选线设计 课程教案
单元标题 线路平面和纵断面设计 单元学时 10 教学目标：
了解铁路线路平面、纵断面设计的基本内容；通过平面纵断面略图了解线路各个组成部分，培养全局观念。熟悉线路平面、纵断面设计的基本原则。掌握线路平面和纵断面设计的基本方法，学会灵活运用《铁路线路设计规范》中的相关标准。
教学重点：
线路平面、纵断面设计的基本原则，线路平面、纵断面技术条件取值标准与确定原理，包括圆曲线最小标准、最小缓和曲线、夹直线和夹圆曲线最小长度、最小缓和曲线长度、平面线间距、最大坡度、最小竖曲线半径、最小坡段长度等。最大坡度折减方法等。车站线路技术条件
教学难点：
最小曲线半径、最小缓和曲线、最大坡度、最小竖曲线半径、最小坡段长度等技术参数的确定原理；最大坡度折减方法；车站平面纵断面技术条件等。
教学方式方法：
传授与示例相结合，配合习题作业对概念、计算原理与方法加以巩固。
教学手段：
讲课使用传统方式和多媒体手段相结合的模式。根据章节的内容，教师可选用电子教案、投影图片；PPT与绘示意图相结合，随讲解过程在黑板上绘制相关线路几何关系的示意图。
教学过程：
1）循序渐进的教学理念：讲清线路平纵面设计概念产生的背景与思路、逐步深入循序渐进的教学观点。在内容取舍上，侧重于平纵面设计理论的应用、着力培养学生的选线决策素质和解决实际问题的能力的教学模式。
2）精讲多练，以“疑”为主导的教学方法：注重启发式、克服注入式。对理论性内容，侧重探究式教学法的运用；对应用性内容，着眼于讨论式教学法的运用。此外，贯穿整个学期的开发性课程大作业，使学生通过实际设计巩固所学线路平纵面技术参数的概念和平纵面设计方法。
讲 课 内 容 1）铁路空间线形的概念（1课时） 2）区间线路平面设计（2课时） 3）区间线路纵断面设计（3课时） 4）桥涵、隧道、路基地段的平纵断面设计（1课时） 5）站坪的平面和纵断面设计（2课时） 6）线路平面图和详细纵断面图（1课时） 备 课 札 记 PPT讲稿应注重以图引导概念，每一个概念，均应以示意图的形式加以表达，辅助学生将抽象的概念形象化和具体化；比如列车运行轨迹线，平面曲线元素组合图，超高设置图、列车在曲线上受力示意图等，曲线阻力与列车位置的关系图；最大坡度折减、车站线路技术条件等，以实例在示图渐进的方式讲解。 第三章 线路平面和纵断面设计
第一节 概 述
先在PPT上显示图3-1， 结合该图引导学生理解几个基本概念。
线路——是指铁路中心线在空间的位置，以路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点O在纵向上的连线表示，简称为线路中线。
线路平面——是指线路中心线在水平面上的投影，表示线路在平面上的具体位置；
线路纵断面——是沿线路中心线所作的铅垂剖面在纵向展直后，线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。
线路平面和纵断面设计应满足的基本要求：
图3－1 路基横断面
（1）必须保证行车安全和平顺。主要指：不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客乘车舒适等，这些要求反映在铁路设计相关规范所规定的技术标准中，设计要遵守相关规定。
（2）应力争节约资金。即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。从降低工程造价考虑，线路最好顺地面爬行，但因起伏弯曲太大，给运营造成困难，导致运营支出增大；从节约运营支出考虑，线路最好又平又直，但势必增大工程数量，提高工程造价。因此，设计时必须根据设计线的特点，分析设计路段的具体情况，综合考虑工程和运营的要求，通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。
（3）既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理。铁路上要修建车站、桥涵、隧道、路基、道口和支挡、防护等大量建筑物，线路平面和纵断面设计不但关系到这些建筑物的类型选择和工程数量，并且影响其安全稳定和运营条件。因此，设计时不仅要考虑各类建筑物对线路的技术要求，还要从总体上保证这些建筑物相互协调、布置合理。
