第三节-区间线路纵断面精讲

第三节--区间线路纵断面精讲第一页，共89页。1、限制坡度限制坡度是单机牵引地段的长大加算上坡。单机牵引的货物列车在限制坡道上，沿上坡方向运行时，最后将导致列车以计算速度作等速运行。限制坡度是列车确定牵引重量（牵引质量、牵引定数、牵引吨数）的坡度。在单机牵引地段，进行纵断面设计时的最大坡度不能大于限制坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第二页，共89页。一般情况下，上下行两个方向的限制坡度是相同的。但在个别线路上，上下行两个方向的货流显著不平衡时，可以在轻车方向采用比重车方向大的限制坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第三页，共89页。限制坡度是铁路的主要技术标准之一，它对线路的走向、线路长度、车站分布、工程投资以及铁路的输送能力、运营指标都有很大的影响，因此线路的限制坡度应根据铁路等级、地形条件、机车类型以及相邻线路的限制坡度确定。拟定各种不同限制坡度方案时，应尽量考虑与邻线牵引重量相协调，最后经过全面比选，在初步设计阶段确定。第七章线路的平面和纵断面设计第四页，共89页。第五页，共89页。但是限制坡度也不宜选得过小，因为限制坡度小到一定限度时，牵引重量并不能提高，这时的牵引重量受到起动附加阻力的控制。第七章线路的平面和纵断面设计第六页，共89页。当设计线上下行两个方向的货运显著不平衡，且预计将来不会发生巨大变化的铁路，在轻车方向采用较大的限制坡度可以节省大量的工程时，经过方案比选，可分方向采用不同的限制坡度，即在轻车方向采用比重车方向较陡的限制坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第七页，共89页。由于轻车方向的限制坡度较大，万一因资源的发现和工农业的发展引起货流比重变化，就将造成运输困难，甚至需要进行大量改建工程，因此Ⅰ级铁路不宜分方向选择限制坡度，仅在特殊困难条件下，有充分依据时方可采用。第七章线路的平面和纵断面设计第八页，共89页。分方向选择限制坡度的时候，可以假定轻、重车方向的列车对数和每列车的车辆数均相等，根据货流比及重车方向每列车车辆数先求出轻车方向相应的牵引定数，然后按照下式推算出轻车方向的限制坡度最大值第七章线路的平面和纵断面设计第九页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计第十页，共89页。为了适应将来货流比的变化或适应某个时期内货运的波动性，轻车方向的限制坡度不应大于重车方向的限制坡度相应的双机牵引坡度，以便在轻车方向有可能采用双机牵引进行补救，给运输留有余地。第七章线路的平面和纵断面设计第十一页，共89页。在进行轻车方向限制坡度的选择时，应根据沿线的地形条件，力求将分方向限制坡度的地段集中使用。在缩短线路不多或者减少工程数量不大的区段，不宜分方向限制坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第十二页，共89页。2、加力牵引坡度用两台或两台以上机车牵引、用限制坡度计算的列车重量，其所能通过的最大上坡称为加力牵引坡度。列车在该坡道上运行，最后以计算速度作等速运行。采用两台机车牵引、用限制坡度计算的列车重量，其所能通过的最大加算上坡称双机牵引坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第十三页，共89页。采用加力牵引坡度的主要优点是在地形困难的越岭或地面自然纵坡特别陡峻地段，可缩短线路长度，大大减少工程数量，但是也存在着缺点，如增加补机台数和能量消耗。加设机车整备设备，增加补机摘挂工作量等。因此《线规》规定，当采用限制坡度将引起巨大工程时，经过比选，可采用加力牵引。第七章线路的平面和纵断面设计第十四页，共89页。采用加力牵引坡度时，因须配属补机和补机起终点进行摘挂作业，如区段内加力牵引地段设置不当，将增加补机附挂距离，浪费机力。