華中鐵路新線設計-徐一帆

軌道交通學院畢業(yè)設計(論文)題目: 華中氣候條件的鐵路軌道新線設計 專業(yè) 軌道工程 班級 10115312 學號 1011531232 姓名 徐一帆 指導教師 徐巍峰 2014年6月1日目錄TOC\o"1-2"\u第一章緒論 華中氣候條件的鐵路軌道新線設計第一章緒論1.1設計概況課題通過合肥地區(qū)典型氣候條件下的區(qū)間鐵路軌道新線設計為例，要求學生掌握鐵路軌道平縱斷面設計，道岔設計，線路強度及穩(wěn)定性設計、無縫線路結構設計、橋上無縫線路設計等內容，培養(yǎng)學生對于鐵道工程主要內容的系統(tǒng)把握，為走上相關工作就業(yè)崗位做好準備。課題將運用大學四年所學習各方面的專業(yè)知識，嚴格按照規(guī)范設計鐵路軌道新線平面和縱斷面、單開道岔、線路強度及穩(wěn)定性、無縫線路結構及穩(wěn)定性。不僅充分鍛煉了獨立思考解決問題、收集資料、調查研究、閱讀中外文獻的能力，還加強了與同學之間交流探究的掌握。同時運用并熟悉掌握了，AUTOCAD，VC++，ANSYS多款專業(yè)軟件。合肥是安徽省省會，位于中國中部（北緯32°、東經(jīng)117°），長江淮河之間、巢湖之濱，通過南淝河通江達海，具有承東啟西、接連中原、貫通南北的重要區(qū)位優(yōu)勢，是全省政治、經(jīng)濟、文化、信息、金融和商貿中心，也是全國重要的科研教育基地。合肥市全年氣溫變化的特點是冬寒夏熱，春秋溫和。屬于暖溫帶向亞熱帶的過度帶氣候型，為亞熱帶濕潤季風氣候，季風明顯、四季分明、氣候溫和、雨量適中、春溫多變、秋高氣爽、梅雨顯著、夏雨集中。作為安徽重要的經(jīng)濟以及交通的樞紐，在鐵路運輸方面承擔著重要的角色任務。安徽鐵路路網(wǎng)密度高，交通樞紐多，過境鐵路干線多，新線的建設對增強合肥鐵路樞紐功能、緩解鐵路客運貨運壓力、促進區(qū)域性特大城市建設、進一步發(fā)揮省會輻射帶動作用具有重要意義，對經(jīng)濟、交通、全國鐵路網(wǎng)都有重要的意義。合肥是一個氣候條件良好、客運量大的交通樞紐，設計鐵路時應往增強車體平穩(wěn)度、提高乘客舒適程度和鐵道耐久性、穩(wěn)定性方面著重考慮。合肥地區(qū)設計線起點里程羅集站為K18+000,軌面設計標高30.245m，終點里程雙墩站為K26+300,全長8300m。道岔類型：9號專線4204。完成新線平縱斷面設計、單開道岔設計、線路強度及穩(wěn)定性設計、無縫線路結構設計、無縫線路穩(wěn)定性設計等。1.2國內外研究現(xiàn)狀與水平H.F.Lama與M.T.Wong[1]進行了使用現(xiàn)澆混凝土枕木測量模態(tài)參數(shù)檢測可能造成的損壞底層的鐵路道渣的可行性研究，當鎮(zhèn)流器損壞，設置在支持軌枕的剛度會降低，和將被改變的振動特性的原位臥鋪。他們不僅提出了理論的發(fā)展，而且得到數(shù)值的驗證。龔增進[2]研究提出了無砟軌道線路平面圓曲線半徑、緩和曲線長度、夾直線及圓曲線最小長度、最大坡度、最小坡段長度、豎曲線半徑等主要技術參數(shù)的建議值以及選用原則。目前應用于我國城軌的該道岔主要有兩種類型，即直線尖軌和曲線尖軌。直線尖軌道岔的側向通過速度為30km/h，曲線尖軌道岔的側向通過速度為35km/h，為提高地鐵服務水平，新建地鐵工程一般采用曲線尖軌道岔。而曲線尖軌道岔存在諸多弊端，如尖軌磨耗嚴重，非標零部件多等。為發(fā)揮直線尖軌道岔優(yōu)越性，現(xiàn)研發(fā)出一種新型道岔，側向通過速度為35km/h，同時具有結構簡單、壽命長等特點。具體特點如下:(1)新型60kg/m鋼軌9號單開道岔采用直線尖軌、直線轍叉、圓曲線型導曲線，結構簡單;(2)轉轍器尖軌可對稱制造、扳動靈活;(3)道岔側向通過速度為35km/h，養(yǎng)護維修工作量小[3]。丁水霖[4]成功地創(chuàng)新嘗試了插入法道岔鋪設施工，首次引進了法國VosslohCogi~r技術設計的250km／h客運專線鐵路60km鋼軌和法國Vos~ohCofer技術設計的250km／h客道岔。劉哲等[5]在道岔區(qū)輪軌靜態(tài)接觸理論的基礎上，通過獨立車輪垂直振動和單輪對蛇形運動的分析，建立了道岔動力參數(shù)設計法。用該方法對18號高速道岔轉轍器部分軌距加寬設計進行了分析，得到了最大軌距加寬量為15mm，最大加寬位置在尖軌頂寬30mm處，軌距加寬范圍為21.743m的較優(yōu)方案。中國的結構設計標準，經(jīng)歷了容許應力法、破壞階段法和極限狀態(tài)設計方法幾個階段。這幾個階段的基本特點都是以經(jīng)驗為主確定安全系數(shù)，以此來度量結構的可靠性，都屬于定值設計方法。歐洲很多國家采用了以概率為基礎的極限狀態(tài)設計方法，但東歐各國在鋼橋設計中仍采用容許應力法[6]。陳修平[7]在研究中指出盡可能采用較大的曲線半徑能更好的提升乘客舒適度以及穩(wěn)定性，還有利于曲線的養(yǎng)護。王建斌[8]構建了部分焊接接頭基礎性能數(shù)據(jù)庫，在各類強度評定方法的分析以及有限元計算與臺架試驗比較的基礎上，得出名義應力法和結構應力法能滿足構架強度設計的需要的結論。湯曙曦等[9]認為，設計鐵路縱斷面，就是要確定設計坡度線變坡點的位置(里程)和設計標高，使在滿足《鐵路工程技術規(guī)范》及其他技術要求的前提下，工程費或換算工程運營費最小。盧耀榮[10]對比了中德在不同規(guī)范中對于無縫鐵路的設計理念與方法，展示了不同規(guī)范下兩國對無縫鐵路設計的不同之處。劉繼偉[11]詳細介紹了一次鋪設跨區(qū)間無縫線路各工序的施工方法，具體闡述了一次鋪設跨區(qū)間無縫線路的其他配套施工技術，并對該施工技術的先進性進行了總結歸納。馮國勝[12]給我們展示了自適應無縫線路的設計與計算，這是一種新型的材料，能夠更優(yōu)秀地貼合無縫鐵路的運用。袁琳[13]指出在無縫線路技術領域，我國雖然起步較晚，但專利申請數(shù)量和授權量較大，且覆蓋面廣，與國外形成了強有力的競爭1964年10月1日，一條列車運行最高速度為210km/h的鐵路在日本正式投入載客運輸，這就是聞名世界的東海道新干線，它標志著世界鐵路進入了高速列車時代。1.3設計參數(shù)本設計主要運用到的設計參數(shù)有：60kg/m鋼軌設計線路，III型混凝土軌枕每公里1667根；一組9號單開道岔；客運韶山Ⅲ型Vmax=120km/h，貨運東風4型Vmax=100km/h；合肥地區(qū)最高軌溫Tmax=60.3℃,最低軌溫Tmin=-12.1℃。

