动车组概论-高速铁路限界及线路构造特点

铁路限界基本知识目录CONTENTS01铁路限界的定义及组成03准轨机车车辆限界02铁路限界的作用03机车车辆限界的类型铁路限界的定义及组成铁路限界的定义铁路限界是指对机车车辆各部位的宽度和高度规定的轮廓线。规定铁路限界可保证机车车辆在空车或装载状态运行时虽产生晃动和偏移也不致同桥梁、隧道和线路上其他设备碰擦。铁路限界的组成机车车辆限界建筑限界安全空间铁路限界的定义及组成机车车辆限界

是机车车辆本身及其装载的货物不得超越的轮廓线；建筑限界

是除机车车辆以及同它有相互作用的设备（如电气化铁路接触网,车辆减速器等）外,其他设备和建筑物不得侵入的轮廓线。安全空间

这两种轮廓线在垂直方向和水平方向上的间隙，是为机车车辆运行所产生的振动偏移和线路可能发生的非正常状态偏移而裕留的安全空间。铁路限界的组成铁路限界的作用铁路限界由机车车辆限界（简称“车限”）和建筑限界（简称“建限”）两者共同组成，两者间相互制约与依存。铁路限界是铁路安全行车的基本保证之一，为了使机车车辆能在一定范围的路网内通行无阻，不会因机车、车辆外形尺寸设计不当、货物装载位置不当、或建筑物、地面设备的位置不当而引起不安全的行车事故，必须用限界分别对机车、车辆和建筑物等地面设备加以制约。铁路限界是铁路各业务部门都必须遵循的基础技术规程。铁路限界制定得是否合理、先进，也关系到铁路运输总的经济效果。影响安全空间的因素

实际的机车车辆与靠近线路中心线的建筑物之间必须留有一定的、为保证行车安全所需的空间。这部分空间应该包括：（1）车辆制造公差引起的上下、左右方向的偏移或倾斜。（2）车辆在标称载荷作用下弹簧受压缩引起的下沉，以及弹簧由于性能上的误差可能引起的超量偏移或倾斜。（3）由于各部分磨耗或永久变形而造成的车辆下沉，特别是左右侧不均匀磨耗或变形而引起的车辆倾斜与偏转。（4）由于轮轨之间以及车辆自身各部分存在的横向间隙而造成车辆与线路间可能形成的偏移。影响安全空间的因素（5）车辆在走行过程中因运动几何位置及运动中力的作用而造成车辆相对线路的偏移。它包括曲线区段运行时实际速度与线路超高所要求的运行速度并不一致而引起的车体倾斜；以及车辆在振动中也会产生上下、左右各个方向的位移。（6）线路在列车反复作用下可能产生的变形。（7）运输某些特殊货物时可能会超限。（8）为应付可能出现的特殊情况，还应该有足够的裕留空间。以上最后两点指的是由铁路承运的某些不宜分解的大型、重型机器设备，以及某些特大型的机器设备，如大型发电设备及化工设备等。机车车辆限界的类型

理论上，由于机车车辆限界包括以上提到的八种空间的多少而可以分成三种不同的限界。无偏移限界：

当机车车辆限界仅考虑上述第（1）点内容时的限界称为无偏移限界，又可称为制造限界。此时，车限与建限之间所留的空间应该很大。静偏移限界：

当机车车辆限界考虑了上述第（1）～第（3）点内容时称静偏移限界或静态限界。此时，车限与建限之间的空间可以压缩一些，只包括第（4）～第（8）点内容。动偏移限界：

当机车车辆限界考虑了第（1）～第（5）点内容时，则车限与建限之间的空间可以留得很少，这种限界称为动偏移限界或动态限界。机车车辆限界的类型三种限界虽然都得考虑以上8点内容，但从空间利用率方面比较而言：无偏移限界空间利用率最低；

因为各种不同的机车、车辆可能发生的最大偏移量都各不相同。要把除了制造公差以外的全部内容都包含在机车车辆限界与建筑限界之间的空间内，所以这个空间只能留得尽可能大些，以免发生意外。动偏移限界的空间利用率最高。

因为可以在车限内考虑各种机车、车辆发生不同的偏移状况，而把车限与建限之间的不定因素减到最小限度，因此车限与建限间所留的空间可以最小。机车车辆限界的类型

除上述三种限界外，根据制定限界的这些原则，在某此特殊的路网上还可以使用特殊限界。动态包络线限界

地铁所涉及的路网仅在一个城市范围内，而所使用的车辆型式又比较单一，故可以通过较精确的计算把第（1）～第（6）点的内容均包括在车辆限界内，这样的限界可称为“动态包络线限界”。如此，便能大量节省开挖地下隧道的土方工作量，我国香港的地铁基本采用此类限界。高速铁路限界

