350?mm时可不限速,在300~350?mm之间时行车速度不得超过30?km/h;小于300?mm时禁止会车。因此,客货共线铁路,线距为4.0?m(设计速度为140?km/h及以下)的双线铁路,若某一线开行一级超限货物列车(半宽1?900?mm),另一线通行一般货物列车(半宽1?700?mm,车灯限界为100?mm),则两列车间距为300?mm,故两列车以30?km/h限速在区间会车。若开行二级超限货物列车(半宽为1?940?mm)或超级超限货物列车,则另一线均不得通行列车。
2. 第二、三线的线间距离
因为第二、三线间要装设信号机,因此,直线地段线间距应满足建筑接近限界的要求。第二、三线间的最小线距为
Dmin(2,3)=2×BZX+BX (3-41)
式中 Dmin(2,3)?——?第二、三线间最小线间距(mm);
BZX?——?半个建筑接近限界宽度(?mm),取2?440?mm; BX?——?信号机最大宽度(mm),取410?mm。
第二、三线区间正线线距为:2?440+410+2?440=5?290(mm),取5.3?m。
可见,第二、三线的线间距离不受列车交会运行时的空气动力作用的控制。对于客货共线铁路,满足上述线间距条件的两线可同时开行超限货物列车。
高速客运专线的正线与新建客货共线铁路、既有铁路并行地段的线间距均应满足上述第二、三线区间正线的最小线距要求,即不应小于5.3?m。
(三)区间曲线地段的线间距离加宽
位于曲线地段的线路,由于车、线之间几何关系的变化,导致上述基本建筑限界及线间距离要比直线地段有所变化,因此,应根据需要考虑适当的线间距加宽。
1. 加宽原因
1)车辆的几何偏移量
车辆在曲线上时,车辆中部向曲线内侧凸出,其值为W1,而两端向外侧凸出,其值为W2,如图3-21(a)所示。
当车体长为L,转向架中心距为Z时,根据圆的几何关系,可求出这两项凸出值
Z212W1?, W2?(L?Z2)
8R8R
(a) (b)
图3-21 曲线上车体的凸出和倾斜
按我国车辆最大长度L=26?m,Z=18?m计算,则
18240500 (mm) (3-42) W1??1000?8RR2226?1844000 (mm) (3-43) W2??1000?8RR2)外轨超高引起的车辆偏移量
当曲线设有外轨超高时,车体向内侧倾斜,如图3-21(b)所示。在距轨面高度H处,车体向内侧倾斜值为W3(两轨中心距按1?500?mm计)。
因 所以
W3h? H1500
W3?H?h (mm) (3-44) 1500式中 h?——?外轨实设超高值;
H?——?机车车辆限界图中计算点的高度,H=3?850?mm。
2. 加宽值计算
1)两端直线地段为最小线间距时曲线地段的线间距加宽值
(1)当外侧曲线的实设超高hW等于或小于内侧曲线实设超高hN时,曲线线距加宽值为
W?W1?W2?405004400084500 (mm) (3-45a) ??RRR(2)当外侧曲线的实设超高hW大于内侧曲线实设超高hN时,曲线线距加宽值为
W?W1?W2?W3?4050044000H??(hW?hN)RR1500(mm)845003850??(hW?hN)R1500
(3-45b)
按上两式计算并取整为5?mm的整倍数。
2)两端直线地段的线间距大于最小线间距时的线间距加宽值 此时,曲线线间距加宽值按下列公式计算确定
W??(Dmin?103?W)?D?103 (3-45c)
3. 加宽方法
新建双线或增建第二、三线时,并行地段的内外侧两曲线按同心圆设计,曲线线距加
宽可采用加长内侧曲线的缓和曲线长度的方法实现,如图3-22(a)所示。因为圆曲线两端加设缓和曲线后,圆曲线起点ZY、终点YZ向圆心方向移动,移动距离称内移距离p。若加大内侧曲线的缓和曲线长度,可使其内移距离增大,从而使两线间的距离加宽。
