提速线路轨道工程设计(毕业设计)

1、华东交通大学毕业设计（论文）目录摘要Abstract第一章 既有线路提速概述11.1铁路实施大提速的必要性21.2提速的重要性21.3我国既有线路提速概况31.4我国铁路提速的特殊性和复杂性31.5铁路大提速的经济效益和社会效益41.6提速线路主要技术问题及对策5第二章 线路对轨道结构的要求62.1线路轨道结构的要求62.1.1稳定的轨道结构62.1.2平顺的运行表面62.1.3良好的轨道弹性72.1.4可靠的轨道部件72.2 轨道结构选取的原则72.2.1轨道结构的类型82.2.2钢轨的选取原则92.2.3轨枕的选取原则102.2.4扣件的选取原则112.2.5碎石道床的选取原则122.3

2、轨道结构选取132.3.1 轨道结构类型选取132.3.2 钢轨的选取132.3.3 轨枕的选取132.3.4 联接零件的选取132.3.5 道床的选取13第三章 轨道结构强度检算173.1 计算资料173.2轨道各部件强度检算173.2.1 机车通过曲线的允许速度的确定173.2.2 钢轨强度检算173.2.3轨枕的弯矩检算203.2.4 道床顶面应力的检算213.2.5 路基面道床压力的检算。21第四章、平面改建设计224.1 平面测绘224.1.1 平面测绘原理224.1.2 既有线某曲线测绘结果234.2 渐伸线原理244.2.1 渐伸线的线型244.2.2 计算渐伸线长度的公式254

3、.2.3 拨距的大小和方向264.2.4 拨距计算的步骤274.3 既有曲线渐伸线长度的计算274.3.1 计算公式的推导284.4拨距计算304.4.1 计算条件304.4.2 拨距计算的步骤304.4.3 拨距的大小和方向304.4.4 测量曲线拨距计算31第五章 既有线改建纵断面设计335.1纵断面设计特点及原则335.1.1 设计特点335.1.2设计原则345.1.3改建既有线纵断面设计注意事项345.2纵断面设计要求355.3纵断面设计步骤365.3.1放大纵断面图的设计方法365.3.2纵断面设计方法375.4运用 Excel进行拉坡设计425.4.1利用Excel设计纵断面的坡

4、度425.5放大纵断面图的绘制445.5.1纵断面的设计资料和数据的输入445.5.2绘制放大纵断面图45第六章 提速道岔平顺性分析及改善方案466.1 国内道岔的发展466.2 提速道岔结构496.2.1 道岔类型496.2.2 单开道岔构造506.2.3 提速道岔的结构特点566.3 列车过岔不平稳的一般原因分析576.4 道岔几何不平顺及刚度不均性分析586.4.1 道岔竖向几何不平顺分析586.4.2 道岔轨道刚度不均性分析586.5 提速道岔技术升级与优化596.5.1 高速道岔技术简述606.5.2 改进提速道岔平面线型606.5.3 实现提速道岔轨道刚度均匀化626.5.4 全面

5、优化提速道岔结构636.5.5 全面推广应用复合套管新技术656.5.6 采用新型电务转换装置656.6 迅速全面提升各主型提速道岔整体技术水平64第七章 提速道岔检测系统设计657.1提速道岔监测系统的研究背景及意义667.2高速铁路道岔监测系统的国内外现状677.3 提速道岔监测系统需求分析677.3.1 系统定义677.3.2 轨道状态参数监测687.4 提速道岔监测系统结构737.4.1系统设计原则和标准737.4.2系统的数据传输方式747.4.3 监测系统体系结构757.5 道岔现场监测单元的软件设计797.5.1系统分析和软件设计原则797.5.2系统初始化及用户使用界面设计82

6、附录：提速道岔检测系统部分界面代码911主界面源代码：912道岔设置界面源代码：973实时监控界面源代码：984道岔显示界面源代码：101第一章 既有线路提速概述1.1铁路实施大提速的必要性1. 国民经济发展需要铁路大提速我国正处在新一轮经济增长周期，国民经济发展势头迅猛，对交通运输的需求与日俱增，迫切需要铁路提供强有力的运输支持。但铁路运输目前的紧张状况对国民经济发展形成了严重的“瓶颈”制约，而且这种状况将随着经济增长显得更加突出。解决铁路运输的“瓶颈”问题，近期必须从实际出发，走内涵扩大再生产之路，立足现有基础扩充运力，尽最大努力挖掘运输能力，提高运输效率，扩大运输能力。 2.

7、提速是企业生存发展的客观要求铁路作为国民经济和社会发展的重要基础设施，经过多年的发展，虽然资产和实力比较雄厚，但是历史包袱沉重，设备陈旧老化，技术装备落后。加快科技进步，提高服务质量，改善旅客的乘车环境，是“人民铁路为人民”的服务宗旨的具体体现。1997年以来，铁路运输收入年均增长100多亿元，但每年的赢利微乎其微。实施大面积提速调图，将进一步增强铁路的市场竞争能力和自我发展能力，提高铁路的经济效益，使铁路在竞争激烈、变化迅捷的市场经济中，不断调整、掌握主动、适应挑战，为铁路跨越式发展创造良好的经营环境。随着经济发展和社会进步，广大旅客货主对运输质量，特别是快捷性、舒适性提出了更高的要求。通过