高速客运专线上在考虑行车安全时必须考虑空气动力学问题，因此复线的线间距及隧道截面积等都比普通线路大。准轨铁路机车车辆限界我国准轨铁路的机车车辆限界采用GB146.1—83。在横向基本属于无偏移限界；而在垂向除需考虑钩高的变化外尚需考虑弹簧的平均静挠度及垂向均匀磨耗，故基本属于静偏移限界。在欧洲的国际铁路联盟分别对动车、无动力的客车及货车制定了UIC动态限界，而沿线固定建筑物的限界由各成员国根据情况自行确定必要的安全裕量。高速铁路限界目录CONTENTS01准轨机车车辆限界使用方法02准轨机车车辆限界与动车组外形比较03高速铁路限界准轨机车车辆限界使用方法建筑限界和机车车辆限界均指在平直线路上两者中心线重合时的一组尺寸约束所构成的极限轮廓。我国准轨铁路的机车车辆限界采用GB146.1—83。机车车辆上部限界（车限-1A）图准轨机车车辆限界使用方法我国准轨机车车辆限界（GB146.1—83）及其使用方法如下：机车车辆限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓。机车、车辆无论是空车或重车。无论是具有最大标准公差的新车或是具有最大标准公差和磨耗限度的旧车，当其停放在水平直线上且在无侧向倾斜及偏移时，除电力机车升起的受电弓外，其他任何部分均应容纳在限界轮廓之内，不得超越。在使用中犹如把一个直角坐标系固定在极限图中，所有竖直高度均从轨面算起；所有横向宽度均从中垂线向两侧计算。若一辆车在某横截面处的总宽虽不超限，但只要某侧半宽超限即为超限。准轨机车车辆限界使用方法利用给定的机车车辆限界可以具体校核车辆的尺寸如下：新造车需在空载状态下按机车车辆上部限界（车限-1A）图，校核其垂直面内的最大尺寸。且在考虑顶部尺寸时应以车钩距轨面高的上偏差为准，即以名义高度加10mm不得超出顶部限界。准轨机车车辆限界使用方法在考虑下部限界时可分二种情况：对不通过自动化、机械化驼峰的一般车辆，按机车车辆限界（车限-1B）图。在校核车辆下部限界时应以车体或转向架处于最低可能位置来考虑，即车辆不仅在名义载重作用下具有静挠度，而且应该按厂、段修规程检修限度表中允许的心盘、销套、轮辋等的最大磨耗及弹簧、车体各梁允许的最大永久变形等来校核。机车车辆限界（车限-1B）图准轨机车车辆限界与动车组外形比较我国机车车辆下部限界（车限-1B）与CRH2型动车组外形下部的比较高速铁路限界我国客运专线机车车辆限界（暂行规定）中上部限界高车限-1A图高速铁路限界我国客运专线机车车辆限界（暂行规定）下部限界高车限-1B图高速铁路限界1.客运专线机车车辆上部限界（高车限-1A）的上部轮廓线扩大到既有线机车车辆上部限界GB146.1—83（车限-1A）顶部的虚线轮廓，即采用了电气化铁路干线电力机车轮廓线，克服了既有线限界上部轮廓的两肩过窄的缺点。2.上部限界（高车限-1A）距轨面1250mm以下的宽度，由原来的1600×2mm扩大到1700x2mm，使上下宽度一致，弥补了既有线限界下部宽度的不足。3.下部限界（高车限-1B）的转向架上的弹簧承载部分距轨面高度由原来的70mm增加到80mm；车体的弹簧承载部分距轨面高度由原来的90mm增加到110mm；其余高度不变。4.下部限界（高车限-1B）有三个宽度尺寸有变化：1260mm的宽度尺寸增大到1280mm，1600mm的宽度尺寸增大到1700mm，取消了在1520mm处的转折点，原来的折线变成了一条直线。其余的宽度尺寸不变。轨道与道岔结构目录CONTENTS01铁路线路02轨道03道岔铁路线路铁路线路的作用铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。直接承受机车车辆轮对传递来的作用力，并均匀地分散到大地。缓和机车车辆轮对传递来的各种冲击和振动。铁路线路铁路线路的组成铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成的一个整体工程。路基和桥隧建筑物是轨道的下部基础。轨道为线路的上部建筑。轨道钢轨中间连接零件轨枕道床防爬设备道岔等轨道的组成轨道钢轨中间连接零件轨枕道床防爬设备道岔等轨道的组成轨道钢轨中间连接零件轨枕道床防爬设备道岔等轨道的组成轨道轨道构造中很重要的技术指标之一就是轨距。轨距为两钢轨头部内侧间与轨道中心线相垂直的距离，并规定在轨顶下16mm处测量。轨距的定义及类型轨道轨距的类型标准轨距：1435mm宽轨轨距：≥1520mm窄轨轨距：≤1067mm轨距的定义及类型1937年，国际铁路联合会（InternationalRail-wayCongressAssociation，简称IRCA）对线路轨距做出规定：1435mm的轨距为国际通用的标准轨距，1520mm及以上的轨距称为宽轨，1067mm及以下的轨距称为窄轨。