【大学课件】高速铁路线路PPT(p78).ppt

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1、第二章 高速铁路线路,2-1 高速铁路选线的基本原则 2-2 高速铁路线路平面设计 2-3 高速铁路线路纵断面设计,2-1 高速铁路选线的基本原则,舒适原则,安全原则,速度原则,兼容原则,效益原则,企业财务效益:财务评价和偿还投资能力; 国民经济效益:促进、激发沿线社会经济的进一步发展，减少依赖于能耗高和污染严重的客运量. 投资与效益是失和得的关系。 在效益原则下，仍应追求顺直、短捷。,1 效益原则,1）昆山、丹阳两站 2）镇江车站 3）宿州站,例,若设站，线路将延长13km，虽地方要求强烈，但仍用取直方案。,最初为越行站，后经调查发现两市经济发展很快，若设为中间站，预测设计年度内两站各有20

2、0万人的发送量，运输收入将增加8亿元/年。而开办高速客运需增加站台、地道和小型站房，每站增加投资仅约2000万元。,若设站，线路将迂回展长，需增加投资1亿多元。但镇江因能吸引扬州客流，预测旅客发送量达700万人/年，可增加高速铁路运输收入达14亿元/年。,2 兼容原则,：应尽量取直、短捷，可远离 既有线，也可靠近既有线。,线路走向,车站,区间线路,：宜靠近既有线；,：与接轨客运站应尽量靠近； 困难情况下距离较远时应设联络线。,3 速度原则,主要考虑V平均/ Vmax的值 合理范围： 一般 地段 0.9 困难地段宜0.85 以避免标准的不合理和工程投资浪费。 因此， Vmax必须综合研究地形条件

3、和工程情况确定。,4 安全原则,运行的首要保证。 选线和工程措施都必须考虑保证行车的安全，不能遗留造成威胁安全的隐患。 线路应尽量绕避塌陷、滑坡、活动断裂带和软弱低级等不良地质地带，避免浸水路堤和洪水冲刷路堤。 个别工点不能绕避时，要采取保证安全的工程措施。,5 舒适原则,目的：有效的吸引客流。 影响舒适度的因素: 1)线路设计参数 2)车辆性能 3)线路的整体刚度,平面：曲线半径，缓和曲线、夹直线、线间距等。 纵段面：坡度代数差、坡段的连接、竖曲线等。,减振、密闭性等,主要体现在桥梁等结构物与路堤、路堤与路堑的协调，应避免频繁交替设置，减少不同刚度的变化。不同刚度之间应设置过渡段，避免突变。

4、,1.最小曲线半径,2-2 高速铁路线路平面设计,线路设计的重要任务之一。 限制列车最高速度的主要因素； 对工程费和运营费都有很大影响； 与运输模式、速度目标值、旅客乘坐舒适度和列车运行平稳有关。,高速列车设计最高速度vmax、 实设超高与欠超高之和的允许值h+hq； 高速列车最高运行速度vG 跨线旅客列车正常运行速度vK 欠超高与过超高之和的允许值hq+hg 等。,影响因素：,1.1 速度目标值,速度越大能耗越大 经计算350km/h与300km/h须走行等距离40km才能相差1min的运行时间，而所增加的耗电量急剧增加，减少的运行时间很短而增加的能耗很大，不利于吸引客流，在票价上与其他交通

5、系统竞争。 dx,速度与能耗的关系,轮轨高速铁路的速度目标值最大以300km/h较为经济合理； 由于350km/h与300km/h基础设施标准相同，工程造价相差小，故对长大高速铁路地形适合地段基础设施按350km/h设计是合适的； 德国铁路(DB)根据分析结果认为280300km/h是最佳运营速度。),Vmax=350km/h。 初期，高中速混合运输，300 与 200km/h匹配； 远期，以高速车为主，最高350km/h，同时兼顾跨线旅客列车（250km/h）和不同速度列车组合运行。 Rmin首先要满足Vmax的要求，其次还要满足不同V匹配条件下的要求。,京沪铁路:,1.2 实设超高、欠超高

6、、过超高的允许值,普通线路： 影响因素： （1）列车在曲线上停车时的安全稳定性 （2）旅客舒适度。 客运专线：,（1）实设超高允许值h,试验研究：h=200mm停车时，部分旅客站立不稳、行走困难、头晕等。 国外资料：日；德和法均为180mm。,单线125mm，双线150mm。,170mm,普通线路： 一般 75mm，困难90mm； V120km/h线路个别特殊情况不大于110mm. 影响因素： 高速： 舒适度良好： 40mm 较好：60mm 一般： 70 mm 较差： 100 mm,（2）欠超高允许值hq,30mm，良好； 55mm，较好； 80mm，略有不适； 108mm，不舒适。 1993