为了在曲线上使线距由直线上的线间距D增大为??+D,当外侧曲线设置缓和曲线后的
2lW内移距离为pW?(m)时,则内侧曲线的内移距离为
24RWpN=pW+W???10-3(m)
所以内侧曲线的缓和曲线长度应为
lN?24RN?pN?24RN(pW?W??10?3) (m)
其中
RN?RW?D?W??10?3 (m)
式中,D为曲线两端直线地段的线间距(m)。
在曲线毗连地段,如果夹直线长度较短,或者曲线偏角过小,不能过多的加长内侧线的缓和曲线长度时,内外线可采用相同的缓和曲线长度,而加宽曲线两端直线段的线间距,使其满足曲线加宽要求,如图3-22(b)所示。
(a) (b)
图3-22 曲线地段线距加宽
4. 加宽条件
1)客货共线铁路
客货共线铁路应按上述方法进行曲线加宽。 2)高速客运专线不限制行车速度的曲线地段
曲线地段线间距加宽的目的,是为了保证两交会列车之间的最小安全净距。目前,我国规定的设计速度大于200?km/h的线间距,其安全净距比空气动力学要求的距离有较大的富余量,一般均大于200?mm;而按上述方法计算,各级高速客运专线的最小曲线半径时要求的线间距加宽均不大于150?mm。因此,设计时速大于200?km的客运专线,可不考虑曲线线间距加宽;设计时速小于等于200?km的客运专线,应按上述方法进行曲线加宽。
3)高速客运专线限制行车速度的曲线地段
限制行车速度的曲线地段,通常由于工程条件等原因而采用小于最小值的曲线半径,此时,应按上述方法进行曲线线距加宽设计。
(四)区间线路线间距变更方法
1. 线间距变更方法
(1)车站两端和桥隧地段的线间距变更宜利用附近曲线完成。条件不具备时,可在第二线上采用反向曲线完成。
(2)客货共线铁路相邻两线采用反向曲线变更线间距时,如受圆曲线最小长度限制,可不设缓和曲线,但圆曲线半径不得小于表3-10规定的数值。
表3-10 可不设缓和曲线的最小圆曲线半径
旅客列车设计行车速度(km/h) 最小圆曲线半径(m) 160 12?000 140 10?000 120 5?000 100 4?000 80 3?000 (3)客货共线铁路相邻两线采用反向曲线变更线间距,若受曲线偏角限制难以满足圆
曲线最小长度标准时,对旅客列车设计行车速度小于100?km/h的地段,可采用较短的圆曲线长度,但不得小于20?m。
2. 线间距变更地段线距计算方法
(1)直线地段线距,根据变更地段两端的线距,按线性内插方法计算。 (2)曲线地段线距,按第八章介绍的曲线地段线间距计算方法计算。
第三节 区间线路纵断面设计
线路纵断面是由长度不同、陡缓各异的坡段组成的。坡段的特征用坡段长度和坡度值表示,如图3-23所示。坡段长度Li为坡段两端变坡点间的水平距离(m)。坡度值i为该坡段两端变坡点的高差Hi(m)与坡段长度Li(m)的比值,以千分
H数表示,即i=i×1?000(‰),上坡取正值,下坡取负值。
Li
图3-23 坡长与坡度示意图
如坡度为10?‰,即表示每千米高差为10?m。
线路纵断面设计,主要包括确定最大坡度、坡段长度、坡段连接与坡度折减等问题。以下分别阐述其设计要求、技术标准和相互配合问题。
一、线路的最大坡度
定义——新建铁路的最大坡度是纵断面设计采用的设计坡度最大值。客货共线运行的铁路,线路的设计最大坡度是由货物列车牵引质量要求决定的,在单机牵引路段称限制坡度,在两台及以上机车牵引路段称加力牵引坡度,其中最常见的为双机牵引,称双机牵引坡度。客运专线采用大功率、轻型动车组,牵引和制动性能优良,能适应大坡度运行,一般情况下最大坡度不受牵引质量的限制,而应根据工程和运营两方面的技术经济条件,确定设计线的最大坡度。