第二章新線平縱橫斷面設計線路的空間是由它的平面和縱斷面決定的。線路平面是線路中心線在水平面上的投影，表示線路平面位置。各設計階段編制的線路平面圖是線路設計的基本文件。各設計階段的定線要求不一樣，平面圖的詳細程度也各有區(qū)別，繪制時應遵循鐵路行業(yè)制定的線路標準圖示。簡明平面圖中，等高線表示地形和地貌特征，村鎮(zhèn)、道路等表示地物特征。圖中粗線表示線路平面、標出里程、曲線要素（轉角α、曲線半徑R等）、車站和橋隧特征等資料。線路平面設計必須滿足以下三方面的基本要求：第一，必須保證行車安全和平順。主要指：不脫鉤、不斷鉤、不脫軌、不途停、不運緩、旅客乘車舒適等，這些要求反映在《鐵路線路設計規(guī)范》（簡稱《線規(guī)》）規(guī)定的技術標準中，設計要遵守《線規(guī)》規(guī)定。第二，應力爭節(jié)約資金。即既要力爭減少工程量、降低工程造價；又要考慮為施工運營、維修提供有利條件，節(jié)約運行支出。從降低工程造價考慮，線路最好順地面爬行，但因起伏彎曲太大，給運營造成困難，導致運營支出增加；從節(jié)約運營支出考慮，線路最好又平又直，但勢必增加工程數(shù)量，提高工程造價。因此，設計時必須根據(jù)設計線的特點，分析設計路段的具體情況，綜合考慮工程和運營的要求，通過方案比選，正確處理兩者之間的矛盾。第三，既要滿足各類建筑物的技術要求，還要保證它們協(xié)調配合、總體布局合理。鐵路上要修建車站、橋涵、隧道、路基、道口和支擋、防護等大量建筑物，線路平面和縱斷面設計不但關系到這些建筑物的類型選擇和工程數(shù)量，并且影響其安全穩(wěn)定和運營條件。因此，設計時不僅要考慮各類建筑物對線路的技術要求，還要從總體上保證這些建筑物相互協(xié)調、布置合理。從運營的觀點出發(fā)要求線路有平又直任何坡度與彎曲都對行車不利。但線路建筑在地面，地形起伏多變，山川縱橫，還有地質不良現(xiàn)象，線路必須繞避個總平面障礙及地質不良地段，必須穿過山脈，跨過河流。線路上分布著大量的建筑物，如車站、橋梁、隧道、路基等，因此，線路平面有曲線，縱斷面上有坡度，線路平面及縱斷面的設計，在保證行車安全、平順、迅速、不間斷的前提下，還應保證各項建筑物的堅固穩(wěn)定，而使工程數(shù)量最小，工程費用最省，運營條件最好，運營費用最低。2.1新線平面設計2.1.1設計概述分析行駛中的鐵路車輛導向輪旋轉面與車身縱軸之間有（1）角度為零、（2）角度為常數(shù)和（3）角度為變數(shù)三種關系；與上述三種狀態(tài)對應的行駛軌跡線為：曲率為零的線形：直線；曲率為常數(shù)的線形：圓曲線；曲率為變數(shù)的線形：緩和曲線；線路平面設計，就是將這三種線形進行組合，以便為列車運行提供一個安全、平順的運行軌跡。從這個意義上看，列車運行軌跡應當具有如下特點：列車運行軌跡應當連續(xù)且圓順，即在任何一點上不出現(xiàn)錯頭和波折；其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任何一點不出現(xiàn)兩個曲率變化的值；其曲率的變化率是連續(xù)的，即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化的值。滿足上述三個條件的線路平面，是一個由曲線和與之相切的直線組成，切由圓曲線和緩和曲線構成的曲線的曲率連續(xù)的線路。概略定線時，平縱面圖中僅繪出未加設緩和曲線的圓曲線，詳細定線時，平縱面圖中要繪出加設緩和曲線的曲線。夾直線長度在地形困難曲線毗連地段，兩相鄰曲線間的直線段，即前一曲線終點與后一曲線起點間的直線，稱為夾直線。夾直線長度圖2.1夾直線夾直線長度力爭長一些，為行車和維護創(chuàng)造有利條件。夾直線長度圖2.1夾直線2.1.2設計原理最小曲線半徑是一條鐵路干線或某區(qū)段允許采用的曲線半徑最小值。應根據(jù)鐵路等級、速度目標值、鐵路運輸模式、旅客乘坐舒適性和運行平穩(wěn)度等因素必選確定。結合我國鐵路的工程和運營實踐以及科研成果，得到各級鐵路不同路段設計速度的最小半徑值，如表2-1所示。表2-1最小曲線半徑值（速度單位km/h，長度單位m）鐵路類型客運專線客貨共線最高設計速度Vmax35030025020020016014012010080軌道類型有砟無砟有砟無砟Rmin一般7000700050004500400022003500200016001200800600特殊55004500400035002000困難280016001200800600500根據(jù)運營實踐，為保證旅客舒適，夾直線長度應保持2至3輛客車長度，困難條件下不應短于一輛客車的長度。因此《鐵路線路設計規(guī)定》擬定的不同路段速度的夾直線最小長度如表2-2所列。表2-2夾直線最小長度路段設計速度（km/h直線最小長度單位(m)一般110806050困難70504030對于客貨共線，其緩和曲線的設置應滿足列車運行平穩(wěn)、安全和旅客舒適的要求，同時，便于維修養(yǎng)護以及節(jié)省工程費用。我國擬建高速鐵路緩和曲線長度如表2-3所列。表2-3客貨共線鐵路緩和曲線長度曲線半徑緩和曲線長度單位（m)一般困難1600706012009080800150130詳細定線時，平面圖中要繪出加設緩和曲線后的曲線，如圖2-1所示。圖2-1鐵路緩和曲線偏角α在平面圖上量得，圓曲線半徑R和緩和曲線長由選配得出，切線長T、曲線長L和外矢距E由下列公式計算：(2-1)(2-2)(2-3)式中p——內移距，;m——切垂距，;——緩和曲線角，。曲線各起訖點里程可按下列方法推算：HZ里程=ZH里程+；HY里程=ZH里程+；YH里程=HZ里程-2.1.3設計過程及結論由已知線路平面圖知，=150m，R=800m；得L=617.516m；所以得出圓曲線長度為：L-2=317.516；曲中線里程為：QZ=K19+805.000得出HY=K19+646.242YH=K19+963.758所以第一緩和曲線起點的里程為：K19+496.242；第二緩和曲線起點的里程為：K20+113.758。同理第二段圓曲線已知=90m，R=120m，QZ=K23+192.313得出HY=K23+105.645YH=K23+278.981所以第二緩和曲線起點的里程為：K23+15.645；第二緩和曲線起點的里程為：K23+368.981。緩和曲線上各點的里程如表2-4所示。表2-4曲線各點里程曲線號曲線位置第一緩和曲線起點圓曲線起點曲線中點圓曲線終點第二緩和曲線終點1K19+496.242K19+646.242K19+805.000K19+963.758K20+113.7582K23+15.645K23+105.645K23+192.313K23+278.981K23+368.9812.2新線縱斷面設計2.2.1設計概述鐵路縱斷面是由長度不同、陡緩各異的坡段組成的。坡段的特征用坡段長度和坡度值表示，坡度長度Li為坡段兩端變坡點間的水平距離（m）。坡度值i為該坡段兩端變坡點高差Hi（m）與坡段長度Li（m）的比值，以千分數(shù)表示，即i=Hi／Li×1000(‰)，上坡取正，下坡取負。如坡度為10‰，即表示每千米高差為10m。線路縱斷面設計，主要包括確定最大坡度，坡段長度，坡段連接與坡段折減等問題。（1）最大坡度新建鐵路的最大坡度是縱斷面設計采用的設計坡度最大值。（2）坡段長度一個坡段兩端變坡點間的水平距離稱為坡段長度。變坡點是兩個坡段的連接點，即坡度變化點。（3）最大坡度折減客貨共線鐵路，當平面上出現(xiàn)曲線和遇到長度大于400m的隧道時，附加阻力增大、黏著系數(shù)降低。在需要用足最大坡度（包括限制坡度與加力牽引坡度）的地段，如果縱斷面的加算坡度超過最大坡度，則按限制坡度計算的牽引噸數(shù)的貨物列車，在該設計坡度的持續(xù)上坡道上，最后會以低于計算速度的速度運行，發(fā)生運緩事故，甚至造成途停，這是不允許的。所以線路縱斷面設計坡度值加上曲線和隧道附加阻力的換算值，不能大于最大坡度值。為此，縱斷面設計時，需將最大坡度值減緩，以保證普通貨物列車以不低于計算速度或規(guī)定速度通過該地段。這個計算過程稱為最大坡度折減。（4）坡段連接相鄰坡段坡度差：縱斷面的坡段有上坡、下坡和平坡。上坡的坡度為正值，下坡的坡度為負值，相鄰坡段坡度差的大小，應以位數(shù)差的絕對值△i表示。豎曲線：在線路縱斷面的變坡點處，為了保證行車的安全平順，設置的與坡段直線相切的豎向曲線稱為豎曲線。常用的豎曲線有兩種線性：一種為拋物線形，即用一定變坡率的20m短坡段連接起來的豎曲線；另一種為圓弧形豎曲線。因為圓弧形豎曲線測設、養(yǎng)護方便，目前國內外均大量采用。