8、连续六次大面积的提速调图，不断提高铁路运输质量，进一步缩短了客车旅行时间，增开的夕发朝至、直达特快列车、大宗货物直达列车等，进一步适应了旅客货主高质量的运输需求，提高人们的生活质量。3. 提速是增强铁路市场竞争能力的有效手段随着市场经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对运输快捷、便利、舒适的要求日益提升。通过连续六次大规模的提速，铁路在适应市场需求方面取得了重大突破。全路以提速为支持，以市场为导向，开发了快速列车、夕发朝至列车、旅游列车、假日列车、行包专列、“五定”班列等运输新产品，较好地满足了旅客货主的需求，大大增强了铁路运输的市场竞争能力，不仅巩固扩大了铁路在中长途运输中的优势，而且在

9、短途运输市场竞争中，也取得了一些主动。1997年提速调图后，直通客运量大幅度增长，旅客周转量持续攀升，运输收入不断创历史新高。1999年全路提前一年实现扭亏；2000年继续扩大扭亏成果，实现了盈利目标。同时，广深准高速铁路的建成，为实施大规模提速储备了技术，积累了经验。先后在沪宁、京秦、沈山、郑武等繁忙干线及铁科院环行试验基地多次成功地进行了提速试验，取得了多项试验成果，掌握了与旅客列车时速160200公里等级相适应的一整套技术。事实证明，提速大大加快了技术创新的步伐，每一次大提速，铁路技术创新都迈上了一个新台阶；同时，技术进步的加快也为实施提速提供了强大的支持。4. 提速促进了铁路技术装备水

10、平的提高铁路提速首先需要改造与行车相关的设备，需要自行投入巨大的资金。提速前，大部分线路使用的是25米或50米长的短钢轨，这既降低了旅客的舒适度，也容易对钢轨、车轮、轴承等造成损害。提速后，线路全部采用无缝钢轨，目前最长的无缝钢轨已经达到30公里。在基础线路改造中，小曲线半径线路要全部改造成大半径曲线或直线，更换的提速道岔全部为新型大号码道岔，具有电动操作、平稳、快速等特点。1.2提速的重要性 运输速度是一个带有根本性的问题，没有速度上的优势，在当前市场竞争浪潮中，就会失去竞争的基础，就会处于不利的局面。1995年6月28日，铁道部部长办公会议决定:“提速是提高旅客列车及货物列车的运行速度，倡

11、导一种高质量的服务精神，积极参与运输市场的竞争。”这是一个极具战略意义的决策。 提速对铁路之所以重要，首先表现为它是铁路在市场经济中求得生存与发展的必由之路，再不提速，铁路在市场经济中所占的份额将越来越少，这决不是全国人民所希望看到的。 提速能促进铁路加快实现“两个根本性转变”。目前，全国各个企业都在按照党中央提出的要求，实现“从传统的计划经济体制向社会主义市场经济体制的转变，从粗放型向集约型的经济增长方式转变”。铁路要真正迈向市场经济，提速恰恰是最关键的一步。 提速是铁路科技进步的体现。历史告诉我们，社会科技每前进一步，运输速度就登上一个台阶。各国铁路旅客列车的旅行速度，是衡量铁路运输技术水

12、平的重要指标，在相当程度上反映一个国家铁路的水平。从这个角度分析，提速就是铁路科技进步迈出的一大步。 提速也是社会进步的重要标志。速度是社会进步的窗口，在商品经济社会中，运输速度更具有明显的社会性。它不仅能促进商品的流通和经济的发展，而且还能影响人类的文明和生活水平的提高。更由于铁路在我国运输行业中起骨干作用，所以，铁路提速将会大大降低我国全社会的运输总成本。从这个意义上说，铁路提速确实是我国社会进步的一个重要标志。1.3我国既有线路提速概况随着我国经济持续快速协调健康地发展，运输市场需求将进一步增长，铁路运输将面临更加严峻的挑战。解决铁路运输的“瓶颈”问题，需要加快铁路建设，扩大路网规模，推

13、进技术装备现代化，挖掘运输潜力，提高运输效率，扩大运输能力，尽最大努力减少对国民经济和社会发展的制约。自1997年以来，我国铁路连续进行了六次大面积提速，基本形成了“四纵四横”的提速网络，使我国铁路提速网络总里程超过16000公里，超过6400公里的铁路开行时速160公里及以上的旅客列车，同时，部分货运列车速度也相应提高。这是中国铁路落实科学发展观、适应国民经济持续快速、协调、健康发展要求所做出的重要战略抉择。但是相对于7万多公里的铁路营业里程，已经提速的线路只占铁路总里程的18.1%。因此，铁路既有线提速空间依然广阔。1.4我国铁路提速的特殊性和复杂性目前我国铁路营业里程居世界第三位，完成的

14、货物发送量和客运周转量居世界第一位，货运周转量居世界第二位。我国铁路营业里程虽然只占全世界的6%，但却完成了全世界铁路工作总量的将近四分之一，运输密度为世界之最，铁路运输效率非常高。京沪、京广、京哈、京九、陇海、浙赣等六大铁路主要干线的运输能力已经饱和，长期处于超负荷运转状态。以京沪线为例，这条铁路以占全国铁路2%的营业里程，完成了全路10%的旅客周转量和将近8%的货物周转量，是世界上客货运输最繁忙的干线。中国铁路具有世界上最高的运输强度，运输能力高度饱和，在线路上客货共线运行，不同等级列车混跑。在高强度的运输中，不同等级列车的速度、密度、重量对于运输组织、轨道结构、信号系统和牵引动力等技术和

