第二章-高速鐵路線路

1、第二章 高速鐵路線路,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 線路的平縱斷面 第三節(jié) 路基與橋梁 第四節(jié) 軌道 第五節(jié) 軌道技術監(jiān)測及維修管理,第一節(jié) 概述,1.1 線路整體工程,1.2 高速鐵路線路特征,1.3 列車風對安全運行的影響,1.1 線路整體工程,（1）廣義的線路概念,指除供電、接觸網(wǎng)、通信信號以外的所有基礎設施。 包括：平縱斷面、路基、軌道、橋隧以及建筑材料,（2）線路承受力,附加豎直力 縱向水平力 橫向水平力 內(nèi)部溫應力,隨著速度的提高，線路處于更為復雜的工作條件下的工程結構，需要達到新的線路特征。,1.2 高速鐵路線路特征,高平順性 高穩(wěn)定性 高精度、小殘變、少維修 寬大、獨行的線路

2、空間 高標準的環(huán)境保護 嚴格的軌道狀態(tài)檢測和嚴密的防災安全監(jiān)控 開通運營之日列車即可以設計速度運行,其中，高平順度是設計、建設高速鐵路的控制性條件，也是有別于中低速鐵路的最主要特點。,高平順性,速度的影響導致振動和輪軌動作用力增加,（1）線路平順性對旅客的影響,波長40m，幅值10mm的連續(xù)不平順 波長40m，幅值5mm的方向不平順 散點式局部不平順,（2）對輪、軌及路面環(huán)境的影響,高穩(wěn)定性,區(qū)別：“強度”控制Vs“形變”控制 導致經(jīng)常維持，惡化路況 導致道床厚度不一致，殘余變形積累不均勻,法：路基鋪軌后，5年內(nèi)最大允許沉降量5cm,防止撓度變形 限制預應力徐變上拱 溫差結構變形 墩臺處的縱向

3、位移,（1）路基：穩(wěn)定、沉降小且沉降均勻,（2）橋梁：足夠大的剛度,寬大、獨行的線路空間,高精度、小殘變、少維修,嚴格控制軌道鋪設精度,保證小的殘余變形,列車風的存在，要求寬大的行車空間,動能和慣性力的大幅增加，線路采用全封閉形式,高標準的環(huán)境保護,（1）高速鐵路文化,（2）防止噪聲污染,嚴格的軌道狀態(tài)檢測和嚴密的防災安全監(jiān)控,開通運營之日列車即可以設計速度運行,（1）及時校正位移、變形 （2）實時監(jiān)測災害信息,1.3 列車風對安全運行的影響,1.3.1 列車繞流的基本氣動特征,（1）現(xiàn)象 （2）影響,1.3.2 正線間距,式中：,D 正線間距； Y 會車壓力波允許值要求的距離； B1、B2

4、兩列交會車的寬度。,實質(zhì)上在于Y值的合理確定,會車壓力波,其大小與速度、列車頭型系數(shù)、列車長度、線路環(huán)境、列車觀測點位置等有關,列車頭型系數(shù),列車頭部變高范圍長度與列車車寬之比,會車壓力波的允許值,國外狀況 日本、法德具有不同特征 我國規(guī)定,高速列車：1.8kpa 中速列車：1.5kpa,線間距的取值受行車速度、頭形系數(shù)r和會車壓力波允許值的影響,京滬高速線間距5.0m，車輛寬3.1m,Q: 普通線路線間距是如何規(guī)定的？,京滬按線間距不變的并行雙線設計,曲線地段以左線為基準（下行線），右線設計為左線同心圓。 區(qū)間正線按5m設計，曲線地段線間距不予加寬，站內(nèi)、橋、隧同,速度與工程造價的關系,1.

5、3.3 列車風對安全的影響,列車風對線路兩側的影響 列車風對高架橋維修通路的影響 列車風對站臺人員的影響 列車風對列車會車的影響 隧道內(nèi)列車風的影響,人員安全退避距離：,當v300km/h時，車站取2.0m,線路取3.0m,建筑限界,建筑限界,規(guī)面高程； 客運專線鐵路機車車輛限界； 區(qū)間及站內(nèi)正線（無站臺）建筑限界； 有站臺時車站建筑限界； 軌面以上最大高度； 接觸網(wǎng)立柱跨中利用承力索馳度時的規(guī)面以上高度； 股道中心至建筑限界的最大寬度； 站內(nèi)正線股道中心至站臺邊緣的寬度； 站內(nèi)側線股道中心至站臺邊緣的寬度。,京滬客專建筑限界基本尺寸及輪廓圖,建筑限界,曲線內(nèi)側加寬：,（mm）,曲線外側加寬：

