第五讲--高速铁路线路--基础知识

高速铁路线路列车与线路是相互依存、相互适应的关系。

列车是载体，线路是基础。

广义的线路概念包括线路的平纵断面、路基、轨道、桥梁、隧道以及建筑材料等，不包括供电、接触网、通信信号。

第一节铁路线路的一些基础知识1. 铁路等级按铁路年输送能力和在铁路网中的作用，以及最大轴重和每延米重量等，对铁路划定的级别。

世界各国划定铁路等级的依据不尽相同。

中国1975年制定的《铁路工程技术规范》规定，中国铁路分为三级。

Ⅰ级铁路是保证全国运输联系，具有重要的政治、经济、国防意义，在全国铁路网中起骨干作用，国家要求的远期年输送能力达到和超过 800万吨的铁路；Ⅱ级铁路是具有一定的政治、经济、国防意义，在全国铁路网中起联络、辅助作用，国家要求的远期年输送能力达到和超过500万吨的铁路；Ⅲ级铁路是为某一地区服务，具有地方性意义,国家要求远期年输送能力小于500万吨的铁路。

●前苏联前苏联1976年批准的《铁路设计规范》规定，苏联铁路分为五级。

Ⅰ级铁路：铁路网中的主要干线，在其运营的第5年,货物运输密度达到每运营公里1200万吨公里以上，每日旅客列车（不包括郊区旅客列车）超过12对；在其运营的第10年，货物运输密度达到每运营公里2000万吨公里以上。

Ⅱ级铁路：铁路网中一般干线，在其运营的第5年，货物运输密度达到每运营公里700～1200万吨公里，每日旅客列车(不包括郊区旅客列车)达5～12对；在其运营的第10年,货物运输密度达到1000～2000万吨公里。

Ⅲ级铁路：地方性铁路，在其运营的第5年，货物运输密度达到每运营公里为300～700万吨公里，每日旅客列车不多于4对；在其运营的第10年,货物运输密度达到每运营公里为500～1000万吨公里。

Ⅳ级铁路:预计运营第10年货运量增长不多的地方性铁路,在其运营的第5年，货物运输密度小于每运营公里300万吨公里，在其运营的第10年，货物运输密度小于每运营公里500万吨公里以下。

Ⅴ级铁路：工业企业专用线。

铁路等级还根据其他依据划定，如美国1976年制定的《铁路新生及规章改革法案》(RRRR,act)规定，铁路等级按铁路每年通过总重量和每日旅客列车的对数划定。

1978年，国际铁路联盟制定了按机车车辆最大轴重及其每延米重量划分铁路等级的规范。

“一延米”即“一延长米”。

延长米是用于统计或描述不规则的条状或线状工程的工程量2 线路的基本概念铁路线路的平面：线路中心线在水平面上的投影。

铁路线路的纵断面：线路中心线展直后在垂直面上的投影。

从运营的观点看，最理想的线路是既直又平的线路。

但是天然地面情况复杂多变（有山、水、沙漠、森林、矿区、城镇等障碍物和建筑物）。

如果把铁路修得过于平直，就会造成工程数量和工程费用大，且工期长，这样既不经济，又不合理。

从工程角度看，为了降低造价，缩短工期，铁路线路最好是随自然地形起伏变化。

但是，这会给经营造成很大困难，甚至影响铁路行车安全与平稳。

因此，选定铁路线路的空间位置，应该综合考虑工程和运营的要求，通过方案比较，在满足运营基本要求的前提下，尽量减少工程量，降低造价。

如图所示，若将线路起讫点和必须经过的城市直接连接，则必须两次跨越大桥和穿过不良地质阶段：不仅投资多，且线路质量差、隐患大。

为了降低工程造价，节约运营支出和消除隐患，可根据自然条件选择有利地点通过。

则：采用折线ACB 直线，在折线的转角处，用曲线连连接。

因此，直线和曲线就成为线路平面的组成的要素。

3. 列车运行阻力基本阻力：指列车在空旷地段沿平、直轨道运行时受到的阻力，包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢接头对车轮的撞击阻力等。

