第五章轨道工程.ppt

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1、第五章 轨道工程,路基、 涵洞或 桥梁、隧道,轨道工程包括城市间的铁路工程和城市内的各种轨道交通工程。,站场：既是货物和旅客出入轨道运输系统的交接点或界面，又是列车进行整备、检查、解体、编组等作业的场所。,附属工程：包括信号、电力供应和给水排水等交通控制、运营管理和供应的设施。,线路：列车所行驶的轨道式通道,轨道结构,一、系统类型,轨道交通系统按服务范围、行车速度可划分为高速轨道交通、普通铁路和城市轨道交通三类。,第一节 系统类型及设计准则,1. 高速轨道交通,高速客运专线铁路： 设计行车速度为200350km/h,满足长距离、高速度的轨道交通干线。,高速磁浮交通：设计行车速度可达400km/

2、h以上,快速客货共线铁路： 客车200km/h，货车120km/h,高速铁路,3. 城市轨道交通,利用车辆在固定导轨上运行、主要为城市区域客运服务的交通系统 站距短、设计行车速度较低、通行能力较大。,2. 普通铁路,慢足长距离、中速度运输的铁路 包括铁路干线、地方铁路及专用铁路。 普通铁路的设计行车速度一般在160km/h以下，客货混合运行。,二、设计准则,主要技术标准为适应不同的功能要求，各种轨道交通的设计规定的一些基本设计准则。包括: 设计行车速度 线路等级 设计运量 正线数目 牵引种类 机车类型 控制方式（闭塞方式） 到发线有效长,1. 设计行车速度,影响,各类轨道交通系统的设计行车速度

3、（km/h） 表5-1,线路几何特征的设计和车站的分布,系统类型、 线路等级、 设计运量,设计行车速度,决定,是列车在某种设计特征（主要是轨道线路几何特征）的路段上行驶所能保持的最大安全行车速度。,注：括号内为货车的最高运行速度,2. 线路等级,普通铁路分为四个技术等级,普通铁路线路等级和相关主要技术标准 表5-2,3. 设计运量,是指线路设计年度的预测客货运量 轨道交通设计年度分为初期（运营后第三年）、近期（第十年）、远期（二十至二十五年）。 普通铁路及高速轨道交通的设计运量采用近期年客货运量表示。 城市轨道交通线路具有明显的早晚高峰特征，因而采用远期的高峰小时单向最大断面流量作为设计运量。

4、,城市轨道交通线路运能及相关技术特 表5-3,4. 正线数目,为了实现高密度发车，一般一次建成双线，即线路的正线数目为2条，列车分上下行单向行驶。 对于客货运量小的线路只考虑修建单线，对客货运量增长快的线路需建设双线或预留双线。 双线铁路的建设投资要比两条单线的投资小，但其通过能力要比两条单线的能力之和大得多。,一、线路平面,圆曲线,第二节 线路平纵断面设计,铁路线路在空间的位置用路线中心线（路基顶面中点连成的线）表示。,线路平面：路线中心线在水平面上的投影,直线,缓和曲线,曲线,图 5-1,影响到列车行驶的平稳性,考虑缓和曲线的 线型及长度,对缓和曲线,考虑夹直线的长度,对直线段,考虑最小曲

5、线半径 及半径的合理选取,对圆曲线段,平面设计时，对直线、圆曲线、缓和曲线有一定的要求。,使外侧车轮轮缘紧压外轨内侧面而加剧其磨损,车辆受到的离心力大小同速度的平方成正比，同曲线半径成反比。有如下作用：,列车在小半径曲线上须限速行驶。曲线半径越小，限速值越低。 曲线半径也不宜过大。太大的半径对节省工程量作用不大，但增加了路线测设、施工和养护的困难，普通铁路的最大曲线半径不宜超过12000m。 地形较为平坦或地物限制（控制点）较少，应尽可能采用大的曲线半径；地形困难地段，可选用较小的曲线半径。,普通铁路正线夹直线或圆曲线最小长度（m） 表5-6,缓和曲线的作用： 使作用在直线和圆曲线上的离心力平

6、稳过渡； 实现外轨超高的逐渐过渡。 缓和曲线线型有螺旋线、三次抛物线、五次抛物线、一波正弦曲线等，常用的线型是三次抛物线。,二、线路纵断面,纵断面设计包括：坡度的最大值、坡段的最小长度、相邻坡度的代数差、竖曲线线型及半径等因素,竖（向）圆曲线,线路纵断面：路线中心线在铅垂面上的投影,组 成,竖（向）缓和曲线,竖曲线：一般 为圆曲线,坡段,图 5-2,地形起伏较大，按规定限制坡度设置路线会引起很大的工程量时，可考虑采用两台或多台机车牵引方案。,选用大功率机车就 可能采用较大的限制坡度,例,选用大功率的机车 和较小的限制坡度,要求的运输 能力较大,运输能力一定,设置纵向坡度的作用：适应地形起伏而减

