第4章 轨道几何形位

第四章轨道几何形位本章内容第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线2第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线1.1轨距（Trackgauge）1.2水平（CrossLevel&Twist）1.3高低(Longitudinallevel&Trackiregularity）1.4方向（TrackAlignment）1.5轨底坡（RailCant/Inclination）1.6轨道不平顺1.7轨道几何形位允许偏差341）轨距的定义钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。2）轨距的分类世界各国的铁路轨距分为标准轨距、宽轨距和窄轨距三种。我国铁路轨道和城市轨道基本都采用1435mm的标准轨距，小半径曲线轨距需按规定的标准加宽。1.1轨距5

1.1轨距6

车轮名称最大正常最小机车轮451611车辆轮471491.1轨距74）轮轨的测量轨距可用专用的道尺、轨检小车等静态方式测量，也可使用轨检车进行动态检测。5）轨距及轨距变更率的容许偏差对于不同运营条件的轨道，轨距容许偏差值有所差异。轨距容许偏差值见第7节。轨距变化应和缓平顺。如果在短距离内，轨距有显著变化，即使不超过轨距容许误差，也会使机车车辆发生剧烈摇摆。我国规定轨距变更率小于1%。1.1轨距81）水平的定义水平是指轨道同一横截面上左右两股钢轨顶面的相对高差。1.2水平92）水平的分类水平差：在一段规定的距离内一股钢轨的顶面始终比另一股高，高差值超过容许偏差值。三角坑(或称扭曲)：在一定从长的距离内，先是左股钢轨高于右股，后是右股高于左股，高差值超过容许偏差值，而且两个最大水平误差点之间的距离小于一定值(如不足18m)。1.2水平三角坑的危害：三角坑将使同一转向架的四个车轮中，只有三个正常压紧钢轨，另一个形成减载或悬空。如果出现较大的横向力，就可能使悬浮的车轮只能以它的轮缘贴紧钢轨，在最不利条件下甚至可能爬上钢轨，引起脱轨事故。因此，一旦发现三角坑，必须立即消除。103）水平的测量水平也用道尺或轨检小车等工具和设备进行静态测量，使用轨检车进行动态检测。以往铁路客车乍辆的固定轴距为2.4m，所以GJ-4型轨检车动态检测的三角坑基长为2.4m。目前25t客车和CRH动车组等主型客车车辆的最小固定轴距为2.5m，因此GJ-5型轨检车和综合检测列车采用的三角坑检测的基长均为2.5m。4）水平及水平变化率的容许偏差两股钢轨顶面的水平偏差值应符合相应的标准要求。水平容许偏差值见第7节。水平沿线路方向的变化率不能太大，否则即使两股钢轨的水平偏差各自都不超过允许范围，也可能引起机车车辆的剧烈摇见。1.2水平111）高低的定义轨道沿线路方向的竖向平顺性称为高低（或称为前后高低）。静态轨道高低不平顺动态轨道高低不平顺1.3高低122）高低的产生及危害1.3高低轨道的高低应保持设计后的状态，但新铺或经过大修后的轨道，即使轨面是平顺的，经过一段时间列车运行后，由于部件破损和线路沉陷等原因，轨道也会出现高低不平顺。产生轨道高低不平顺的因素有:线路基础沉陷，如路基沉陷或路基填筑的不均匀；道床沉陷或密实程度不均匀；轨道结构及部件弹性不一致，如扣件松紧程度、线桥或线隧过渡段、有砟和无砟轨道过渡段；轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙(间隙超过2mm时称为吊板)，轨枕底与道碎之间存在空隙(空隙超过2mm时称为空板或暗坑)；钢轨表面不平顺，如波形磨耗、焊缝、轨面剥离或擦伤等。133）高低的测量轨道高低可以用人眼观察，也可用弦线、轨检小车和轨检车测得。4）高低的容许偏差不同的线路类型、检测方式和运营要求对高低偏差的要求标准不同。高低容许偏差值见第7节。1.3高低141）轨向的定义轨向是指轨道中心线在水平面上的平顺性。轨道中心线的位置应与其没计位置一致。按照行车的平稳与安全要求、直线应当笔直，曲线应当圆顺。但在机车车辆作用下，直线轨道并非直线，曲线的圆顺性也出现偏差。直线轨向不平顺曲线轨向不平顺1.4轨向152）轨向不平顺的危害若轨道方向不直则必然引起列车过大的横向运动。相对轨距来说，轨道方向往往是行车平稳性的控制性因素。无缝线路地段的轨道方向不良，有可能在高温季节引发胀轨跑道事件，严重威胁行车安全。3）轨向的测量轨向可用弦线、轨检小车和轨检车测得。4）轨向的测量不同的线路类型、检测方式和运营要求对轨向偏差的要求标准不同，曲线轨道方向的保持由曲线正矢偏差来控制。轨向容许偏差值见第7节。1.4轨向161）轨底坡的定义轨底坡是轨底与轨道平面之间形成的横向坡度。目前我国铁路直线地段的轨底坡是1：40。由于曲线的超高设置，轨枕处于倾斜状态。当倾斜到一定程度时，内股钢轨中心线将偏离垂直线而外倾，在车轮荷载作用下钢轨有倾斜的可能性。因此，在曲线地段应根据外轨超高值加大内轨的轨底坡。下表列出了曲线内股钢轨轨底坡的调整值。外轨超高（mm）轨枕面最大斜度铁垫板或承轨槽面倾斜度01/201/40垫楔形垫板或枕木砍削的坡度0~751:201:2001:4080~1251:121:121:301:171.5轨底坡172）轨底坡设置的目的钢轨设置轨底坡的目的是使轮轨接触点集中于轨顶中部.提高钢轨的横向稳定能力.避免或减小钢轨偏载，减轻轨头不均匀磨耗和轨头塑性变形.延长钢轨使用寿命。3）检查轨底坡设置是否正确轨底坡设置是否正确，可根据运营中钢轨顶面磨成的光带位置来判定。如光带居中，说明轨底坡合适；若光带偏离轨顶中心向内，说明轨底坡不足；若光带偏离轨顶中心向外，说明轨底坡过大。线路养护维修上作中，可根据光带位置调整轨底坡的大小。1.5轨底坡181）轨道不平顺的分类1.6轨道不平顺波长的角度：不平顺可分为长波不平顺、中波不平顺和短波不平顺。方向的角度：不平顺可分为垂向不平顺、横向不平顺、复合不平顺以及曲线头尾几何偏差等。

