鐵路線路平面圖和縱面圖

-.z.鐵路線路的平面和縱斷面一、鐵路線路的平面及平面圖一條鐵路線路在空間的位置是用它的線路中心線表示的。中心線點(diǎn)的位置是在路肩連線CD的中點(diǎn)O，如圖2-1-2所示。圖2-1-2鐵路線路中心線點(diǎn)的位置〔一〕鐵路線路平面的組成要素線路中心線在水平面上的投影，叫做鐵路線路的平面；線路中心線〔展直后〕在垂直面上的投影，叫做鐵路線路的縱斷面。從運(yùn)營的觀點(diǎn)來看，最理想的線路是既直又平的線路。但是天然地面情況復(fù)雜多變〔有山、水、沙漠、森林、礦區(qū)、城鎮(zhèn)等障礙物和建筑物〕，如果把鐵路修得過于平直，就會(huì)造成工程數(shù)量和工程費(fèi)用大，且工期長(zhǎng)，這樣既不經(jīng)濟(jì)，又不合理，有時(shí)也不現(xiàn)實(shí)。從工程的角度來看，鐵路線路最好是隨自然地形起伏變化，這樣，既可以減少工程數(shù)量、降低造價(jià)，甚至可以縮短工期。但是這會(huì)給列車運(yùn)營造成很大困難，甚至影響鐵路行車的平安與平穩(wěn)。選定鐵路線路的空間位置，應(yīng)該綜合考慮工程和運(yùn)營的要求，通過方案比擬，在滿足運(yùn)營根本要求的前提下，盡量減少工程量，降低造價(jià)。如*條鐵路經(jīng)過A、B、C三點(diǎn)〔圖2-1-3〕，如果把AB和BC分別用直線連接起來，則在AB之間要建筑兩座橋梁，在BC之間要開鑿一座隧道。在工程上是不合理、不經(jīng)濟(jì)的，而應(yīng)分別用折線ADB和BEC來代替。在折線的轉(zhuǎn)角處，則用曲線來連接。因此，直線和曲線就成為線路平面的組成要素。圖2-1-3鐵路線路繞避地形障礙示意圖〔二〕曲線附加阻力與曲線半徑列車在線路上運(yùn)行，總會(huì)受到各種阻力。阻力方向與列車運(yùn)行方向相反。歸納起來，阻力主要有兩大類。1.根本阻力根本阻力是指列車在空曠地段沿平、直軌道運(yùn)行時(shí)所受到的阻力。包括車軸與軸承之間的摩擦阻力、輪軌之間的摩擦阻力，以及鋼軌接頭對(duì)車輪的撞擊阻力等。根本阻力在列車運(yùn)行時(shí)總是存在的。2.附加阻力附加阻力是列車在線路上運(yùn)行時(shí)，除根本阻力外所受到的額外阻力。如坡道阻力、曲線阻力、起動(dòng)阻力等。附加阻力隨列車運(yùn)行條件或線路平、縱斷面情況而定。線路平面上有了曲線〔彎道〕后，給列車運(yùn)行造成阻力增大和限制列車速度等不良影響。列車通過曲線時(shí)，由于離心力的作用，使外側(cè)車輪輪緣和外軌側(cè)的擠壓摩擦增大；同時(shí)還由于曲線外軌長(zhǎng)于軌，側(cè)車輪在軌面上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而給運(yùn)行中的列車造成一種附加阻力，稱為曲線阻力。曲線阻力的大小，我國通常用下面的試驗(yàn)公式來計(jì)算，即：式中ωr——單位曲線阻力〔牛/千?！?，即列車每一噸重量所攤曲線附加阻力值；R——曲線半徑〔米〕；600——根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的常數(shù)。這一公式適用于曲線長(zhǎng)度大于或等于列車長(zhǎng)度的情況。從式中可知，曲線阻力與曲線半徑成反比。曲線半徑越小，曲線阻力越大，運(yùn)營條件就越差，說明采用大半徑曲線對(duì)列車運(yùn)行的影響較小。而小半徑曲線亦具有容易適應(yīng)困難地形的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工程條件有利。因此，在設(shè)計(jì)鐵路線時(shí)必須根據(jù)鐵路所允許的旅客列車的最高運(yùn)行速度，由大到小合理的選用曲線半徑。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50米、100米的整數(shù)倍，即12000米、10000米、8000米、7000米、6000米、5000米、4500米、4000米、3500米、3000米、2800米、2500米、2000米、1800米、1600米、1400米、1200米、1000米、800米、700米、600米、550米、500米、450米、400米、350米；特殊困難條件下，可采用上列半徑間10米整數(shù)倍的曲線半徑。