2.2.2設計原理坡段的特征用坡段長度和坡度值表示，如圖2-2所示。圖2-2坡長與坡度示意圖坡段長度Li為坡段兩端變坡點間的水平距離（m）。坡度值i為該坡段兩端變坡點的高差從Hi（m）與坡段長度Li（m）的比值，以千分數(shù)表示，見公式2.2，上坡取正值，下坡取負值。如坡度為8‰，即表示每千米高差為8m。（2-5）（1）最大坡度最大坡度是一項具有全局性意義的鐵路主要技術標準，它對設計線的輸送能力，工程數(shù)量和運營質量具有重要影響，有時甚至決定線路的走向。表2-4為限制坡度最大值的擬定指標。表2-5限制坡度最大值（‰）鐵路等級III地形類別平原丘陵山區(qū)平原丘陵山區(qū)牽引種類電力6121561520內燃69126915根據(jù)表2-5，本設計最大限制坡度為6‰（2）坡段長度客貨共線運行的鐵路，線路的設計最大坡度是由貨物列車牽引質量決定的，在單機牽引路段稱為限制坡度，在兩臺及以上機車牽引路段稱為加力牽引坡度，其中最常用的為雙機牽引，稱為牽引坡度?？瓦\專線采用大功率、輕型動車組，牽引和制動性能優(yōu)良，能適應大坡度運行，一般情況下最大坡度不受牽引質量的限制，而根據(jù)工程和運營兩方面的技術經(jīng)濟條件，確定線路的最大坡度。從工程數(shù)量上看，采用較短的坡段長度可以更好的適應地形起伏，減少路基，隧道橋梁等工程數(shù)量；但從列車運行的平穩(wěn)性要求出發(fā)，縱斷面坡段長度應設計較長的坡段。因此，坡段長度的確定要滿足列車平穩(wěn)性要求，又要盡量節(jié)約工程投資，使得兩者得到最佳的統(tǒng)一。

表2-6一般路段最小坡段長度遠期到發(fā)線有效長度1050850750650≤550最小坡段長度400350300250200最大坡度折減最大坡度折減包括曲線地段的最大坡度折減、小半徑曲線黏降折減和隧道地段最大坡度折減。處在曲線地段，貨物列車受到的坡度阻力和曲線阻力之和，不得超過最大坡度的坡度阻力。以保證列車不低于計算速度運行。所以設計坡度i應為（‰）（2-6）式中——設計線最大坡度值（‰）——曲線阻力的相應坡度減緩值((‰)。豎曲線的設置在線路縱斷面上，若各坡段直接連接成折線，列車通過變坡點時，產(chǎn)生的車輛振動和局部加速度增大，乘車舒適度降低；當機車車輛重心未達變坡點時，將使前轉向架的車輪懸空，當懸空高度大于輪緣高度時，將導致脫軌；當相鄰車輛的連接處于變坡點附近時，車鉤要上、下錯動，其值超過允許值將會引起脫鉤。所以必須在變坡點處用豎曲線把折線斷面平順地連接起來，以保證行車的安全和平順。圓形豎曲線的半徑應根據(jù)以下四個條件擬定：1）旅客舒適條件列車通過豎曲線時，產(chǎn)生的豎向離心加速度不應大于旅客舒適要求0.1m/s2。豎向離心加速度的允許值國外一般取0.15～0.6m/s2。2）運行安全條件列車通過凸形豎曲線時，產(chǎn)生向上的豎向離心力，使車輛有上浮傾向，上浮車輛在橫向力作用下容易產(chǎn)生脫軌事故。一般認為上浮的離心力不應大于車重的10％，即。此項安全要求在我國客貨列車共線鐵路上，對豎曲線半徑不起限制作用。3）設置豎曲線可減小列車通過變坡點時的附加縱向力我國參照傳統(tǒng)的采用值，并考慮到增大豎曲線半徑，通常對工程量的影響不大。所以規(guī)定豎曲線半徑，Ⅰ、Ⅱ級鐵路為10000m，Ⅲ級鐵路為5000m。本設計的鐵路等級為Ⅰ級，豎曲線半徑為10000m。4）豎曲線半徑最小值表2-7豎曲線半徑最小值鐵路類型客運專線客貨共線鐵路設計最高行車速度（km/h)350300250200200、160V≤140Rsh(m)2500020000150001500010000豎曲線計算要素如下：圖2-3豎曲線豎曲線切線長由圖2-3得知：（2-7）式中——豎曲線的轉角；——前、后坡段與水平線的夾角，上坡為正，下坡為負；——前、后坡段的坡度(‰)，上坡為正，下坡為負；——坡度代數(shù)差的絕對值(‰)。另，豎曲線長度：（2-8）豎曲線縱距y：（2-9）式中x——切線上計算點至豎曲線起點的距離（m）。變坡點處的縱距稱為豎曲線的外矢距：（2-10）2.2.3設計過程及結論根據(jù)設計圖中的已有數(shù)據(jù)可知，軌面設計標高為30.245mm，則圖中各段坡度對應的軌面標高計算見表2-8。表2-8各段坡度對應的軌面標高設計值（mm）坡段坡度公里標軌面標高坡段坡度公里標軌面標高101800030.245802220027.515101810030.245802230027.515101820030.245802240027.51520.00211830030.035802250027.51520.00211840029.825802260027.51520.00211850029.615802270027.51520.00211860029.405802280027.515301870029.405802290027.515301880029.405802300027.51540.00201890029.305802310027.51540.00201900029.105802320027.51540.00201910028.905802330027.51540.00201920028.705802340027.51540.00201930028.605802350027.515501940028.545802360027.515501950028.545802370027.515501960028.545802380027.515501970028.545802390027.515501980028.545802400027.515501990028.54590.00152410027.665502000028.54590.00152420027.715502010028.54590.00152430027.865502020028.54590.00152440028.015502030028.54590.00152450028.165502040028.54590.00152460028.315502050028.54590.00152470028.465502060028.54590.00152480028.615502070028.54590.00152490028.76560.00332080028.21590.00152500028.91560.00332090027.88590.00152510029.06560.00332100027.55590.00152520029.21560.00332110027.2251002530029.30560.00332120026.8951002540029.30560.00332130026.5651002550029.30560.00332140026.2351002560029.30570.00232150026.3651002570029.30570.00232160026.595110.00152580029.15570.00232170026.825110.00152590029.00570.00232180027.055110.00152600028.85570.00232190027.285110.00152610028.70570.00232200027.5151202620028.705802210027.5151202630028.705根據(jù)表2-7知，豎曲線半徑取10000m。由初始圖可知，有一段線路相鄰坡段坡度代數(shù)差的絕對值大于3‰，需要設置豎曲線。豎曲線相關參數(shù)見表2-9。