15、装备的要求截然不同，实施提速所面临的情况十分复杂，处理不好不仅会降低效率，还会给行车安全带来严重影响。我国铁路是客货共线，不同种类列车共线运行，客货争占线路能力的问题十分突出。实施提速，快速的客车要不断越行慢行的货车，必然造成列车密度的下降，列车速度与密度相互影响。重载列车对线路的破坏力大，而快速客车则对线路的平顺性要求很高。 列车的“重量、密度、速度”是扩能提速提效中相互关联的三个重要因素。长期以来，我国铁路进行技术装备更新的扩能改造都是遵循提高列车重量和增加行车密度的原则，对列车速度的储备能力不足。实施提速，原先的“重量、密度、速度”的匹配关系不能适用。列车速度提升的影响，不仅涉

16、及到行车组织，而且关系到铁路各方面的基础设施，线路轨道标准、牵引动力、车辆性能、机车车辆制动能力、行车安全设施、道口防护等各个方面都必须进行提速改造。在中国的铁路上实施提速工程，是对铁路原有运输模式的重大突破，是从“大重量、高密度、中低速度”的运输模式向“快速度、大重量、高密度”运输新模式的重大转变。这一转变在中国和世界铁路发展史上都是极为罕见的。中国铁路大提速必然打破原有的运输模式，通过科学的管理、先进的技术装备和高效的运输组织，探索出一条具有中国特色的、实现列车速度、密度、重量最佳匹配的既有线提速挖潜改造之路。1.5铁路大提速的经济效益和社会效益1. 通过提速提高铁路经济效益据统计，铁路经

17、过6次大提速后，客车平均运行速度提高了25%，特快列车最高时速提高到了140160公里，广州-深圳最高时速已经达到200公里。铁路经过六次大提速后，开行了“夕发朝至”列车、“城际列车”等快速列车，使距离2000公里左右的城市，一天即可到达。在提速的同时，安全正点率、服务质量也在明显提高，做到了提速与提高服务质量同步进行。提速后的铁路客流大幅度攀升。据统计，提速后客流年均增长百分之六点八，超过了公路、航空和水运的增长速度。客票收入年均增长率为20%。铁路在与航空、公路、水运竞争中的优势越来越得以显现，增强了铁路的市场竞争能力和自我发展能力，提高了铁路的经济效益，为铁路跨越式发展创造了良好的经营环

18、境。2. 铁路大提速使整个社会受益铁路大提速不仅仅是列车速度的提高，同时全面提高了工作效率和质量，提高了管理水平，缩小了与世界先进水平的差距。1993年以前，人们出门80%靠坐火车，铁路是人们外出选择的主要运输工具。20世纪90年代以来，我国客运市场逐步形成铁路、公路、民航三方竞争的局面，铁路在竞争中，市场份额逐步下降。1994年铁路客运量降至最低点。1996年，公路客运量首次超过铁路。随着京沈、京沪高速公路的全线贯通，全国国道主干线已建成过半，高速公路网正在形成。北京沈阳、北京上海、成都重庆、广州深圳、济南青岛等大城市间，都可通过高速公路出行。高速公路的快速发展，使运输市场竞争更加激烈，也给

19、铁路运输带来巨大的压力。同时，广大旅客货主对运输质量和服务质量，特别对快捷性和舒适性提出了更高的要求。铁路实施提速调图，进一步缩短了客车的旅行时间，开行“夕发朝至”列车、直达特快列车，增加大宗货物直达列车等，适应了旅客货主对铁路运输高质量的要求。通过五次大提速，铁路在许多方面有了明显的改进和提高，使整个社会从中受益。3. 提速促进了安全基础的加强几年来，为了实施提速，全路完成了大量的提速基础工程。更换提速道岔、型轨枕、优质道碴，改造小半径曲线、平交道口，延展无缝线路长度，在线路两侧设封闭栅栏，推广大型养路机械，整治线桥隧病害，使线路基础得到了明显加强。购置配备新提速机车客车，更换202、206

20、型转向架。改进检修手段，提高检修能力和水平，使移动设备的性能和质量得到了明显提高。推广应用一批功能先进的监控装备、检测设备，加强了对移动设备和固定设备的动态监控和检测。加强人员培训，提高了职工适应提速需要的技能。4. 提速推动了运输改革全路以提速为契机，积极调整生产，撤并一批行车站段，改革客车乘务制度，实现了减员增效。提速也促进了经营方式的转变，“我开车，你来坐”的封闭型生产组织方式发生了变化，运输企业开始注重研究市场，按照市场需求来配置运力资源、调整产品结构。几年业运行图编制工作不断改进，推动了运输组织的改革，优化了运力资源的配置，挖掘了运输潜力，提高了运输效率。1.6提速线路主要技术问题及

21、对策既有线提速改造是个系统工程，运输、机务、工务、电务等各专业的改造应综合考虑、合理匹配。提速工程对铁路线路而言就是克服轨道的薄弱环节、提高其技术标准。文章下面将从提速线路轨道结构类型的选取、轨道强度检算、曲线拨正计算、纵断面拉坡设计、提速道岔优化及监测等方面进行讨论和研究。第二章 线路对轨道结构的要求2.1线路轨道结构的要求钢轨结构由钢轨、轨枕、连接零件、道床、防爬器、轨距拉杆、道岔等所组成。它支撑和引导列车车轮，直接承受竖向、横向和纵向力的作用。轨道结构应该保证机车车辆在规定的最大荷载和最高速下运行时，具有足够的强度、稳定性和合理的修理周期。2.1.1稳定的轨道结构在高速铁路条件下，轨道结