动、静态的角度：不平顺可分为动态不平顺和静态不平顺。出现的周期的角度：不平顺可分为离散性、周期性和随机性不平顺。191.6轨道不平顺静态检测指在没有列车荷载作用时，利用道尺、弦线和轻型线路检查仪等检测工具或设备对线路逐点进行的检查。动态检测在列车荷载作用下通过添乘仪、车载类线路检查仪和轨道检查车等设备对线路进行的检测。2）轨道几何形位的检测道尺（轨距尺）数字道尺道尺是检测铁路轨道轨距、水平和超高的主要静态测量工具。数字道尺是智能化的基于计算机的轨道几何形位静态测量工具，其特点是测量精度高、速度快、自动化程度高、显示清晰直观、检定方便快捷、节省维修费用。2）轨道几何形位的检测静态检测1.6轨道不平顺轨道检查仪轨道检查仪也称轨检小车，是用于测量轨道静态几何参数的小型推车。配有各种高精度的传感器、无线电通讯设备、户外计算机，借助专业软件用于控制测量和数据存储管理，数据采集速度快、数量大，对采集到的数据能及时地进行分析与报警，用于现场指导维修、复核和验收作业。线路检查仪可以测量轨道的几何尺寸及三维绝对坐标，自动测量轨距、水平（三角坑）、高低和轨道360