如摘挂过于平繁，将给运营造成困难。因此，《线规》规定，加力牵引坡度应集中使用。如仅在个别区间使用时，这些区间应尽量与区段站或其他有机务设备的车站邻接。第七章线路的平面和纵断面设计第十五页，共89页。加力牵引坡度的数值应根据限制坡度、所采用的机车类型和加力牵引方式计算确定。采用相同类型的机车牵引时，各种限制坡度相应的双机牵引坡度，可按牵引力之和与总阻力相等的条件求得，即：第七章线路的平面和纵断面设计第十六页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计第十七页，共89页。补机牵引力利用系数值应根据补机牵引方式确定。电力牵引机车每台机车牵引力利用系数为1.0，推送补机均取0.95。内燃机多机牵引时，使用重联线操纵时，每台机车的牵引力系数均取1.0；分别操纵时，第二台机车及其以后的机车均取0.98；推送补机均取0.95。第七章线路的平面和纵断面设计第十八页，共89页。按照上式计算的双机坡度数值，应收到一定的限制。内燃、电力牵引因电阻制动与空气制动配合使用，改善了制动条件，增大了制动能力，安全条件较好，故内燃牵引可以用到25‰，电力牵引可以用到30‰。按照上列公式计算的结果，取0.5‰的整倍数，并按加力牵引坡度最大值得规定，即得双机牵引坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第十九页，共89页。第二十页，共89页。3、动能坡度机车牵引用限制坡度计算的列车重量，利用列车的牵引力和积累的动能，以不低于机车的计算速度能闯过的、大于限制坡度的坡度叫动能坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第二十一页，共89页。列车在闯坡前须保证一定的初速。如受线路状况、气候变化或列车运行的特殊原因等影响。达不到要求的初速，则将造成列车运缓以致途停，故新建铁路不宜采用动能坡度。在改建既有线时，对局部超过限制坡度的坡段(即动能坡段)，如因降坡将引起困难工程，依运营实践和牵引计算检算证明可以利用动能以不低于机车计算速度能够闯过时，可以保留。第七章线路的平面和纵断面设计第二十二页，共89页。二、坡段长度及连接1、坡段长度相邻两坡段的交点称为变坡点。两变坡点之间的水平距离叫坡段长度。坡段的长短，对工程和运营均有很大的影响。坡段越短，越能适应地形起伏，可以减少工程数量，坡段越大，变坡点的数目越少，运营平稳性越好。第七章线路的平面和纵断面设计第二十三页，共89页。列车通过变坡点时，由于坡度的变化，在车钩上将产生一定的附加应力，该附加应力的大小随相邻坡度之间的坡度代数差△i的增大而增大。依据理论分析，列车最大附加应力产生在列车中部。第七章线路的平面和纵断面设计第二十四页，共89页。为了不使相邻变坡点产生的附加应力叠加而影响列车的安全平稳，在进行纵断面设计的时候，坡段长度不要小于远期货物列车长度之半。由于到发线有效长是根据远期货物列车长度加50m安全距离计算的，所以最小坡段长度l1按下列计算：第七章线路的平面和纵断面设计第二十五页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计——远期到发线有效长（m）。第二十六页，共89页。设计时，坡段长度一般取50m倍数。在下列情况，可以将坡段长度缩短到200m。①因坡度减缓或折减而形成的坡段。这些坡段的代数差不大，坡段长可以缩小。第七章线路的平面和纵断面设计第二十七页，共89页。②在双机牵引地段，为了使相邻坡度代数差不超过规定的标准，或在单机牵引地段，为了改善运营条件，即减少变坡点的附加应力，以一个或几个坡段等长，且坡度代数差较小的缓和坡段代替坡度代数差较大的坡段连接，对列车运行平稳有利。第七章线路的平面和纵断面设计第二十八页，共89页。③凸形纵断面分段平坡，指两方向货物列车上坡速度均接近计算速度时的凸形分坡平段（包括为隔开两边大上坡而采用的小坡度的坡段）。列车通过该地段时，车钩为拉紧状态，附加力及附加加速度的变化较小，故可用较短的坡段长度。