表2-9豎曲線相關參數(shù)曲線號坡度差豎曲線切線長（m）豎曲線外矢距(m)15.6‰280.03922.3新線橫斷面設計2.3.1設計概述鐵路線路在空間的位置是用它的中心線來表示的。線路中心線是指距外軌半個軌距的鉛垂線AB與兩路肩邊緣水平連線CD交點O的縱向連線。如圖2-4。圖2-4線路橫斷面路基典型橫斷面形式：路堤（填方）、路塹（挖方）和挖填結合。路基面的寬度等于道床覆蓋的寬度加上兩側路肩的寬度之和。我國現(xiàn)行規(guī)范，根據(jù)不同軌道類型等因素制定了新建鐵路區(qū)間直線地段的路基寬度表，如表2-10所示。表2-10客貨共線鐵路直線地段路基面寬度鐵路等級軌道類型單線非滲水土滲水土、巖石道床厚度路床基面寬度道床厚度路床基面寬度路堤路塹路堤路塹Ⅰ特重型0.5056.66.2重型0.5056.66.2次重型0.406.35.9Ⅱ次重型0.405.95.5中型0.4005.55.5Ⅲ中型0.4005.55.5輕型0.355.05.0雙線Ⅰ特重型0.5011.611.20.3510.610.2重型0.5011.611.20.3510.610.2次重型0.45010.39.9我國鐵路規(guī)定：單線鐵路正線碎石道床頂面寬度如表2-11所示。表2-11單線碎石道床頂面寬度軌道類型路段旅客列車設計行車速度/道床頂面寬度/m無縫線路非無縫線路特重型1403.303.10重型1403.303.10重型、次重型1203.303.00中型1003.00輕型802.90當機車車輛在曲線上行駛時，由于慣性離心力作用，將機車推向外股鋼軌，加大了外股鋼軌的壓力，使旅客產(chǎn)生不適，貨物移位等。因此需要把曲線外軌適當抬高，使機車車輛的自身重力產(chǎn)生一個水平向心的水平分力，以抵消慣性離心力，達到內外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均等，滿足旅客舒適感，提高線路穩(wěn)定性和安全性。外軌超高度是指曲線外軌頂面與內軌頂面水平高度之差。2.2.2設計原理標準路基面寬度單線標準路基面按下式計算：(2-11)式中B——路基面寬度（m）；A——單線地段道床頂面寬度（m）；m——道床邊坡坡度：輕型軌道為1.5，其余1.75；h——鋼軌中心的軌枕底以下的道床厚度（m）；e——軌枕埋入道砟的深度：Ⅲ型鋼筋混凝土軟枕為0.23m，Ⅱ型鋼筋混凝土枕為0.16m；g——軌頭寬度（m），75kg/m軌為0.075m，60kg/m軌為0.073m，50kg/m軌為0.07m；c——路肩寬度（m），路堤0.8m，路塹0.6m；x——砟肩至砟腳的水平距離。外軌超高的計算在客貨共線鐵路新線設計與施工時，采用的平均速度是最大速度的4/5，超高值由式2-12計算得出：（2-12）2.3.3設計過程及結論根據(jù)表2-10及2-11得知，路基面寬度取6.7m；道床厚度取0.45m，道床頂面寬度取3.3m，路肩寬度取0.8m。由公式2-11可得，砟肩至砟腳的水平距離x為0.9m。道床橫斷面具體尺寸圖詳見附圖1。由公式2-12可得，曲線中點的超高值h分別為136.8mm，91.2mm。曲線上各特殊點的超高值見表2-12。表2-12曲線部分點超高值（mm）部分超高值曲線位置曲線號第一緩和曲線中點圓曲線起點曲線中點圓曲線終點第二緩和曲線終點121.25842.515136.842.51521.258214.11928.24091.228.24014.119

第三章單開道岔設計與施工道岔是機車車輛從一股軌道轉入或越過另一股軌道時必不可少的線路設備，是鐵路軌道的一個重要組成部分。由于道岔具有數(shù)量多、構造復雜，使用壽命短、限制列車速度、行車安全性低、養(yǎng)護維修投入大等特點，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。它的基本形式有三種：連接、交叉、連接與交叉的組合。常用線路連接有各種類型的單式道岔和復式道岔；交叉有直交叉和菱形交叉；連接與交叉的組合有交分道岔和交叉渡線等。單開道岔是一種最常見的道岔，由轉轍器、連接部分、轍叉及護軌以及岔枕等組成，如圖3-1所示。圖3-1單開道岔3.1轉轍器設計3.1.1設計概述圖3-2轉轍器組成1—基本軌；2—尖軌；3—跟端結構；4—轍前墊板；5—滑床板；6—轍后墊板；7—拉桿；8—連接桿；9—頂鐵；10—軌撐如圖3-2所示，單開道岔的轉轍器，是引導機車車輛沿主線方向或側線方向行駛的線路設備，由兩根基本軌、兩根尖軌、各種連接零件及道岔轉換設備組成?；拒壥怯靡桓?2.5m或25.0m標準斷面的普通鋼軌制成，主股為直線，側股按轉轍器各部分的軌距在工廠事先彎折成規(guī)定的折線或采用曲線型。通常，道岔中不設軌底坡，為改善鋼軌的受力條件，提速道岔中基本軌設有1:40的軌底坡。尖軌是轉轍器中的重要部件之一。尖軌的作用是依靠其被刨尖的一端與基本軌緊密貼靠，以正確引導車輪的運行方向，列車依靠尖軌的扳動引入直股或側股線路上。尖軌在平面上可分為直線型和曲線型，我國鐵路大部分12號以及下的道岔，均采用直線型尖軌。尖軌的長度隨著道岔號數(shù)和尖軌的形式不同而異。在我國鐵路上，9號道岔的尖軌長度為6.25m，12號道岔直線型尖軌長度為7.7m，曲線型尖軌長度為11.3～11.5m，18號道岔的尖軌長度為12.5m。3.1.2設計原理直線軌道的軌距為1435mm，曲線軌道應根據(jù)曲線半徑、運行速度及機車車輛的通過條件等因素來決定。單開道岔中，需要考慮軌距加寬的部位有：基本軌前接頭處軌距S1、尖軌尖端軌距S0、尖軌跟端直股及側股軌距Sh、導曲線中部軌距Sc、導曲線終點軌距S。道岔各部位的軌距，按機車車輛以正常強制內接條件加一定的余量，計算公式為：(3-1)式中qmax——最大輪對寬度；f0——外輪與外軌線形成的矢距；f1——內輪與內軌線形成的矢距；δmin——輪軌間的最小游間；∑η——機車車輛輪軸的可能橫動量之和。道岔轉轍器上需要確定的幾何尺寸主要有最小輪緣槽tmin和尖軌動程d0。直線尖軌的最小輪緣槽寬度為tmin=t0，tmin發(fā)生在尖軌跟端，尖軌跟端輪緣槽t0應不小于74mm。這時跟端支距yg=t0+b，如圖3.3所示。b為尖軌跟端鋼軌頭部的寬度。取b=70mm代入有關數(shù)據(jù)，可得尖軌跟端支距yg=144mm。尖軌動程d0為尖軌尖端非作用邊與基本軌作用邊之間的拉開距離，規(guī)定在距尖軌尖端380mm的第一根連接桿中心處量取。尖軌動程應保證尖軌扳開后，具有最小寬度的輪對對尖軌非作用邊不發(fā)生側向擠壓，如圖3-3所示。由于目前各種轉轍機的動程業(yè)已定型，故尖軌的動程應與轉轍機的動程配合。目前，大多數(shù)轉轍機的標準動程為152mm，因此2006年的《鐵路線路修理規(guī)則》規(guī)定：尖軌在第一連桿處的最小動程，直尖軌為142mm，曲尖軌為152mm，AT型彈性可彎尖軌12號普通道岔為180mm，12號提速道岔為160mm。其他型號道岔按標準圖或設計圖辦理?？蓜有能壍谝焕瓧U中心處的動程：12號提速道岔為117mm，其他號碼轍叉按標準圖或設計圖辦理。圖3-3直線尖軌輪緣槽曲線尖軌轉轍器的主要尺寸包括：曲線尖軌長度l0、直尖軌長l0′、基本軌前端長q、基本軌后端長q′、曲線尖軌半徑R、尖軌尖端角β1、尖軌轉轍角β、尖軌跟端支距yg。設側股軌道中心線的半徑為R0，則尖軌工作邊的曲率半徑R=R0+717.5mm。尖軌尖端角為曲尖軌或導曲線（直線尖軌）工作邊的曲線實際起點的半徑與垂直線的夾角，又叫始轉轍角。由圖3-4可得：（3-2）曲線尖軌理論起點至實際尖端之間的距離A0為：（3-3）然后計算曲線尖軌的長度。尖軌跟部工作邊的切線與基本軌工作邊的夾角為β，稱轉轍角，其值為：（3-4）由圖3-4可知，曲線尖軌的長度為：（3-4）轉轍器的另一根尖軌為直尖軌。