第二节 区间线路平面设计
一、平面组成及其基本线形
分析行驶中的铁路车辆导向轮旋转面与车身纵轴之间有三种关系，即角度为零、角度为常数和角度为变数。与三种状态对应的行驶轨迹线为
① 曲率为零的线形：直线； ② 曲线为常数的线形：圆曲线；
③ 曲率为变数的线形：缓和曲线。
线路平面设计，就是将这三种线形进行组合，以便为列车运行提供一个安全、平顺的运行轨迹。从这个意义上看，列车运行轨迹应当具有以下特点：
① 列车运行轨迹应当是连续且圆顺的，即在任何一点上不出现错头和破折； ② 其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值；
③ 其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。
满足上述三个条件的线路平面，是一个由曲线和与之相切的直线组成，且由圆曲线和缓和曲线构成的曲线的曲率连续的线路，如图3－3所示。
（a）平面线形 （b）曲率变化图
图3－3 曲率连续的线路平面
纸上定线时，在相邻两直线之间需用一定半径的圆曲线连接，并使圆弧与两侧直线相切。曲线半径的选配，可使用与地形图比例尺相同的曲线板，根据地形、地质与地物条件，由大到小选用合适的曲线板，决定合理的半径。若地势开阔，可先绘出两相邻的直线段，然后选配中间的曲线半径，如图3－4（a）所示；若曲线毗连，则先在需要转弯处绘出恰当的圆弧，然后用切于两圆弧的直线连接之，如图3－4（b）所示。选定曲线半径后，量出偏角，再计算曲线要素和起讫点里程。
（a） （b）
图3－4 纸上定线时曲线和直线的设置方法
二、直 线
（一）直线设计的一般原则
直线作为平面线形要素之一，具有短捷、直达、列车行驶受力简单和测设方便等特点，但过长的直线难于与地形相协调，也不利于城镇地区既有设施的绕避。因此，在选线设计中，应综合考虑工程和运营两方面的因素，合理选用直线线形。
（1）设计线路平面时，相邻两直线的位置不同，其间曲线位置也相应改变。因此，在选定直线位置时，要根据地形、地物条件使直线与曲线相互协调，线路所处位置最为合理。
（2）设计线路平面，应力争设置较长的直线段，减少交点个数，以缩短线路长度、改善运营条件。只有因遇到地形、地质或地物等局部障碍而引起较大工程时，才设置交点绕避障碍。
（3）选定直线位置时，应力求减小交点转角的度数。转角大，则线路转弯急，总长增大；同时列车行经曲线要克服的阻力功增大，运营支出相应加大。
转角????与每?t??列车质量克服的曲线阻力功Ar的关系式为
Ar?wr?Ly?－1）
600????R??10.5? （J/kN） （3R180式中 wr?——?单位曲线附加阻力（N/kN）；
Ly?——?圆曲线长度（m）。
（二）两相邻曲线间的夹直线长度
在曲线毗连路段，为了保证线形连续和行车平顺，两相邻曲线间应有一定长度的直线段。该直线段，即前一曲线终点（HZ1）与后一曲线起点（ZH2）间的直线，称为夹直线，如图3－5所示。两相邻曲线，转向相同者称为同向曲线，转向相反者称为反向曲线。
（a） （b）
图3－5 夹直线
1. 最小夹直线长度
夹直线长度应力争长一些，为行车和维修创造有利条件。但是，在地形困难地段，为适应地形变化、减小工程量，可以设置较短的夹直线。但不应短于下列条件所要求的最小长度。
1）保证线路养护维修的要求
LJ≥
n?T?Vmax ?Lq （m） （3－2）
3.6考虑到车辆并非刚体，可取Lq＝0，则式（3－2）可简化为
LJ＝???Vmax （m） （3－3）
??为具有时间量纲的系数，可根据路段速度的高低和工程条件的难易程度确定。我国的
取值为：客货共线铁路，当Vmax＝160?km/h，140?km/h时，一般取0.8，困难取0.5；当Vmax
≤120?km/h时，一般取0.6，困难取0.4。客运专线铁路，一般取0.8，困难取0.5。国外最高运营速度200～350?km/h的高速铁路，其夹直线的最小长度为（0.4～1.0）Vmax。
LJ的计算结果应取为?10?m?的整倍数。按式（3－3）计算确定的不同路段速度时的夹直线最小长度如表3－1所示。
表3－1 夹直线及圆曲线最小长度（m）
铁 路 类 型 客 运 专 线 客货共线铁路 设计速度（km/h） 350 300 200