高速鐵路有砟軌道設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第1章緒論 -1-1.1高速鐵路發(fā)展史 -1-1.1.1高速鐵路三次發(fā)展高潮 -1-高速鐵路建設(shè)的第一次高潮 -1-高速鐵路建設(shè)的第二次高潮 -2-高速鐵路建設(shè)的第三次高潮 -2-1.1.2中國高速鐵路發(fā)展概況 -3-1.2鐵路高速化的技術(shù)基礎(chǔ) -4-第2章高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型選擇 -5-2.1軌道結(jié)構(gòu)類型 -5-2.2有砟軌道結(jié)構(gòu) -5-2.1.1鋼軌 -5-2.1.2軌枕 -6-2.1.3扣件 -7-2.1.4道床 -7-2.3曲線軌道外軌超高 -9-2.4無縫線路概況 -9-第3章軌道各部分強(qiáng)度檢算 -11-3.1按中速韶山9電力機(jī)車檢算軌道各部件強(qiáng)度 -11-3.1.1鋼軌強(qiáng)度檢算 -11-檢算所需公式及說明 -11-檢算過程 -12-3.1.2軌枕彎矩檢算 -14-3.1.3道床頂面應(yīng)力檢算 -17-3.1.4路基道床壓應(yīng)力檢算 -17-3.2按中國高速列車ZGS檢算軌道各部件強(qiáng)度 -18-3.2.1鋼軌強(qiáng)度檢算 -18-3.2.2軌枕彎矩檢算 -20-3.2.3道床頂面應(yīng)力計(jì)算 -22-3.2.4路基道床壓應(yīng)力計(jì)算 -23-第4章路基上無縫線路設(shè)計(jì) -24-4.1無縫線路設(shè)計(jì)相關(guān)資料 -24-4.2鋼軌強(qiáng)度檢算 -24-4.2.1檢算目的 -24-4.2.2鋼軌強(qiáng)度條件 -24-4.3穩(wěn)定性檢算 -25-4.3.1檢算目的 -25-4.3.2長鋼軌軸向溫度壓力計(jì)算 -26-4.4結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)與相關(guān)計(jì)算 -29-4.4.1溫度應(yīng)力式無縫線路鋪設(shè)條件檢驗(yàn) -29-4.4.2鎖定軌溫計(jì)算 -29-4.4.3伸縮區(qū)長度計(jì)算 -32-4.4.4預(yù)留軌縫計(jì)算 -32-4.4.5防爬設(shè)備布置 -34-4.4.6軌條布置 -34-第5章我國發(fā)展高速鐵路的意義 -35-5.1我國高速鐵路的建設(shè)規(guī)劃 -35-5.2鐵路在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的紐帶與動脈作用 -35-5.3鐵路在國家安全中的戰(zhàn)略與安全作用 -36-結(jié)束語 -37-參考文獻(xiàn) -38-致謝 -39-附錄1 -40-第1章緒論1.1高速鐵路發(fā)展史高速鐵路的概念產(chǎn)生于德國，而高速鐵路的實(shí)際應(yīng)用則發(fā)源于日本。1959年，日本國鐵開始建造東京至大阪的高速鐵路，并在1964年開通，全長515km，時(shí)速210km，稱為東海道法國高速鐵路稱TGV。法國國鐵(SNCF)從1950年開展高速鐵路技術(shù)研究，1955年研制的樣車試車，就創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界最高記錄——時(shí)速331km，使人們看到了這一技術(shù)的發(fā)展前景。2007年4月3日法國TGV最新型德國ICE高速鐵路的技術(shù)儲備并不亞于法國，1988年5月德國ICE列車的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行速度就達(dá)到了406.9km/h。同時(shí)，德國和日本還在研究實(shí)驗(yàn)非輪軌接觸式的磁懸浮列車，1979年德國修建了一個(gè)既有高架也有地面路軌的長達(dá)31.5km啞鈴式的磁浮試驗(yàn)回路，列車空載最高時(shí)速達(dá)到450km，載客時(shí)速420km高速鐵路三次發(fā)展高潮高速鐵路的發(fā)展可以劃分為三個(gè)不同的階段，即20世紀(jì)60年代至80年代末的第一次建設(shè)高潮，90年代初期形成的第二次建設(shè)高潮，以及90年代中期以后形成的第三次建設(shè)高潮。.1高速鐵路建設(shè)的第一次高潮1964~1990年是世界上高速鐵路發(fā)展的最初階段。在這期間建設(shè)并投入運(yùn)營的高速鐵路有日本的東海道、山陽、東北和上越新干線；法國的東南TGV線、大西洋TGV線；意大利的羅馬——佛羅倫薩線，以及德國的漢諾威——維爾茨堡高速新線，高速線里程達(dá)3198km。這期間，日本建成了遍布全國的新干線網(wǎng)的主體結(jié)構(gòu)。除了北美以外，世界上經(jīng)濟(jì)和技術(shù)最發(fā)達(dá)的日本、法國、意大利和德國推動了高速鐵路的第一次建設(shè)高潮。日本東海道新干線和法國TGV東南線的運(yùn)營，在技術(shù)、商業(yè)、財(cái)政以及政治上都獲得了極大的成功。東海道新干線在財(cái)務(wù)收支上已經(jīng)成為日本鐵路客運(yùn)的主要支柱，TGV東南線也在運(yùn)營10年的期限里，完全收回了投資。第一次建設(shè)高潮時(shí)期，高速鐵路呈現(xiàn)出如下特征：由于采用了新技術(shù)，使得鐵路的競爭力增強(qiáng)，鐵路旅客運(yùn)輸在市場中所占的份額出現(xiàn)回升，經(jīng)濟(jì)效益開始好轉(zhuǎn)；解決了運(yùn)輸能力緊張的問題；推動了沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)；節(jié)省能源，降低對環(huán)境的污染。新建項(xiàng)目帶動了既有鐵路網(wǎng)的技術(shù)改造，使國家既有設(shè)施得到整治并從中受益。日本、法國、意大利和德國在建設(shè)高速鐵路的初期，投入了大量的開發(fā)研究費(fèi)用，利用自主知識產(chǎn)權(quán)建成了本國的高速鐵路，成為當(dāng)今世界上僅有的四個(gè)高速鐵路技術(shù)保有國。.2高速鐵路建設(shè)的第二次高潮高速鐵路建設(shè)在日本和法國所取得的成就影響了很多國家。80年代末，世界各國對高速鐵路的關(guān)注和研究醞釀了第二次建設(shè)的高潮。第二次建設(shè)高峰于90年代在歐洲形成，所波及到的國家主要有法國、德國、意大利、西班牙、比利時(shí)、荷蘭、瑞典和英國等。1991年瑞典開通了X2000擺式列車，1992年西班牙引進(jìn)法、德兩國的技術(shù)建成了471km長的馬德里——塞維利亞高速鐵路。1994年英吉利海峽隧道把法國與英國連接在一起，開創(chuàng)了第一條高速鐵路國際連接線。1997年，從巴黎開出的“歐洲之星”又將法國、比利時(shí)、荷蘭和德國連接在一起。在這個(gè)期間，日本、法國、德國以及意大利對發(fā)展高速鐵路進(jìn)行了全面規(guī)劃。根據(jù)1987年的計(jì)劃，日本將再修建東北新干線（盛岡——青森）、北陸新干線（高崎——敦賀）、九州新干線（福岡——鹿兒島）、九州新干線（福岡——長崎）、北海道新干線（青森——札幌）等5條新干線，總長達(dá)到1440km。1986年，意大利政府批準(zhǔn)了交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃綱要，準(zhǔn)備修建橫連東西（都靈——米蘭——威尼斯）、縱貫?zāi)媳保滋m——佛羅倫薩——羅馬——那不勒斯），長達(dá)1230km的“T”型高速鐵路網(wǎng)。法國于1992年由政府公布了建設(shè)全國高速鐵路網(wǎng)的規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃，未來20年內(nèi)高速鐵路網(wǎng)將由4700km新線（其中1282km已于1997年開通投入運(yùn)營）構(gòu)成，新線建造費(fèi)用預(yù)計(jì)達(dá)1800億法郎（以1989年價(jià)格計(jì)）。1991年4月，德國聯(lián)邦政府批準(zhǔn)了聯(lián)邦鐵路公司改建、新建高速鐵路2000km的計(jì)劃。第二次建設(shè)高潮時(shí)期，高速鐵路所表現(xiàn)出的特征體現(xiàn)在：已建成高速鐵路的國家進(jìn)入了高速路網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的年代；高速鐵路的建設(shè)已經(jīng)不僅僅是鐵路部門的需要，修建高速鐵路網(wǎng)成為地區(qū)之間相互聯(lián)系的政治需求；能源和環(huán)境的要求呼吁發(fā)展無污染的高速鐵路；出現(xiàn)了全國的和跨越國境的高速鐵路網(wǎng)。.3高速鐵路建設(shè)的第三次高潮高速鐵路的建設(shè)與研究自90年代中期形成了第三次高潮，這次高潮波及到亞洲、北美、大洋洲以及整個(gè)歐洲，形成了交通領(lǐng)域中鐵路的一場復(fù)興運(yùn)動。自1992年以來，俄羅斯、韓國、我國臺灣、澳大利亞、英國、荷蘭等國家和地區(qū)均先后開始了高速鐵路新線的建設(shè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，為了配合歐洲高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，東部和中部歐洲的捷克、匈牙利、波蘭、奧地利、希臘以及羅馬尼亞等國家正在進(jìn)行主干線鐵路改造，全面提速。