22、构的设备和材料有了比较大的加强，轨道各部件的静力强大已不是对结构轨道整体结构承受能力起控制作用的因素。但是，高速铁路轨道在不稳定重复荷载作用下，其承受能力却不一定能满足高速行车的要求，它的破坏形式主要表现在列车荷载反复作用下，轨道各部件的疲劳折损、轨道整体结构参与变形积累超限。对普通铁路的轨道结构，它和一般的工程结构的显著差别是在运用条件下能够进行个别折损部件的更换和整体结构参与变形的矫正，轨道结构的工作过程是一个边工作、边折损更换、边变性维修的过程。但对客运专线必须保证最高程度的稳定。2.1.2平顺的运行表面为了保证高速行车的需要，轨道必须为列车提供列车平顺的运行表面。轨道的不平顺从结构上大

23、约可以分为三种类型，即结构不平顺、附加不平顺和动态不平顺。结构不平顺是指由于轨道结构及部件固有的不平顺，如钢轨表面由于轧制工艺造成的钢轨垂向玩去、焊缝凹凸不平、轨道铺设和整道时形成的不平顺；附加不平顺是指在运行过程中溅在轨面碾压形成的轨面损伤、钢轨弹性垫层破损等；动态不平顺是指在列车运行中产生的不平顺。动态不平顺一般情况有两种：一种是轨道弹性不均和荷载波动，轮轨接触点呈波浪形；另一种是存在暗坑吊板和倒床不均匀的弹性下沉。是否能实现高平顺性的标准是高速铁路成败的核心问题，要求高、难度大、涉及面广。高外高速铁路在工程建设和设备管理方面积累了大量的经验，但也出现过不少挫折。这些失败的教训，很多都是因

24、为对高平顺要求认识不够、对平顺性控制不严、采取的措施不当造成的。因此从事高速铁路研究、设计、施工、监理、管理人员都应该十分重视高速铁路的平顺性问题。2.1.3良好的轨道弹性高速铁路轨道结构具有良好的弹性是十分重要的。轨道具有良好的弹性，不仅可以使轨道具有较强的抗振动与抗冲击能力，而且有利于减少噪声干扰，因此轨道结构良好弹性是各国高速铁路追求的目标。轨道结构弹性良好包括两方面的含义：一是高速行车引起的振动起到“吸振”作用的足够的弹性；二是沿轨道纵向弹性的均匀性。2.1.4可靠的轨道部件高速铁路轨道结构是十分重要的工程结构，要求其具有极高的安全可靠，对组成轨道结构的各部件自然也提出了极严格的性能和

25、质量要求。在列车运行何在作用下，轨道结构及其部件产生应力和变性。不同的轨道结构，整体结构和各部件的盈利和变形有很大的差异。由于运输条件的变化和轮轨关系都具有很强的随机性，轨道在一定的运输条件下安全地完成规定任务的概率应该达到规定的要求。轨道的破损表现为为轨道整体结构变形和轨道部件折损。轨道整体结构变形包括弹性变形和永久变形。轨道的永久变形不仅影响列车的平稳运行，而且当这种变形积累到一定程度后，将大大削弱线路的强度和稳定性，威胁行车安全。轨道结构和一般工程结构的显著差别实在运营条件下，要随时消除这些永久变形。对高速铁路来讲，轨道变形的速率应非常缓慢，而一旦发生永久变形，必须及时消除。为保证列车安

26、全、可靠运行，对轨道结构应具备的状态和各部件的关系都规定了严格的技术标准。2.2 轨道结构选取的原则轨道结构是由钢轨、轨枕、扣件、道岔、道岔等部分组成这些力学性质决然不同的材料承受来自列车车轮的作用，它们的工作是紧密相关的，任何一个轨道部件性能、强度和结构的变化都会影响所有其他零部件的工作条件，并对列车运行质量产生直接的影响。因此，轨道结构是一个系统，要用系统论的观点和方法进行研究。钢轨直接接受由机车车辆传来的巨大的动力，并传向轨枕；轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置；轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减震、和衰减后传递给道床，使道

27、咋重新排列，并将作用力扩散传递于路基。由于列车速度的提高给钢轨结构的作用力与速度的n次方成正比，高速铁路的轨道结构必然比普通铁路具有更高的安全性、可靠性和平顺性。为保证轨道结构的这些要求，轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的性能呢个都比普通轨道部件高得多。2.2.1轨道结构的类型Ø 有砟轨道有砟轨道即所谓的常规的轨道，是铁路一种传统的轨道结构，在国内外的已获得广泛的应用。有砟轨道具有结构形式简单、造价低、建设周期短，线路的弹性和减振性能较好、噪声较小，轨道超高和几何形态调整简单、且破坏后修复时间短、自动化及机械化维修效率高等优点。但是缺点是轨道横向抗力较小，容易产生不均匀下沉