轨道现行的线路轨距标准轨距：1435mm欧洲大部分国家、土耳其、伊朗、中国和朝鲜半岛宽轨轨距：≥1520mm芬兰、俄罗斯，以及其他前苏联加盟共和国等国家采用1520mm的宽轨；印度、巴基斯坦、孟加拉国及斯里兰卡等国多数采用1676mm的宽轨；窄轨轨距：≤1067mm东南亚如越南、老挝等国（包括我国云南省开远铁路分局管辖围内的部分线路区段）则多采用1000mm的窄轨（称为米轨）；中国台湾省、印度尼西亚、菲律宾等国以及日本既有线均采用1067mm的窄轨。轨距的定义及类型轨道准轨轨距的允许误差时速120km线路直线处准轨轨距的允许误差为+6mm～-2mm，速度较高线路的轨距误差要适当减小。轮轨间应保持适当的游间，以便轮对能顺利沿直线运行并通过曲线。轮轨之间的配合除要规定轨距、轨距公差外，还要使钢轨顶面与车轮踏面间配合得合适。为此，要设置轨底坡（我国轨底坡定为1/40），使轨头内倾，以适应车轮踏面的形状。轨距的定义及类型轨道钢轨钢轨的作用1）承担来自车轮的压力并引导车轮前进；2）为车轮滚动提供阻力较小的表面；3）承受车轮的作用力并传布于轨枕；4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。轨道钢轨钢轨与轨枕的连接钢轨通过扣件与轨枕连接，扣件的主要功用是阻止钢轨对于轨枕的纵、横向移动，保持钢轨的正确位置。扣件扣件轨道钢轨钢轨的形状和类型钢轨的断面为工字形。其类型以每米重量的公斤数表示。我国新建和改建的正线均采用60kg/m钢轨。高速铁路线路一般采用75kg/m钢轨制作成无缝钢轨线路。轨道轨枕轨枕的作用承受钢轨传下来的垂向力和水平力，并把力传布于道床，有效地保持钢轨的轨距、方向和位置。轨枕的类型轨枕按其材质分为木枕、钢筋混凝土轨枕和钢轨枕三类。就我国的情况而言，正在大量采用钢筋混凝土轨枕。轨枕的特点轨枕的特点是不能连续支承钢轨，因而使道床局部受力较大，产生轨道沉陷的情况也较多，线路维修工作量随之加大。轨道道床道床的类型有砟道床整体道床。我国大部分线路采用有砟道床，高速铁路则采用整体道床（无砟轨道）。道岔道岔道岔的作用（1）引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路。（2）引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。（3）既可以引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路，也能够引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。线路的交叉道岔线路连接与交叉道岔线路连接道岔道岔道岔普通单开道岔道岔的种类虽多，但最常用的是“普通单开道岔”，它约占道岔总数的90%以上。这种道岔的主线为直线方向，侧线可由主线向左（或向右）岔出。道岔道岔道岔基本参数标准道岔号数以辙叉角余切值取整表示，道岔号数愈大，其辙叉角口便愈小，导曲线半径则愈大，容许侧向过辙叉的速度也愈高，见表（道岔基本参数）。在导曲线上一般不设置轨底坡，而且也不设置超高，这是道岔中的导曲线与区间中曲线在结构上的区别。辙叉角道岔道岔道岔基本参数表（道岔基本参数）。道岔道岔中国铁路的道岔使用情况中国铁路正线和站线常见的道岔有9号和12号；在侧线须通过高速动车组的地段铺设18号或24号道岔；武广客运专线上的一些车站使用了42号和50号道岔。目前，50号道岔是世界上号数最大的道岔，在国内为首次应用。该道岔总长180m，重49t，侧向通过速度限制达到了220km/h。直线、曲线与坡道目录CONTENTS02直线03曲线04坡道01铁路线路的平面和纵断面铁路线路的平面和纵断面线路中心线铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O（也可称为线路的中心点O）的纵向连线。铁路线路的平面和纵断面铁路线路的纵断面线路中心线展直后在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面。线路的平面表明线路的直线、曲线变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面。线路的纵断面表明线路的坡度变化。铁路线路的平面和纵断面是由直线和曲线组成的。铁路线路的平面和纵断面铁路线路的纵断面如图所示为铁路的纵断面图