直尖軌的尖端和跟部應與曲尖軌的尖端和跟部對齊。這樣，直尖軌長l0′為：（3-5）圖3-4尖軌轉轍器示意圖直線尖軌、直線轍叉與上述的曲線尖軌、直線轍叉單開道岔的計算方法和步驟基本上一致。在計算時需要考慮如下一些特點：1)兩根尖軌都是直線型的，因此沖擊角、始轉轍角和轉轍角倒是一樣的，同時尖軌也比較短；2)一般在導曲線前插直線k，以減少車輪對尖軌轍跟的沖擊；3)側股線路的軌距加寬要比曲線尖軌的大。3.1.3設計過程及結論根據(jù)上節(jié)敘述的內容，本設計使用的是9號道岔，故采用直線型尖軌。9號道岔的尖軌長度為6.25m，根據(jù)表3.1及計算可得，圖3.3中的尺寸對照如下：基本軌前接頭處軌距S1為1435mm、尖軌尖端軌距S0為1450mm、尖軌跟端直股及側股軌距Sh為1439mm、尖軌跟端輪緣槽t0為74mm、尖軌跟端鋼軌頭部的寬度b為70mm、尖軌跟端支距yg為144mm、尖軌動程d0為142mm。表3-1道岔軌距尺寸設計表（mm）S1S0ShSc1435145014391450曲線尖軌長度l0為138800mm、直尖軌長l0′為138800mm、基本軌前端長q為2916mm、曲線尖軌半徑R為350717.5mm、尖軌轉轍角β為3°05′10″。本節(jié)主要設計了道岔的轉轍部分的尺寸，根據(jù)道岔型號，確定了尖軌類型，以及該類型的尖軌對應的7個主要部分的尺寸大小，具體的道岔轉轍器設計布置圖詳見附圖2。3.2連接部分設計3.2.1設計概述在單開道岔中，連接部分是轉轍器和轍叉之間的連接線路。它包括直股連接線和曲股連接線兩部分，直股連接線與區(qū)間直線線路的構造基本相同，曲股連接線又稱為導曲線，導曲線的平面形式可以是圓曲線、緩和曲線或變曲率曲線。目前，我國鐵路上鋪設的道岔導曲線多為圓曲線，導曲線由于長度及限界的限制，一般不設超高和軌底坡。但在構造及限界許可的條件下，設置少量的超高，對防止反超高的出現(xiàn)，保持軌距，減少列車搖晃等，還是有利的。連接部分一般配置8根鋼軌，直股連接線4根，曲股連接線4根。配軌時要考慮軌道電路絕緣接頭的位置和滿足對接接頭的要求，并盡量采用12.5m或25m長的標準軌。連接部分使用的短軌，一般不短于6.25m，在困難的情況下，不短于4.5m。3.2.2設計原理在單開道岔上，以直股基本軌作用邊為橫坐標軸，導曲線上各點距此軸的垂直距離，稱為導曲線支距，如圖3-5所示。它對正確設置導曲線并經(jīng)常保持其圓順度起著十分重要的作用。圖3-5導曲線支距3.2.3設計過程及結論根據(jù)公式3-5至3-9的計算可以得到道岔導曲線支距的長度，計算結果見表3-2。表3-2單開道岔導曲線支距表導曲線橫距/m246810121416導曲線支距/mm2803644595666848149551107根據(jù)上節(jié)敘述的內容以及公式3.10的計算，對應圖3-4中的道岔連接部分的尺寸如表3-3所示。表3-3道岔連接部分的的配軌尺寸（mm）l1l2l3l4l5l6l7l85324110006894950068369500521011000本節(jié)主要設計了道岔連接部分的尺寸，根據(jù)道岔型號，確定了各段軌道的長度，具體的道岔轉轍器設計布置圖詳見附圖2。3.3轍叉部分設計3.3.1設計概述轍叉是使車輪從一股鋼軌越過另一股鋼軌的設備，它設置于道岔側線鋼軌與道岔主線鋼軌相交處。轍叉由心軌、翼軌、護軌及連接零件組成。叉心兩個工作邊的夾角稱為轍叉角α（道岔角）。叉心兩個工作邊延長線的交點稱為轍叉理論中心（理論尖端）。由于制造工藝的原因，實際上的叉心尖端處有6～10mm的寬度，此處稱為心軌的實際尖端。圖3-6轍叉組成轍叉翼軌由普通鋼軌彎折刨切而成，翼軌與心軌之間保持一定寬度的輪緣槽，使列車輪緣能夠順利通過。兩翼軌工作邊相距最近處稱為轍叉咽喉。從轍叉咽喉至心軌實際尖端之間，有一段軌線中斷的空隙，稱為道岔的“有害空間”，如圖3.6所示。道岔號數(shù)越大，轍叉角越小，這個有害空間就越大。車輪通過有害空間時，叉心容易受到撞擊。為保護車輪安全通過有害空間，在轍叉兩側相對位置的基本軌內側設置了護軌，借以引導車輪的行駛方向。在單開道岔中，因轍叉角小于90°，所以將這類轍叉又稱為銳角轍叉。翼軌的始端稱轍叉趾端，叉心的末端稱為轍叉跟端。轍叉趾端處兩翼軌工作邊之間的寬度，稱為轍叉趾寬Pn；轍叉跟端兩翼軌工作邊之間的寬度，稱為轍叉跟寬Pm。從轍叉趾端到理論中心的距離，稱為轍又趾距n；從轍叉跟端到理論中心的距離，稱為轍叉跟距m；從趾端到跟端沿一股軌道線量取的長度，稱為轍叉全長。3.2.2設計原理道岔號數(shù)是以轍叉號數(shù)N來表示的。轍叉號數(shù)越大，轍叉角越小。轍叉號數(shù)N與轍叉角α的關系為：（3-6）圖3-7固定轍叉轍叉按其平面形式，可分為直線轍叉和曲線轍叉兩類。直線轍叉的兩股軌線均為直線，使用最為廣泛，可用于左開道岔、右開道岔。曲線轍叉有一股軌線是曲線的及兩股軌線都是曲線的兩種，其優(yōu)點是可加大道岔導曲線半徑或縮短道岔全長，有利于提高側向行車速度，但加工復雜，不能既可用于左開道岔，又可用于右開道岔。轍叉按其構造類型，可分為固定型轍叉和可動型轍叉兩類。固定型轍叉適用于直向過岔速度較低的單開道岔；可動型轍叉消除了有害空間，因而適用于過岔速度較高的單開道岔。固定轍叉及護軌需要確定的幾何形位主要是轍叉咽喉輪緣槽t1、查照間隔D1及D2、護軌輪緣槽tg、翼軌輪緣槽tw和有害空間lH。轍叉咽喉輪緣槽寬度，應保證在最不利條件下，即輪對一側車輪輪緣緊貼基本軌時，另一側車輪輪緣能夠順利通過而不沖擊翼軌咽喉彎折點，如圖3-7所示。其計算式如下：(3-7)考慮到道岔軌距容許最大誤差為3mm，輪對車軸彎曲后，內側距減少2mm，則：護軌設于固定轍叉的兩側，是固定轍叉不可缺少的重要組成部分。護軌與轍叉的配合有以下兩方面的作用：一方面是控制車輪的運行方向，使之正常通過“有害空間”而不錯入輪緣槽；另一才面是保護轍叉尖端不被輪緣沖擊撞傷。護軌的防護范圍，應包括轍叉咽喉至叉心頂寬50mm的一段長度，并要求有適當?shù)母挥喽?。轍叉護軌由中間平直段、兩端緩沖段和開口段組成，如圖3-7所示。護軌平直段是實際起著防護作用的部分，緩沖段及開口段起著將軌輪平順地引入護軌平直段的作用。緩沖段的沖擊角應與列車允許的通過速度相配合，其末端輪緣槽寬度為68mm。圖3-7護軌護軌開口段的長度一般采用100～150mm。開口段外端的輪緣槽寬度一般采用90mm，可采取斜切軌頭的辦法得到。我國標準的9、12及18號單開道岔的護軌，全長分別為3.6～3.9m、4.5～4.6m和7.4～7.5m。半切線形尖軌、直線轍叉單開道岔的主要尺寸，如圖3.8所示。圖中，各符號的意義如下：道岔號數(shù)N或轍叉角a，軌距S，軌縫δ，轉轍角β，尖軌長l0、l0′，尖軌跟端支距yg，基本軌前端長q，轍叉趾距n，轍叉跟距m；導曲線外軌半徑R、導曲線后插直線長K。表3-49號單開道岔專線4024道岔表（mm）轍叉角α6°20′25″尖端前基本軌長度q2650道岔全長L29569基本軌長度11200道岔前長a13839轍叉尖前直線段K2508道岔后長b15730轍叉趾長n1538導曲線半徑R180717.5轍叉跟長m2771尖軌長度l06450護軌長度3800單開道岔總布置圖如下：O點為道岔直股中心線和側股中心線的交點，又稱道岔中心。需要計算的尺寸如下：道岔前長a（道岔前軌縫中心到道岔中心的距離），道岔后長b（道岔中心到道岔后端軌縫中心的距離）；道岔理論全長Lt（尖軌理論尖端至轍叉理論尖端的距離）；道岔實際全長LQ（道岔前后軌縫中心的距離）；圖3-8單開道岔總布置圖我國常用的幾種道岔號數(shù)與轍叉角的對應關系，列于表3-5中。