28、，桥上道床稳定性较差、行车中会使道砟飞散，轨道结构被破坏后，加大维修工作量。Ø 无砟轨道无砟轨道结构是耐永久性好、塑性变性小的材料代替道砟材料的一种新型轨道。由于取消了碎石道床，轨道保持几何状态的能力提高，轨道稳定性增强，维修工作减少，明显优于有砟轨道，成为目前高速铁路的主要发展方向。根据无砟轨道的贴点和线下基础的设计要求，在桥梁、隧道和路基稳定的地段采用无砟轨道。表2-1 无砟轨道和有砟轨道比较2.2.2钢轨的选取原则钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。对于高速铁路而

29、言，钢轨要提供的轮轨踏面平顺性和钢轨内侧工作边平顺性比普通铁路高的多1.对钢轨的一般要求：(1)较高的强度和抗磨性能，以期达到较高的承载能力和较长的使用寿命。(2)较高的抗疲劳伤损的安全可靠性，防止轨头内侧剥离及可能由此引起的钢轨横向断裂。钢轨长期在列车周期性重复性重复荷载下工作，应有较高的疲劳强度和较好的冲击韧性。(3)较强的抗不均匀磨耗性能和钢轨全长范围内硬度的均匀性，避免引起波纹、波浪等不均匀磨耗。(4)良好的焊接性能，以便采用无缝线路。(5)良好的道岔机加工性能，以获得良好的道岔质量。(6)化学成分便于进行热处理，以提高钢轨的强韧性。(7)严格的尺寸公差及钢轨工作边平顺性，减少轨道周期

30、性不平顺。2. 提速线路对钢轨材料的要求：(1)保证材料高纯净，提高钢轨可靠性(2)保证轧制高精度，提高钢轨质量(3)钢种成熟，外国基本按UIC标准系列选用900A钢种。我国铁路在20世纪80年代前基本使用U71Mn和U74钢轨，分属于90kg和80kg，由于承载力不足，明显不适应运输要求。为此，我国铁道、冶金部门联合开发了PPD2、PD3和稀土轨。通过技术鉴定。钢轨用量增加，线路换轨大修每年铺设数十万吨，延长了钢轨使用寿命，使钢轨伤损的严重程度得到缓解，因此可以说PD3和UIC900A、U71Mn一样是成熟的钢种。2.2.3轨枕的选取原则轨枕在轨道结构中的作用是支撑钢轨，并将钢轨传来的压力传

31、递给道床，同时可固定钢轨的位置及有效保持轨距、方向等轨道形位。目前，世界高速铁路有咋轨道广泛采用钢筋混凝土轨枕。这是因为纵向、横向阻力大，能够提供足够的稳定性，满足高速铁路的稳定性要求。轨枕的形态主要分为整体轨枕和双块轨枕。日本、德国等国家主要采用整体式轨枕。其中日本根据不同的列车运行速度和使用经验，设计了3T、3H、4H等多种整体式轨枕结构类型。而法国TGV高速线路为了减少轨道变形、增大强度，采用每根245kg、长2.24m的双块式混凝土轨枕。这种类型的轨枕大大提高了轨枕道床的稳定性和可靠性。同时，双块式由于重量较整体式轻，其制造工艺也相对简单，生产成本和运输铺设费用也相对较低。我国轨枕的主

32、要有、型轨枕。我国近50年发展应用的轨枕形式与大多数国家一样采用整体式预应力混凝土轨枕，建立了一整套关于轨枕设计、制造、铺设、养护管理等的体系，以及规程、技术条件、验收标准、质量监管等技术保障。从型枕的发展过程可以看出，我国混凝土枕技术从整体上看是基本成熟的，应此在高速铁路有咋轨道的轨枕选型应该是整体式轨枕。我国型轨枕研制工作起步于20世纪90年代，已经有了二十年的历史，但由于反战速度比较快又有新型轨枕的经验，因此在技术方面具有较好的基础。目前研制的型轨枕主要有两种形式。一种是铁道科学研究院主研的TK-型轨枕，另一种是专业设计院主研的Y型轨枕。这两种轨枕长度均为2.6m，截面尺寸相近，配筋有所

33、不同，前者为10根直径7mm的压痕高强钢丝，后者为8根直径7mm的预应力钢丝，适用范围基本相同。TK型轨枕主要特点。通过在京广线试铺和运营的考验，使用情况良好，反映出有如下特点：1. 结构合理，强化了轨道结构。由于轨枕长度增加到2.6m，并适当加宽了枕底，使枕下支承面积增加17%，端侧面积约增加20%，单根枕重量增加31%，因此，可有效提高道床的纵、横向阻力，减缓重载运输所产生的道床累积变形，提高线路的稳定性；2. 轨下和中间截面的设计承载力，较型轨枕分别提高了43%和65%。提高了轨枕强度；3. 采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定，无纵横向移动，有利于保持轨道的几何尺寸，减少养护维修工作量

34、。2.2.4扣件的选取原则钢轨扣件就是轨道上用以联结钢轨和轨枕(或其他类型轨下基础）的零件，又称中间联结零件。其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。提速线路的扣件运行速度高、行车密度大，对轨道平顺性有极高的要求，因此对钢轨扣件有比一般扣件有更高的要求。1. 保持轨距能力强正确的轨距是保证高速行车安全的最基本的条件。由钢轨和轨枕组成的轨道框架完全由钢轨扣件联结，它必须保证框架几何特征的稳定，即牢固保持轨距，防止钢轨倾翻和轨距扩大。同时，扣件要保证轨道框架的弯曲刚度和扭转刚度，使钢轨处于准确位置。2. 足够的防扒阻力在列车荷载作用下，钢轨受到碾压存在沿轨枕产生位移的