為了保證線路的通過能力，并有一個(gè)良好的運(yùn)營條件，還應(yīng)對(duì)區(qū)間線路的最小曲線半徑做具體規(guī)定。列車在曲線上行駛速度越快，所產(chǎn)生的離心力也就越大，為保證列車運(yùn)行平安、平穩(wěn)和舒適，必須限制列車通過曲線時(shí)的速度。然而，曲線半徑不同，允許通過曲線的最大速度也就不同。客貨共線Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑，見表2-1-2。表2-1-2客貨共線Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑客運(yùn)專線鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑，見表2-1-3。表2-1-3客運(yùn)專線鐵路區(qū)間線路最小曲線半徑〔三〕圓曲線與緩和曲線在平面圖上，鐵路曲線包括圓曲線和緩和曲線。在列車運(yùn)行中不能從直線直接進(jìn)入圓曲線，因此，在鐵路線路上，直線和圓曲線也不是直接相連的，它們之間需要插入一段緩和曲線，緩和曲線是一段曲率連續(xù)變化的曲線。它通常設(shè)置在直線與圓曲線或不同半徑圓曲線之間。緩和曲線能使列車平安、平順、舒適地由直線過渡到圓曲線。緩和曲線設(shè)置位置，如圖2-1-4所示。圖2-1-4緩和曲線示意圖緩和曲線的作用：1.在緩和曲線圍，曲線半徑由無限大漸變到等于它所銜接的圓曲線半徑〔或相反〕，從而使車輛產(chǎn)生的離心力逐漸增加〔或減少〕，有利于行車平穩(wěn)；2.在緩和曲線圍，外軌超高由零遞增到需要的超高量〔或相反〕，使向心力與離心力相配合；3.當(dāng)曲線半徑小于350米，軌距需要加寬時(shí)，在緩和曲線圍，可由標(biāo)準(zhǔn)軌距逐步加寬到圓曲線需要的加寬量〔或相反〕?！菜摹宠F路線路平面圖用一定比例尺，把線路中心線及其兩側(cè)的地面情況投影到水平面上，就是鐵路線路平面圖，如圖2-1-5所示〔見書末插頁〕。線路平、縱斷面圖是鐵路設(shè)計(jì)的根本文件。在各個(gè)設(shè)計(jì)階段都要編制要求不同、用途不同的各種平面圖。從書中的平面圖上可以看到線路的中心線和里程標(biāo)，以及沿線的車站、橋隧建筑物等的數(shù)量和位置；同時(shí)還可以看到用等高線〔地面上高程相等各點(diǎn)的連線〕表示的沿線地形和地物等情況。二、鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖〔一〕鐵路線路縱斷面的組成要素為了適應(yīng)地面的起伏，線路上除了平道以外，還修成不同的坡道。因此，平道與坡道就成了線路縱斷面的組成要素。坡道的陡與緩常用坡度來表示。坡度是一段坡道兩端點(diǎn)的高差h與水平距離L之比，如圖2-1-6所示。坡道坡度的大小通常是用千分率來表示。圖2-1-6坡度與坡道阻力示意圖式中i——坡度值〔‰〕；α——坡道段線路中心線與水平夾角〔°〕。假設(shè)L為2000米，h為8米，則AB坡道的坡度為4‰?！捕称碌栏郊幼枇τ捎谟辛似碌?，就給列車運(yùn)行帶來了不良的影響。列車在坡道上運(yùn)行時(shí)，會(huì)受到一種由坡道引起的阻力，這一阻力稱之為坡道附加阻力。從圖2-1-6中可以看出，機(jī)車車輛所受的重力Qg〔?！晨梢苑纸鉃榇怪庇谄碌赖姆至1和平行于坡道的分力F2。前一個(gè)分力F1由軌道的反作用力所抵消，后一個(gè)分力F2就成為坡道附加阻力。F2=Qg·sinα≈Qgtanα=Qg·i‰〔?！沉熊嚻骄繂挝毁|(zhì)量所受到的坡道阻力，叫做單位坡道阻力〔ωi〕。因此，這就是說，機(jī)車車輛每單位質(zhì)量，上坡時(shí)所受的單位坡道附加阻力〔牛頓數(shù)〕，等于用千分率表示的這一坡道坡度數(shù)。列車上坡時(shí)，單位坡道附加阻力規(guī)定為"＋〞，而當(dāng)下坡時(shí)，單位坡道附加阻力規(guī)定為"-〞。由上可見，坡度越大，列車上坡時(shí)坡道阻力也就越大，同一臺(tái)機(jī)車〔在列車運(yùn)行速度一樣的條件下〕所能牽引的列車重量也就越小?！