高速鐵路線路平面設(shè)計(jì)

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高速鐵路線路平面設(shè)計(jì)

高速鐵路系列講座（三）主講：韓峰副教授蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院

一、高速鐵路的一般規(guī)定

1、高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、整體構(gòu)思、逐步深化，以總體設(shè)計(jì)統(tǒng)籌專業(yè)設(shè)計(jì)，科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)建設(shè)意圖。2、高速鐵路總體設(shè)計(jì)應(yīng)在充分研究項(xiàng)目需求和各種相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，合理選定主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、線路走向和建設(shè)方案；確定系統(tǒng)構(gòu)成并選定系統(tǒng)集成方案；確定工期、投資和其他控制目標(biāo)。3、高速鐵路總體設(shè)計(jì)應(yīng)滿足旅行時(shí)間與最高運(yùn)行速度、旅客舒適度、節(jié)能與環(huán)保、安全與防災(zāi)、旅客列車開行原則與開行方案等目標(biāo)要求。3二、高速鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

高速鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)其在鐵路網(wǎng)中的作用、沿線地形、地質(zhì)條件、輸送能力和運(yùn)輸需求等，在設(shè)計(jì)中按系統(tǒng)優(yōu)化的原則經(jīng)綜合比選確定。高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：——設(shè)計(jì)速度；——正線線間距；——最小平面曲線半徑；——最大坡度；——到發(fā)線有效長度；4二、高速鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——?jiǎng)榆嚱M類型；——列車運(yùn)行控制方式；——行車指揮方式；——最小行車間隔。

設(shè)計(jì)速度應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目在鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)中的作用、運(yùn)輸需求、工程條件，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，應(yīng)滿足旅行時(shí)間目標(biāo)值的要求。5二、高速鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

高速鐵路應(yīng)按一次建成雙線電氣化鐵路設(shè)計(jì)，正線應(yīng)按雙方向行車設(shè)計(jì)。

正線線間距、最小平面曲線半徑、最大坡度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)行車速度、運(yùn)輸組織模式、安全和舒適度要求等因素確定。