35、可能性，如果钢轨产生爬行，会引起诸多线路病害。但是，扣件压力必须适度，过大的扣件压力会使垫层弹性下降和损伤扣件。同时，扣件还应该具有良好的保持扣压力性能。3. 良好的减振性能轨道的弹性主要由散粒体道床提供。轨下垫层起减振和隔振的作用。对于混凝土轨下基础来讲，轨下垫层的良好弹性更为重要。4. 零部件精度高，可靠性好提速线路高平顺型的技术要求对扣件的精度提出了很高的要求，因此扣件的个零部件除了本身应该具有的高精度外，其组装精度也必须要满足高速行车的需要。扣件各部件要有足够的强度和使用性能：在设计的使用的寿命周期内，扣件各部件不产生疲劳伤损和显著的残余变形；当扣件和轨下弹性垫层产生容许范围内的磨耗和

36、残余变形时，扣件整体性能仍满足高速行车的要求。5. 绝缘性好为保证行车的绝对安全，钢轨扣件应具有良好的绝缘性能，确保轨道电路正常工作。我国从20世纪60年代开始研制扣件的多种形式。如TFM型扣件，TFY型弹性扣件和弹条扣件。目前主要干线上都采用弹性扣件。因为弹性扣件具有口压力大、联结牢固和良好的弹性等特点。能保持钢轨处于正确位置和稳定状态，延长轨道各部件使用寿命，减少线路的养护维修工作量等优点。我国弹条扣件分、型弹性分开式扣件。随着我国铁路提速和重载运输的发展，型弹条扣件的扣压力不足，弹程偏小。不足以满足我国高速铁路的发展。型弹条扣件为无挡肩扣件，适合于重大运量、高密度的运输条件。2.2.5碎

37、石道床的选取原则道床是有砟轨道的重要组成部分，能够承受轨枕传递的各种力的作用，减缓和吸收轮轨间的振动和噪声且便于维修。道砟材料应当坚硬、稳定、有弹性，便于排水。高速铁路有砟轨道对道砟的要求比一般线路更为严格，以便尽可能减少养护工作。同时为了保证路基坚固稳定，不导致翻浆冒泥，因而对砟下垫层的选择也比较严，不仅要求所用的碎石应是具有一定破碎指数的硬砾石，且其压实度也要达到规定标准，因为轨道的弹性是非常重要的。如果没有弹性，列车就无法高速行驶。采用碎石作为道床是因为它具有较好的弹性与渗水性。一般要求道砟颗粒尽量大小均匀，以保证排水畅通。在提速线路上，道床应有足够的厚度，以减少路基面所受的压力和振动，

38、保证路基顶面不发生永久变形。因此，一般采用双层道床。枕下道砟厚度为35cm，垫层道砟厚度为20cm。为了使道床的水能够迅速下渗，防止翻浆冒泥，在垫层底部要加设用塑料和沥青等材料制作的各种形式的封闭层。提速线路上有砟桥上道床的主要功能是增加轨道弹性、承受列车的冲击、隔离震动、降低噪声。但在桥上有砟轨道道床会出现砟份化现象，导致道床脏污、弹性失效，影响排水功能，因此，提速线路桥上倒床厚度采用35cm，同时，为了防止道砟粉化，采用道砟下铺设砟下胶垫或采用弹性轨枕等措施。2.3 轨道结构选取2.3.1 轨道结构类型选取线路提速后速度为160km/h，所以设计采取有砟轨道结构类型。2.3.2 钢轨的选取

39、考虑到我国既有线兼容，以及在钢轨生产、管理、维修使用的方便，改建线路采用我国生产的CHN60钢轨断面的U71Mn钢轨。2.3.3 轨枕的选取提速线路的轨枕采用型枕，由于系统规范化大批量生产，生产工艺稳定、质量统一管理、价格趋于合理、在改建线路铺设及其使用耐久性可以提高。综合考虑，线路采用型枕比较合理。2.3.4 联接零件的选取夹板选用斜坡支承型双头对称式夹板，螺栓选用国际标准的10.9 级螺栓，螺母选用直径24mm，在伸缩区的钢轨接头加设高强度平垫圈。扣件选取型弹条扣件，其为无挡肩扣件，适合于重大运量、高密度的运输条件。不仅能够满足有足够的扣压力，也便于养护工作的展开。2.3.5 道床的选取提

40、速线路上，道床应有足够的厚度，以减少路基面所受的压力和振动，保证路基顶面不发生永久变形。因此，一般采用双层道床。枕下道砟厚度为35cm，垫层道砟厚度为20cm的级道砟。道床材料：碎石道床；道床顶面宽度：3.5m；边坡坡度：1:1.75。图2-1 道床断面示意图表2-2 改建线路主要技术选取主要技术标准选取技术名称技术标准铁路等级I级正线数目双线设计速度160km/h最小曲线半径2600m正线线间距4.6m最大坡度12到发线有效长度650m牵引种类电力机车类型动车组系列轨道结构类型有砟轨道钢轨60kg/m U71Mn钢轨扣件型弹条扣件轨枕a型轨枕 1667根/km道床面砟为35cm和底砟为20c