表3-5道岔號數(shù)與轍叉角的關系道岔號數(shù)91218轍叉角6°20′25″4°45′49″3°10′47″導曲線后插直線長K（當R已知時），或導曲線外軌半徑R（當K已知時）。導曲線后插入直線段是為了減少車輛對轍叉的撞擊，避免車輪與轍叉前接頭相撞，并使轍叉兩側的護軌完全鋪設在直線上，一般要求K為2～4m，最短不得小于轍叉趾距加上夾板長度之半。為求得道岔的有關數(shù)據(jù)，將導曲線外股工作邊投影到直股中心線上，得：（3-8）再把它投影到直股中線的垂直線上，得：（3-9）得道岔各主要尺寸的計算公式為：（3-10）或者（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）配軌計算：一組單開道岔，除轉轍器、轍叉及護軌外，一般8根連接軌，分4股，每股2根。其中，2股為直線，另2股為曲線。所謂配軌，就是計算這8根鋼軌的長度并確定其接頭的位置。配軌計算時應考慮如下一些原則：A、轉轍器及轍叉的左右基本軌長度應盡可能一致，以減少基本軌備件的數(shù)量，并有利于左、右開道岔的互換；B、連接部分的鋼軌不宜過短，小號道岔一般不小于4.5m，大號道岔不小于6.25m；C、配軌時應保證接頭對接，并盡量使岔枕布置不發(fā)生困難，同時要考慮安裝軌道電路絕緣接頭的可能性；D、充分利用整軌、縮短軌、整軌的整分數(shù)倍的短軌，做到少鋸切、少廢棄，選用鋼軌利用率較高的方案。單開道岔配軌計算公式（參見圖3-8）為：（3-15）式中，S0為尖軌尖端處的軌距；S0tanβ1為曲線尖軌外軌起點超前內軌起點的距離；lj為基本軌的長度。3.3.3設計過程及結論根據(jù)上節(jié)敘述的內容以及相關公式的計算，本道岔的總布置數(shù)據(jù)見表3-6。表3-6單開道岔具體尺寸設計表（mm）轍叉角α6°20′25″尖端前基本軌長度q2650道岔全長L29569基本軌長度11200道岔前長a13839轍叉尖前直線段K2508道岔后長b15730轍叉趾長n1538導曲線半徑R180717.5轍叉跟長m2771尖軌長度l06450護軌長度3800本節(jié)主要設計了道岔轍叉及總布置的主要尺寸，根據(jù)道岔型號，確定了各段軌道的長度，具體的道岔總布置圖詳見附圖2。3.4岔枕設計3.4.1設計概述在我國鐵路上，岔枕有木岔枕和混凝土岔枕兩類。木岔枕斷面和普通木枕基本相同，長度分為12級，其中最短的為2.60m，最長的為4.80m，級差為0.20m，采用螺紋道釘與墊板連接。鋼筋混凝土岔枕最長者為4.90m，最短為2.60m，級差為0.10m?；炷敛碚砼cⅢ型混凝土枕具有相當?shù)闹蚊娣e，采用無擋肩形式，岔枕頂面平直，岔枕中還預埋有塑料套管，依靠扣件摩擦及旋入套管中的道釘承受橫向荷載，按7mmφ配筋。岔枕應嚴格按設計圖進行鋪設。3.4.2設計原理岔枕應嚴格按設計圖進行鋪設。單開道岔的岔枕布置規(guī)定如下：1)在轉轍部分和連接部分，岔枕應垂直于直股線路；2)在轍叉部分，岔枕應垂直于轍叉角平分線；3)兩部分岔枕方向的扭轉過渡，應在轍叉趾前3至5根岔枕前完成，如圖3-9所示。圖3-9單開道岔的岔枕布置岔枕的間距，在轉轍器部分按直線上股計量，在導曲線及轉向過渡段按直線下股計量，在轍叉部分按角平分線計量。為改善列車直向過岔時的運行條件，提速道岔中所有的岔枕均按垂直于直股方向布置，間距均勻一致，均為600mm。為使道岔的軌下基礎具有均勻的剛性，岔枕的間距應盡可能保持一致。轉轍器和轍叉范圍內的岔枕間距，通常采用1～0.9倍區(qū)間線路的枕木間距。設置轉轍桿的一孔，其間距應當適當增大。道岔鋼軌接頭處的岔枕間距應與區(qū)間線路同類型鋼軌接頭處間距保持一致，并使軌縫位于間距的中心。岔枕長度在道岔各個部位差別很大。岔枕端部伸出工作邊的距離M，應與區(qū)間線路基本保持一致，即M=(2600?1435)/2=582.5mm。按M值要求計算出的岔枕長度各不相等，為減少道岔上出現(xiàn)過多的岔枕長度級別，需要集中若干長度相近者為一組，誤差不應超過岔枕標準級差的二分之一。3.4.3設計過程及結論根據(jù)道岔部分的設計尺寸和上節(jié)中提到的岔枕相關設計要求，岔枕的布置情況見表3-7。表3-7岔枕數(shù)量布置表序號岔枕長（m）根數(shù)序號岔枕長（m）根數(shù)12.32133.4222.42143.6232.452153.7242.52163.8252.615173.9262.78184.0272.84194.2282.92204.3293.02214.42103.12224.52113.22234.72123.32244.82設計后具體的道岔轉轍器設計布置圖詳見附圖2。3.5道岔的鋪設與施工成組鋪設與更換新道岔施工，是一項復雜而細致的工作。需要認真做好調查、測設、準備和施工各個環(huán)節(jié)的工作。成組鋪設或更換道岔施工，視現(xiàn)場實際情況和施工條件，可采用多種具體方法，但常用的基本方法有兩種：整體預鋪法和現(xiàn)拆現(xiàn)鋪法。與其它方法相比，整體預鋪法這種方法具有封鎖時間少，施工點內技術作業(yè)少、岔枕不受損傷、道岔組裝質量高等優(yōu)點。所以，如果地形條件許可，應優(yōu)先考慮用此法。在新道岔設計位置兩旁，選定新道岔預鋪位置和新舊材料堆放場地，距新道岔設計位置一側應有5m×40m的預鋪場地。如果場地條件好，則平整后即可施工。地勢較低時，可采取加墊枕木等措施。如果地形條件差，可預先在路堤邊坡搭好枕木垛。一般木岔枕道岔加搭4個枕木垛較為合適。設計道岔對應位置（準備橫移位置）的底平面，應高出設計位置道床頂面，以利于道岔的橫移。在整組道岔中，基本軌前和轍叉后岔枕可不進行預鋪，施工時暫用舊枕代替，施工后再進行單根抽換。如果需要也可提前進行抽換。除去基本軌前和轍叉后岔枕，混凝土岔枕和木岔枕預鋪時的鋪設位置、數(shù)量一致。預鋪岔枕前，在直股一側按設計道岔直股方向，先打一軌端標線。預鋪時按岔枕編號并依照標線進行鋪設。從基本軌前接頭處起，前53根均垂直于道岔直股。其后3根逐漸向垂直于轍叉角的平分線扭轉。以后14根岔枕均垂直于轍叉角平分線。鋪設木岔枕時，要大面朝下，岔枕頭部應捆扎或打組釘板，預防枕木頭劈裂、岔枕有毛病要提前進行修理。混凝土岔枕在預鋪前或預鋪后，用錨固架按標準錨固立螺栓。組裝前，將尖軌及基本軌放置平整處進行鑒別檢查。與以往各類型單開道岔不同、尖軌與基本軌是按曲尖軌、直基本軌，直尖軌、曲基本軌分別配套組成的。左右開道岔不能互換通用。確定左右尖軌、基本軌后，檢查尖軌、基本軌是否有硬彎和拱腰。如有問題，預先修理。安裝其它聯(lián)結零配件。當尖軌、基本軌位置確定后，安設其它墊板、扣件、螺紋道釘?shù)?。釘螺紋道釘應先用電鉆打孔，然后旋進。安設滑床板、墊板時，注意區(qū)分各種規(guī)格尺寸和安設的位置。安裝護軌時，護軌軌端距基本軌軌端1682mm，護軌平直段輪緣槽寬度為42mm，兩端開口為80mm。護軌墊板有兩種：一種是帶扣板式，一種是護軌墊板上帶臺板，由臺板上的凸檐直接扣壓基本軌。安裝帶臺板的護軌墊板時，臺板凸檐與基本軌底要密貼。鋪設轍叉時，注意擺正四角。安裝聯(lián)結零配件時，一是要注意按標準正確選用各種墊板；二是要注意按標準使用各種型號扣板。