此間修建高速鐵路新線的國家和地區(qū)達(dá)到12個(gè)，修建新線總長3509km。除了以上這些已經(jīng)開工建設(shè)的項(xiàng)目，對高速鐵路開展前期研究工作的國家還有土耳其、中國、美國、加拿大、印度、捷克等。與以前所不同的是，參與第三次高速鐵路建設(shè)高潮的各個(gè)國家所表現(xiàn)出的特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：大多數(shù)國家在高速鐵路新線建設(shè)的初期即擬訂了修建高速鐵路的全國規(guī)劃；雖然建設(shè)高速鐵路所需資金巨大，但從社會效益、能源節(jié)約、治理環(huán)境污染等諸方面分析，修建高速鐵路對整個(gè)社會具有很好的效益，這一點(diǎn)得到各國政府的共識；高速鐵路促進(jìn)地區(qū)之間的交往和平衡發(fā)展，歐洲國家已經(jīng)將建設(shè)高速鐵路列為一項(xiàng)政治任務(wù)，各國呼吁在建設(shè)中攜手打破邊界的束縛；高速鐵路從國家公益投資轉(zhuǎn)向多種融資方式籌集建設(shè)資金，建設(shè)高速鐵路出現(xiàn)了多種形式融資的局面；高速鐵路的技術(shù)創(chuàng)新正在向相關(guān)領(lǐng)域輻射和發(fā)展。中國高速鐵路發(fā)展概況為了適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國高速鐵路的建設(shè)問題也受到了高度重視，1990年以來，為提高列車運(yùn)行速度，鐵路系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過六次大提速，其中包括對機(jī)車改造更新、線路改造、車輛更新、調(diào)度指揮系統(tǒng)信息化等等，這些措施已經(jīng)取得了良好的成效。1991年，鐵道部將經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的廣州至深圳間147km的廣深鐵路改造成為準(zhǔn)高速鐵路，待取得經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)一步向高速鐵路發(fā)展，該項(xiàng)目于1990年底經(jīng)國家計(jì)委審查批準(zhǔn)立項(xiàng)，于1994年底正式開通運(yùn)營。其旅客列車速度為160～200km/h，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，更主要的是通過科研與實(shí)驗(yàn)、引進(jìn)和開發(fā)，為建設(shè)我國高速鐵路做好了前期準(zhǔn)備，成為我國鐵路高速化的起點(diǎn)。2003年，我國第一條秦皇島——沈陽快速客運(yùn)專線建成并投入運(yùn)營，其中，山海關(guān)至綏北中間66.8km的綜合試驗(yàn)段，按高速標(biāo)準(zhǔn)修建，旅客列車試運(yùn)行速度在2002004年1月7日，溫家寶總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，討論并原則通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，明確了我國鐵路網(wǎng)中長期建設(shè)目標(biāo)：到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到10萬km，主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電氣化率達(dá)到50%，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，我國鐵路將建成以京滬、京廣、京哈、滬甬深及徐蘭、杭長、青太及滬漢蓉的“四橫四縱”客運(yùn)專線為主體，城際客運(yùn)專線為擴(kuò)充的快速客運(yùn)專線1.2萬公里，客貨混跑快速線路2萬公里，形成我國鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)。2008年8月1日，中國內(nèi)地第一條設(shè)計(jì)時(shí)速1.2鐵路高速化的技術(shù)基礎(chǔ)高速鐵路對高新技術(shù)的要求是全方位的：(1)要有大功率牽引機(jī)車。目前，一列普通客車所需的機(jī)車牽引功率為2000~3000kw，而一列時(shí)速300km的高速列車所需的機(jī)車牽引功率則高達(dá)10000kw。在現(xiàn)代鐵路牽引動力的行列中，電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車并駕齊驅(qū)，分擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)。兩者比較，電力機(jī)車功率大、拉得多、跑得快、爬坡能力強(qiáng)，在運(yùn)營中比內(nèi)燃機(jī)車更勝一籌。一臺電力機(jī)車的運(yùn)輸能力相當(dāng)于1.5臺內(nèi)燃機(jī)車，而電力機(jī)車牽引每萬噸/公里能耗僅為內(nèi)燃機(jī)車牽引的2/3。當(dāng)然，電力機(jī)車必須有供電系統(tǒng)，造價(jià)要高些，綜合考慮，高速鐵路必須采用大功率的電力機(jī)車(2)要有又輕又穩(wěn)的車軸。不僅如此，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的流線型車身以及采用智能化控制的車輛密閉通風(fēng)結(jié)構(gòu)，使高速列車具有極其良好的空氣動力性能。車輛轉(zhuǎn)向架是確保列車高速運(yùn)行平穩(wěn)的一個(gè)關(guān)鍵部件，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)車輛轉(zhuǎn)向架，同時(shí)采用先進(jìn)的精確制造工藝和組裝技術(shù)，能使車輛自身振動和線路干擾振動降低到最低水平。(3)要有良好的軌道基礎(chǔ)。鐵路是由一根根鋼軌連接起來的。在普通鐵路上，火車是在有縫線路上行駛，運(yùn)行中會產(chǎn)生劇烈的震動，并發(fā)生噪聲，影響旅客的休息，同時(shí)，因?yàn)檐囕喤c鋼軌的端部不斷沖擊，鋼軌與鋼軌的連接處軌縫就會產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象，還使車輪和鋼軌降低了使用壽命，隱患隨之增多。高速鐵路使用的是無縫線路，無縫線路與有縫線路相比，有顯著的優(yōu)越性，僅從節(jié)約勞力和延長設(shè)備使用壽命方面計(jì)算，無縫線路比有縫線路可節(jié)約線路維修費(fèi)用50%左右，此外，還可減少機(jī)車車輛的修理費(fèi)，并能使火車運(yùn)行平穩(wěn)，旅客乘坐舒適。(4)要有先進(jìn)的列車自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由行車自動指揮、列車自動駕駛和列車自動防護(hù)三大部分組成。系統(tǒng)的特點(diǎn)是：以電子器件和微電子元件組成集中管理、分散控制的模式來替代傳統(tǒng)的模式，從而確保高速列車高效率、高可靠性地行駛。日本是最早發(fā)展高速鐵路的國家，40多年以來，從未發(fā)生過行車重大事故，創(chuàng)造了世界行車安全之最，其主要經(jīng)驗(yàn)之一，就是采用了先進(jìn)的列車自動控制系統(tǒng)。

第2章高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型選擇2.1軌道結(jié)構(gòu)類型當(dāng)今世界上高速鐵路客運(yùn)專線軌道結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：有砟軌道和無砟軌道。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，兩種軌道都可運(yùn)行時(shí)速300km/h的高速列車。在高速鐵路究竟鋪設(shè)何種類型軌道結(jié)構(gòu)，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度全面衡量決定。從目前世界各國高速鐵路運(yùn)營情況來看，列車速度低于300km/h時(shí)，橋隧區(qū)段鋪設(shè)無砟軌道，路基面宜鋪設(shè)有砟軌道；當(dāng)列車速度大于300km/h時(shí)，采用無砟軌道結(jié)構(gòu)可較好保持軌道的平順性，有利于列車的高速運(yùn)行。有砟軌道與無砟軌道各有優(yōu)缺點(diǎn)，有砟軌道結(jié)構(gòu)是鐵路線路傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它具有彈性良好，造價(jià)低廉，更換與養(yǎng)護(hù)維修方便，吸收噪聲特性好等優(yōu)點(diǎn)。但隨著行車速度的提高，其缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)，首先有砟軌道會產(chǎn)生不均勻下沉，軌道破損和變形加劇，維修工作量增加。