41、m的碎石道砟路基砂粘土第三章 轨道结构强度检算3.1 计算资料线路条件：I级铁路，曲线半径2600m；钢轨：60kg/m，U71新轨，25m长的标准轨；轨枕：型混凝土轨枕1667根/km；道床：碎石道砟，面砟35cm，垫砟20cm；路基：砂粘土。图3-1 CRH2动车组轴距和轮载示意图70KN2.5m70KN机车：CRH2动车组，两轴转向架，轴重137KN（14t）轮载=轴重/2=70KN。轴距2.5m，机车构造速度160km/h。 轮载见图313.2轨道各部件强度检算3.2.1 机车通过曲线的允许速度的确定机车通过曲线轨道允许速度的确定。对于新建线路，对于通过R=2600m曲线轨道机车允许速

42、度速度可按Vmax=4.3计算。得到Vmax=219.3km/h>160km/h,故按速度Vmax=160km/h来检算各部件的强度。3.2.2 钢轨强度检算动车组的两个转向架之间的距离比较大，彼此的影响甚小，可以任选一个转向架的车轮作为计算轮，因为动车组为两轴转向架，所以都要计算车轮的当量荷载，计算结果见下表。表3-1车轮的当量荷载计算表计算步骤如下：（1）计算k值计算钢轨强度的D=30 000N/mm，轨枕均匀布置，轨枕间距a=1000000/1667=600mm,故得到k=D/a=30 000/600=50MPa。（2）计算值式中J为60kg/m轨道对水平轴的惯性矩，为。（3）计算

43、值计算发现1与2轮的计算轮来计算的的结果是一样的。所以随便选取一个计算轮来计算静弯矩。所以选取=-66346来计算。（4）计算静弯矩M （5）计算动弯矩 计算电力机车运行条件下轨底弯曲应力的速度公式为a=0.45V/100，可算得速度系数为由计算偏载系数p的公式：p=0.002×H。其中H是欠超高，我国铁路线路维修规则规定：未被平衡的欠超高一般不应大于75mm，困难情况下不得大于90mm:容许速度大于120km/h线路的个别特殊情况下不大于110mm。所以我们取H=75mm。可求：p=0.002×H=0.002×75=0.15查规范可得 R=8000m时的横向水平

44、力系数f=1.45。将上述系数带入求。（6）计算钢轨的动弯应力和查规范可知，新轨的，则可得钢轨的基本应力为 查规范可知，25m长的60kg/m的钢轨温度应力，则得到钢轨的基本应力为 U71新轨的屈服极限=405(MPa)，新轨的安全系数=1.3，允许应力为上述轨底和轨头的基本应力均小于，符合钢轨的强度检算条件。3.2.3轨枕的弯矩检算1计算k和值。计算轨枕弯矩时，用D=70000N/mm，由此可以求的和k的值：2计算轨枕反力的当量荷载。由于都相同 所以可以求=133040.7N。3计算轨枕上的动压力速度系数：偏载系数：p=0.002×H=0.002×75=0.15， 约为静

45、轮载的61.3%，用此计算值来计算轨枕弯矩。对于新型轨枕L=3600mm，=550mm，e=1175mm，60kg/m轨底宽轨底=150mm，代入式中计算轨下截面正弯矩，得： <在计算轨枕中间弯矩按两种不同中间承载方式进行比较。对于重型轨枕的计算显然，轨枕中部支承时产生的负弯矩比中部不支承时的弯矩大32%。3.2.4 道床顶面应力的检算对于型轨枕，由于其中部支撑在道床上，所以可以求得：上述，满足条件。3.2.5 路基面道床压力的检算。式中：由于是新建线路砂粘土路基取0.13MPa。道床厚度为550mm。所以可求：道床厚度的计算值小于实际的道床厚度550mm，满足要求，并采用实际的道床厚度

46、，检算通过第四章、平面改建设计4.1 平面测绘4.1.1 平面测绘原理平面测绘包括的工作有：（1）里程丈量（2）设置外移桩（3）线路调绘（4）曲线测量测量既有曲线，近年来一般采用偏角法。用偏角法测量既有曲线，在第一测段，要测出每个20 m测点的偏角，即切线方向与置镜点到各测点弦线间的夹角；移动置镜点后的各个测段，要测出置镜点间弦线与置镜点到每个20 m测点弦线间的夹角；最后一个置镜点，要测出置镜点间弦线与切线方向的夹角ZH 。若各个置镜点处的夹角用 表示，则既有曲线的转角a 等于上述各角的总和，即曲线测量通常沿外轨进行，也有沿线路中心线进行的；行车繁忙的线路上，为安全起见，也可在外移桩上进行。

47、 图4-1 偏角法测量示意图4.1.2 既有线某曲线测绘结果经过测量既有线路上某段曲线曲线的测量资料如下所示：表4-1既有曲线测量资料曲线一（左转）置镜点测点里程 (° )不300320 0 00 053400 00 203600 00 413800 01 574000 08 354200 17 32不4400 21 334601 00 374801 16 205001 26 375201 38 195401 49 54不5601 58 515801 16 296001 25 476201 35 466401 45 136601 50 08不6801 57 30前视点0 12 564