第四章線路強度及穩(wěn)定性設計目前，最常用的檢算軌道強度方法稱為準靜態(tài)計算方法。所謂準靜態(tài)計算方法，就是應用靜力計算的基本原理，對軌道結構盡力計算，然后根據(jù)軌輪系統(tǒng)的動力學特性，考慮為輪載、鋼軌繞度、彎矩和軌枕反力等的動力增值問題。軌道強度準靜態(tài)計算包括以下三項內容：A)軌道結構靜力計算B)軌道結構強度的動力計算——準靜態(tài)計算C)檢算軌道結構各部件的強度（1）強度檢算的基本假設A)假設列車運行時，車輪荷載在軌道各部件中所引起的應力應變與量值相當?shù)撵o荷載所引起的應力應變想等，即車輪荷載具有準靜態(tài)性質。B)以速度系數(shù)，橫向水平力系數(shù)，偏載系數(shù)分別反映車輪垂直動荷載，橫向水平和垂直力偏心，曲線內外軌偏載的影響。C)假設軌道及基礎均處于線彈性范圍，列車輪系作用下軌道各部件的應力應變等于各獨輪作用下的應力應變之和。D)視鋼軌為連續(xù)彈性基礎上的等截面無限長梁，梁的基礎反力與各下沉之間的線性關系。（2）軌道靜力計算軌道靜力計算常用連續(xù)彈性基礎梁和連續(xù)彈性點支承梁兩種模型。本題采用連續(xù)彈性基礎無限長梁計算模型。通過計算出C、D、K三個彈性特征參數(shù)和EJ，算出當量荷載P和P進而求出彎矩M和反力R。（3）軌道動力響應的準靜態(tài)計算求出速度系數(shù)α、偏載系數(shù)βp和橫向水平力系數(shù)f，進而求出動彎矩Md和動壓力（或反力）Rd。（4）軌道各部件強度檢算A)鋼軌強度檢算B)軌枕承壓強度與彎矩的檢算C)道床應力及路基面應力計算4.1鋼軌強度檢算4.1.1設計概述鋼軌應力包括殘余應力、基本應力、局部應力和附加應力等。本節(jié)主要從基本應力方面進行檢算。由1.3節(jié)設計資料中的內容可知，本線路設計使用60kg/m鋼軌，Ⅲ型混凝土軌枕每公里1760根；客運與貨運列車的類型分別為客運韶山Ⅲ型Vmax=120km/h以及貨運東風4型Vmax=100km/h；蘭州地區(qū)最高軌溫Tmax=59.1℃,最低軌溫Tmin=-23.3℃。4.1.2設計原理檢算鋼軌強度時，基本應力包括豎直荷載作用下的動彎應力和因溫度變化產(chǎn)生的溫度應力。鋼軌動彎應力用公式4-1求取:（4-1）式中、——軌底最外纖維拉應力和軌頭最外纖維壓應力(MPa);W1、W2——鋼軌底部和頭部的斷面系數(shù)，隨鋼軌類型及垂直磨耗量而異。W1、W2的取值參考表4-1。表4-160kg/m鋼軌計算資料鋼軌鋼軌支座剛度D(N/cm)斷面面積F(cm2)慣性矩Ix(cm4)底部斷面系數(shù)W1(cm3)頭部斷面系數(shù)W2(cm3)屈服強度(MPa)鋼軌底寬(mm)計算鋼軌計算軌下基礎77.453217396339457150300000700000Md的取值由公式4-2~4-5得到（4-2）式中取0.48和0.4，為偏載系數(shù)取0.15，橫向水平力系數(shù)取1.45。（4-3）（4-4）（4-5）無縫線路的鋼軌溫度應力t由公式4-6得出（4-6）式中——當?shù)刈罡呋蜃畹蛙墱嘏c鎖定軌溫之差值（℃），值為41.2。鋼軌應力的檢算條件為：軌底軌頭（4-7）式中——允許應力(MPa)，，其中K取1.3，取405MPa。4.1.3設計過程及結論根據(jù)機車參數(shù)的相關資料可知，客運韶山Ⅲ型機車為三軸轉向架,輪載115KN，軸距2.3+2.0，如圖4.1所示。貨運東風4型機車為三軸轉向架，輪載115KN，軸距1.8m。圖4.1客運韶山Ⅲ型電力機車軸距示意圖（1）計算K值計算鋼軌動彎矩，支座剛度D=30000N/mm，軌枕間距a=1000000/1667=600mm，60kg/m新軌對水平軸的慣性矩。鋼軌長度25m。因此（2）計算由于軸距大于5m以上時，相鄰輪子的影響很小可不計。因此只要用一個轉向架的三個軸分別作為計算輪求最不利輪位。首先計算客運韶山Ⅲ型機車的相關取值，見表4-2。表4-2客運韶山Ⅲ型電力機車計算表計算輪項目輪位（N）ⅠⅡⅢⅠP（N）115000115000115000105439.5x(mm)023004300kx02.6845.018(kx)1-0.09140.0083P(N)115000-10515954.5ⅡP（N）11500011500011500088731x(mm)230002000kx2.68402.334(kx)-0.09141-0.1370P(N)-10514115000-15755ⅢP（N）115000115000115000100199.5x(mm)430020000kx5.0182.3340(kx)0.0083-0.13701P(N)954.5于軸距大于5m以上時，相鄰輪子的影響很小可不計。因此只要用一個轉向架的三個軸分別作為計算輪求最不利輪位。首先計算客運韶山Ⅲ型機車的相關取值，見表4-3。表4-3貨運東風4型內燃機車計算表計算輪項目輪位（N）ⅠⅡⅢⅠ（Ⅲ）P（N）11500011500011500096807x(mm)018003600kx02.1244.248(kx)1-0.16450.0063P(N)115000-18917.5724.5ⅡP（N）11500011500011500077165x(mm)180001800kx2.12402.124(kx)-0.16451-0.1645P(N)-18917.5115000-18917.5（3）計算靜彎矩Mj由上節(jié)的計算可知，取最大值，為105439.5，代入公式4-3得（4）計算動彎矩Md根據(jù)公式4-2可得（5）計算動彎應力、新軌斷面系數(shù)查表可得軌底動彎拉應力為軌頭動彎拉應力為（6）鋼軌強度檢算由公式4-6可得無縫線路的鋼軌溫度應力t值為100.94MPa，允許應力為311.5MPa。檢算鋼軌強度如下軌底軌頭可知客運韶山Ⅲ型電力機車和貨運東風4型內燃機車通過本線路時，鋼軌強度滿足要求。

4.2混凝土軌枕強度檢算4.2.1設計概述與原理混凝土枕抗壓強度大，一般不檢算其承壓應力。計算軌枕彎矩時，通常把它視為支承在彈性基礎上的短梁，分別取最不利支承圖式。檢算軌下截面正彎矩Mg，假定軌枕中間部分完全掏空，可得Mg的檢算公式：(4-8)式中a1——荷載作用點至枕端距離，取a1=50cm；e——一股鋼軌下，軌枕的全支承長度，取e=95cm；b'——軌下襯墊寬度，一般取軌底寬(cm)；Ks——軌枕設計系數(shù)，暫定為1;[Mg]——軌下截面允許彎矩，與軌枕類型有關，Ⅰ型枕可取為11.9kN·m，Ⅱ型枕可取為13.3kN·m，Ⅲ型枕可取為18kN·m。對于Ⅲ型枕，其支撐形式為全面支承，Mc的檢算公式為（4-9）Ⅲ型枕中間截面的允許負彎矩可取為14kN·m。4.2.2設計過程及結論（1）計算K值計算鋼軌動彎矩時，鋼軌支座剛度D=70000N/mm。因此（2）計算由于軸距大于5m以上時，相鄰輪子的影響很小可不計。因此只要用一個轉向架的三個軸分別作為計算輪求最不利輪位。首先計算客運韶山Ⅲ型機車的相關取值，見表4-3。表4-3客運韶山Ⅲ型電力機車計算表計算輪項目輪位（N）ⅠⅡⅢⅠP（N）115000115000115000110442.2x(mm)023004300kx03.3586.278(kx)1-0.04150.00187P(N)115000-4772.5214.7ⅡP（N）115000115000115000105541.6x(mm)230002000kx3.35802.92(kx)-0.04151-0.041P(N)-4772.5115000-4685.9ⅢP（N）115000115000115000110528.8x(mm)430020000kx6.2782.920(kx)0.00187-0.0411P(N)214.7-4685.9115000然后計算貨運東風4型內燃機車的相關取值，由于轉向架的三個軸輪重一樣，軸距亦相同，所以ⅠⅢ輪引起的彎矩也應相同，計算結果見表4-4。表4-4貨運東風4型內燃機車計算表計算輪項目輪位（N）ⅠⅡⅢⅠ（Ⅲ）P（N）115000115000115000111874.6x(mm)018003600kx02.4735.184(kx)1-0.0247-0.0024P(N)115000-2844-281.4ⅡP（N）115000115000115000109312x(mm)180001800kx2.47302.473(kx)-0.02471-0.0247P(N)-2844115000-2844（3）計算靜彎矩Mj由上節(jié)的計算可知，取最大值，為111874.6，代入公式4-3得（4）計算枕上動壓力Rd內燃機車計算枕上壓力時，速度系數(shù)為不考慮橫向水平力系數(shù)，則枕上動壓力為（5）計算軌枕彎矩Mg、Mc[Mg]Ⅲ型枕可取為18kN·m。Ⅲ型枕中間截面的允許負彎矩[Mc]可取為14kN·m?？芍瓦\韶山Ⅲ型電力機車和貨運東風4型內燃機車通過本線路時，軌枕抗彎強度滿足要求。