7、，铁科院,乘客舒适度；线路养护维修。,普通线路: 货物列车轴重大，对曲线内轨磨耗及线路的破坏作用较大。 京沪高速： 客运专线； 跨线客车的走行性能比货车好。 以高速为主，重点应保证高速车的舒适度,（3）过超高允许值hg,hg=50mm,同hq,4）本线、跨线旅客列车共线运行时欠超高和过超高之和的允许值hq+hg,hq+hg= hq+ hgh,h 为线路开通后实设超高的调整值，与本线与跨线旅客列车的对数、质量、速度有关，一般取2050mm，但无碴轨道不考虑。,欠超高和过超高之和的允许值hq+hg,其理由同hq+hg的分析。,（5）单一高速列车运行时实设超高与欠超高之和的允许值h+hq,h+ hq

8、= h+hq-h,国外取值见下页,日本 东海道新干线一般条件下为210 mm，个别条件下为240mm； 山阳及其后的新干线一般为180mm，个别为210mm。 法国 TGV-SE线一般为215mm，个别为269mm； TGV-A线一般为177mm，个别为266mm；TGV-N线为214mm。,国外高速客运铁路上h+hq的取值情况：,1.3 最小曲线半径的确定,1）客专设计速度要求Rmin,式中， vmax设计速度目标值，300，350km/h。,2）高低速列车共线运行条件下Rmin,式中， vG高速列车速度值； vD 跨线旅客列车正常运行速度值；,2. 最大曲线半径,一般不宜大于12000m，

9、个别不大于14000m 。 依据：线路的铺设、养护、维修精度(1mm )。 曲线的线形平顺主要是依据基桩控制曲线的正矢值来保持。正矢值,当R=12000, l=10m时, f1mm。,3. 曲线半径的选用,曲线半径系列,选用原则,优先选用推荐半径，慎用最小和最大半径。 因地制宜、由大到小、合理选用。 必要时可采用以上数列间100m整倍数的曲线半径。 正线不应设计复曲线，区间正线宜按线间距不变的并行双线设计，两线设计为同心圆。,限速区段，应根据不同地段的行车速度适当选定相应的曲线半径； 大型车站两端减、加速地段或必须限速的站外引线上，由于行车速度较低，为减少工程，可选用与实际行车速度相适应的较小

10、曲线半径； 地形、地质条件困难，工程艰巨地段，可适当选用较小曲线半径并宜集中设置。,4. 缓和曲线,4.1 作用,4.2 要求,平顺性,行车安全性,乘客舒适度,三次抛物线型 三次抛物线余弦改善型 三次抛物线圆改善型 七次四项式型 半波正弦型 一波正弦型,4.3 线形,1) 三次抛物线直线顺坡型,平面：,1) 三次抛物线直线顺坡型,立面：,2) 三次抛物线余弦改善型,平面：,立面：,3) 三次抛物线圆改善型,平面：,立面：,4) 七次四项式型,平面：,立面：,5) 半波正弦型,平面：,立面：,6) 一波正弦型,平面：,立面：,我国高速铁路采用三次抛物线形； 当曲线半径采用困难条件标准或缓和曲线不

11、能保证足够长度时，可采用三次抛物线改善型缓和曲线。,影响缓和曲线最小长度的因素： 车辆脱轨； 未被平衡的横向离心加速度时变率 (欠过超高时变率)； 车体倾斜角速度(超高时变率)。,4.4 最小长度,式中，h0实设超高(mm)； l0缓和曲线长度(m)； imax最大超高顺坡率(2),（1）按车辆脱轨条件确定缓和曲线长度,（2）按未被平衡的横向加速度时变率(欠超高时变率)确定缓和曲线长度,允许的未被平衡横向加速度时变率(m/s3) g重力加速度(9.81m/s2)； v设计最高速度(m/s)； s1 一轮对两轮接触点间距(m)。,对于直线型超高顺坡的三次抛物线及其改善型缓和曲线，,vmax设计最

12、高速度（km/h）。,国内外的研究表明：,欠超高时变率23mm/s， 95%旅客在“轻微感觉”内；,欠超高时变率38 mm/s， 20%旅客有“明显感觉”；,欠超高时变率51 mm/s， 50%旅客有“明显感觉”。,对于客运专线高速铁路，要考虑更高的旅客舒适条件要求，建议：,据此，可得出缓和曲线长度：,一般条件,困难条件,一般条件,困难条件,（3）根据车体倾斜角速度(超高时变率)要求确定缓和曲线长度,允许的车体倾斜角速度(rad/s)。,与,为保证舒适度车体倾斜角速度应满足,、i的关系如下：,直线超高顺坡时，,可得出缓和曲线长度为：,车体倾斜角速度要求的缓和曲线长为：,一般缓和曲线长度：,最小

13、缓和曲线长度：,个别缓和曲线长度：,计算分析表明，对高速铁路而言，该条件一般为缓和曲线长度控制条件。,应根据曲线半径和地形条件按表2-8合理选用， 一般宜在最大长度和一般长度之间选用； 困难条件下可在一般和最小长度之间选用； 在三档之间插值选用时，应以10m为单位。,（4）取值,表2-8 缓和曲线长度（m）,5. 夹直线及圆曲线最小长度,列车在缓和曲线出入口（即夹直线或圆曲线的起终点）产生的振动不叠加。 与列车振动、衰减特性和速度有关。,1）圆曲线最小长度,2） 夹直线最小长度,HZ,ZH,YH,HY,HZ,HY,YH,HZ,5. 夹直线及圆曲线最小长度,实验表明， 车辆振动周期约为1.0s，