無砟軌道結(jié)構(gòu)具有使用壽命長、維修費(fèi)用低而且恒載小、建筑高度低、線路狀況良好和宜于高速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是投資大、技術(shù)要求高、一旦出現(xiàn)損傷，維修費(fèi)用較高而且不允許地基沉降。根據(jù)我國國情和鐵路長期的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，我國高速鐵路客運(yùn)專線路基地段宜鋪設(shè)有砟軌道結(jié)構(gòu)，橋梁和隧道可鋪設(shè)無砟軌道。綜合考慮我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素，本設(shè)計(jì)選用有砟軌道結(jié)構(gòu)。2.2有砟軌道結(jié)構(gòu)2.1.1鋼軌鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的主要部件，其作用是引導(dǎo)機(jī)車車輛車輪前進(jìn)，承受車輪的巨大壓力并將該力傳遞到軌枕或其他支承上。因此，鋼軌必須為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動表面，對高速鐵路而言，鋼軌要提供的輪軌踏面平順性和鋼軌內(nèi)側(cè)工作邊平順性要比普通鐵路高得多。為保證高速鐵路運(yùn)行的平順性，線路下部基礎(chǔ)、軌道上部結(jié)構(gòu)以及各軌道部件都要為鋼軌的正常工作提供良好條件。而鋼軌本身，其內(nèi)在質(zhì)量、材料性能、斷面公差、平直程度等都是十分重要的特性。鋼軌在技術(shù)上要能保證足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、穩(wěn)定性和平順性，在經(jīng)濟(jì)上要能保證合理的大修周期、減少養(yǎng)護(hù)維修的工作量。我國鋼軌隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，鋼軌類型形成了75kg/m、60kg/m、50kg/m的系列，鋼軌材質(zhì)主要有U71Mn、U74、PD3，其中PD3鋼軌在強(qiáng)度、硬度和使用壽命上都比較占優(yōu)勢，近年來得到了比較廣泛的使用。1998年，鐵道部頒布了《時(shí)速300公里客運(yùn)專線60kg/m鋼軌暫行技術(shù)條件》，對60kg/m鋼軌加以規(guī)范。從鋼軌單位質(zhì)量上來看，在大軸重、大運(yùn)量的重載線路上應(yīng)采用60～75kg/m鋼軌，在列車運(yùn)行速度超過160km/h的線路上應(yīng)采用60～75kg/m鋼軌。高速客運(yùn)專線鐵路鋼軌的斷面應(yīng)在既有鐵路使用成熟的鋼軌中選擇，而我國也已形成75kg/m、60kg/m和50kg/m的斷面系列，其中60kg/m鋼軌應(yīng)用最為廣泛。綜合各方面的技術(shù)要求和我國既有鐵路鋼軌運(yùn)用情況，本客運(yùn)專線設(shè)計(jì)選擇使用60kg/m鋼軌，定長為100m，材質(zhì)為U71Mn，屈服極限σs＝457MPa，其橫斷面形圖2-160kg/m鋼軌橫斷面圖(單位：mm式如圖2-1。2.1.2軌枕雖然在高速鐵路的發(fā)展中無砟軌道所占的比例越來越大，在許多國家已成為軌道結(jié)構(gòu)的首選，但有砟軌道依然是鐵路高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要形式，因此混凝土枕的性能和質(zhì)量仍需重點(diǎn)關(guān)注。在混凝土枕長度方面，我國I型和II型混凝土枕長度都是2500mm。長期使用結(jié)果表明，這個(gè)長度不能滿足高速鐵路的技術(shù)要求。而且世界各國的客運(yùn)專線和高速鐵路中無一例外地采用2600mm以上的混凝土枕。本設(shè)計(jì)采用III型預(yù)應(yīng)力混凝土、無擋肩軌枕，軌枕長2600mm，每公里鋪設(shè)1680根(按軌枕中心間距600mm，實(shí)際每公里為1667根)。Ⅲ型枕設(shè)計(jì)參數(shù)表2-1Ⅲ型枕設(shè)計(jì)參數(shù)高速方案軌下截面(mm)中間截面(mm)軌枕重量(kg)設(shè)計(jì)承載彎矩(kN·m)高度寬度高度底寬軌下截面中間截面Ⅲ型枕23030018528032019.05-17.302.1.3扣件1.彈條2.預(yù)埋件3.1.彈條2.預(yù)埋件3.絕緣軌距塊4.橡膠墊板圖2-2彈條III型無擋肩扣件本設(shè)計(jì)使用的是彈條III型無螺栓式扣件，其利用預(yù)埋于軌枕中的鐵件來保持軌距，承受橫向力并固定彈條，以彈條扣壓鋼軌，尼龍塊作為絕緣部件并用于調(diào)整軌距。彈條用BS970251A58級彈簧鋼制作，其抗橫向水平力的能力靜態(tài)為100kN，動態(tài)70kN(荷載循環(huán)200×106次)；預(yù)埋鐵座抗力不小于60kN。彈條III型扣件具有扣壓力大(不小于11kN)、彈性好(彈性變形不小于12mm)等優(yōu)點(diǎn)，特別是取消了混凝土擋肩，從而消除了軌底在橫向力作用下發(fā)生橫移導(dǎo)致軌距擴(kuò)大的可能性，因此保持軌距的能力很強(qiáng)；又由于取消了螺栓聯(lián)結(jié)的方式，扣壓力易于保持，大大減少了扣件養(yǎng)護(hù)工作量，非常適用于客運(yùn)專線和高速鐵路的運(yùn)輸條件。因此本設(shè)計(jì)選擇使用彈條III型無擋肩扣件其結(jié)構(gòu)形式如圖2-2。2.1.4道床 碎石道床是有砟軌道的突出特點(diǎn)。散粒體道床不僅要承受軌枕傳遞的各種力的作用，保持軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且要便于進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對高速鐵路而言，散粒體道床的這些作用顯得尤為重要。我國有砟道床標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)及物理力學(xué)指標(biāo)都比較多，這是根據(jù)我國鐵路道砟生產(chǎn)量大、材質(zhì)差而又無法在短期內(nèi)廢止石灰?guī)r等性能較差的道砟上的特定情況下提出的。根據(jù)《新建時(shí)速300~350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》，我國高速鐵路有砟道床應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：(1)應(yīng)采用碎石道砟，道砟的物理力學(xué)性能應(yīng)符合特級道砟材質(zhì)指標(biāo)的規(guī)定。(2)正線單線道床頂面寬度3.6m，道床厚度35cm，道床邊坡1：1.75，砟肩堆高15cm，雙線道床頂面寬度應(yīng)分別按單線設(shè)計(jì)，高速鐵路單線有砟軌道道床橫斷面形式見圖2-3(3)鋪設(shè)III型枕地段，道床頂面高度應(yīng)與軌枕中部頂面齊平；岔枕等其它類型軌枕地段的道床頂面應(yīng)低于軌枕承軌面3cm。(4)橋上道床標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與路肩地段相同。通過居民區(qū)的橋梁宜于道砟下鋪設(shè)厚度為2.5cm的膠墊，砟肩至擋砟墻間以道砟填平。(5)隧道內(nèi)道床厚度應(yīng)與隧道外道床厚度相同，砟肩至邊墻（或高側(cè)水溝)間以道砟填平。(6)線路開通前，道床密實(shí)度不得小于1.75g/cm3，支承剛度不得小于120kN/mm，縱向阻力不得小于14kN/枕，橫向阻力不得小于12kN/枕。(7)軌道電路道床電阻不應(yīng)小于。研究表明，我國的一級道砟不適用于高速鐵路，必須采用特級道砟。特級道砟相關(guān)技術(shù)和要求如下：(1)道砟由開山塊石破碎篩分而成，顆粒表面全部為破碎面。(2)道砟顆粒形狀和清潔度指標(biāo)應(yīng)符合下列要求：①針狀指數(shù)不應(yīng)大于20%，片狀指數(shù)不應(yīng)大于20%；②粒徑0.5mm以下的顆粒含量的質(zhì)量百分率不大于0.6%；粒徑0.063以下的粉末含量的質(zhì)量百分率不大于0.5%；③道砟出場前應(yīng)用水清洗，且不含黏土團(tuán)及其他雜質(zhì)。《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》要求基床表層應(yīng)采用級配碎石或級配砂礫石材料，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表的規(guī)定：表2-2采用級配碎石作基床表層時(shí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填料厚度壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)備注地基系數(shù)K30(MPa/m)空隙率級配碎石級配碎石中粗砂0.70≥190<18%0.55≥190<18%0.15≥130路堤表2-3采用級配砂礫石作基床表層時(shí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)填料厚度(m)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)地基系數(shù)K30(MPa/m)空隙率級配砂礫石0.70≥190＜18%接觸網(wǎng)支柱接觸網(wǎng)支柱電纜槽電纜槽基床底層防護(hù)柵欄基床底層防護(hù)柵欄綠化通道基床底層綠化通道基床底層圖2-3單線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖2.3曲線軌道外軌超高機(jī)車車輛在曲線上行駛時(shí)，由于慣性離心力作用，將機(jī)車車輛推向外股鋼軌，加大了外股鋼軌的壓力，使旅客產(chǎn)生不適，貨物位移等。