4.3道床應力檢算4.3.1設計概述與原理道床應力檢算包括道床頂面應力、道床內部及路基頂面應力的計算和檢驗。道床頂面的應力，無論是沿軌枕縱向還是橫向，分布都是不均勻的。道床頂面上的平均壓應力為（4-10）式中b——軌枕底面寬度，混凝土枕取平均寬度b=27.5cm；——一股鋼軌下的軌枕有效支承長度，Ⅲ型軌枕取枕長的一半，當時，。考慮到實際應力分布的不均勻性，道床頂面上的最大壓應力為（4-11）式中m——應力分布不均勻系數(shù)，取m=1.60。常用的道床應力近似計算法，有如下假設:A、道床上的壓力以擴散角按直線擴散規(guī)律從道床頂面?zhèn)鬟f到路基頂面；B、不考慮相鄰軌枕的影響；C、道床頂面的壓力是均勻分布的。道床內部壓力的傳遞如圖4-2所示。圖4-2道床應力傳遞示意圖軌枕橫向及縱向的壓力擴散線交點分別為k1、k2，距枕底高度分別為h1、h2。由圖中可求得式中——壓力擴散角，。根據(jù)h1、h2將道床劃分為三個區(qū)域，三個區(qū)域中應力計算的公式也不相同。本設計的道床厚度h處在第二區(qū)域，道床應力的公式如下（4-12）計算出道床及路基面的強度后，按照下式進行檢算道床（4-13）路基面（4-14）式中——道床允許承壓應力，對碎石道床=0.5MPa；——路基表面允許承壓應力，新建線路路基=0.13MPa。4.3.2設計過程及結論道床頂面壓應力為所以道床強度滿足要求。路基頂面強度檢算如下由第二章中的設計資料可知，道床面層厚25cm，墊層厚20cm,因此，道床計算厚度為則可知客運韶山Ⅲ型電力機車和貨運東風4型內燃機車通過本線路時，路基強度滿足要求。

第五章無縫線路結構設計無縫線路是由標準長度的鋼軌焊接而成的長鋼軌線路，又稱焊接長鋼軌線路。實踐證明，無縫線路由于消滅了鋼軌接頭軌縫，因而具有行車平穩(wěn)、機車車輛及軌道維修費用降低、設備使用壽命延長、適合于高速行車等優(yōu)點，是鐵路軌道現(xiàn)代化的一項重要技術措施，也是當前高速、重載鐵路必需的條件。但是，現(xiàn)有的無縫線路在緩沖區(qū)尚存在軌縫，為了消除無縫線路緩沖區(qū)中鋼軌接頭的不良影響，充分發(fā)揮無縫線路的優(yōu)越性，目前世界各國都在進行試驗研究，盡量把無縫路的長軌條延長，即將軌條與軌條、軌條與道岔直接焊連起來，取消緩沖區(qū)，形成跨區(qū)間無縫線路。無縫線路是鐵路軌道現(xiàn)代化的一項重要技術措施，也是當前高速、重載鐵路必需的條件。本章主要進行溫度應力式無縫線路的設計。它以鋼軌內存在巨大溫度力為基本特征，控制溫度力，鎖定軌溫是其關鍵。鎖定軌溫通過強度及穩(wěn)定性計算加以確定，而結構設計與施工與養(yǎng)護，則以鎖定軌溫為基本依據(jù)。在施工方面，對焊接工藝及鋪設過程作了簡要的敘述。由于各種原因造成鎖定軌溫過高或過低，須進行應力放散與調整工作。5.1確定設計鎖定溫度5.1.1設計概述鋼軌內部的溫度應力，僅與軌溫變化幅度呈正比例關系，而與鋼軌長度無關。因此，在理論上鋼軌可以任意加長，而不影響其內部的溫度應力值，這是鋪設無縫線路的理論依據(jù)。所以，控制長鋼軌中溫度力大小的關鍵是控制軌溫的變化幅度Δt。無縫線路的鎖定軌溫，是長鋼軌無溫度力狀態(tài)時的軌溫。通常我們把鋪設長軌節(jié)，其始終端落槽時的平均鋼軌溫度作為鎖定軌溫。合理地選擇鎖定軌溫，是無縫線路設計的核心，設計鎖定軌溫應按無縫線路的強度與穩(wěn)定性要求進行計算確定。線路上的鋼軌要受到輪軌作用力、爬行力、列車牽引和制動力、橋梁伸縮力等共同作用，再加上溫度力，鋼軌的強度要滿足要求。對于鋼軌受拉，鋼軌的降溫幅度由鋼軌的抗拉強度控制；對于鋼軌受壓，一般是在達到屈服應力前，鋼軌就失穩(wěn)，所以一般鋼軌的升溫幅值是由軌道的穩(wěn)定性控制。為了保證夏天無縫線路軌道的穩(wěn)定性，一般考慮盡量用足鋼軌的抗拉強度，使鋼軌的升溫幅度減小，所以我國鐵路大部分地區(qū)的無縫線路鎖定軌溫都略高于中間軌溫。合肥地區(qū)最高軌溫Tmax=60.3℃,最低軌溫Tmin=-12.1℃。5.1.2設計原理允許的降溫幅度由下式計算：（5-1）式中——鋼軌底部下緣動彎應力。允許的升溫幅度由下式計算：（5-2）設計鎖定溫度按圖5-1計算，有（5-3）式中、——鋪軌地區(qū)的最高、最低軌溫；——溫度修正值，可根據(jù)當?shù)鼐唧w情況取0~5℃。圖5-1設計鎖定軌溫計算圖設計鎖定軌溫上下限為：（5-4）求得的、必須滿足以下條件：（5-5）5.1.3設計過程及結論為施工方便，鎖定軌溫取整后范圍為41~52℃。5.2伸縮區(qū)長度計算5.2.1設計概述與原理溫度力沿長鋼軌的縱向分布不均勻，它不僅與軌溫變化幅度和阻力有關，而且還與軌溫變化過程有關。因而，溫度力分布圖有兩種類型：一種為軌溫單向變化時的溫度力分布圖，稱為基本溫度力圖；另一種為軌溫往復變化時的溫度力分布圖。在基本溫度力她的基礎上，運用公式可以求得伸縮區(qū)長度。軌溫單向變化是指長鋼軌鎖定后，軌溫從鎖定軌溫向增溫（或向降溫）一個方向變化。以軌溫從鎖定軌溫向最低軌溫方向降溫變化時，繪制溫度力分布圖，如圖5-2所示。圖5-2基本溫度力圖1）當軌溫為鎖定軌溫時，鋼軌內部無溫度力，在溫度力圖上則為AA′基線。2）軌溫從鎖定軌溫下降，下降幅度等于時，在溫度力圖5-2上，溫度力的分布為ABB′A′線所示的矩形。3）當軌溫繼續(xù)下降，下降幅度大于時，此時，溫度拉力大于接頭阻力，道床縱向阻力將起抗衡溫度拉力的作用，在距軌端長度為x的范圍內，鋼軌將帶動軌枕一起縮短，發(fā)生軌枕位移，道床受擠壓。這時，在鋼軌兩端除接頭阻力外，還有x長度范圍內的道床縱向阻力，共同起著平衡溫度拉力的作用。在溫度力圖5.2上，溫度力的分布為ABCC′B′A′線所示的形狀。4）當軌溫下降到時，下降幅度達到最大maxΔt，溫度拉力也達到最大max，x達到其極限長度l即為伸縮區(qū)長度，在溫度力圖5-2上，溫度力的分布為D——D′線。此時的max和可按下式計算：（5-6）（5-7）式中——最大降溫幅度。5.2.2設計過程及結論為方便施工，取25的整數(shù)倍，選75m。5.3預留軌縫計算5.2.1設計概述與原理無縫線路緩沖區(qū)內的長鋼軌與標準軌之間，以及標準軌與標準軌之間，在鋪設時均應預留必要的軌縫，以保證軌溫升至最高時，軌縫不會頂嚴，以免造成接頭向上（或向旁）的支嘴；軌溫降至最低時螺栓不會受力，以免造成拉彎（或拉斷）螺栓。因此，必須先計算長鋼軌伸縮區(qū)隨軌溫變化的伸縮量，以及標準軌隨軌溫變化的伸縮量，從而計算預留軌縫的大小。長軌條一端的伸縮量按式5.8計算，標準軌一端伸縮量按式5.9計算。（5-8）（5-9）按冬季軌縫不超過構造軌縫的條件，可算得預留軌縫上限為（5-10）按夏季軌縫不頂嚴的條件，其下限為