铁路线路的设计必须满足行车安全、平顺、保证旅客乘坐舒适性及便于线路维修等要求。同时，保证工程和运营两个方面的经济性要求。直线两股钢轨的轨顶在平面上的相对位置要求两股钢轨在直线地段时，轨顶应在同一水平面上。若左、右两轨的四点间不在同一水平面上则称为有三角坑。当车辆停放在直线上时，如果轨顶不在同一水平面上，将使车辆轮对所受的垂向力产生不均匀分配。为减小与控制垂向载荷的不均匀分配，要求正线和到发线沿线路长度方向每18m的距离范围内无超过4mm（其他线为6mm）的三角坑。直线无缝线路直线沿平面向前延伸时分为：有缝线路无缝线路有缝无缝直线无缝线路我国有缝线路接头对接方法：

我国采用左、右轨同时出现轨缝的对接接头方法，这种形式比轨缝左、右错开排列的错接接头容易保证任意4点的轨顶在同一平面内。我国无缝线路的铺设方法

无缝线路是用普通标准长度的钢轨在线路上焊接而成的长钢轨，不能理解为在无限长的线路上都不出现一个轨缝，而仅是大大减少了轨缝的数量。由于接头减少了，使车辆运行能更趋平顺，线路也减少了破坏。钢轨的热胀冷缩是无法避免的，无缝线路靠轨枕、道床等形成的纵向阻力阻碍钢轨的变形，这称为“锁定”。直线线间距线间距对高速铁路的影响无缝线路在高速复线铁路上，两列车在交会时将产生巨大的会车压力波，引起列车横向摇晃。该压力波近似地与双向列车运行相对速度的平方成正比。对于高速铁路线路而言，正线线路间距大小主要由列车交会时产生的会车压力波及其梯度所决定。采用较大的线路间距，无疑会使工程投资增大，但列车的气密性、门窗结构强度等可适当降低，可节约部分费用；采用较小线间距，将增加列车的制造成本，但可降低少部分工程造价。线路间距大小应综合考虑决定。直线线间距高速铁路线间距规定日本：区间线路上的线路间距至少为4.2m。

在站内线路上的线路间距为4.6m。法国：线路间距为4.2m。德国：线路间距为4.5m。我国对线路间距的规定如下：200～250km/h时，线间距≥4.6m；250～300km/h时，线间距≥4.8m；300～350km/h时，线间距≥5.0m。直线线间距高速铁路线间距规定日本：区间线路上的线路间距至少为4.2m。

在站内线路上的线路间距为4.6m。法国：线路间距为4.2m。德国：线路间距为4.5m。我国对线路间距的规定如下：200～250km/h时，线间距≥4.6m；250～300km/h时，线间距≥4.8m；300～350km/h时，线间距≥5.0m。曲线圆曲线和缓和曲线曲线线路包括圆曲线缓和曲线曲线圆曲线和缓和曲线列车在通过曲线线路时，车辆和旅客都要经受离心力。离心力大小与车辆质量，曲线通过速度及曲线半径有关。车辆质量和曲线通过速度越大、曲线半径越小，离心力越大。曲线外轨超高离心力不但增加了列车与线路之间的轮轨相互作用力，而且影响旅客的乘车舒适度。为了减少列车通过曲线线路时旅客经受的离心力和轮轨之间的相互作用力，各国铁路均采用在曲线线路上设置超高的办法，即把曲线线路外轨抬高，而内轨保持原来的高度不变。外轨超高的大小与各次列车通过曲线的平均速度的平方成正比，与曲线半径成反比。曲线外轨超高曲线大小带来的影响主要有两点：（1）降低曲线通过速度。列车通过曲线时会形成一种附加阻力，称为曲线阻力。曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件越差，列车的运行速度也越低。（2）增加轮轨磨耗。曲线半径越小，磨耗增加越大。曲线缓和曲线设置缓和曲线设置在直线