到發(fā)線有效長度應(yīng)采用650m。

動(dòng)車組類型應(yīng)與旅客列車行車速度相適應(yīng)。6高速鐵路列車運(yùn)行控制方式應(yīng)采用基于軌道電路傳輸?shù)腃TCS-2級(jí)列控系統(tǒng)或基于GSM-R無線通信傳輸?shù)腃TCS-3級(jí)列控系統(tǒng)。當(dāng)采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)作為后備模式。時(shí)速250km/h高速鐵路列車運(yùn)行控制方式采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)。行車指揮方式應(yīng)采用調(diào)度集中控制系統(tǒng)。最小行車間隔按照運(yùn)輸需求研究確定，宜采用3～4min。設(shè)計(jì)速度、線間距、線路平面和線路縱斷面等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)匹配。二、高速鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)7三、高速鐵路系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)1、高速鐵路系統(tǒng)應(yīng)由土建工程、牽引供電、列車運(yùn)行控制、高速列車、運(yùn)營調(diào)度、客運(yùn)服務(wù)六個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。2、高速鐵路系統(tǒng)集成應(yīng)注重各系統(tǒng)間標(biāo)準(zhǔn)匹配協(xié)調(diào)、接口設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、固定和移動(dòng)設(shè)施匹配兼容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。83、高速鐵路接口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1）注重土建工程之間設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)。路基、橋涵及隧道等各類結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)應(yīng)注意各結(jié)構(gòu)物間變形協(xié)調(diào)，應(yīng)盡量避免不同結(jié)構(gòu)物間的頻繁過渡，應(yīng)重視軌道剛度均勻性和不同軌道結(jié)構(gòu)間的剛度過渡。2）注重土建工程與其他專業(yè)之間設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)。路基、橋涵和隧道附屬工程設(shè)計(jì)應(yīng)滿足電纜槽、接觸網(wǎng)、聲屏障、綜合接地線、線路標(biāo)志、站區(qū)過軌管線，以及牽引變電、電力、通信、信號(hào)電纜過軌等設(shè)備設(shè)置要求。3）注重項(xiàng)目各設(shè)計(jì)階段之間、分段設(shè)計(jì)的項(xiàng)目各段之間、項(xiàng)目與外部相關(guān)工程之間以及與相鄰鐵路之間的接口協(xié)調(diào)。三、高速鐵路系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)9三、高速鐵路綜合選線1、高速鐵路選線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1）符合鐵路網(wǎng)總體規(guī)劃。2）提高工程質(zhì)量和運(yùn)輸效率，降低維護(hù)成本。3）行經(jīng)主要城市吸引客流、方便旅客出行。4）與城市總體規(guī)劃、地方交通、農(nóng)田水利和其它工程建設(shè)相協(xié)調(diào)，做到布局合理。5）鐵路選線和總體設(shè)計(jì)應(yīng)從系統(tǒng)工程角度統(tǒng)籌考慮邊坡防護(hù)及防排水工程，優(yōu)化線路平、縱斷面，做好工程方案比較，合理確定工程類型。106）應(yīng)繞避各類不良地質(zhì)體，對(duì)于難以繞避的不良地質(zhì)體應(yīng)在詳細(xì)地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上做好工程整治措施，確保運(yùn)營安全。7）路基工程應(yīng)避免高填、深挖和長路塹，特殊巖土、不良地質(zhì)區(qū)段應(yīng)嚴(yán)格控制路基填挖高度。8）復(fù)雜地形地貌、地質(zhì)不良條件下的深切沖溝地段，線路平、縱斷面應(yīng)滿足橋梁或涵洞設(shè)置要求。9）滿足環(huán)境保護(hù)、水土保持、土地節(jié)約及文物保護(hù)的要求。112、引入鐵路樞紐及大型城市客運(yùn)站設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1）結(jié)合城市及鐵路樞紐總體規(guī)劃，逐步形成“客貨分線、客內(nèi)貨外”的總格局。2）綜合研究確定客運(yùn)站數(shù)量。3）客運(yùn)站站址選擇結(jié)合城市總體規(guī)劃和引入方向，形成綜合交通樞紐。4）統(tǒng)籌考慮動(dòng)車段（所）的設(shè)置向集中化、大型化方向發(fā)展，并預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展條件。5）有多條線路引入的大型客運(yùn)站根據(jù)運(yùn)輸需要，按主要線路疏解、次要線路換乘的原則設(shè)置聯(lián)絡(luò)線。123、高速鐵路定線設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合自然與工程條件，并遵循以下原則：1）線路空間曲線按列車運(yùn)行速度及速差設(shè)計(jì)。2）車站分布應(yīng)滿足沿線客流分布及城鎮(zhèn)居民的旅行需要、優(yōu)化開行方案的需要、設(shè)計(jì)能力并考慮養(yǎng)護(hù)維修的需要，以及大中城市、重要交通樞紐和旅游勝地等旅客出行的需要。3）路基、橋涵及隧道等工程分布等應(yīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后確定。4）軌道的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)線下工程、環(huán)境條件等具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后合理選擇。5）選線設(shè)計(jì)應(yīng)考慮鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與橋梁孔跨、結(jié)構(gòu)的關(guān)系。6）應(yīng)綜合布置動(dòng)車段（所）、綜合維修設(shè)施。131、高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)注重質(zhì)量、安全、工期、投資、環(huán)保和科技創(chuàng)新的綜合優(yōu)化。2、高速鐵路應(yīng)建立勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)三網(wǎng)合一的精密測(cè)量網(wǎng)。3、高速鐵路勘察設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)繪和勘探、試驗(yàn)工作，地質(zhì)勘察工作應(yīng)滿足路基、橋梁、隧道、建筑等主體結(jié)構(gòu)沉降計(jì)算要求，必要時(shí)開展區(qū)域地面沉降對(duì)高速鐵路工程影響及對(duì)策研究。四、高速鐵路選線設(shè)計(jì)其他要求14四、高速鐵路選線設(shè)計(jì)其他要求4、高速鐵路應(yīng)加強(qiáng)安全性設(shè)計(jì)，應(yīng)將安全設(shè)計(jì)、安全評(píng)估貫穿于設(shè)計(jì)全過程。5、高速鐵路特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行車、線、橋（或路基、隧道）動(dòng)力仿真計(jì)算，使車、線、橋（或路基、隧道）耦合動(dòng)力響應(yīng)符合行車安全性和乘坐舒適度要求。6、路基、橋涵及隧道等主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)為100年，無砟軌道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)小于60年。7、高速鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境、自然景觀和人文景觀；重視水土保持、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、濕地的保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)及污染防治工作。15四、高速鐵路選線設(shè)計(jì)其他要求8、工期安排應(yīng)遵循以下原則：1）突出高速鐵路建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，抓住精密測(cè)量、線形控制及沉降變形觀測(cè)、無砟軌道、系統(tǒng)集成、聯(lián)調(diào)聯(lián)試及試運(yùn)行等影響建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求。2）立足于現(xiàn)有鐵路施工技術(shù)裝備水平和技術(shù)發(fā)展水平，并積極推廣采用新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備，體現(xiàn)社會(huì)平均先進(jìn)水平。16四、高速鐵路選線設(shè)計(jì)其他要求3）突出施工準(zhǔn)備、路基橋梁隧道等線下工程、箱梁架設(shè)、軌道工程、大型站房、站后配套工程、聯(lián)調(diào)聯(lián)試及試運(yùn)行等控制工期的關(guān)鍵工程，滿足各主要工程間技術(shù)和接口要求。4）貫徹對(duì)勞動(dòng)力、大型專有設(shè)備、周轉(zhuǎn)性材料等施工資源進(jìn)行綜合優(yōu)化的原則，并應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的要求及不穩(wěn)定因素的影響。17四、高速鐵路選線設(shè)計(jì)其他要求9、加強(qiáng)輪軌系統(tǒng)噪聲、弓網(wǎng)系統(tǒng)噪聲、機(jī)電系統(tǒng)噪聲、空氣動(dòng)力學(xué)噪聲等減震降噪設(shè)計(jì)，并采取適宜的工程措施。10、投資控制應(yīng)從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、方案和工程措施選擇等多方案比選，貫徹科學(xué)定標(biāo)、適度從緊、強(qiáng)本簡末、節(jié)省投資的原則。18四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1、一般規(guī)定1）線路平、縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)重視線路空間曲線的平順性，提高旅客乘坐舒適度。2）全部列車均停站的車站兩端減加速地段，可采用與設(shè)計(jì)速度相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；部分列車停站的車站兩端減加速地段，應(yīng)根據(jù)速差條件，采用相適應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足舒適度要求。3）線路平、縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)滿足軌道鋪設(shè)精度要求。19四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