第七章线路的平面和纵断面设计第二十九页，共89页。④路堑内代替分坡平段的人字坡度。在路堑内，为了有利于侧沟排水，不宜设计为平坡，可将长度为400m及以上的分坡平段以不小于2‰的两个中间凸起的200m长的人字坡段代替。第七章线路的平面和纵断面设计第三十页，共89页。上列200m长的坡段，当旅客列车通过时，由于旅客列车的长度一般为340~390m，也避免了同一列车下出现两个以上边坡点的情况。第七章线路的平面和纵断面设计第三十一页，共89页。（二）相邻坡段之间的坡度代数差变坡点两边坡度变化，用相邻坡度代数差的绝对值表示，即。若前一坡段为下坡，即，后一坡段为上坡，即，则第七章线路的平面和纵断面设计第三十二页，共89页。列车通过边坡点时，由于坡段的变化，车钩内产生附加应力。若附加应力过大，加之司机操纵不良，可能造成断钩事故。为了保证行车安全与平稳，防止断钩发生，应对相邻坡段的代数差进行限制。《线规》规定，相邻坡段的代数差应尽量小些，最大不得超过表7-11的规定。第七章线路的平面和纵断面设计第三十三页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计第三十四页，共89页。（三）相邻坡段的连接在进行纵断面设计时，除了要限制相邻坡段的代数差之外，还应在相邻两坡段之间设置竖曲线，以便列车能平稳地由一个坡段过渡到另一个坡段。第七章线路的平面和纵断面设计第三十五页，共89页。我国新线设计中均采用一定半径的圆形竖曲线。1.竖曲线半径竖曲线半径收到下列因数的限制：①满足行车平稳要求②满足不脱钩要求第七章线路的平面和纵断面设计第三十六页，共89页。为了行车平稳和安全，改善行车条件，结合考虑原有的竖曲线标准和运营养护实际情况，《线规》规定，Ⅰ、Ⅱ级铁路竖曲线半径为10000m，Ⅲ级铁路竖曲线半径5000m。第七章线路的平面和纵断面设计第三十七页，共89页。2.竖曲线切线长竖曲线切线长可按下列公式计算：第七章线路的平面和纵断面设计第三十八页，共89页。因为很小，可忽略不计，故Ⅰ、Ⅱ级铁路，Ⅲ级铁路第七章线路的平面和纵断面设计第三十九页，共89页。3.竖曲线曲线长由于曲线偏角很小，故竖曲线的曲线长为第七章线路的平面和纵断面设计第四十页，共89页。4.竖曲线纵距竖曲线纵距及竖曲线上任意点与切线上相应点的标高差，用y表示。y的数值与该点到竖曲线切点的距离x（或叫横距）的大小有关。第七章线路的平面和纵断面设计第四十一页，共89页。根据勾股定理有：由于很小，可以忽略不计，故第七章线路的平面和纵断面设计第四十二页，共89页。5.竖曲线标高竖曲线上任意一点标高H可由下式计算—计算点的标高。—计算点的纵距。第七章线路的平面和纵断面设计第四十三页，共89页。相邻点的坡度代数差比较小时，可以不设置竖曲线，但必须保证列车通过边坡点时没有脱轨的危险。《线规》规定：Ⅰ、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度代数差大于3和Ⅲ级铁路大于4时，才用竖曲线。第七章线路的平面和纵断面设计第四十四页，共89页。当Ⅰ、Ⅲ级铁路相邻坡段的代数差，Ⅲ级铁路相邻坡段代数差，虽不设置竖曲线，在施工、养护时，边坡点轨面亦能自然形成竖曲线。第七章线路的平面和纵断面设计第四十五页，共89页。三、最大坡度的减缓或者折减列车的牵引质量是按照最大限制坡度计算出来的。在一定条件下，限制坡度越大，牵引质量越小。在一条线路上限制坡度是一定的，因而牵引质量也就固定了。其计算如下：第七章线路的平面和纵断面设计第四十六页，共89页。上述的G是列车在限制坡度上以等速运行的条件下计算出来的，没有考虑曲线、隧道等附加阻力的影响。但是往往在有困难地形条件下，地面自然坡度较陡，为了适应地形，争取高度，又要减少工程数量，就需要在平面上采用较小的曲线半径，在纵断面上用足限坡，有时还得用隧道通过。第七章线路的平面和纵断面设计第四十七页，共89页。这样不仅影响牵引力的发挥，而且还会增加列车的运行阻力。为了保证列车能以计算速度作等速运行而又不减少牵引质量，故需要在纵断面设计时，所用的设计坡度比最大坡度要小。