7、少工程量，有时在路堑地段可以改善排水功能。 限制坡度：铁路线路在某区段上限制货物列车质量的坡度。 在选择时应将机车类型和限制坡度结合在一起考虑：,圆曲线范围内的曲线阻力引起的坡度折减值i可按下式确定： i = 600/R () 当曲线长度小于货物列车长度时： () 式中：R曲线半径（m）； 坡度折减的坡段长度内圆曲线的偏角总和（）； L坡度折减的坡段长度（m）。,车辆在曲线上行驶时，因受各种阻力，其牵引力要比在直线坡道上行驶时小，因此要对限制坡度值进行坡度折减。,电力牵引铁路小半径曲线的粘降坡度折减值（） 表5-8,坡段的长度宜不短于远期列车长度的一半，并取50m的整倍数；两相邻坡段的最大坡度

8、代数差，应考虑不使车辆间车钩断裂、行车平稳、机车不脱轨和不脱钩等因素，尽量采用低值。,当曲线地段的计算粘着牵引力小于计算牵引力时，需要进行粘降引起的坡度折减。,列车驶经变坡点时，会产生竖向附加力和加速度，影响行车的平稳性。为此在纵断面设计时要考虑最小坡段长度、相邻坡段的坡度代数差以及竖曲线设置。,竖曲线的设置规定如下：,设计速度越高，线路的竖曲线半径越大。 城市轨道交通中，把线路允许设计的最大坡度值称之为最大坡度，而不称为限制坡度，也不存在加力坡度。,（1）设计速度为160km/h的地段，当相邻坡段的坡度代数差大于1时，需设置圆形竖曲线，其半径为15000m； （2）设计速度小于160km/h

9、的地段，当相邻坡段的坡度代数差大于3（、级铁路）或4（、级铁路）时，应设置圆形竖曲线，其半径分别为10000m、5000m。,在设计纵断面时，线路坡度在满足排水及标高控制要求的前提下应尽可能平缓，一般在20以下 位于地下的坡段还有最小坡度的要求。 城市轨道交通路线的坡度代数差等于或大于2时，也要在变坡点处设置圆形竖曲线，只是半径比铁路小得多。 为了避免或减轻列车同时位于两条竖曲线而产生的振动叠加，地铁规范规定，两条竖曲线之间的夹直线不宜小于50m。,一、路基,第三节 路基和轨道,其主要组成元素，如图5-3。,横 断 面 分 类,路堑,路堤,半路堤半路堑,路基：轨道线路承受轨道和列车荷载的地面

10、基础结构物。,图 5-3,决定,铁路等级 轨道类型 道床标准 路肩宽度 线路间距,路基顶面宽度,对于、级铁路：两者均0.4m,路堑的路肩宽度0.4m,对于、级铁路,路堤的路肩宽度0.6m,用非渗水性土修筑路基时，路基顶面须设置路拱。 用渗水性土和岩石修筑的路基，其顶面可以不设路拱，做成水平面。,铁路路堤边坡坡度表 表5-12,采用地面和地下排水措施，将降落在或渗入路基范围内的地面或地下水，拦截、汇集、引导和排离出路基范围外。,为保证路基的整体稳定性，路堤的基底应稳固，堤身边坡的坡度应不陡于表5-12中的规定值。,图 5-4,作用：引导车辆行驶方向，承受由车轮传下的压力，并将其扩散至路基或桥隧结

11、构物。 轨道主要由钢轨和联结零件、轨枕和扣件、道床以及道岔等部分组成。,二、轨道,根据主要运营条件（运量和最高行车速度）将轨道分为 特重、重型、次重型、中型和轻型5个等级,钢轨类型 轨枕类型和密度 道床类型和厚度,决定,轨道的强度和稳定性,1.钢轨,接头形式,对接式可使机车车辆避免通过错接接头时产生的左右摇晃。目前广泛采用的是悬接而又对接的形式。,按其相对于 轨枕的位置,承垫式：接头位于轨枕1上,悬空式：接头处在两根轨枕间，具有较好的弹性,错接式,对接式,钢轨要有足够的刚度、韧度和硬度。 在两钢轨连接处应预留适当的缝隙，以便温度变化时可以自由伸缩。,两条钢轨间的标准轨距为1435mm。 直线地