因此需要把曲線外軌適當(dāng)抬高，使機(jī)車車輛的自身重力產(chǎn)生一個(gè)向心的水平分力，以抵消慣性離心力，達(dá)到內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均勻等，滿足旅客舒適感，提高線路的穩(wěn)定性和安全性。高速客運(yùn)專線軌道平面設(shè)計(jì)中，采用了較大的曲線半徑，來滿足高速列車的要求。外軌超過度是指曲線地段外軌頂面與內(nèi)軌頂面水平高度之差。在設(shè)置外軌超過時(shí)，主要有外軌提高法和線路中心高度不變法兩種。外軌提高法是保持內(nèi)軌標(biāo)高不變而只抬高外軌。線路中心高度不變時(shí)內(nèi)外軌分別各降低和抬高超高值的一半而保證線路中心標(biāo)高不變。我國客運(yùn)專線采用外軌提高法。外軌超高的計(jì)算由下式確定：(2-1)式中，——線路設(shè)計(jì)最高行車速度；——曲線半徑，本設(shè)計(jì)選用的曲線半徑為10000m。2.4無縫線路概況無縫線路是用標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊接而成的長鋼軌線路，它既是軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志，也是高速重載軌道的最優(yōu)選擇。各國鐵路競相發(fā)展無縫線路，目前已累計(jì)鋪設(shè)8000多公里。在軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化方面，60kg/m鋼軌已經(jīng)成為各干線的主要類型軌，軌下基礎(chǔ)以II、III型混凝土軌枕為主，道床標(biāo)準(zhǔn)為特級硬質(zhì)道砟軌道，尤其是跨區(qū)間無縫線路和無砟軌道的發(fā)展，為高速重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無縫線路按鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力處理方式不同，可分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種類型。溫度應(yīng)力式無縫線路是指把鋼軌焊接成長軌節(jié)鋪在線路上，擰緊扣件鎖定后，由于各種線路阻力約束長軌節(jié)不能自由伸縮，一年四季隨鋼軌溫度變化，長軌節(jié)內(nèi)承受著不斷變化的溫度拉力或壓力。長軌節(jié)端部之間的連接大多采用接頭夾板及螺栓，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)維修方便。放散溫度應(yīng)力式無縫線路目前一般已經(jīng)不使用。我國無縫線路從1957年開始鋪設(shè)，目前，京廣、京滬、京沈等主要干線均已鋪設(shè)無縫線路，并且客運(yùn)專線應(yīng)鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。

第3章軌道各部分強(qiáng)度檢算3.1按中速韶山9電力機(jī)車檢算軌道各部件強(qiáng)度3.1.1鋼軌強(qiáng)度檢算4×102.9kN2.15m2.15m7.27m韶山9電力機(jī)車前后有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，并且兩個(gè)轉(zhuǎn)向架之間距離較大，彼此影響很小，因此可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算架來尋找最不利輪位。韶山9電力機(jī)車設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為170km/h，4×102.9kN2.15m2.15m7.27m圖3-1韶山9電力機(jī)車輪重及輪距檢算所需公式及說明(1)鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，其定義為鋼軌基礎(chǔ)產(chǎn)生單位彈性下沉?xí)r，施加于單位長度鋼軌上的壓力，計(jì)算公式為：(3-1)式中，——鋼軌基礎(chǔ)彈性模量(N/cm2或MPa)；——軌道剛度(N/cm)，計(jì)算鋼軌應(yīng)力時(shí)取為33×104N/cm，計(jì)算軌下基礎(chǔ)應(yīng)力時(shí)取為140×104N/cm；——軌枕間距，其值為60cm。(2)剛比系數(shù)，鋼軌基礎(chǔ)彈性模量與鋼軌抗彎剛度的相對比值稱為剛比系數(shù)，用表示，計(jì)算剛比系數(shù)的公式為：(3-2)式中，——鋼軌的彈性模量，值為2.1×105MPa=2.1×107N/cm2；——60kg/m鋼軌斷面對水平軸的慣性矩，值為3217cm4。(3)鋼軌靜彎矩計(jì)算公式：(3-3)(4)鋼軌動彎矩計(jì)算公式：(3-4)式中，——靜彎矩；——速度系數(shù)，由表3-2可查得；——偏載系數(shù)，直線上為0，曲線上一般取為0.15；——橫向水平力系數(shù)，直線上取為1.25，的曲線上取為1.45。(5)鋼軌動彎應(yīng)力和的計(jì)算公式：(3-5)式中，——鋼軌底部斷面系數(shù)，60kg/m鋼軌的；——鋼軌頭部斷面系數(shù)，60kg/m鋼軌的。檢算過程(1)計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)有，(2)計(jì)算剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)有，(3)分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)算∑Pμ(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-1。表3-1韶山9電力機(jī)車當(dāng)量荷載∑Pμ計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位∑Pμ(N)動1動2動3動1P(N)10290010290010290091973.6x(cm)0215942x02.56711.247μ1-0.10621.588×10-5Pμ(N)102900-109281.63動2P(N)10290010290010290091951.4x(cm)2150727x2.56708.680μ-0.10621-0.0002Pμ(N)-10928102900-20.58由表3-1可知?jiǎng)?輪的當(dāng)量荷載91973.6N為其中的最大值，用該值計(jì)算的鋼軌彎矩作為檢算鋼軌強(qiáng)度的依據(jù)。(4)計(jì)算鋼軌靜彎矩，根據(jù)式(3-3)得，(5)計(jì)算鋼軌動彎矩表3-2速度系數(shù)α速度系數(shù)速度km/h電力牽引內(nèi)燃牽引電力牽引內(nèi)燃牽引計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力計(jì)算鋼軌下沉及軌下基礎(chǔ)部件用αv≤1200.6v/1000.4v/1000.45v/1000.3v/100α1120＜v≤1600.3△v1/1000.2△v1/1000.23△v1/1000.15△v1/100α2160＜v≤2000.1△v2/1000.07△v2/1000.08△v2/1000.05△v2/100αv＞2001~1.50.75~1.2根據(jù)表3-2計(jì)算電力機(jī)車軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)：則根據(jù)式(3-4)，計(jì)算鋼軌動彎矩，直線上：曲線上：(6)計(jì)算鋼軌的動彎應(yīng)力和，由式(3-5)得，直線上：曲線上：60kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力，屈服極限，鋼軌安全系數(shù)K=1.3，其允許應(yīng)力為：直線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：曲線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：可見，無論直線還是曲線上，上述鋼軌軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于允許應(yīng)力，滿足鋼軌的強(qiáng)度條件。軌枕彎矩檢算(1)軌枕上靜壓力R0計(jì)算公式：(3-6)(2)軌枕上動壓力Rd計(jì)算公式：(3-7)(3)軌枕下截面及中間截面彎矩計(jì)算公式：(3-8)式中，——荷載作用點(diǎn)至枕端距離，?。弧抗射撥壪?，軌枕的全支承長度，；——枕下襯墊寬度，一般取軌底寬，取。L——軌枕長，本設(shè)計(jì)使用的III型混凝土枕長為260cm。