第七章线路的平面和纵断面设计第四十八页，共89页。（一）曲线阻力折减某段线路，平面上有曲线、纵断面又要用较大的上坡设计，这时最大设计坡度i应为：—限制坡度或多机牵引坡度（‰）—曲线加算上坡（‰）第七章线路的平面和纵断面设计第四十九页，共89页。在进行纵断面设计的时候，限制坡度的曲线阻力减缓计算如下：①首先将大于及等于200m长的直线地段划出来，不进行减缓，用最大坡度设计，即第七章线路的平面和纵断面设计第五十页，共89页。②将曲线长度大于或等于近期货物列车长的地段单独分出来，用下式折减：第七章线路的平面和纵断面设计第五十一页，共89页。③将其余部分分成不小于200m，不大于近期货物列车长度的段落，按下式减缓：—各段落中曲线转角的总和—段落长度（m）第七章线路的平面和纵断面设计第五十二页，共89页。在曲线减缓的时候要注意以下问题：⑴为了便于计算，所有坡段长度应取50m的整倍数；⑵为了保证坡度减缓后不出现超限坡，在进行曲线加算坡度计算时，应取至小数后一位。第七章线路的平面和纵断面设计第五十三页，共89页。⑶一个曲线位于两个坡段上时，每个曲线上分配的转角度数应按各个坡段上的曲线长度比例确定。⑷当曲线毗连，其中每个曲线长度均小于近期货物列车长度，而且各曲线间夹直线长度均小于200m时，为避免坡段碎零，可设计一个大于列车长度的坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第五十四页，共89页。其减缓值应按照列车在该坡段上的最不利位置，即按整个列车长度范围内曲线转角总和最时进行计算：—列车长度范围内最大可能出现的转角的总和—近期货物列车的长度（m）第七章线路的平面和纵断面设计第五十五页，共89页。⑸减缓坡长大于曲线长时，应尽量将该坡段内的直线段分配在曲线下坡方向的一侧，以免出现列车速度小于计算速度的现象。⑹曲线阻力减缓所用的曲线长是未加设缓和曲线的曲线长。第七章线路的平面和纵断面设计第五十六页，共89页。例题：SS1型机车，限制坡度为12‰，近期货物列车长度l=400m.该地段要用足限坡上升，请设计其纵断面。第七章线路的平面和纵断面设计第五十七页，共89页。1、将大于200m的直线段（478m、388m、422.19m）凑成50m的整倍数，如图中的AC=450m、DE=350m、FB=400m，取坡度设计值为限制坡度12‰。第七章线路的平面和纵断面设计第五十八页，共89页。2、线路平面有两段曲线，其长度均不足货物列车的长度，故应按不大于近期货物列车长度的段落进行折减。第七章线路的平面和纵断面设计第五十九页，共89页。（二）小半径曲线的黏着系数降低机车进入圆曲线后，动轮的踏面发生横向滑动，黏着系数降低，同时在曲线范围内外轨较内轨曲线长，致使车轮发生纵向滑动，黏着系数降低。曲线越小，滑动越严重，黏着系数降低越多。第七章线路的平面和纵断面设计第六十页，共89页。当列车通过最大坡道上的小半径曲线时，由于黏着系数降低，致使黏着牵引力低于计算牵引力，造成车轮空转，严重的会发生坡停事故。因此，当列车在接近最大坡道上的小半径曲线，货物列车运行速度接近或等于计算速度时，为了保持原来的牵引质量，保证行车安全，必须进行进一步减缓坡度。第七章线路的平面和纵断面设计第六十一页，共89页。电力牵引小半径曲线黏着系数降低坡度减缓表第七章线路的平面和纵断面设计第六十二页，共89页。在曲线半径R≤450m的曲线范围内，最大坡度的曲线减缓应该包括两项：1、曲线阻力减缓2、黏着系数降低减缓减缓后的坡度为：—小半径曲线黏降坡度的减缓值（‰）第七章线路的平面和纵断面设计第六十三页，共89页。在上述的例题中还需要考虑曲线黏降的影响。查表7-12得知，最大坡度为12‰，R=350m =1.25；R=450，=0.45。故CD段，i=9.25，EF段，i=10.35。第七章线路的平面和纵断面设计第六十四页，共89页。（三）隧道折减当隧道长度大于400m时，隧道地段的最大坡度也需要进行折减。其主要原因是因为：1.隧道内空气阻力增大。