(一)客运专线最大坡度
高速客运专线的线路最大坡度,应根据动车组总功率、地形条件、列车平均走行速度,以及列车编组辆数等因素,经比选后确定。新建客运专线一般选用较大的最大坡度,以利于适应地形,降低线路高度,减少桥隧建筑物数量,并可能取直线路和缩短高速铁路与公路、既有铁路立交和桥梁引线的长度,从而大大节省工程量和工程造价。
1. 最大坡度值确定
1)机车(动车)功率确定的最大坡度 对于特定机车(或动车组),机车功率所确定的线路纵断面最大坡度按下式计算
imax?(?yFj?W0)?103M?g?fj?w0 (‰) (3-46)
或
imax?3600pk?w0?g?Vmax (‰) (3-47)
g?Vmax式中 pk?——?每吨列车质量所需功率(kW/t);
Vmax?——?列车运行最高速度(km/h);
w0?——?最高速度时的列车运行单位基本阻力(N/kN);
提高列车速度须通过提高列车单位质量牵引功率或系统地降低列车质量来实现。例如,CRH3动车组以300?km/h最高速度持续运行的最大坡度计算如下:
由表1-5查得,CRH3的吨均功率为21.05?kW/t,单位基本阻力为
??=0.66+0.002?45V+0.000?132V?2 w0=0.66+0.002?45×300+0.000?132×300?=13.275 (N/kN)
则
imax?3600pk?w0?g?Vmax3600?21.05?13.275?9.81?300??12.47 (‰)
g?Vmax9.81?3002
可见,在给定编组条件下,CRH3动车组可在12‰的坡道上以300?km/h的速度持续运行。
增加动车数量,可增加动车组总功率,从而提高吨均功率;减少编组辆数,可减少列车总编组辆数,从而达到提高吨均功率的目的。
因此,高速客运专线的最大设计坡度不受牵引功率的限制。 2)速度与坡度的适应性
在列车运行过程中,列车牵引功率必须满足牵引时起动加速能力及最高速度目标值时剩余加速度的要求,不同高速列车的阻力和牵引质量不同对功率要求也有差异。以下是给定功率下列车速度与坡度适应情况分析。
2. 最大坡度选择
最大坡度标准的确定以适应地形、跨越控制高程的需要为主。就地形条件而言,我国近期修建的高速客运专线或城际铁路大多位于平原和低山丘陵区,沿线地形平坦,高程控制问题不太突出,无需采用大坡度。但高速铁路线路采用全封闭式的高架结构,即使在地形比较平坦的地区,也应该尽可能选择较大的纵断面最大坡度。这是因为高速铁路所经地区经济发达,人口稠密,居民点星罗棋布,公路交通发达,这些地区地形虽然平坦,但线路要通过居民区,跨公路,与其他建筑物干扰,因而立交结构很多,?如果纵断面最大坡度标准较小,整个线路的平均高度就可能增加,从而使工程造价剧增。在线路跨过需要立交的道路与通航河流时,因桥下要保证必要的净空而使桥梁抬高,若采用较大的坡度,可使桥梁两端引线缩短,桥梁支墩高度降低。
根据高速客运专线特点,在我国高速客运专线的设计中最大坡度选择在12‰~30‰是适宜的。随着客运路网的形成,建设项目最大坡度标准的选择还应注意与相邻线路的协调统一,结合项目具体条件并经牵引计算检算来确定设计线的最大坡度标准。
(二)限制坡度
1. 限制坡度最大值计算
客货共线铁路限制坡度是单机牵引普通货物列车,在持续上坡道上,最终以机车计算速度等速运行的坡度,它是限制坡度区段的最大坡度,据此计算货物列车的牵引质量。对于给定的牵引质量标准,限制坡度最大值不应大于下式计算的值
??Gx?w0??)?g?yFj?(P?w0ix?(P?Gx)?g (‰) (3-48)
式中 Gx ?? 设计线拟定的牵引质量标准(t);