附加阻力：在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。

附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定。

曲线阻力：线路平面上有了曲线（弯道）后，给列车运行造成阻力增大和限制行车速度等不良影响。

列车通过曲线时，由于离心力的作用，使得外侧车轮轮缘挤压外轨，摩擦增大。

同时，还由于外轨长于内轨，内轨车轮在轨面上滚动时产生相对滑动，从而给运行中的列车带来一种附件阻力，称为曲线阻力。

曲线阻力的估计公式：600r w R(N/kN) r w ---单位曲线阻力，即列车每一吨重量所摊曲线附件阻力值。

R-----曲线半径（m）600-根据试验得出的常数。

从式中可知，曲线阻力与曲线半径成反比。

曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件就越差，说明采用大半径曲线对列车运行的影响较小。

而小半径曲线亦具有容易适应地形困难的优点，对工程条件有利。

因此，在设计铁路线时必须根据铁路所允许的旅客列车的最高运行速度，由大到小合理地选用曲线半径。

为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取 50 、 100 米的整倍数，即 10000 、 8000 、 6000 、 50O0 、 4000 、3000 、 2500 、 2000 、 1800 、 160o 、 1400 、 1200 、1000 、 800 、 700 、 600 、 550 、 500 、 450 、 400 、350 ；特殊困难条件下，可采用上列半径间 10 米整倍数的曲线半径。

曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，还会给运营工作带来以下不利影响：（1）限制行车速度。

从列车通过曲线的最大允许速度maxv=≈可知，列车通过曲线的最大允许速度与曲线半径的平方根成正比。

h为超高曲线半径愈小，列车通过曲线的速度受到的限制也愈大。

为了保证线路的通过能力，并有一个良好的运营条件，还对区间线路的最小曲线半径做了具体规定，如下表所列。

区间线路最小曲线半径（2）增加轮轨磨耗。

列车运行在曲线上时，由于内侧与外侧钢轨长度不等，使车辆的内轮与外轮在钢轨土产生相对纵向滑行，钢轨与轮缘磨耗增加。

曲线半径愈小，这种磨耗愈严重。

（3）增加轨道设备。

列车运行在曲线上时，为防止外轮对外轨挤压而引起的轨距扩大，以及钢轨带动轨枕在道床上的横向移动，对小半径曲线地段的轨道应增加轨枕根数，加设轨距杆、轨撑。

（4）增加轨道养护维修费用。

小半径曲线地段的轨距、水平、方向都极易发生变位，因此养护维修工作量较大，增加了养护维修费用。

4 超高---平面图车辆在曲线上运行时，会产生离心力J ：2Gv J gR= 式中 G ：车体的重力(N)；v ：行车速度(m/s)；g ：重力加速度；R :曲线半径(m)。

为了平衡所产生的离心力，必须把曲线线路的外股钢轨加高，称为超高。

计算曲线外轨的理论超高度，一般都用下列公式：)(v 8.11h 2mm R平⨯= 式中:v 平: 通过曲线的各次列车的平均速度(km/h)，在设计新线时，采用max 0.8v v =平曲线外轨超高设置后，所有列车是以各不相同的速度通过曲线的，设置的超高可能使所产生的离心力不能完全得到平衡，因而普遍存在着超高剩余和超高不足现象。