6、,（mm）,式中 ：,曲線外軌超高值(mm)；,建筑限界高度(m)。,在確定客運專線鐵路建筑限界的最大寬度時，各種橫向偏移量已按最不利情況組合，并增加150m的安全裕量，因此車體橫向偏移量的加寬已無必要?？瓦\專線鐵路曲線上的限界，只須因超高車體傾斜的內(nèi)側加寬量，即,（mm）,8000m時,值可采用150mm，,7000m時,內(nèi)側曲線地段限界加寬范圍為全部圓曲線和緩和曲線及部分直線。,值可采用180mm。,第二節(jié) 線路的平縱斷面,2.1 線路平面 2.2 線路縱斷面,Q： 1、線路平、縱斷面的組成因素分別是什么？ 2、線路出現(xiàn)平、縱斷面的原因是什么？,2.1 線路平面,2.1.1 曲線的影響,（

7、1）曲線存在的意義：,減少工程量，減少投資數(shù),（2）曲線帶來的缺陷：,降低行車速度，增加輪軌磨耗,曲線帶來的影響大小，取決于曲線半徑的大小,影響最小曲線半徑的因素,2.1 線路平面,2.1.2 超高度,（1）理論超高,（2）最大超高,（3）過超高與欠超高,日本200mm，法國180mm，德國85mm 我國暫定180mm,影響 欠超高允許值hq 過超高允許值hg,未被平衡的超高,2.1 線路平面,2.1.3 最小曲線半徑,在純高速列車運行的線路上最小圓曲線半徑取決于最高速度、實設超高與欠超高之和的允許值等因素,2.1 線路平面,2.1.3 最小曲線半徑,在高、中速旅客列車共線運行的線路上，最小圓

8、曲線半徑主要取決于高速列車最高運行速度、中速列車運行速度、欠超高、過超高之和的允許值等因素,曲線半徑的合理選擇,曲線半徑的選用，首先應考慮滿足規(guī)定的行車速度和舒適度要求。并結合地形地貌、工程地質(zhì)、重大橋渡、跨越條件和車站設置等因素，選用適應的曲線半徑，盡量減少工程，減少各種設施及房屋建筑物的拆遷或改移。求取速度與工程經(jīng)濟的合理結合。 就速度、舒適度和運行條件而言，平面設計應優(yōu)先采用以下曲線半徑：,速度350 kmh，R 7000-12000 m； 速度250 kmh，R 3500-12000 m； 速度200 kmh，R 2200-12000 m。,2.1.4 緩和曲線,（1）線型選定,直線超

9、高型：三次拋物線,曲線超高型：一波正弦、半波正弦、七次四項式,理論分析：,影響舒適性的主要指標,未被平衡的橫向加速度,未被平衡的橫向加速度時變率,車體傾斜角速度w,結果分析加試驗表明,緩和曲線類型并不是制約行車運行速度的決定性因素，緩和曲線的長度也就是緩和曲線的動力學參數(shù)取值，才是影響行車速度的關鍵。,考慮到三次拋物線線形簡單、設計方便、現(xiàn)場運用經(jīng)驗豐富等特點，高鐵仍以三次拋物線為首選線型。困難條件下，緩和曲線不能保證足夠長度時，可采用三次拋物線圓改善型緩和曲線。,2.1.4 緩和曲線,（2）緩和曲線的長度,是對行車的安全平順性有著直接影響的。,其長度重點考慮以下因素：,外軌超高的遞增坡度不致

10、使內(nèi)輪輪緣脫軌,外軌升高速度不致影響旅客的舒適,未被平衡離心加速度的增長率不影響旅客的舒適,外軌升高速度不致影響旅客的舒適,2.1.4 緩和曲線,（3）增加夾直線的長度,夾直線,京滬：,一般條件下：,困難條件下：,（3）兩相鄰緩和曲線間夾直線和圓曲線的最小長度,理論依據(jù)：列車在緩和曲線進出口（即夾直線或圓曲線的起終點）產(chǎn)生的列車振動不產(chǎn)生疊加 。 實驗表明：列車在緩和曲線進出口所產(chǎn)生的激撓振動通常在一個半至兩個周期內(nèi)基本衰減完，車輛振動周期約為1.0 s，則夾直線或圓曲線最小長度為：,（m）,式中： L夾直線、圓曲線最小長度（m）; T車輛振動周期為1s。,國外夾直線、圓曲線最小長度，日本東海

11、道和山陽新干線為0.42v，德國ICE線0.6v，法國TGV線0.67v，正在施工的地中海TGV線則為1.0v。,我國客運專線確定一般條件下為0.8v，困難條件下為0.6v。,（4）曲線與道岔、橋梁、隧道的連接,曲線與道岔的連接 位于車站兩端的道岔連接可根據(jù)相應的設計速度按下列公式計算： 一般條件下：L0.6v 困難條件下：L0.4v 式中：L 直線段長度（m）；V 設計速度（km/h）,SS9單機牽引旅客列車均衡速度表,坡度與速度、牽引動力的關系,縱斷面對速度影響隨不同種類列車而異。開行動車組的列車由于其牽引質(zhì)量較輕、牽引功率大，在長大坡道運行對速度基本沒有影響。 SS9型電力機車是我國目前