横断面。2）轨道几何形位的检测静态检测1.6轨道不平顺弦线用于检测轨道的高低和方向，有10m、20m、和40m长标准弦线。弦线测量轨道的高低弦线测量轨道的方向2）轨道几何形位的检测静态检测1.6轨道不平顺轨道车2）轨道几何形位的检测动态检测线路动态检查主要是通过轨检车的检查，了解和掌握线路局部不平顺(峰值管理)和线路区段整体不平顺(均值管理)的动态质量，指导线路养护维修工作。目前也使用添乘仪、车载动态检查仪等辅助动态检测手段。目前我国轨检车按照检测系统类型划分为三类：GJ-3型、GJ-4型和GJ-5型；按车辆速度等级划分为：120km/h、140km/h和160km/h。1.6轨道不平顺241.6轨道不平顺3）提高轨道的平顺性的措施必须在轨道的设计、轨道部件加工、铺设和养护维修等各个环节中严格把关。保证路基的坚固、稳定，控制工后沉降等不均匀沉降，提高桥梁刚度、控制动挠度。对于有砟轨道采用硬质、耐磨的道砟材料、分层压实以提高摊铺质量。在铺轨前的各个环节控制轨道初始不平顺，提高钢轨的平直度和打磨质量，避免轮轨接触面上的短波不平顺。提高轨道结构连续性，消灭钢轨接头，道岔区钢轨断面、轨枕长度、轨道刚度都有变化，应注重提高道岔结构的平顺性。提高轨道弹性的均匀性，处理好线路和桥梁、隧道的过渡段，处理好有砟轨道与无砟轨道的过渡段，减小桥梁的动挠度。提高轨道铺设精度，采用高精度设备施工，一次铺成跨区间无缝线路，采用高精度大型养护维修机械和轨道状态检查设备。防止由于路基、道床、轨下胶垫弹性不均匀所引起的长波不平顺。251.7轨道几何形位允许偏差不同的线路类型、检测方式和运营要求等情况对轨道几何形位偏差要求的标准不同。轨道静态几何尺寸容许偏差管理值轨道动态质量容许偏差管理值曲线正矢经常保养容许偏差25本章内容第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线26第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线2.1曲线轨距加宽的目的2.2转向架的内接形式2.3曲线轨距加宽的确定原则2.4曲线轨道的最大允许轨距和轨距加宽值2.5曲线轨距加宽方法及递减率27主要内容282.1曲线轨距加宽的目的

为使机车车辆能顺利通过曲线，并使轮轨间的横向作用力为最小，减少轮轨磨耗，在半径很小的曲线轨道上，轨距要适当加宽。

小半径曲线轨距的加宽值与机车车辆转向架在曲线上的几何位置有关，即随着轨距大小的不同，机车车辆在曲线上可呈现不同的内接形式。2.2转向架的内接形式

强制内接自由内接楔形内接2.2转向架的内接形式普通转向架（刚性）

径向转向架径向转向架通过曲线时的冲角比普通转向架要小，因此减少了轮轨磨耗、轮轨噪声和轮轨横向作用力，改善了曲线上的通过性能，车辆运行平稳。2）径向转向架的内接形式2.3曲线轨距加宽的确定原则根据运营经验，机车车辆通过曲线时，以自由内接最为有利。由于固定轴距大小不同，不是所有走行部分都能以自由内接通过曲线。因此确定规矩加宽必须满足:占列车大多数的主型车辆中固定轴较大的客车转向架能以自由内接形式通过曲线；保证固定轴距较长的机车通过曲线时，不出现楔形内接，但允许以正常强制内接形式通过；保证车轮不掉道，即最大轨距不超过容许限度。2.4曲线轨道的最大允许轨距和轨距加宽值＝22＋1350－2＋100－12－2＝1456mm

因速度不高的小半径曲线轨距的容许偏差最大不得超过6mm，所以曲线轨道最大容许轨距应为1450mm，即最大允许加宽15mm。2.4曲线轨道的最大允许轨距和轨距加宽值