客運(yùn)專線鐵路的特點(diǎn)表面上看主要是列車運(yùn)行速度提高了，但其真正特點(diǎn)是各種運(yùn)行工況下的不利因素在高速條件下被放大了。對(duì)于線路平、縱斷面而言，列車的豎向和橫向加速度在高速條件下增大了，列車各種震動(dòng)的衰減距離在高速條件下延長了，各種震動(dòng)疊加的可能性在高速條件下提高了，相應(yīng)旅客乘坐舒適度在高速條件下更敏感了。因此，客運(yùn)專線鐵路平、縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)采用較大的線路平面圓曲線半徑，較長的縱斷面坡段和較大的豎曲線半徑，提高下路的平順性，以盡可能降低列車的橫向和豎向加速度，降低列車各種震動(dòng)疊加的可能性，從而提高旅客乘坐舒適度。2、最小曲線半徑

最小曲線半徑是客運(yùn)專線鐵路線路主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。它與鐵路運(yùn)輸模式、速度目標(biāo)值、旅客乘坐舒適度和列車運(yùn)行平穩(wěn)度等有關(guān)。

高速鐵路的運(yùn)輸組織模式為高速與低速列車共線運(yùn)行，最小曲線半徑應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素：一方面是高速列車設(shè)計(jì)最高速度，實(shí)設(shè)超高與欠超高之和允許值等因素；另一方面為高速列車最高運(yùn)行速度低速旅客列車正常運(yùn)行速度,欠過超高之和的允許值等因素。四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)21四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)（一）區(qū)間正線最小曲線半徑1）速度目標(biāo)值客運(yùn)專線鐵路運(yùn)輸組織模式為高、低速列車共線運(yùn)行，線性設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)行車速度為350、300、250km/h，低速列車的設(shè)計(jì)行車速度不低于250km/h,匹配關(guān)系為350/250、300/200km/h。

最小曲線半徑的確定首先要滿足最高設(shè)計(jì)行車速度350km/h，300km/h、250km/h的要求，其次好要滿足不同速度匹配條件下速差要求。22四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)2）最小曲線半徑考慮因素最小曲線半徑的選定應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素：

