高速铁路线路纵断面设计

1、 1高速铁路线路纵断面设计高速铁路线路纵断面设计 高速铁路系列讲座（四）高速铁路系列讲座（四）主讲：主讲： 韩峰韩峰 副教授副教授兰州交通大学土木工程学院兰州交通大学土木工程学院 一、最大坡度一、最大坡度 在一定自然条件下，线路的最大坡度与设计线的在一定自然条件下，线路的最大坡度与设计线的输送能输送能力力、牵引质量牵引质量、工程数量工程数量和和运营质量运营质量有着密切的关系，有时有着密切的关系，有时甚至影响线路走向。高速列车采用大功率、轻型动车组，牵甚至影响线路走向。高速列车采用大功率、轻型动车组，牵引和制动性能优良，能适应大坡度运行。与传统铁路相比，引和制动性能优良，能适应大坡度运行。与传统

2、铁路相比，高速铁路比较突出的特点是高速铁路比较突出的特点是允许采用较大的坡度值允许采用较大的坡度值。采用坡。采用坡度的大小，对设计线的运营和工程影响很大。在运营方面，度的大小，对设计线的运营和工程影响很大。在运营方面，限制坡度增大，牵引重量减少，列车速度降低；而在工程方限制坡度增大，牵引重量减少，列车速度降低；而在工程方面，可以适应地形，减少建设线路的工程量，降低造价。面，可以适应地形，减少建设线路的工程量，降低造价。 3 高速铁路采用大坡度的有利条件如下：高速铁路采用大坡度的有利条件如下： 现代高速铁路机车的大功率，特别是动力分散式动现代高速铁路机车的大功率，特别是动力分散式动车组，可以提供

3、强劲动力支持，为大坡度运营奠定基础。车组，可以提供强劲动力支持，为大坡度运营奠定基础。比如，比如，TGVTGV机车功率达到机车功率达到9000 kW9000 kW，而传统的铁路初期采用，而传统的铁路初期采用的蒸汽机车功率只有的蒸汽机车功率只有750 kW750 kW。 列车速度越快，爬同样的坡，减速度越小，重力作列车速度越快，爬同样的坡，减速度越小，重力作用时间越短，为设置大坡度提供了条件。用时间越短，为设置大坡度提供了条件。 我国高速铁路设计规范中规定正线的最大坡度，一般我国高速铁路设计规范中规定正线的最大坡度，一般条件下不应大于条件下不应大于2020，困难条件下，经技术经济比较不，困难条件

4、下，经技术经济比较不应大于应大于3030。动车组走行线的最大坡度不应大干。动车组走行线的最大坡度不应大干3535。 4二、坡段长度二、坡段长度( (一一) )最小坡段长度最小坡段长度 从列车运行的平稳性要求出发，纵断面坡段长度宜从列车运行的平稳性要求出发，纵断面坡段长度宜设计为较长的坡段；但从节省工程投资的角度分析，较设计为较长的坡段；但从节省工程投资的角度分析，较短的坡段能够较好地适应地形，减少工程数量，降低工短的坡段能够较好地适应地形，减少工程数量，降低工程投资。因此，最小坡段长度的确定，既要满足列车运程投资。因此，最小坡段长度的确定，既要满足列车运行的平稳性要求，又要尽可能地节约工程投资

5、，使两者行的平稳性要求，又要尽可能地节约工程投资，使两者取得最佳的统一。取得最佳的统一。 5 为保证高速运行的高舒适性，高速铁路最小坡段长度除应为保证高速运行的高舒适性，高速铁路最小坡段长度除应满足两竖曲线不重叠外，同时还应考虑两竖曲线间有一定的夹满足两竖曲线不重叠外，同时还应考虑两竖曲线间有一定的夹坡段长度，以保证列车在前一个竖曲线终点产生的振动在夹坡坡段长度，以保证列车在前一个竖曲线终点产生的振动在夹坡段长度范围内完成衰减，不至于与下一个竖曲线起点产生的振段长度范围内完成衰减，不至于与下一个竖曲线起点产生的振动叠加。对于两竖曲线间夹坡段长度的要求，德国、日本两国动叠加。对于两竖曲线间夹坡段

6、长度的要求，德国、日本两国高速铁路的规范无具体规定，但法国高速铁路要求两竖曲线间高速铁路的规范无具体规定，但法国高速铁路要求两竖曲线间夹坡段长度不得小于夹坡段长度不得小于0.4Vmax。参考法国标准，我国高速设计规。参考法国标准，我国高速设计规范中最小夹坡段长度也取范中最小夹坡段长度也取0.4 Vmax，即最小坡段长度可按下列公，即最小坡段长度可按下列公式确定，并取式确定，并取50m的整倍数。的整倍数。 6 同时，为提高行车舒适度，高速铁路设计规范规定最小同时，为提高行车舒适度，高速铁路设计规范规定最小坡段长度不小于坡段长度不小于900 m900 m。另外，为避免列车运营过程中的频。另外，为避