12、干線鐵路牽引旅客列車功率最大的機車，持續(xù)功率4800kW、最大功率5400kW，牽引工況恒功速度范圍為99-160kmh，最高速度為170kmh。,SS9雙機牽引旅客列車均衡速度表,2.2.1 區(qū)間正線最大坡度,2.2 線路縱斷面,坡度與地形的關系,由于客運專線鐵路曲線半徑大，地形條件是選擇最大坡度的主要因素。 平原地區(qū)坡度大小對工程造價的影響不大，如京滬客運專線寧滬段曾對8、12、15和20最大坡度的工程做經(jīng)濟比較。其結果，四種不同坡度的工程造價差別為；8比12增加工程費1.22億元，15、20分別比12增加0.25億元和0.27億元，15和20比12的投資差額不及總造價的0.5。 丘陵和低

13、山區(qū)采用不同坡度將明顯影響工程造價。如法國東南線采用35大坡，線路順低山地形起伏爬行，沒有出現(xiàn)一座隧道，橋梁也只占全線長的2.8，消除了大量橋隧工程。其縱斷面設計是成功的一例。,2.2.1 區(qū)間正線最大坡度,區(qū)間正線的最大坡度應根據(jù)牽引種類和工程情況，經(jīng)牽引計算檢算并經(jīng)過比選后確定。,動車組適應坡道上的加速性能,2.2.1 區(qū)間正線最大坡度,不同坡度動能闖坡性能,綜上所述，動車組的功率質(zhì)量比大，對坡度適應能力強。,2.2.1 區(qū)間正線最大坡度,根據(jù)新建時速200-250公里客運專線設計暫規(guī)規(guī)定：正線最大坡度不大于20；動車組走行線最大坡度不應大于30。且最大坡度不考慮平面曲線阻力和隧道阻力的坡

14、度折減。,圖片5-2-1 “藍箭”號動車組,圖片5-2-2 “中華之星”號動車組,2.2.1 區(qū)間正線最大坡度,（1）相鄰坡度差值,普通鐵路考慮貨物列車在凹形或凸形縱斷面時保證貨物列車不擠鉤脫軌和斷鉤，規(guī)定了允許的最大相鄰坡坡差值。客運專線鐵路的相鄰坡度差值可不受限制。,2.2.2 豎曲線,（2）豎曲線半徑,豎曲線半徑，取決于列車在豎曲線運行時所產(chǎn)生的豎向離心加速度。受此限制的豎曲線半徑為：,根據(jù)國外高速鐵路的經(jīng)驗，為乘客舒適度允許的豎向離心加速度 取值為0.4ms2，則豎曲線半徑為：,2.2.2 豎曲線,式中： 豎曲線半徑(m)； 線路確定的最大行車速度(kmh)； 離心加速度(m/ s2)

15、,豎曲線半徑,理論上，線路縱斷面直線與圓曲線的連接同平面情況應設縱向緩和曲線。但豎曲線半徑比平面曲線半徑大很多，運行條件比平面好，且因大半徑曲線再設緩和曲線，難以保持線型，豎曲線與直線坡連接無需設緩和曲線。,2.2.2 豎曲線,（3） 最小坡段長度允許值,（m）,最小坡段長度設置目標：為使一列車不跨越在兩個及以上變坡點上，附加力影響不疊加，最小坡段長度應不小于一個列車長度。,豎曲線切線長,式中 ： 豎曲線半徑(m)； 坡度差的絕對值，上坡為正值，下坡為負值（%）。,2.2.2 豎曲線,（3）最小坡段長度允許值,最小坡段長度為：,式中： 分別為兩條豎曲線的半長； 兩豎曲線間最小間隔距離，取50m

16、，困難情況下取30m，特別困難下取0m。,正線最小坡段長度不宜小于800m，困難條件下不應小于600m，且不得連續(xù)采用。 動車組走行線的最小坡段長度不宜小于200m，困難條件下不應小于50m。,2.2.2 豎曲線,（4）豎曲線與緩和曲線、圓曲線的設置,豎曲線與緩和曲線設置條件,由于超高順坡，既形成不了緩和曲線線形也形成不了豎曲線線形，如圖陰影部分為豎曲線變化高度與緩和曲線順坡疊加，形成不規(guī)則縱斷面和惡化緩和曲線順坡，這將影響輪軌作用、行車安全和旅客舒適度。 因此，豎曲線在任何條件下均不應與緩和曲線重疊設置。即變坡點不應設在緩和曲線上。,2.2.2 豎曲線,（4）豎曲線與緩和曲線、圓曲線的設置,