踩诚拗破露让恳昏F路區(qū)段都是由許多平道和不同坡度的坡道組成的。坡道的坡度不同，它們對(duì)列車重量的影響也就不同。在一個(gè)區(qū)段上，決定一臺(tái)*一類型機(jī)車所能牽引的貨物列車重量〔最大值〕的坡度，叫做限制坡度i*〔‰〕。在一般情況下，限制坡度的數(shù)值往往和區(qū)段陡長(zhǎng)上坡道的最大坡度值相當(dāng)。如果在坡道上又有曲線，則這一坡道的坡道阻力值和曲線阻力值之和，不能大于該區(qū)段規(guī)定的限制坡度的阻力值，即：i＋ωr≤i*限制坡度的大小，影響一個(gè)區(qū)段甚至全鐵路線的運(yùn)輸能力。限制坡度小，列車重量可以增加，運(yùn)輸能力就大，運(yùn)營費(fèi)用就越省。但限制坡度過小時(shí)，就不容易適應(yīng)地面的天然起伏，特別是在地形變化很大的地段，使工程量增大，造價(jià)提高。因此，限制坡度的選定是一個(gè)很重要的問題，要經(jīng)過仔細(xì)綜合研究，才能得出合理結(jié)論。我國"鐵路技術(shù)管理規(guī)程"規(guī)定的最大限制坡度的數(shù)值見表2-1-4。表2-1-4客貨共線Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路區(qū)間線路最大限制坡度在個(gè)別線路的越嶺地段，由于地形障礙顯著而集中，假設(shè)仍采用表2-1-4所規(guī)定的限制坡度，實(shí)際上有困難或工程造價(jià)太高時(shí)，在經(jīng)過詳盡的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬后，允許采用最大限制坡度的加力牽引坡度。加力牽引坡度是指在大于限制坡度的坡道地段，為了統(tǒng)一全區(qū)段的列車重量標(biāo)準(zhǔn)，保證必要的線路通過能力，而進(jìn)展多機(jī)牽引的坡度。燃牽引的可用至25‰，電力牽引的可用至30‰?！菜摹匙兤曼c(diǎn)平道與坡道、坡道與坡道的交點(diǎn)，叫做變坡點(diǎn)。列車經(jīng)過變坡點(diǎn)時(shí)，由于坡度的突然變化，車鉤產(chǎn)生附加應(yīng)力；坡度變化越大，附加應(yīng)力越大，容易造成斷鉤事故。為了保證列車的運(yùn)行平安和平穩(wěn)，我國鐵路規(guī)定，在Ⅰ、Ⅱ級(jí)線路上相鄰坡段的坡度代數(shù)差大于3‰、Ⅲ級(jí)鐵路大于4‰時(shí)，應(yīng)以豎曲線連接。如圖2-1-7所示。圖2-1-7豎曲線示意圖豎曲線是縱斷面上的圓曲線。豎曲線的半徑，Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路為10000米，Ⅲ級(jí)鐵路為5000米。根據(jù)鐵道部"鐵路200～250公里/小時(shí)既有線技術(shù)管理暫行方法"中規(guī)定，相鄰坡段的坡度代數(shù)差大于1‰時(shí)，須設(shè)置圓曲線型豎曲線，豎曲線最小長(zhǎng)度不宜小于25米。豎曲線半徑不得小于15000米?！参濉宠F路線路縱斷面圖用一定的比例尺，把線路中心線〔展直后〕投影到垂直面上，并標(biāo)明平面、縱斷面各項(xiàng)有關(guān)資料的圖紙，叫線路縱斷面圖，見圖2-1-8。鐵路線路縱斷面圖的上部是圖的局部，主要說明了線路中心線〔即路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高的連線〕、地面線、橋隧建筑物資料〔包括橋梁、涵洞的孔徑、類型、中心里程和隧道長(zhǎng)度等〕、車站資料〔包括站名、車站中心里程和相鄰車站間的距離〕及其他有關(guān)情況。鐵路線路縱斷面圖的下部是表格局部，其中主要是路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高〔在變坡點(diǎn)處和百米標(biāo)、加標(biāo)處都標(biāo)出路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高〕和設(shè)計(jì)坡度〔每個(gè)坡段分別標(biāo)出〕。同時(shí)，用公里標(biāo)、百米標(biāo)和加