48、.2 渐伸线原理4.2.1 渐伸线的线型渐伸线的几何意义，可用图4-2说明。曲线OA表示任一曲线，将一条没有伸缩性的细线，一端固定于O点，把细线拉紧使其密贴于曲线OA上，然后把细线另一端点A自曲线OA拉开，使拉开的直线随时保持与曲线OA相切，A点的移动轨迹为AM1M2M3A，即为曲线OA之端点A的渐伸线。渐伸线与O点的始切线相交于A点，AA线段的长度就是A点对始切线OA的渐伸长度。渐伸线的基本特性如下：渐伸线上某一点(M3)的法线(M3N3)是曲线OA相应点(N3)的切线；渐伸线的曲率半径是渐变的，渐伸线上某一点(M2)的曲率半径，是该点法线与曲线OA相应切点(N2)的长度(M2N2)；渐伸线

49、某两点(M3，M2)间曲率半径的增量(M3N3-M2N2)等于曲线OA相应点(N3，N2)间弧长的增量(N3N2)。图4-2 渐伸线长度与中心角的关系图4-3 中心角与曲率的关系4.2.2 计算渐伸线长度的公式 渐伸线长度E为OA曲线的中心角(rad)在其对应弧段上的定积分(见图732)，渐伸线的曲率是逐渐变化的。当极小时，E可视为圆弧长，当2点无限接近1点时，E的曲率半径为 因为的函数，对上式第二项进行分部积分，得： (4-1) OA曲线的中心角 (rad)为OA曲线曲率K在其对应弧段上的定积分(见图733)。 （为OA曲线计算点的半径） （为OA曲线计算点的曲率，） (4-2) 圆曲线与三

50、次抛物线型缓和曲线的曲率 令OA曲线表示曲线路段的轨道中心线，则OA曲线由缓和曲线和圆曲线构成。圆曲线的曲率K为常数，K=。缓和曲线的曲率K为变量，随计算点距ZH(或HZ)点的长度而变化，K=，。为缓和曲线的半径变更率，为圆曲线半径，为缓和曲线长度。 渐伸线长度计算式 根据圆曲线和缓和曲线的曲率K，按照公式(4-1)、公式(4-2)可推导出圆曲线和缓和曲线的渐伸线长度计算公式，如表4-2所示。表4-2 计算渐伸线长度的有关公式物理意义计算通式内切圆曲线的计算式缓和曲线的计算式1曲率2中心角（rad）为曲率的定积分3渐伸线长度为中心角（rad）的定积分符号意义曲线长曲率中心角（rad）渐伸线长圆

51、曲线半径计算点的圆曲线长缓和曲线半径变更率计算缓和曲线全长计算点的缓和曲线长渐伸线长度的实用计算公式综合分析各段曲线的曲线特性，圆曲线两端加设缓和曲线，其渐伸线长度的实用计算式如表4-3所列。表4-3 渐伸线长度的实用计算公式测点范围渐伸线长度计算公式符号意义ZHHY=测点里程-ZH里程HYYH=测点里程-ZY里程YHHZ=测点里程-ZY里程=测点里程-YH里程HZ以后=测点里程-QZ里程其中，曲线半径（m），缓和曲线长（m），转角（rad），。4.2.3 拨距的大小和方向如图4-4所示曲线拨正，就是把既有曲线上各个20m测点，如和拨正到设计曲线的、点上。其拨动距离分别为和，也就是设计曲线渐伸

52、线长；或与既有曲线渐伸线长、之差。点的拨动距离=一点的拨动距离=一图4-4 曲线拨正所以，拨动距离=设计曲线的渐伸线长既有曲线的渐伸线长即 = +值，如，表示向圆心方向拨动(曲线内压)；= 值，如，表示向切线方向拨动(曲线外挑)。严格来说，拨动方向是沿着渐伸线方向拨动的。但是因为拨动量很小，在既有曲线附近很小的范围内，完全可以认为渐伸线方向与既有曲线的法线方向重合。所以，大修工作中，既有曲线拨正是沿法线方向拨动。拨距计算时，假定曲线拨动前后曲线长度不改变。当然对某一测点来说，当测点外挑时线路增长，当测点内压时线路缩短。但是同一曲线内，有的测点外挑，有的测点内压，而且每个测点拨动量都不会很大。所

53、以假定曲线拨动前后长度不变，是可以满足拨距计算的精度要求的。拨距计算中，都是用20 m弦长来代替其所对的曲线长。因为曲线半径对20 m短弦来说要大得多，所以20 m短弦与其相对的曲线长是相差无几的，用20 m短弦代替其所对的曲线长，不会影响计算精度。4.2.4 拨距计算的步骤1. 计算既有曲线各测点的渐伸线长度；2. 选定设计曲线半径；3. 计算设计曲线各测点的渐伸线长度；4. 求出拨动距离，。4.3 既有曲线渐伸线长度的计算 在曲线外业测量中，已测出既有曲线上每个20 m测点的偏角，这些偏角是计算既有曲线渐伸线长度的出发数据。4.3.1 计算公式的推导1. 基本公式 既有曲线已经错动，但其线型仍和设计曲线接近，仍可按缓和曲线与圆曲线的性质进行计算。根据表731中渐伸线长度的计算式，可知其基本公式：（1）圆曲线的渐伸线长度为： 式中，为测点的偏角，。（2）缓和曲线的渐伸线长度为： 式中，为测点偏角，。（3）据此可知，既有曲线不论是圆曲线还是缓和曲线，测点的渐伸线长度均为：=该测点偏角的弧度数×该测点距置镜