一是高速列車設(shè)計(jì)最高速度Vmax、實(shí)設(shè)超高與欠超高之和允許值[h+hq]等；二是高速列車最高運(yùn)行速度Vmax

、低速旅客列車運(yùn)行速度Vd、欠超高與過超高之和的允許值[hq+hg]等。

23四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(1)實(shí)設(shè)超高允許值[h]實(shí)設(shè)超高允許值[h]的確定，主要考慮下列因素：客車停在曲線上時(shí)，要考慮到外軌超高引起的車輛傾斜，不致使旅客感到非常不舒適。日本東海道新干線實(shí)設(shè)超高允許值為200mm，其余新干線為180mm；法國TGV線為180mm；德國ICE高速高速，在有砟軌道路段最大超高為150mm，無砟軌道路段最大超高為170mm。綜合國內(nèi)外的研究與實(shí)踐，我國高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中高速鐵路最大設(shè)計(jì)超高允許值采用170~180mm。24四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)25四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(3)過超高允許值[hg]一般認(rèn)為過超高與欠超高對(duì)旅客乘坐舒適度的影響是同等的。我國既有客貨共線干線上過超高允許值遠(yuǎn)小于欠超高允許值，主要是考慮貨物列車的軸重及通過總重大于客運(yùn)列車，其對(duì)曲線內(nèi)軌磨耗及線路的破壞作用較大，故對(duì)貨物列車的過超高允許值需較嚴(yán)格的限制。在高、低速列車共線運(yùn)營的高速鐵路上，列車的車輛走行性能比貨物列車要好，因而過超高引起的對(duì)內(nèi)軌磨耗和對(duì)線路破壞作用要小，故其過超高允許值可以適當(dāng)放寬。同時(shí)還考慮到高、低速列車共線運(yùn)營的高速鐵路是以高速列車為主，重點(diǎn)應(yīng)保證高速列車的旅客乘坐舒適度，因此，我國目前在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取過超高允許值與欠超高允許值一致。26四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(5)高速列車運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)超高與欠超高之和的允許值[h+hq]≤[h]+[hg]27四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)28四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)29四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)30四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)31四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)32四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(三)最大曲線半徑

高速鐵路最大曲線半徑限值問題，是在高速鐵路運(yùn)營實(shí)踐中產(chǎn)生的新問題。最大曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到線路的鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)、維修能否達(dá)到要求的精度。曲線的線形或軌道的平順主要是依據(jù)基樁控制曲線的正矢值或偏矢（不等弦測(cè)量）來保持的?；鶚稕Q定于測(cè)設(shè)精度；正矢值則與曲線半徑成反比，與弦長的平方成正比。當(dāng)曲線半徑大到一定程度后，正矢值將很小，測(cè)設(shè)和檢測(cè)精度均難以保證極小的正矢值的準(zhǔn)確性，可能反而成為影響軌道不平順的因素。因此宜對(duì)圓曲線最大半徑加以限制。33四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(三)最大曲線半徑

根據(jù)國外高速鐵路的測(cè)設(shè)經(jīng)驗(yàn)，如日本、法國，在曲線地段沿線每隔10m設(shè)置一基樁作為線路的基準(zhǔn)。法國高速線路基樁的點(diǎn)位誤差控制在1mm。綜合考慮線路測(cè)設(shè)精度和軌道檢測(cè)精度，并參考國外試驗(yàn)線上的最大曲線半徑情況以及國外研究350km/h高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的新動(dòng)向，對(duì)速度目標(biāo)值300~350km/h的高速鐵路，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定最大圓曲線半徑為12000m，特殊困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后可采用14000m。34四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(四)曲線半徑的選用為了測(cè)設(shè)、施工和養(yǎng)護(hù)的方便，曲線半徑一般應(yīng)取50m和100m的整倍數(shù)，特殊困難條件下，可采用10m整倍數(shù)的曲線半徑。曲線半徑的選用應(yīng)在滿足最小、最大曲線半徑的條件下，因地制宜，合理選用。選用的曲線半徑既能滿足行車速度和設(shè)置建筑物的技術(shù)要求，又能適應(yīng)地形、地質(zhì)、地物等條件，以減少路基、擋墻、橋隧工程量，少占農(nóng)田、建筑物，做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)行車速度（km/h）350/250300/200250/200250/160有砟軌道推薦8000~100006000~80004500~70004500~7000無砟軌道推薦8000~100006000~80004500~70004500~700035四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)36四、高速鐵路平面設(shè)計(jì)(二)緩和曲線長度計(jì)算分析緩和曲線長度是高速鐵路線路平面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一。為保證列車運(yùn)行的安全和旅客舒適度的要求，緩和曲線應(yīng)有足夠的長度。但過長的緩和曲線將影響平面選線和縱斷面設(shè)計(jì)的靈活性，引起工程投資的增大。因此，緩和曲線的選擇應(yīng)因地制宜、從長到短、合理選用。緩和曲線長度的計(jì)算取決于超高順坡率允許值、未被平衡的橫向加速度時(shí)變率允許值（欠超高時(shí)變率允許值）、車體傾斜角度允許值（超高時(shí)變率允許值）等相關(guān)參數(shù)的取值。其中，超高順坡率允許值受車輛脫軌安全性的控制，我國現(xiàn)行《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，最大超高順坡率不大于2‰，即1/500。國外（日本、英國、德國）規(guī)定的超高順坡最大值分別為1/200~1/400不