以及节省工程和不利运营等方面全面分析，比选确定。 采用加力坡度的注意事项 加力牵引坡度应集中使用，使补机能在较长的路段上行驶，提高其利用率。 加力坡度的起讫站，宜有一
8、个为区段站或其他有机务设备的车站，困难时也应尽量与这类车站接近，以利用其机务设备。 与起讫站邻接的加力牵引区间的往返行车时分，要相应减少，以免限制通过能力。 加力牵引是采用重联牵引或补机推送，与牵引质量及车钩强度有关。,加力牵引坡度计算,双机牵引地段的加算坡度：,y Fj -( Pw0+G w0” ) iJL= () (P + G) g,(1+) y Fj -(2 Pw0+G w0” ) iJL= () (2P + G) g,加力坡度 计算条件 多机牵引限制坡度上的牵引吨数，在加力牵引地段以机车计算速度做等速运行C=0。,加力牵引坡度计算,加力坡度 加力坡度最大值 加力坡度的最大值取决于货物列
9、车在陡坡上的运营条件，包括下坡的制动安全和闸瓦磨耗，上坡的能量消耗，以及车站技术作业对通过能力的影响等。蒸汽机车下坡时完全依靠闸瓦制动，而电力、内燃机车则可用电阻制动、控制下坡速度，运营条件差别很大，因而要分别规定其最大的加力牵引坡度。 我国线规规定的蒸汽、内燃、电力牵引的最大加力牵引坡度值分别为20 、25 、30。,坡段长度,坡段长度对工程和运营的影响 较短的坡段长度一般有利于适应地形变化，减少桥、隧工程，节省工程投资。 设置坡段长度的技术条件 最短坡段长度应保证坡段两端所设置的竖曲线不在坡段中间重叠 坡段长度的设置要保证不致产生断钩事故。 最小坡段长度,坡段长度,可采用200m坡段长度的
10、情况： 凸形纵断面坡顶（凹形纵断面底部为缓和坡度代数差而设置的分坡平段仍应满足最小坡段长要求）。,坡段长度,可采用200m坡段长度的情况： 因最大坡度折减而形成的坡段 在两个同向坡段之间为了缓和坡度差而设置的缓和坡段 长路堑内为排水而设置的人字坡段,坡段连接,相邻坡段坡度差 坡度差的计算： 以代数差的绝对值表示，即 例如，线路上有相邻两个坡度， i1为6的下坡，i2为4的上坡，则其相邻坡段的坡度差为： 坡度差的限制： i规定的允许最大坡度差 保证列车通过变坡点时，产生的纵向力不大于车钩强度，即保证列车不断钩； 司机通视距离不小于要求的紧急制动距离，以保证行车安全；,i=|i1-i2| (),i
11、=|i1-i2| =|(-6 )-(+4)|= 10 ,最大坡度差,为保证行车安全司机通视距离应不小于紧急制动距离。在凸形纵断面的坡顶，若坡度差过大，则司机的通视距离缩短，必要时加以检算。,坡段连接,坡段连接,竖曲线 定义： 在线路纵断面变坡点处设置的与坡段线相切的曲线。 设置目的 避免列车通过变坡点时脱钩，以保证行车安全和平顺,导轮悬空示意图 车钩错动示意图,坡段连接-竖曲线,竖曲线半径 圆形竖曲线半径应满足的条件 旅客舒适条件 列车通过竖曲线时，产生的竖直离心加速度不应大于旅客舒适要求的允许值aSH。竖曲线的半径RSH，根据旅客列车的最高速度Vmax用下式计算： 竖向离心加速度的取值 竖向
12、离心加速度的允许值aSH，国外一般取0.150.6m/s2。我国客货共线铁路旅客列车最高速度Vmax140km/h，若取aSH0.2m/s2，则RSH7600m，若取aSH0.3m/s2，则RSH3700m。,坡段连接-竖曲线,竖曲线半径 圆形竖曲线半径应满足的条件 运行安全条件 列车通过凸形竖曲线时上浮的离心力不应大于车重的10，即aSH0.1m/s2。 设置竖曲线可减小列车通过变坡点的附加纵向力 当竖曲线半径为10000m时，牵引吨数不大于5000t的货物列车，列车过变坡点能保证行车安全。 线规规定 ,级铁路为10000m，级铁路为5000m。,坡段连接-竖曲线,竖曲线的几何要素 竖曲线切
13、线长度 由右图可推导得： 当竖曲线半径为RSH10000m时，TSH5i (m)； 当竖曲线半径RSH5000m时， TSH2.5i (m)。 竖曲线长度 KSH = 2TSH,坡段连接-竖曲线,竖曲线的几何要素 竖曲线纵距 竖曲线上任意一点路基面的高程（施工高程） ，应根据该点的设计高程，减去（凸形变坡点）或加上（凹形变坡点）该点的纵距高度；路基填挖高度应根据路基面高程计算。,因为： (RSH+y)2 = RSH 2 +x 2 2RSH y =x 2 +y 2,x 2 略去微小量y 2不计，得：y= (m) 2RSH,TSH2 变坡点处的纵距为：ESH= (m) 2RSH,坡段连接-竖曲线,
14、设置竖曲线的限制条件 需要设置竖曲线的条件 线规规定：相邻坡段坡度差，当级、级铁路大于3、级铁路大于4时，相邻坡段应以圆曲线型竖曲线连接 设置竖曲线的限制条件 竖曲线不应与缓和曲线重叠 竖曲线不应设置在明桥面上 竖曲线不应与道岔重叠,变坡点距缓直点的距离,线路纵断面设计最大坡度折减,最大坡度折减 折减目的 线路纵断面设计时,纵断面上需要用足最大坡度的地段，当平面上出现曲线或遇到长于400m的隧道时，因为曲线附加阻力和隧道附加阻力增加,粘着系数降低,需要将最大坡度值减缓,以保证线路上任何一处的加算坡度均不超过线路允许的最大坡度，以保证列车以不低于该地段的计算速度或规定速度运行;此项工作称为最大坡
15、度折减. 需要考虑最大坡度折减的线路地段 曲线地段，长度大于400m的隧道地段,最大坡度折减,曲线地段的最大坡度折减 设计坡度 在曲线地段,货物列车受到的附加阻力包括坡道阻力和曲线附加阻力;为保证列车以不低于计算速度运行,相应的加算坡度应满足:,ij=i+iR imax (),所以线路的设计坡度应为: i= imax -iR (),式中 imax 最大坡度值（）； iR 曲线阻力的相应坡度减缓值（）。,最大坡度折减,曲线地段的最大坡度折减 曲线地段最大坡度减缓的注意事项 纵断面设计坡度值+曲线当量坡度最大坡度时，才进行曲线坡度减缓； 既要保证必要的减缓值，又不要折减过多，以免损失高程，使线路额外展长。 折减时涉及的曲线长度是未加设缓和曲线前的圆曲线长度；设计的货物列车长度应是近期货物列车长度。 减缓坡段长度应不短于、且尽量接近于圆曲线长度，取为50m的整倍数，且不短于200m。所取坡段长度不宜大于货物列车长度。 减缓后的设计坡度值，取小数点后一位。,最大坡度折减,曲线地段的最大坡度折减 曲线地段最大坡度折减方法 两圆曲线间不小于200m的直线段，可设计为一个坡段，按最大坡度设计，不予折减；,例如:将曲线前后长度不小于200m的两直线段,分别设计为长度200m和长度350m的坡段,坡度不予减缓,按限制坡度12设计。,最大坡度折减,曲线地段的最大