①計(jì)算軌下基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)得，②計(jì)算軌下基礎(chǔ)剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)得，③分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)算(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-3。表3-3韶山9電力機(jī)車當(dāng)量荷載(N)計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位(N)動1動2動3動1P(N)10290010290010290098465x(cm)021594203.676516.10821-0.04311.8×10-6(N)102900-4434.99-0.01動2P(N)10290010290010290098453x(cm)21507273.6765012.4317-0.04311-3.88×10-5(N)-4434.99102900-12.01由表3-3可知計(jì)算輪動1的當(dāng)量荷載98465N為其中的最大值，該值用以計(jì)算軌枕靜彎矩。④計(jì)算軌枕上靜壓力R0，根據(jù)式(3-6)得，⑤計(jì)算軌枕上動壓力Rd，先計(jì)算速度系數(shù)，由表3-2得軌下基礎(chǔ)彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)：計(jì)算軌枕上動壓力Rd，根據(jù)式(3-7)得，直線上：曲線上：⑥軌枕下截面正彎矩Mg計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：⑦軌枕中間截面負(fù)動彎矩Mc計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：III型混凝土軌枕的允許彎矩，所以軌枕彎矩檢算合格。3.1.3道床頂面應(yīng)力檢算道床頂面應(yīng)力，無論是沿軌枕縱向還是橫向，分布都是不均勻的，道床頂面上的最大壓力可近似取為：(3-9)式中，——軌枕有效支承長度，；——軌枕地面平均支承寬度，III型軌枕值為300mm；——應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，取為1.6。道床頂面應(yīng)力檢算，根據(jù)式(3-9)得，直線上：曲線上：特級碎石道床允許應(yīng)力，因此道床強(qiáng)度滿足要求。3.1.4路基道床壓應(yīng)力檢算道床壓應(yīng)力計(jì)算的基本假設(shè)：①道床上的壓力以擴(kuò)散角按直線擴(kuò)散規(guī)律從道床頂面?zhèn)鬟f到路基頂面；②不考慮相鄰軌枕的影響；③道床頂面的壓力是均勻分布的。根據(jù)以上假設(shè)，道床內(nèi)部的壓力傳遞如圖3-2，軌枕橫向及縱向的壓應(yīng)力擴(kuò)散線交點(diǎn)分別為、，距枕底高度分別為、，RRdKK1KK由圖可知：(3-10)式中，——壓力擴(kuò)散角，37°。根據(jù)式(3-10)得，由已知條件，道床的計(jì)算厚度，所以計(jì)算厚度在和之間，計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力的公式為：(3-11)根據(jù)式(3-11)計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力，直線上：曲線上：新建砂粘土路基允許應(yīng)力，因此路基強(qiáng)度滿足要求。3.2按中國高速列車ZGS檢算軌道各部件強(qiáng)度3.2.1鋼軌強(qiáng)度檢算4×95kN3.0m3.0m8.46m圖3-3中國ZGS高速列車輪重與輪距中國ZGS4×95kN3.0m3.0m8.46m圖3-3中國ZGS高速列車輪重與輪距(1)計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)有，(2)計(jì)算剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)有，(3)中國ZGS高速列車的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架距離較大，彼此影響很小，可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算架。本設(shè)計(jì)選1、2輪作為計(jì)算輪來計(jì)算當(dāng)量荷載∑Pμ(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-4。表3-4中國ZGS動車組當(dāng)量荷載∑Pμ計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位∑Pμ(N)動1動2動3動1P(N)95000950009500093736.5x(cm)03001146kx03.58213.683μ1-0.0133-0.24×10-6Pμ(N)95000-1263.1-0.4動2P(N)95000950009500093733.4x(cm)3000846kx3.582010.101μ-0.01331-0.27×10-5Pμ(N)-1263.195000-3.5由表3-4可知計(jì)算輪動1輪的當(dāng)量荷載93736.5N為其中的最大值，該值用以計(jì)算鋼軌靜彎矩。(4)計(jì)算靜彎矩，根據(jù)式(3-3)得，(5)計(jì)算鋼軌動彎矩，由于ZGS高速列車設(shè)計(jì)行駛速度為300km/h＞200km/h，則由表3-2知只考慮速度系數(shù)，=1~1.5，本設(shè)計(jì)取=1.3，根據(jù)式(3-4)得，直線上：曲線上：(6)計(jì)算鋼軌的動彎應(yīng)力和，根據(jù)式(3-5)得，直線上：曲線上：直線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：曲線上軌底應(yīng)力：軌頭應(yīng)力：無論直線還是曲線上，上述鋼軌軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于允許應(yīng)力，滿足鋼軌的強(qiáng)度條件。3.2.2軌枕彎矩檢算(1)計(jì)算軌下基礎(chǔ)彈性模量，根據(jù)式(3-1)得，(2)計(jì)算軌下基礎(chǔ)剛比系數(shù)，根據(jù)式(3-2)得，(3)分別以1、2輪為計(jì)算輪，計(jì)算(N)，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩，計(jì)算結(jié)果見表3-5。由表3-5可知計(jì)算輪動2輪的當(dāng)量荷載93347.3N為其中的最大值，該值用以計(jì)算軌枕靜彎矩。(4)計(jì)算軌枕上靜壓力R0，根據(jù)式(3-6)得，表3-5ZGS高速列車當(dāng)量荷載(N)計(jì)算表計(jì)算輪項(xiàng)目輪位(N)動1動2動3動1P(N)95000950009500093340.2x(cm)0300114605.1319.601-0.0174-0.14×10-5(N)95000-1653-6.8動2P(N)95000950009500093347.3x(cm)30008465.13014.47-0.017413.2×10-5(N)-1653950000.3(5)計(jì)算軌枕上動壓力Rd，先計(jì)算速度系數(shù)，由于ZGS高速列車設(shè)計(jì)行駛速度為300km/h＞200km/h，則由表3-2知只考慮速度系數(shù)，=1~1.2，本設(shè)計(jì)取=1.2，根據(jù)式(3-7)得，直線上：曲線上：(6)軌枕下截面正彎矩計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：(7)軌枕中間截面負(fù)動彎矩Mc計(jì)算，根據(jù)式(3-8)得，直線上：曲線上：III型混凝土軌枕的允許彎矩，所以軌枕彎矩檢算合格。3.2.3道床頂面應(yīng)力計(jì)算道床頂面應(yīng)力檢算，根據(jù)式(3-9)得，直線上：曲線上：特級碎石道床允許應(yīng)力，因此道床強(qiáng)度滿足要求。3.2.4路基道床壓應(yīng)力計(jì)算根據(jù)式(3-10)得，由已知條件，道床的計(jì)算厚度，所以計(jì)算厚度在和之間，根據(jù)式(3-11)計(jì)算該區(qū)域道床應(yīng)力，直線上：曲線上：新建砂粘土路基允許應(yīng)力，因此路基強(qiáng)度滿足要求。