12、段，轨道上两股钢轨的顶面应保持同一水平，500m以上的直线段内，偏差不能超过4mm。 曲线路段，为平衡离心力，轨道应设置超高。新建铁路的外轨超高值h(mm)可按下式确定： 式中：v 最高行车速度（km/h）； R曲线半径（m）。 曲线外轨最大超高不得超过150mm；,2.轨枕和扣件,分类,作用： 承受由钢轨传来的竖向力、横向力和纵向力 将力扩散传给道床 固定轨距，保持钢轨的方向和位置,钢枕,木枕,钢筋混 凝土枕,缺点,质量大，弹性差 损坏了难于修补,优点,耐久性好，使用寿命长,缺点,使用寿命短 需消耗大量木材,优点,弹性好、易于加工、便于运输和铺设、更换方便及成本低,引起接缝不匀和轨枕歪斜,防

13、止爬行： 加强中间扣件的扣压力和接头夹板的夹紧力； 在易发生爬行地段增设防爬设备。,轨枕的长度一般为2.5m。 钢轨同木枕的联结零件为垫板和道钉。 轨道爬行：列车作用于钢轨上的纵向水平力，使钢轨沿着轨枕甚至带动轨枕作纵向移动。,3.道床,主要线路应采用碎石道碴道床。 路基为黑渗水性土时，宜采用双层道床，其它情况采用单层道床 厚度依据传到路基面的荷载应力不会使之产生永久变形并保持轨道稳定的要求来确定。,作用： 把由轨枕传的车辆荷载均匀传布到路基面上 阻止轨道在列车作用下产生位移，缓和列车的冲击作用 便于排水以保持路基面和轨枕干燥 便于调整线路平面和纵断面,4.道岔,图 5-5,道岔是铁路线路和线

14、路间连接和交叉设备的总称。 作用：使机车车辆从一条线路转向另一条线路，或越过与其相交的另一条线路。 普通单式道岔（单开道岔）：由转辙器、转辙机械、辙叉、连接部分和岔枕所组成,第四节 站 场,站场包括各种铁路车站和作业场。 其作用为： 货物和旅客通过站场出入铁路运输系统，在车站办理承运、装（上）车和卸（下）车、交付手续。 列车在各种作业场进行编组、解体、转运、整备、检修等作业，并在车站进行接车和发车作业。,一、站场的类型和分布,客运站：专门办理旅客运输业务的车站,车站,客货运站,按 技 术 作 业 特 性 分,区段站,按运输 对象分,货运站：主要办理货物装卸作业以及专门 办理货物联运或换装作业的

15、车站,编组站,办理大量货物列车的解体、编组作业的专业技术站,中间站,设置在机车牵引区段的分界点,主要任务：办理列车的通过、会让和越行,设站目的：使一个区段内能同时行驶多对列车,主要任务：办理通过列车的技术作业,车站的分布要满足以下几方面： .各级铁路规定的远期货运和客运输送能力的要求 .列车技术作业的要求，注意区间通过的均衡性 对于车站分布：,通过能力的要求,需要考虑,中间站,车流组织和技术作业要求 机车类型 机车交路制度 机车乘务组的合理连续工作时间,需要考虑,区段站,加速车辆在车站（特别是编组站）的作业，对降低运输成本，提高运输效率，有着重要意义。,二、中间站,中间站除了正线，还设有以下设

16、备：,中间站设在单线或双线铁路线路上。其主要作业有： （1）列车的接发、通过、会让和越行； （2）旅客的乘降和行李、包裹的收发和保管； （3）货物的承运、交付、装卸和保管； （4）零担、摘挂列车向货场甩挂车辆的调车作业。,到发线,客运设备,牵出线,货运装卸作业设备,机车整备设备,缺点,站坪长度较长摘挂 列车的调车作业不便,中间站的 布置方式,横列式：到发线横向排列,按到发线的 相互位置,纵列式：发线纵向排列,优点,站坪长度短 工程投资省 便于车站值班员管理 到发线使用灵活 站场布置紧凑,优点,有利于组织列车不 停车会车提高区间 通过能力,图 5-7,图 5-6,三、区段站,区段站是路网上各牵引