7、免列车运营过程中的频繁起伏，提高舒适程度，不得连续采用繁起伏，提高舒适程度，不得连续采用“N N”形短坡段。相形短坡段。相邻大坡段宜避免采用邻大坡段宜避免采用“V V”形纵断面。形纵断面。max4 . 020002ViRLshi设计行车速度设计行车速度（km/h）350300250一般条件一般条件（m）200012001200困难条件困难条件（m）9000900900表表2-11 最小坡段长度表最小坡段长度表 7 ( (二二) )最大坡段长度最大坡段长度 法国高速铁路的最大坡段长度与坡度有关，坡度正常值应法国高速铁路的最大坡段长度与坡度有关，坡度正常值应随坡段长度而变化。对于从最小值至随坡段长

8、度而变化。对于从最小值至3 km3 km的长度，其坡度不应的长度，其坡度不应超过超过1818；对于；对于3 315 km15 km的长度范围，其坡度逐步从的长度范围，其坡度逐步从1818降至降至1515；对于大于；对于大于15km15km的长度，最大坡度不超过的长度，最大坡度不超过1515，并建议在，并建议在实际应用中，上述坡度再降实际应用中，上述坡度再降22；对于坡度大于；对于坡度大于2525的线路，的线路，建议考虑平均坡度建议考虑平均坡度2525，最大坡长，最大坡长4 km4 km。 德国科隆德国科隆莱茵美茵线对最大坡度规定在坡段长度莱茵美茵线对最大坡度规定在坡段长度10 km10 km范

9、围内不应大于范围内不应大于2525，在坡段长度，在坡段长度6 km6 km范围内不应大于范围内不应大于3535。日本新干线困难条件下日本新干线困难条件下1818的坡段最大长度为的坡段最大长度为2.5 km2.5 km，2020的的坡段最大长度为坡段最大长度为1 km1 km。 8 借鉴国外高速铁路最大坡段长度的采用情况，并根据借鉴国外高速铁路最大坡段长度的采用情况，并根据列车坡度运行模拟计算结果，建议采用最大坡度列车坡度运行模拟计算结果，建议采用最大坡度1212时，时，对最大坡段长度暂不限制；当采用最大坡度对最大坡段长度暂不限制；当采用最大坡度1515时，最大时，最大坡段长度不宜大于坡段长度不

10、宜大于9 km9 km；当采用最大坡度；当采用最大坡度2020时，最大坡时，最大坡段长度不宜大于段长度不宜大于5 km5 km。 9三、竖曲线半径三、竖曲线半径shshaVR22max6 . 3 为保证列车在变坡点的运行安全和乘客的舒适性要为保证列车在变坡点的运行安全和乘客的舒适性要求，高速铁路线路的相邻坡度差大于求，高速铁路线路的相邻坡度差大于11，应设置竖曲，应设置竖曲线。线。 10 相邻的两个竖曲线重叠设置时，保证各自的竖曲线形状相邻的两个竖曲线重叠设置时，保证各自的竖曲线形状是很难达到的，测设工作也将更加困难。目前国外的标准也是很难达到的，测设工作也将更加困难。目前国外的标准也不允许竖

11、曲线重叠。不允许竖曲线重叠。三、竖曲线与竖曲线、缓和曲线、三、竖曲线与竖曲线、缓和曲线、圆曲线和道岔重叠设置问题圆曲线和道岔重叠设置问题 铁路线路平面曲线铁路线路平面曲线( (圆曲线及缓和曲线圆曲线及缓和曲线) )与纵断面竖与纵断面竖曲线重叠设置一直是铁路工作者感到头痛的问题。两种曲曲线重叠设置一直是铁路工作者感到头痛的问题。两种曲线的重叠不但给线路测设工作带来一定的难度，对行车的线的重叠不但给线路测设工作带来一定的难度，对行车的安全性、平稳性和舒适度也会有一定的影响，更主要的是安全性、平稳性和舒适度也会有一定的影响，更主要的是给线路的养护维修工作增加了难度。给线路的养护维修工作增加了难度。

12、11竖曲线与缓和曲线重叠有如下不利影响：竖曲线与缓和曲线重叠有如下不利影响： (1) (1)增加线路测设工作量：竖曲线与缓和曲线重叠设置的情况下，平面增加线路测设工作量：竖曲线与缓和曲线重叠设置的情况下，平面曲线的内轨在立面上要维持竖曲线的几何状态，而外轨又要叠加进缓和曲线曲线的内轨在立面上要维持竖曲线的几何状态，而外轨又要叠加进缓和曲线超高的变化量，这时线路的测设工作要求更加严格。特别是对于高速铁路，超高的变化量，这时线路的测设工作要求更加严格。特别是对于高速铁路，由于竖曲线半径大、缓和曲线超高顺坡率小，每由于竖曲线半径大、缓和曲线超高顺坡率小，每10 m10 m的轨道高程变化量很微的轨道高