第4章路基上無縫線路設(shè)計(jì)4.1無縫線路設(shè)計(jì)相關(guān)資料本設(shè)計(jì)選擇在濟(jì)南地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，已知濟(jì)南最高軌溫62.5°C、最低軌溫為-19.7℃，高速列車為中國ZGS動車組。鋼軌支承剛度D=33kN/mm，軌下基礎(chǔ)剛度D=140k表4-1區(qū)段線路條件平面曲線半徑R(m)鋼軌類型(kg/m)軌枕種類配置(根/km)道床厚度h(cm)基礎(chǔ)彈性系數(shù)1000060III型混凝土枕1667354.2鋼軌強(qiáng)度檢算4.2.1檢算目的無縫線路鋼軌應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證在動彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力及其他附加應(yīng)力共同作用下不被破壞，仍能正常工作。此時(shí)，要求鋼軌所承受的各種應(yīng)力的總和不超過規(guī)定的容許值，并據(jù)此鋼軌強(qiáng)度條件確定容許的軌溫變化幅度。4.2.2鋼軌強(qiáng)度條件(1)普通地段無縫線路的鋼軌強(qiáng)度，按受拉和受壓條件分別為：(4-1)(4-2)式中，——鋼軌軌底最大動彎應(yīng)力；——鋼軌軌頭最大動彎應(yīng)力；——鋼軌溫度應(yīng)力；——鋼軌承受的制動應(yīng)力，取10MPa；——鋼軌受彎容許應(yīng)力，。(4-3)式中，——鋼軌的線膨脹系數(shù)，取；——鋼軌的彈性模量，取2.1×105MPa=2.1×107N/cm2?！?dāng)?shù)刈罡呋蜃畹蛙墱嘏c鎖定軌溫之差(℃)。鋼軌受拉容許最大軌溫降低幅度(℃)計(jì)算式為；(4-4)(2)檢算強(qiáng)度：該區(qū)段直線和曲線上的鋼軌動彎應(yīng)力第3章已經(jīng)計(jì)算，見下表4-2。表4-2鋼軌動彎應(yīng)力值(單位MPa)計(jì)算條件中速高速鋼軌動彎應(yīng)力直線曲線(R=10000m)直線曲線(R=10000m)118.3147.8142.5176.1138.2172.6166.5205.7由于高速列車的動彎應(yīng)力值均大于中速列車的動彎應(yīng)力值，所以只按高速列車計(jì)算即可。根據(jù)式(4-4)得，直線上：曲線上：4.3穩(wěn)定性檢算4.3.1檢算目的無縫線路穩(wěn)定性檢算的目的，在于研究在給定的道床橫向阻力和具有原始彎曲的軌道框架剛度的條件下，溫度壓力必須限制在多大范圍內(nèi)才能保證線路的穩(wěn)定。并據(jù)此確定無縫線路的鎖定軌溫，以及限制維修作業(yè)軌溫和作業(yè)量，并判斷鋼軌受力狀態(tài)?？梢姡€(wěn)定性檢算的設(shè)計(jì)、鋪設(shè)和維修都是十分重要的。4.3.2長鋼軌軸向溫度壓力計(jì)算無縫線路穩(wěn)定性的計(jì)算，不在于求出臨界溫度壓力，因?yàn)樵谶@之前脹軌已很明顯，不能確保行車安全，而是在于具有一定原始彎曲的軌道，求出它產(chǎn)生橫向位移時(shí)的溫度壓力值PN。(1)穩(wěn)定性檢算相關(guān)公式及說明①根據(jù)能量法原理和定曲率法，可推導(dǎo)出變形曲線弦長及溫度壓力值PN分別為：(4-5)(4-6)式中，——變形曲線長度；——變形曲線矢度，取f=0.2cm；——彈性初彎曲矢度；——軌道框架水平剛度換算系數(shù)，其值取2；——鋼軌對豎直軸的慣性矩，；——鋼軌彈性模量，取值為；——合成半徑(cm)。(4-7)式中，——曲線半徑(cm)，R=1×106cm——原始塑性彎曲半波長，??；——塑性初彎曲矢度；——等效道床阻力，=84.3N/cm。②長鋼軌容許溫度壓力計(jì)算方法：將計(jì)算溫度壓力除以安全系數(shù)，得，(4-8)式中，——計(jì)算溫度壓力(N)；——安全系數(shù)，取。③穩(wěn)定條件容許最大軌溫升高幅度：(4-9)式中，——對于路基地段無縫線路=0；橋梁地段無縫線路為橋上無縫線路鋼軌伸縮壓力和撓曲壓力中的較大者。F——鋼軌橫斷面面積，60kg/m鋼軌F=77.45cm2。(2)穩(wěn)定性檢算過程直線上：假定，塑性初彎矢度，彈性初彎矢度，根據(jù)式(4-7)得，根據(jù)式(4-5)得，所以，計(jì)算得到的與原假定不符。再設(shè)代入公式：，再將運(yùn)算結(jié)果代入式(4-5)，再次試算，得，所以。該與第二次設(shè)的不符，再設(shè)，計(jì)算，得代入式(4-5)，再求、，得到，基本與原一致，因此取作為變形曲線長度，作為原始彈性初彎矢度。計(jì)算溫度壓力值，根據(jù)式(4-6)得，計(jì)算長鋼軌容許溫度壓力，根據(jù)式(4-8)得，曲線上：假定，塑性初彎矢度，彈性初彎矢度，根據(jù)式(4-7)得，計(jì)算，根據(jù)式(4-5)得，所以，計(jì)算得到的與原假定不符。再設(shè)代入公式：，再將運(yùn)算結(jié)果代入式(4-5)，再次試算，求得：該與第二次設(shè)的相差不大，因此取作為變形曲線長度，作為原始彈性初彎矢度。計(jì)算溫度壓力值，根據(jù)式(4-6)得，計(jì)算長鋼軌容許溫度壓力，根據(jù)式(4-8)得，穩(wěn)定條件容許的最大軌溫升高幅度由式(4-9)得，直線上：曲線上：4.4結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)與相關(guān)計(jì)算4.4.1溫度應(yīng)力式無縫線路鋪設(shè)條件檢驗(yàn)將由強(qiáng)度條件和穩(wěn)定條件計(jì)算得的最大軌溫升降幅度列于表4-3。表4-3最大軌溫升降幅度(單位：℃)線路條件直線80.284.782.28~10曲線(R=10000m)66.776.5檢驗(yàn)該區(qū)域是否可以鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路的條件是：因此，在該區(qū)段直線和曲線上，均可鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路。4.4.2鎖定軌溫計(jì)算為了與施工時(shí)的鎖定軌溫相區(qū)別，這里將設(shè)計(jì)鎖定軌溫稱為中和軌溫。對于溫度應(yīng)力式無縫線路來說，鋼軌鎖定后，軌溫升高或下降的幅度直接影響鋼軌內(nèi)部溫度力的變化，如何根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件選擇鋪軌時(shí)的鎖定軌溫，以保證夏季高溫時(shí)不跑道，冬季低溫時(shí)鋼軌不折斷是無縫線路設(shè)計(jì)的核心問題。中和軌溫就是根據(jù)當(dāng)?shù)刈罡?、最低軌溫和無縫線路允許溫升、允許溫降，計(jì)算所得的無縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫。實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)該設(shè)計(jì)鎖定軌溫，即中和軌溫對線路進(jìn)行鎖定。(1)計(jì)算容許鋪軌軌溫的上下限直線上：曲線上(R=10000m)：(2)設(shè)計(jì)鎖定軌溫(中和軌溫)計(jì)算公式(4-10)式中，——設(shè)計(jì)鎖定軌溫；——當(dāng)?shù)貧v年最高軌溫；——當(dāng)?shù)貧v年最低軌溫；——設(shè)計(jì)鎖定軌溫修正值，一般可取0~5℃。根據(jù)式(4-10)得，直線上：曲線上：根據(jù)以上計(jì)算可知直線上和曲線上都可用的中和軌溫范圍為14.2℃~24.2℃，本設(shè)計(jì)暫取中和軌溫為(3)鎖定軌溫計(jì)算圖(如圖4-1)TTmaxxxTminxxTmTeTn圖4-1鎖定軌溫計(jì)算圖在計(jì)算出鎖定軌溫后，可給出設(shè)計(jì)鎖定軌溫的上、下限，即：設(shè)計(jì)鎖定軌溫上限：設(shè)計(jì)鎖定軌溫下限：設(shè)計(jì)鎖定軌溫上下限應(yīng)滿足下式條件：(4)最大升溫幅度和最大降溫幅度分別為(5)最大溫度壓力和拉力(6)檢算最大溫度壓力峰(7)換算時(shí)所對應(yīng)的軌溫升高幅度R=10000m曲線上，，滿足無縫線路穩(wěn)定條件。因此設(shè)計(jì)鎖定軌溫(中和軌溫)可以取。4.4.3伸縮區(qū)長度計(jì)算伸縮區(qū)長度的計(jì)算公式為：(4-11)式中，——伸縮區(qū)長度(mm)；——鋼軌最大溫度拉力或壓力(N)；——接頭阻力，取570000N；——道床縱向阻力，取12N/mm。根據(jù)式(4-11)得，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)軌長的整數(shù)倍，故取=50m。4.4.4預(yù)留軌縫計(jì)算長軌節(jié)一端伸縮量計(jì)算公式：(4-12)標(biāo)準(zhǔn)軌一端伸縮量計(jì)算公式：(4-13)式中，——標(biāo)準(zhǔn)軌一端伸縮量(mm)；——標(biāo)準(zhǔn)軌長度的一半(mm)。計(jì)算長軌節(jié)一端伸長量和縮短量，根據(jù)式(4-12)得，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軌一端伸長量和縮短量，根據(jù)式(4-13)得，長軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫為，最高軌溫時(shí)，保證軌縫不頂嚴(yán)的預(yù)留軌縫值為：最低軌溫時(shí)，保證螺栓不受力的預(yù)留軌縫值為：所以，，本設(shè)計(jì)取=8mm。標(biāo)準(zhǔn)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫為，最高軌溫時(shí)，保證軌縫不頂嚴(yán)的預(yù)留軌縫值為：最低軌溫時(shí)，保證螺栓不受力的預(yù)留軌縫值為：所以，，本設(shè)計(jì)取=8mm。4.4.5防爬設(shè)備布置在鋪設(shè)無縫線路的地段，應(yīng)考慮在伸縮區(qū)、固定區(qū)和緩沖區(qū)按不同要求布置足夠的防爬設(shè)備。