17、豎曲線與圓曲線設置條件,為減少工程投資可以考慮豎曲線與圓曲線的重疊設置。一般情況下的設置條件為較大半徑的豎曲線與大于等于最小半徑的圓曲線重疊設置，即： 速度300kmh，豎曲線半徑25000m、圓曲線半徑7000m。 250 km/h速度300 kmh，堅曲線半徑20000m，圓曲線半徑3500 m。 160 km/h速度250kmh，豎曲線半徑15000m，圓曲線半徑2200 m。 在困難情況下，標準半徑的豎曲線可以與小于各擋速度的最小半徑的圓曲線重疊設置。在特殊情況時，可以采用較小擋次半徑的豎曲線與小半徑圓曲線重疊設置。,2.2.2 豎曲線,第三節(jié) 路基與橋梁,3.1 路基的重要性 3.2

18、 路基的基本形式 3.3 路基工后沉降控制 3.4 橋梁,路基工程,無碴軌道對路基殘余變形（工后沉降及沉降差）控制要求嚴格，參考德國和日本經(jīng)驗，控制標準如下：,第四節(jié) 軌道,4.1 軌道結構的基本類型 4.2 軌道組成部分,4.1 軌道結構的基本類型,4.1.1 有砟軌道,（1）優(yōu)缺點,優(yōu)點：,結構簡單，造價低；彈性與減震性能好,缺點：,橫向抗力較小；后期維修費用大,（2）條件改善方法,采用高強度鋼軌。如UIC60 采用雙塊式混凝土枕，增加橫向受力點 提高軌枕鋪設密度 提高道砟壓實度 采用性能更好的彈性扣件,4.1 軌道結構的基本類型,4.1.2 無砟軌道,（1）定義,優(yōu)點：,缺點：,（2）優(yōu)

19、缺點,采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎取代散粒體碎石道床的軌道結構統(tǒng)稱為無砟軌道。,良好的結構連續(xù)性和平順性,良好的結構恒定性和穩(wěn)定性,良好的結構耐久性和少維修性能,工務養(yǎng)護、維修設施減少,免除高速條件下有碴軌道的道碴飛濺,減少客運專線特級道碴的需求,建設期工程總投資大于有碴軌道,無碴軌道彈性較差,修復、調(diào)整困難,我國對無砟軌道應用的考慮：,首先應用于混凝土橋梁、高架結構及有仰拱的隧道內(nèi)，有條件的車站正線、到發(fā)線亦可,工后徐變上拱量控制在扣件調(diào)高量范圍內(nèi),扣件調(diào)高量的要求,進一步加強完善工藝,（3）無碴軌道類型及特點,整體結構式：支承鋼軌的混凝土與混凝土基礎澆注或預制成為一體。 直接支承結構式

20、：基礎上直接鋪設無碴軌道。,按結構分類的無碴軌道,（4）無碴軌道設計,無碴軌道采用標準 鋼軌類型：按一次鋪設跨區(qū)間無縫線路設計。鋼軌采用60kg/m U75V熱軋新軌。 扣件：路基及隧道內(nèi)采用WJ-7型分開式扣件，橋上采用小阻力彈條分開式扣件 道床類型 雙塊式無碴軌道 軌枕埋入無碴式軌道 板式軌道,板式軌道,板式軌道分為普通平板型、框架型和減振型三種。由鋼軌、彈性分開式扣件、充填式墊板、軌道板、板下橡膠墊層（僅減振型板式軌道采用）、CA砂漿調(diào)整層、凸形擋臺及混凝土底座等組成。,雙塊式軌道,雙塊式軌道由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板和底座（僅在橋梁上設置）以及混凝土支承層（僅在路基上設置）等組成

21、。,（5）無碴軌道相關工程,路基工程,無碴軌道對路基殘余變形（工后沉降及沉降差）控制要求嚴格，參考德國和日本經(jīng)驗，控制標準如下：,鋼筋混凝土樁網(wǎng)結構,鋼筋混凝土樁板結構,4.2 軌道組成部分,4.2.1 鋼軌與聯(lián)接零件,（1）力學性能,剛硬性,柔韌性,60kg/m,抗彎性,（2）類型選擇,外形尺寸的精確度 內(nèi)部質(zhì)量的純凈度,（3）質(zhì)量要求,（4）鋪設情況,無縫線路，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器,4.2 軌道組成部分,4.2.1 鋼軌與聯(lián)接零件,（5）檢查情況,著色探傷,（6）彈性扣件,埋置螺栓的彈性扣件,超聲波探傷,內(nèi)部缺陷：,表面缺陷：磁粉檢查,4.2 軌道組成部分,4.2.2 軌枕,木枕,整體式,混凝土枕,我國采用型混凝土枕,雙塊式,4.2.3 道床,由30