17、区段的分界点。其主要作业有： （1）旅客运转和业务 （2）货物运转和业务 （3）机车业务 （4）车辆业务,为完成上述作业，区段站一般设有下列设备： 客运设备 货运设备 货物装卸作业设备 机务设备（机务段） 车辆设备,根据上下货物列车到发场（线）和客货运转设备的相互位置,区段站的 布置形式,客货纵列式,单线或双线铁路横列式,纵列式,缺点,站坪长度大、占地多、设备 分散、车站定员较多、管理 不便,优点：客货运设备分别集中，作业 干扰少，管理方便，站坪长度也较 纵列式短,减少客货列车的进路交叉 缩短出入段走行距离 通过能力较大,缺点,下行列车机车出入段走行距离较 远作业复杂、交叉干扰较多,优点,站坪

18、短、占地少、布置紧凑、设 备集中、定员较少和管理方便、 便于将来发展,优点,图5-9,图5-10,图5-8,四、编组站,编组站主要办理大量货物列车的解体和编组作业。,编组站主要设备有：,改编列车到发设备,改编列车调车设备,机车设备,站内外联接线路设备,车辆设备,无改编通过列车作业设备,“一级三场式”编组场设在两个到发场之间，各主要车场都是并列的布置方式。,（1）在整个铁路网上具有重大作用的路网性编组站:分布在若干主要铁路干线的交会点上，其间距一般在1000km左右。 （2）在局部铁路网上具有重大作用的区域性编组站:分布在路网性编组站间的主要铁路干线交会点，间距一般在600km左右。 （3）分布

19、在大宗货流集散地的地方性编组站:主要为当地工矿、港湾、过境交接车辆服务，相邻编组站间距一般为300km以内。,编组站可划分为三类：,图5-11,优点：占地短而少，工程费用省，修建快；设备集中，车场少，便于管理，定员少；调车设备的分工有较大的灵活性。 缺点：到发场两端咽喉作业较繁忙，交叉干扰多，影响编组站的通过能力。,相比一级三场横列式，其解体列车时均不需牵出转线，因而提高了驼峰作业效率和改编能力。,“二级四场式”上下行出发场分别并列在编组场的两侧，上下行两方向共用到达场的布置方式。,图5-12,单向三级三长纵列式上下行两方向共用一套到达场、编组场和出发场，三个车场顺主要车流方向依次纵列布置。

20、该方案站坪长、用地多，工程量和投资大，通常用于路网编组站。,五、客运站,位于客流量较大的大城市，专门办理旅客运输业务和旅客列车的到发、通过作业。 通常设置下列设备：,客车整备场,旅客站房,旅客站台和跨线设备,配线,站前广场,行李和邮件装卸设备,客运站的布置方式：,混合式,尽头式,通过式,缺点,灵活性差，线路使用效率低,分工较明确,缺点,各种作业集中在一个咽喉区， 车站通过能力较小,优点,1同城市主要干道的交叉干扰较少 2车站易设在市区中心边缘， 便于旅客往来 3占地少，工程费用较省,优点,缺点,不便于布置在市区内， 同市区道路的交通也常有交叉干扰,通过能力较大，运营条件较好,优点,图 5-13

21、,六、货运站,多设在大城市和工业区，主要办理货物的接收和交付、装卸和保管、换装和联运等货物作业。 通常有以下设备：,货物堆场和仓库，站台和雨棚、堆放场地和仓库,装卸不同货物的设备,运转设备,排水设备和消防设备,办公和生活用房,按车场同货场的 相对位置的不同,纵列式,按同枢纽内 铁路线的衔接 位置的不同,货运站,横列式,直通式,尽头式,图 5-14,复习思考题, 轨道交通系统有哪些主要类型？ 轨道交通线路的设计准则主要有哪些？ 铁路设计“近期”和“远期”分别是多少年? 城市轨道交通设计近远期分别是多少年? 铁路等级按什么标准划分? 铁路线路在直线与圆曲线之间要配置什么曲线?为什么? 什么叫限制坡度？为什么叫做限制坡度？ 什么叫坡度折减？ 为什么要坡度折减？坡度折减有几种？ 为什么在曲线路段上路基要加宽？,复习思考题, 轨道和轨枕有哪几种类型？它们的性质有什么差别？ 道床起什么作用？ 分析单开道岔和菱形道岔在构造上的差别。 铁路站场有哪几种类型？各起什么作用？ 中间站有哪些类型？其主要作业内容有哪些？一般需要配备哪些设备？图示其布置形式。 铁路区段站上的主要作业内容有哪些？一般需要配备哪些设备？图示其布置形式。 铁路编组站的功能是什么？其主要作业内容有哪些？可分为几种类型？图示其布置形式。,Thank You!,