但本設(shè)計(jì)在該區(qū)段鋪設(shè)無縫線路時(shí)使用彈條III型扣件的混凝土枕，因一根軌枕上的扣件阻力(32kN)遠(yuǎn)大于一根道床的縱向阻力(14kN)，因此，本設(shè)計(jì)中可不布置防爬設(shè)備。4.4.6軌條布置跨區(qū)間無縫線路和區(qū)間無縫線路的軌條布置應(yīng)滿足下列要求：(1)跨區(qū)間無縫線路長軌條長度不受限制，區(qū)間無縫線路的長軌條長度應(yīng)以車站最外道岔間的距離減去兩個(gè)緩沖區(qū)長度計(jì)算；(2)長軌條可由若干單元軌節(jié)組成，區(qū)間內(nèi)單元軌節(jié)長度宜為1000~2000m，最短不應(yīng)小于200m，每組無縫道岔應(yīng)按一個(gè)單元軌節(jié)計(jì)；(3)下列地段宜單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)或數(shù)個(gè)單元軌節(jié)：長大橋梁及兩端線路護(hù)軌梭頭范圍之內(nèi)；長度超過1000m的隧道；③大跨度連續(xù)梁的兩端設(shè)置調(diào)節(jié)器時(shí)，單元軌節(jié)長度應(yīng)與每聯(lián)連續(xù)梁長度相同?？鐓^(qū)間無縫線路、區(qū)間無縫線路按單元軌節(jié)等距離設(shè)置位移觀測樁，樁間距離不宜大于500m，單元軌節(jié)長度不足500m整數(shù)倍時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整樁間距離。

第5章我國發(fā)展高速鐵路的意義5.1我國高速鐵路的建設(shè)規(guī)劃目前，持續(xù)高速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)對交通運(yùn)輸?shù)木薮笮枨蟮貌坏綕M足，鐵路運(yùn)輸成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大制約。針對這種情況，我國高速鐵路的建設(shè)規(guī)劃發(fā)展如下：第一，對選定的既有線進(jìn)行改造，以較少的投資、較短的時(shí)間建成旅客列車時(shí)速達(dá)160km的準(zhǔn)高速鐵路，并在其中設(shè)置供高速列車運(yùn)行的試驗(yàn)段，在積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，為我國大量的既有線進(jìn)一步提高速度提供技術(shù)儲備；第二，在21世紀(jì)初，建成一條時(shí)速達(dá)250～300km的高速客運(yùn)專線，以后再逐步發(fā)展。十年中持續(xù)實(shí)施六次大提速的成功實(shí)踐，大大加快了中國鐵路現(xiàn)代化的歷史進(jìn)程。通過以全面引進(jìn)核心技術(shù)、實(shí)現(xiàn)消化吸收再創(chuàng)新、增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力為主的途徑，科研人員整合和再創(chuàng)新研制出了適合我國國情的高速動車組及電力機(jī)車系列，完成了對既有鐵路線的提速改造和對高速鐵路技術(shù)的內(nèi)化吸收，取得了重大成果。世界高速鐵路客車的設(shè)計(jì)與制造等關(guān)鍵技術(shù)的掌握，對于我國高速鐵路的發(fā)展和建設(shè)具有重大的開創(chuàng)意義。建設(shè)中的京滬高速鐵路是迄今為止我國投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高、具有世界先進(jìn)水平的高速鐵路，正線全長約1318km，全線為新建雙線，設(shè)計(jì)時(shí)速350km，初期運(yùn)營時(shí)速300km，共設(shè)置21個(gè)客運(yùn)車站。該項(xiàng)工程預(yù)計(jì)5年左右完成，2010年投入運(yùn)營。京滬高速鐵路建成后，5.2鐵路在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的紐帶與動脈作用21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體上處于調(diào)節(jié)、休整、攀升階段。全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快使得當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)：世界性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分工加劇、經(jīng)濟(jì)實(shí)體集團(tuán)化發(fā)展的區(qū)域范圍擴(kuò)大、國與國之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展相互依存度提高、生產(chǎn)要素和物資跨國界、大范圍、長距離、大宗量、快速流轉(zhuǎn)的交換物流格局開始形成。我國是人均資源嚴(yán)重不足的國家，許多重要資源人均占有量均低于世界平均水平，其中人均耕地僅相當(dāng)于世界水平的42%。鐵路具有運(yùn)力大、占地省、能耗低、污染少、全天候、適應(yīng)性強(qiáng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)勢?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施要求建立以鐵路為骨干的資源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)型的現(xiàn)代化交通體系。國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，工業(yè)化、市場化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，必將帶動全社會人員、物資加快流動，使全社會運(yùn)輸需求總量持續(xù)增長。隨著人民水平的不斷提高和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，旅客、貨主對運(yùn)輸快捷舒適、經(jīng)濟(jì)便利、安全正點(diǎn)等方面的質(zhì)量要求越來越高，運(yùn)輸市場結(jié)構(gòu)將發(fā)生深刻變化。鐵路安全度高、舒適性強(qiáng)，作為大眾化的交通工具，必須全面提高運(yùn)輸質(zhì)量。實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，是關(guān)系全國發(fā)展的大局。鐵路具有長距離、大能力、低成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，這要求鐵路在鞏固邊防、擴(kuò)大本地區(qū)對外開放、將西部資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢、帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加快當(dāng)?shù)刂赂徊椒ブ?，進(jìn)一步發(fā)揮先行作用。高速鐵路的興建和正常運(yùn)行需要大批的修建人員，鐵路建成后將在沿線形成大批的中、小城市，這將促進(jìn)農(nóng)村的城市化進(jìn)程，帶動沿線區(qū)與外界商品、技術(shù)、人員、物資的交流和流通，吸引資本的投入，形成新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)群，為我國的工業(yè)化，信息化，城鎮(zhèn)化建設(shè)提供新的發(fā)展契機(jī)。高速鐵路的興建和正常運(yùn)行將創(chuàng)造許多新的就業(yè)機(jī)會，這將加快我國目前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，為企業(yè)整合合并、產(chǎn)業(yè)鏈的升級優(yōu)化產(chǎn)生的剩余勞動力提供了就業(yè)分流渠道，緩解了當(dāng)前企業(yè)和單位的人事改革難題。同時(shí)，高速鐵路作為新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，將推動和誘發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的配套發(fā)展。5.3鐵路在國家安全中的戰(zhàn)略與安全作用東亞是世界上最具經(jīng)濟(jì)活力的區(qū)域，同時(shí)也是世界上最大的貿(mào)易與投資市場之一。我國是東亞地區(qū)、也是世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要力量，我國鐵路建設(shè)就是世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的“火車頭”。歷史發(fā)展的軌跡表明，亞歐大陸始終是國際政治的中心舞臺，亞歐大陸板塊的腹地，歷來也是各種政治力量競相角逐的戰(zhàn)略要地。一方面，我國已有和正在規(guī)劃、建設(shè)的國際鐵路運(yùn)輸通道對于資源、物資的輸入輸出，具有重要的經(jīng)濟(jì)、政治、軍事意義；另一方面，國際經(jīng)驗(yàn)表明：作為交通運(yùn)輸?shù)蔫F路是強(qiáng)化控制和保護(hù)領(lǐng)土的最有效的工具。作為亞洲最大的陸權(quán)國家，必須從全球發(fā)展定位和國家經(jīng)濟(jì)角度、領(lǐng)土完整及國防安全的戰(zhàn)略高度認(rèn)識中國鐵路具有的重大現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。在國際市場經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程和國內(nèi)可持續(xù)發(fā)展的和諧發(fā)展理念的戰(zhàn)略層面上，鐵路發(fā)展的地緣政治戰(zhàn)略和安全作用毋庸置疑。