13、程变化量很微小，以致测设仪器的分辨率难于保证精度的要求。小，以致测设仪器的分辨率难于保证精度的要求。 12 (2) (2)对行车安全和乘坐舒适度的影响：竖曲线与缓和曲线重叠设置，将造成对行车安全和乘坐舒适度的影响：竖曲线与缓和曲线重叠设置，将造成缓和曲线平、立面线形不相适应。由于外轨叠加了超高顺坡量，其结果既不是缓和曲线平、立面线形不相适应。由于外轨叠加了超高顺坡量，其结果既不是标准的缓和曲线线形，又不是标准的竖曲线线形，因而对轮轨相互作用将会有标准的缓和曲线线形，又不是标准的竖曲线线形，因而对轮轨相互作用将会有一定的影响。此外，当列车运行在凸形竖曲线与圆曲线重叠的地段时，列车产一定的影响。此

14、外，当列车运行在凸形竖曲线与圆曲线重叠的地段时，列车产生竖向离心加速度，减少重力加速度对未被平衡离心加速度的抵消作用，相对生竖向离心加速度，减少重力加速度对未被平衡离心加速度的抵消作用，相对加大横向未被平衡离心加速度，也就是加大了列车运行时产生的欠超高，降低加大横向未被平衡离心加速度，也就是加大了列车运行时产生的欠超高，降低了旅客舒适度。附加欠超高连同平面曲线上产生的欠超高之和大于一定值时，了旅客舒适度。附加欠超高连同平面曲线上产生的欠超高之和大于一定值时，还将带来不安全因素。还将带来不安全因素。 13 (3) (3)增加了养护维修工作的难度：由于缓和曲线很长，其曲率及其变化率增加了养护维修工

15、作的难度：由于缓和曲线很长，其曲率及其变化率均甚微，轨道检测精度已难于保证其检测结果的真实性，若加上竖曲线的重均甚微，轨道检测精度已难于保证其检测结果的真实性，若加上竖曲线的重叠设置，检测仪器更难分别提取竖曲线和缓和曲线的不平顺值了。叠设置，检测仪器更难分别提取竖曲线和缓和曲线的不平顺值了。 同时考虑到缓和曲线长度相对圆曲线较短，避免重叠设置更容易处理，同时考虑到缓和曲线长度相对圆曲线较短，避免重叠设置更容易处理，我国高速铁路规定竖曲线与缓和曲线不得重叠。我国高速铁路规定竖曲线与缓和曲线不得重叠。 14 竖曲线与圆曲线重叠设置，同样增加线路测设工作量，对行车安全和乘坐舒竖曲线与圆曲线重叠设置，

16、同样增加线路测设工作量，对行车安全和乘坐舒适度产生不利的影响，增加养护维修工作的难度，但由于高速铁路平面圆曲线半适度产生不利的影响，增加养护维修工作的难度，但由于高速铁路平面圆曲线半径较大，圆曲线长度较长，一般可达径较大，圆曲线长度较长，一般可达1 12 km2 km以上，为避免竖曲线与圆曲线重叠以上，为避免竖曲线与圆曲线重叠设置而增加的工程投资巨大，同时此项重叠可通过采取适当措施减轻其不利影响。设置而增加的工程投资巨大，同时此项重叠可通过采取适当措施减轻其不利影响。因此，我国高速铁路设计规范规定困难条件下竖曲线与圆曲线可重叠设置，但应因此，我国高速铁路设计规范规定困难条件下竖曲线与圆曲线可重

17、叠设置，但应满足下表的要求。满足下表的要求。设计行车速度（km/h）350300250平面最小圆曲线半径（m）有砟轨道700050003500无砟轨道600045003000最小竖曲线半径（m）250002500020000 15五、特殊地段线路纵断面设计要求五、特殊地段线路纵断面设计要求 连续梁、钢梁及较大跨度梁的桥上纵断面设计应满足桥梁设计的技术要求。连续梁、钢梁及较大跨度梁的桥上纵断面设计应满足桥梁设计的技术要求。 隧道内的坡道可设置为单面坡道或人字坡道，地下水发育的长隧道宜采用人字隧道内的坡道可设置为单面坡道或人字坡道，地下水发育的长隧道宜采用人字坡，其坡度不应小于坡，其坡度不应小于 33。 路堑地段线路坡度不宜小于路堑地段线路坡度不宜小于22。跨越排洪河道的特大桥和大中桥的桥头路。跨越排洪河道的特大桥和大中桥的桥头路基、水库和滨河地段、行洪及滞洪区的浸水路堤，其路肩设计高程应按有关设基、水库和滨河地段、行洪及滞洪区的浸水路堤，其路肩设计高程应按有关设计规范结合国家防洪标准设计。计规范结合国家防