超高剩余部分称为过超高；超高不足部分称为欠超高。

5 曲线涉及的概念线路平面由直线和曲线连接而成。

一条理想的铁路线其区间平面应尽可能取直。

一般在平坦地带的铁路线以直线为主，只有在绕避障碍或趋向预定目标时，才采用曲线。

但在地形复杂的山区，线路平面往往迂回曲折，出现大量曲线，有时候，曲线长度甚至超过直线。

曲线标是曲线的技术参数标，表明了曲线的有关要素：曲线长度、缓和曲线长度、曲线半径、超高、加宽等。

曲线标设于曲线的中部。

1）缓和曲线如图所示，其半径由无限大逐渐变化到等于它所衔接的圆曲线的半径（或反之），使车辆产生的离心力逐步增加（或减少），有利于行车平稳。

在缓和曲线范围内，外轨超高由零递增到需要的超高（或反之），使向心力与离心力相配合。

当曲线半径小于300米，轨距需要加宽时，在缓和曲线范围内，可由标准轨距逐步加宽到圆曲线需要的加宽量（或相反）。

缓和曲线的出现在最初的铁路上并没有缓和曲线，仅圆曲线和直线直接相连。

经过多年实践，发现这段曲直紧接的线路经常在平面上走动，很难稳定，给线路维修工作带来许多麻烦。

因此针对线路走动的规律，在直线和圆曲线之间插入一段过渡性的曲线，实施后，收到了良好的效果。

于是从19世纪60年代后期开始，缓和曲线就在铁路平面设计的实践中得到肯定。

缓和曲线的目的主要有：①消除列车由直线进入圆曲线时，由于车体转向架和挂钩之间相互位置的突然变更而引起的冲动；②消除列车由水平轨道变为倾斜轨道所引起的突然反应。

缓和曲线的作用：在于使转向架、弹簧、挂钩以及车体从直线运行时的位置，逐渐地转到循着圆曲线弯道运行时的位置。

在工程实施上，理想的缓和曲线既须满足上述要求，又必须便于敷设，保持相对稳定。

在铁路线上直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间应需要插入一段缓和曲线，以保证行车平顺。

在一般情况下，一条曲线的半径始终不变的，通称单曲线。

为了适应特殊地形，有时需要在一个曲线上采用几个不同的半径形成复曲线。

在线路平面上最常见的是单曲线，简称曲线。

曲线半径是表示圆弧曲度的指标。

有些国家用角度表示曲线的弯度。

在线路平面设计中，曲线半径的大小是影响工程费和运营条件的基本因素，按照地形条件和设计行车速度的要求，规定最小半径。

曲线对于铁路运营的不利影响主要在于产生曲线阻力、影响或限制行车速度和加速轨道磨损，尤其是小半径曲线，这些影响更突出。

2）缓和曲线的类型在行车速度不大于160公里/小时的线路上,一般采用三次抛物线型。

中国铁路现在采用的是三次抛物线型缓和曲线。

在速度大于200公里/时的高速铁路线上则用曲线递减型缓和曲线。

缓和曲线必须有足够的长度才能发挥作用。

缓和曲线的长度决定的因素有:①超高顺坡不宜过陡,以保证行车安全。

按中国铁路的设计标准,不得大于2‰。

②外轮的提升速度不宜过快，以保证旅客的舒适。

在中国铁路干线上其标准为32mm/s。

③欠超高的增长率不宜过大。

严格控制未被平衡的离心加速度的时变率，这对于旅客舒适是更为重要的。

根据理论分析和实验观察,旅客可以接受的时变率约为0.3～0.4m/s而日本的新干线标准则为0.245m/s。

总之，合理的长度应该全面满足前述三个因素。

6 夹直线在前后相连续的两个曲线之间的一段直线，其长短影响到乘车舒适度。

应按照列车在通过前一曲线所产生的振动到达后一曲线时已衰减完毕的所需历程，来决定夹直线的长度。

因此行车速度愈高，夹直线应愈长。

两相邻曲线，转向相同，称为同向曲线；转向相反，称为反向曲线。

两条相邻曲线间应设置一定长度的直线，以保证列车运行的平稳，如图所示。

车辆运行在同向曲线上，因相邻曲线半径不同，超高高度不同，车体内倾斜度不同；车辆运行在反向曲线上，因两曲线超高方向不同，车体时而向左倾斜，时而向右倾斜。

这两种情况都会造成车体摇晃震动。

夹直线愈短，摇晃振动愈大。

夹直线最小长度min l 与列车运行速度有如下关系：)(26.3min m v T v l ≈≥ v ：列车速度(km/h)；T :车辆左右振动的周期(T ＝1.75)。