《铁路线路修理规则》规定：直线标准轨距为1435mm。曲线轨距按下表规定的标准在内股加宽。曲线半径(m)轨距加宽值(mm)轨距(mm)01435514401014451514502.5曲线轨距加宽方法及递减率1）曲率加宽方法保持外股钢轨的位置与线形不变，内股钢轨向曲线中心内移，以实现其加宽量。在轨距加宽的曲线与标准轨距直线之间，需要有一定的过渡段，使轨距递减均匀，使轨道结构能保持较好的轨向。2）轨距加宽递减率曲线轨距加宽应在整个缓和曲线内递减。无缓和曲线，则在直线上递减，递减率不得大于1‰。复曲线应在正矢递减范围内，从较大轨距加宽向较小轨距加宽均匀递减。两曲线轨距加宽按1‰递减，其终点间的直线长度不应短于10m。不足10m时，如直线部分的两轨距加宽相等，则直线部分保留相等的加宽，如不相等，则直线部分从较大轨距加宽向较小轨距加宽均匀递减。在困难条件下，站线上的轨距加宽可按2‰递减。特殊条件下轨距加宽递减，铁路局可根据具体情况规定，但不得大于2‰。本章内容第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线35第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线3.1曲线外轨超高设置目的和方法3.2曲线超高值的计算3.3外轨未被平衡的超高与未被平衡的加速度3.4实设最大超高的允许值3.5曲线轨道上的限速3.6最小曲线半径36主要内容3.1曲线外轨超高设置目的和方法1）曲线外轨超高设置目的2）曲线外轨超高设置方法抵消离心力的作用，保证内外两轨受力比较均匀；保证旅客舒适、货物稳定；提高线路平稳性和安全性。外轨提高法：保持内轨标高不变而只抬高外轨。线路中心高度不变法：内外轨分别各降低和抬高超高值一半而保证线路中心标高不变的方法，在建筑限界受到限制时才采用。

3.2曲线超高值的计算

3.2曲线超高值的计算

3.3外轨未被平衡的超高与未被平衡的加速度1）欠超高与过超高欠超高(实设超高不足）过超高(实设超高过大）

未被平衡的超高未被平衡的离心加速度

3.3外轨未被平衡的超高与未被平衡的加速度2）未被平衡的超高与未被平衡的加速度的关系

必须对未被平衡的加速度进行限制，进而对未被平衡的超高进行限制。

3.3外轨未被平衡的超高与未被平衡的加速度3）与旅客乘车舒适度的关系未被平衡的欠超高(mm)多数旅客的舒适程度600.40基本感觉不出来，意识不到在曲线上运行750.50有感觉，能适应900.60感觉有横向力，比较容易克服1100.73明显感觉有横向力，但尚能克服1300.87感觉有较大横向力.需有意识保持平衡，行走有困难1501.00感觉有很大横向力，站立不稳，不能行走3.3外轨未被平衡的超高与未被平衡的加速度4）欠、过超高的容许值客货共线铁路高速铁路优秀(mm)良好(mm)一般(mm)欠超高容许值4060（80）90（110）过超高容许值4060（80）90（110）最大欠超高量

最大过超高量

3.4实设最大超高的允许值

稳定系数

偏心距

车辆丧失稳定而倾覆车辆处于临界稳定状态车辆处于稳定状态车辆处于绝又寸稳定状态1）稳定系数3.4实设最大超高的允许值2）实设最大超高的允许值客货共线铁路高速铁路客货共线铁路单线：125𝑚𝑚

高速铁路有砟

一般150𝑚𝑚

3.5曲线轨道上的限速1）曲线最高行车速度

——未平衡的欠超高的容许值2）曲线最低行车速度

——未平衡的欠超高的容许值3.5曲线轨道上的限速

3.6最小曲线半径3）《高速铁路设计规范》平面曲线半径表

350300250最小值有砟轨道一般700050003500困难600045003000无砟轨道一般700050003200困难550040002800最大值12000本章内容第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线49第一节轨道几何形位的基本要素第二节曲线轨道轨距加宽第三节曲线轨道的外轨超高第四节缓和曲线4.1缓和曲线的作用及其几何特征4.2缓和曲线的几何形位条件4.3常用缓和曲线方程4.4缓和曲线线形选择4.5缓和曲线超高顺坡要求4.6最小缓和曲线的长度4.7圆曲线最小长度和缓和曲线夹直线最小长度50主要内容514.1缓和曲线的作用及其几何特征1）缓和曲线的定义在直线与圆曲线轨道之间设置一段曲率半径逐渐变化的曲线，称为缓和曲线。2）缓和曲线的作用及其几何特征半径逐渐过渡离心力逐渐变化外轨超高逐渐变化轨距逐渐变化因此，缓和曲线在几何形态上是一条曲率和超高均逐渐变化的三维空间曲线，可从平面和立面两方面加以描述。在设置上，缓和曲线不能与竖曲线重合。保持列车在曲线运行的平稳性

524.2缓和曲线的几何形位条件

534.2缓和曲线的几何形位条件将上述缓和曲线的线形条件可归纳成下表：顺序符号起点与终点之间