結(jié)束語在本設(shè)計(jì)的書寫和成稿過程中，我對國內(nèi)外高速鐵路客運(yùn)專線的各方面知識都有了一個(gè)更加深入的了解、理解和學(xué)習(xí)，并熟悉了相關(guān)的作業(yè)程序，也加深了對有關(guān)客運(yùn)專線鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)程的了解。在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)中，對高鐵客專做了比較詳細(xì)的分析，明確了高速鐵路設(shè)計(jì)所需要計(jì)算及檢驗(yàn)的鋼軌、軌枕的強(qiáng)度剛度等關(guān)鍵問題。這為我以后步入社會的工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，開闊了我的視野，拓廣了自己的知識面，使我能有機(jī)會接觸到更多的學(xué)習(xí)機(jī)會。在對高鐵客專的資料查詢、搜索、整理和了解過程中，我側(cè)重對國內(nèi)外已經(jīng)修建和即將修建的線路所使用的技術(shù)做了深入了解，在對一些外文期刊和雜志等資料的閱讀和查詢過程中，我同時(shí)也接觸到了很多與本專業(yè)和課題相關(guān)的專業(yè)詞匯、語句，提高了自己在外文翻譯方面的能力，對拓展自己在接受國外先進(jìn)技術(shù)接受消化能力方面有很大幫助。整個(gè)本頁設(shè)計(jì)的成稿過程也是我的一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，它使我學(xué)到了一些相對課本來講更為專精的相關(guān)專業(yè)知識和理論，對我以后的工作有很大促進(jìn)幫助作用。

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致謝首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師——馬超老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，馬老師總是悉心指導(dǎo)，她不僅提供了我做設(shè)計(jì)所必須的一些資料，耐心為我講解疑難問題，而且對于設(shè)計(jì)中我所忽略的環(huán)節(jié)提出了許多許多寶貴的意見，使我能夠圓滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。其次要感謝我的同組同學(xué)，謝謝同學(xué)的幫助、指正。我們互相交流意見，擴(kuò)展思路，才使得畢業(yè)設(shè)計(jì)更加趨于嚴(yán)謹(jǐn)和完善。最后要感謝校領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心與支持，感謝學(xué)校為我們提供了一個(gè)良好的環(huán)境，促進(jìn)了我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，再次對全體指導(dǎo)老師、校領(lǐng)導(dǎo)、以及同學(xué)們在此次設(shè)計(jì)期間所給予的幫助和支持表示我由衷的謝意。

附錄1HighspeedrailwaysystemanditssocialvalueIgnacio·ParkHeonThedefinitionofhigh-speedrailwayneedstoconsideranumberofspecificnorms.AccordingtotheprovisionsoftheEuropeanUnioninstrictsenseofthetermhigh-speedmeansthetrainthatrunsataspeedmorethan250kmperhourwhenitisOncertainconditions,afterrenovationoftheexistinglinesusingtiltingtraintechnologyitcanalsoreachtherequirementofrunningthetrainwhichmovesat200kmperhour(orslightlylower).Thiskindoflinecanalsobecalledhigh-speed,becauseatmostofthetimethebusinessrunningspeedofthesetwotypesofhigh-speedTechnically,200km/hisaveryimportantridge.Thetraditionaltrainwhichdrivedbyalocomotivetraincannotrunmorethan200km/h.High-speedrailwaylocomotivesmustusetwoormorepoweredenginestocomposeamulti-powertrain.Ontheotherhand,theexistinglinesevenafterthegreatestdegreeofrenovationitcanonlyreachthespeedof200km/h(220km/hand240km/hbelongtoindividualceilingspeed).Ifweneedreachahigherspeedwemustbuildaspecialdedicatedlines,moreover,specialtransmissionsystemandsignalindicativeofthetraincontrolsystemisneededfortheSystematicnessThemostimportantprincipleofhigh-speedrailwayisthesystematicness.ItinvolvessuchasInfrastructure,Rollingstock,Signalsystem,Operatingrules,Maintenancesystem,Station,Marketing,Financing,Managementandsoon.Itmeansthathigh-speedrailwayisnotonlyafastertrainandhigh-performanceconveyance.Infactly,high-speedrailwayisaextremelycomplexsystemprojectwhichismadeupofthemostefficientinfrastructure,themostadvancedrollingstock,themostmoderndesign,themostpowerfulmaintenanceofsecuritysystem,themostadvancedoperationandmanagementsystem.Ofcourse,italsoincludesexcellentmarketingstrategy,cost-effectivefinancingsystemandthedetailedevaluationsystemforsocialandeconomicbenefits,etc.,alltheseaspectsgettogetherperfectly,eachperformsitsownfunctions,constitutesahigh-speedrailwaysystem.DiversityHigh-speedrailwayhasanumberofdifferentforms,eventhoughhigh-speedrailwaysysteminallaspectsasmentionedaboveisverysimilar,butfromaglobalperspective,therearesomedifferencesbetweenhigh-speedrailwaysystems,somesystemsespeciallynoticeabledifferently.Forexample,differenthigh-speedmodeoperationrequirestheapplicationofdifferentstandards,whetherpassengerorgoodslines,trainsarerunningtofollowthestandard.Inaddition,differentmodesofhigh-speedtrain,correspondingtothehighestspeed,theconstructionandoperationofvariousstandardscloselyrelatedindexesarenotallthesame,customerservice,marketingmodewillexistgreatdifference.Inaword,differentcountriesmustdevelopdifferent