隧道内的空气阻力计算分隧道在限制坡度地段和非限制坡度地段两种情况。第七章线路的平面和纵断面设计第六十五页，共89页。隧道在限制坡度地段，隧道的空气附加阻力为：隧道在非限制坡度地段，隧道内的空气附加阻力为：—隧道长度（km）—列车通过隧道的速度（km/h）第七章线路的平面和纵断面设计第六十六页，共89页。2.隧道内黏着系数降低。隧道内比较潮湿，轨面有污垢，因而容易引起黏着系数降低。3.内燃机功率降低。内燃机在长隧道内运行，由于散热不良，引起柴油机进气口的温度升高，空气密度较小，因而进入气缸内的空气质量减少，油料燃烧条件恶化，功率下降。相应受柴油机功率限制的牵引力也就下降了。第七章线路的平面和纵断面设计第六十七页，共89页。依我国试验，当隧道长度小于1000m时，功率没有降低，只有在隧道长度大于1000m时，才考虑功率降低相应的隧道折减。4.提高机车通过隧道的速度。内燃机车牵引列车通过隧道的最低速度不得小于机车的计算速度，隧道长度大于1000m时还不得小于25km/h。若达不到要求，应在隧道外设计加速缓坡。第七章线路的平面和纵断面设计第六十八页，共89页。速度提高了，牵引力就相应的减小了。为了保证列车能按规定的最低速度作等速运行，最大坡度就必须减缓。由于影响隧道折减的因素很多，为了计算方便，一般用最大坡度乘以折减系数进行折减。第七章线路的平面和纵断面设计第六十九页，共89页。折减后的坡度为：—隧道内线路的最大坡度系数—线路的最大坡度当隧道长度不大于400m时，上述各项减缓值较小，可不必进行折减。第七章线路的平面和纵断面设计第七十页，共89页。电力、内燃机牵引的隧道内线路最大坡度系数如下：第七章线路的平面和纵断面设计第七十一页，共89页。《线规》规定：采用各种种类牵引的铁路，位于长大坡道上大于400m的隧道，其坡度不得大于上式计算的数值；位于曲线上的隧道，应先进行隧道折减，然后再进行曲线折减。第七章线路的平面和纵断面设计第七十二页，共89页。四、变坡点的位置（一）缓和曲线对变坡点的要求在进行纵断面设计中，要求竖缓不重叠。如果竖缓重叠，则会在缓和曲线长度范围内，内轨轨顶维持竖曲线形状，而外轨则按照超高顺坡，因而改变竖曲线形状，同时在缓和曲线处产生坡度突变，影响列车的平稳，同时给养护造成困难。第七章线路的平面和纵断面设计第七十三页，共89页。为了保证竖缓不重叠，边坡点位置应距离缓和曲线的起点（或终点）至少要有一个竖曲线的切线长第七章线路的平面和纵断面设计第七十四页，共89页。（2）道岔对边坡点的要求道岔的辙叉和尖轨是线路的薄弱环节，应尽量避免将道岔布置在竖曲线范围内。一般情况下，变坡点至道岔尖轨尖端的基本轨轨缝及道岔末根岔枕中心的距离应不小于竖曲线的切线长。在困难条件下必须重叠时，竖曲线半径不应小于10000m。第七章线路的平面和纵断面设计第七十五页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计第七十六页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计（3）无碴桥对边坡点的要求竖曲线不能设置在无碴桥上。若竖曲线要设在无碴桥上，则需要用木枕的厚度来调节竖曲线的形状，这样每根木枕的厚度都不一样，需要特制，并需固定位置顺序铺设。这就给施工和养护带来了很大困难，故《线规》规定，竖曲线不应设置在无碴桥面上。第七十七页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计第七十八页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计五、桥、隧路基线路的平纵断面设计（一）桥涵的平纵断面设计1.桥涵的线路平面特大桥——桥长500m以上大桥——桥长100m~500m中桥——桥长20m~100m小桥——桥长20m以下第七十九页，共89页。第七章线路的平面和纵断面设计大中桥宜设计在直线上，困难条件下必须设置在曲线上时，应尽量采用大半径。大、中桥上的曲线半径应不小于各级铁路一般地段的最小曲线半径标准