14、 衰减时间为1.5至2个周期。,5. 夹直线及圆曲线最小长度,既有干线：0.60.67vmax 国外高铁：0.41.0vmax 我国客专： 一般：0.8vmax；困难：0.6vmax。,1）影响电气化铁路建筑限界高度的因素： 接触网悬挂方式 结构高度 导线高度 带电体对地绝缘以及隧道 桥梁的断面尺寸 施工误差等；,6. 建筑限界,2）影响建筑限界宽度的因素： 机车车辆限界的宽度 机车车辆运行中横向振动偏移量 轨道状态及一定的安全裕量等 直线地段 曲线地段,6. 建筑限界,6.1 直线地段建筑限界,最大高度7.25m， 最大宽度为4.88m， 且三种限界合一。,6.2 曲线地段建筑限界,式中，W

15、曲线内侧加宽值（mm）； H轨顶面至计算点的高度mm）； h外轨超高值（mm）。,应考虑曲线内侧的限界加宽。,包括全部圆曲线、缓和曲线和部分直线，采用阶梯加宽方法。,加宽范围,7. 线间距（5m，5.3m）,影响因素： 轨距 机车车辆幅宽 高速列车相遇产生的风压（会车压力波） 车体密闭性能 车窗玻璃承压性能 预留铺设渡线道岔等,（1）与对向列车的速度平方成正比； （2）速度较低列车受力较大（外形相似）； （3）与交会列车相邻侧壁间的净距Y成反比。 （4）与列车外形密切相关； （5）与测点高度有关，高度越低波值越大； （6）一节车厢同一高度处平均波值与最大值之间存在一定的差别，具有非定常性。,会

16、车压力波的主要特征：,8.安全退避距离,研究内容： 列车风作用下人体受力情况及列车风速与压力分布；制定判别人体安全性的标准。 日、英速度标准：日9m/s；英11、17m/s。 法国和德国气动力标准：100N。 我国：气动力100N，130N；风速14m/s。 安全退避距离：站台2m，轨侧3m。,2-3 高速铁路线路纵断面设计,.最大坡度,法国TGV东南线:35； 德国客货共线:12.5，客运专线40； 日本高速铁路:15，个别30 。 我国客专： 一般20， 困难情况不宜大于30。 动车组走行线最大坡度不大于35 。 不考虑坡度折减。,相关规定：,坡段长度,影响 因素,地形,工程费用与运营费用

17、,列车平稳性与乘客舒适度,要求：两竖曲线不重叠，且之间有一定的夹坡段长度。 原因：保证列车在前后两个竖曲线产生的振动不叠加。,计算公式：,2.1 最小坡段长度,普通线路：,两竖曲线不重叠，列车不断钩。,高铁,其中，0.4vmax 为夹坡段最小长度。,2.1 最小坡段长度,一般最小长度为30000m， 个别最小长度为25000m。,Rsh,计算结果取50m的整倍数。 一般不小于900m；困难时不小于600m。 不得连续采用N坡段；相邻大坡段宜避免采用V坡段。,最小坡段长度计算图,i1,Rsh,i3,i1-2,Rsh,i2,i1-2=|i1-i2| i2-3=|i2-i3|,i2-3,S1,S2,

18、S3,S1=Rshi1-2/2 S3=Rsh i2-3/2 S2=0.4vmax,影响因素：坡度值、地形 （1）最大坡度12时，暂无限制 （2）最大坡度大于12时， 15时，10km， 20时，6km。,2. 最大坡段长度,2.3.1 相邻坡段间的坡度差 普通线路：避免列车断钩 高铁：无规定 2.3.2 连接方式：直接连接或竖曲线连接。 2.3.3 高铁竖曲线设置条件： 普通线路：I、 II级3 ，III级4 高铁：坡度差大于1,2.3 坡段间的连接,2.3.3 竖曲线半径取值 1)影响因素：乘客舒适度和行车安全性；,2)计算： 乘客舒适度,sh,sh 取一般情况取0.4m/s2，困难为0.5m/s2）,2.3 坡段间的连接,式中，Ssh制动力的竖向分力(kN)； S车辆制动力(kN)； l 车辆钩舌距(m)。,行车安全性,10%,(W车辆重力(kN)。,将相应参数带入以上两式可得，为控制条件。,轮重减载率,（3）取值（见下表）,表2-10 最小竖曲线半径,Rsh最大一般不大于40000m。,2.4 竖曲线与缓和曲线、圆曲线和道岔重叠设置问题,竖曲线与缓和曲线不得重叠。 困难时与圆曲线可重叠设置，但应满足下表 与道岔不得重叠设置。,（1）增加线路测设工作量 ； （2）影响行车安全和乘坐舒适度； （3）增加了养护维修工作的难度,原因：,