铁路选线设计毕业论文 59页

摘要铁路是现代文明的一项巨大工业成就，在国民经济的发展过程中发挥着不可或缺的作用，因此在本次铁路选线设计当中，充分结合当地地形的实际条件，力求作到行车安全平顺、节约资金、布置合理、线形美观。本篇为Ⅲ级铁路东南村—九龙江段选线设计。此地区地形属于山岭重丘，路段全长4630m。设计内容主要是依据《铁路线路设计规范》、《铁路选线设计》和《轨道结构》等文献进行平面线形设计、纵断面设计、横断面设计、边坡稳定性验算、挡土墙设计以及轨道结构设计。平面线形设计主要是利用纬地软件进行纸上定线、平曲线要素确定；纵断面设计包括地面高程、设计高程、坡段设计和竖曲线要素；横断面设计是根据地质条件及《铁路路基支档物设计规范》，绘制出每桩横断面，同时对路基边坡稳定性分析，确定临界高度，加上挡土墙。本文对轨道结构的钢轨、轨枕、道床以及曲线轨道的超高、加宽分别进行了设计，最后根据运营条件对轨道强度进行验算。本设计在制图方面严格按照中华人民共和国国家标准《道路工程制图标准》进行，采用纬地CAD制图，理正岩土对土坡和挡土墙进行验算。关键词：铁路选线设计纵断面横断面挡土墙边坡稳定性轨道结构 ABSTRACTAsanimportantpattenofthetransportation,railwayplayacrucialfunctionasthedevolpmentofnationaleconomics.Hence,thisdesignofrailwaycompletelydecentforthegeographicshapeandendeavortochasethestabilityofthequality,thereasonablenessoftheexpenseandthedignifiedapprearenceofthelinearity.ThisthesisintendstodesignaconstructionplanfortheclassⅢrailwayfromsoutheastVillagetothejiulongriver.Thisregionaltopographyisthehills.Thetotallengthoftherailwayis4630m.Thisdesignincludeslineardesign,verticalsectiondesign,crosssectiondesign,slopestabilitycalculation,retainingwalldesignandorbitstructuredesigninaccordancewiththeNationalStandard,and.Theplanelineardesignincludesinformationcompiling,linesdrawingonpaper,fixonrequisitesofcurvesbyWeiDiCAD.Verticalsectiondesigniscomprisedofroadelevation,designelevation,slopedesignandverticalcurveelements;Contentsofhorizontalsectiondesignarefixingstandardhorizontalsectioninaccordingwithgeologicalconditionand;Atthesametime,itanalyzesthestabilityofsubgrabe,determinesthecriticalheightandretainswall.Thisthesisintendstodesignaconstructionplanforsteelrail,sleeper,ballast,curveorbittiltandcurveorbitbroaden.Atlast,thisthesisintendstocheckthestrengthwithoperatingcondition.ThedesignisstrictlyinaccordancewiththeNationalStandardofPeople"sRepublicofChinaandusesWeiDiCADtomakecharts.Analysis ofslopestabilityby LiZheng.Keywords:RailwaylineselectiondesignVerticalsectionCrosssectionRetainingwallSlopestabilityOrbitstructure 绪论第一章总体说明11.1项目背景11.2设计任务及要求21.3沿线自然地理、气候、地质、水文气象等状况21.4设计原则3第二章平面线性设计52.1选线52.1.1线路概述52.2定线的基本方法62.2.1紧坡地段定线62.2.2缓坡地段定线72.3平面技术指标的确定82.3.1直线82.3.2夹直线92.4圆曲线102.4.1圆曲线的几何要素102.4.2圆曲线最小曲线半径102.4.3最大曲线半径112.4.4缓和曲线112.5曲线汇总13第三章区间线路纵断面设计143.1纵断面设计概述143.2线路的最大坡度143.3线路的限制坡度143.3.1影响限制坡度选择的因素143.4坡段长度153.5坡段连接153.5.1相邻坡度差153.5.2竖曲线163.6纵断面设计汇总183.7.1桥涵地段的纵断面设计183.7.2隧道地段的纵断面设计193.7.3桥梁、隧道布置19第四章横断面设计21 4.1横断面的基本形式214.2横断面各部分的设计原则214.2.1路基面形状214.2.2路基面的宽度214.3本设计中路基横断面图224.3.1路堤设计图224.3.2路堑设计图22第五章边坡稳定性分析255.1路基边坡255.1.1路基边坡稳定性概述255.2的确定255.3路基荷载255.4设计资料265.5边坡稳定性验算275.5.1最大填土高度验算275.5.2临界稳定高度计算28第六章挡土墙设计与验算316.1挡土墙的适用范围316.2挡土墙的类型316.3挡土墙布置31第七章轨道结构设计367.1概述367.2轨枕367.2.1轨枕的功用及类型367.2.2轨枕间距367.3钢轨377.3.1钢轨的基本特性377.3.3钢轨断面377.4道床377.4.1道床的功能及材质377.5道床断面387.5.1道传厚度387.5.2道床顶面宽度及坡度387.6曲线轨道轨距加宽397.7曲线轨道外轨超高39 7.7.1外轨超高的计算397.7.2曲线轨道上的超高限速397.8强度检算概述407.8.1计算资料407.8.3钢轨位移、弯矩和枕上压力的计算概述427.8.4轨道强度检算概述427.9本设计轨道强度检算45谢辞49参考文献50 绪论铁路设计是一项涉及面广、技术比较复杂的工作，必须按照规定的程序进行勘测，提供设计所需的资料。资料分为两类：经济资料（如设计线的客运量、货运量、地方运量与直通运量的比重、车站装卸量等）与技术资料（如铁路沿线的地形、地质、气象等）。经济资料与技术资料分布通过经济勘测（即经济调查）与技术勘测获得。铁路线路设计是一项关系到全局的总体性工作，它的基本任务主要包括以下几个方面。1）规划线路的基本走向，选定主要技术标准在宏观层面上，根据国家政治、经济、国防上的需要及设计线在交通运输系统中的和铁路网中地位和作用，在微观层面上，根据经济调查得到的客货运量资料并结合线路经行地区的自然条件和资源分布，工农业发展等情况，规划线路的基本走向，选定设计线的主要技术标准，保证铁路的能力及经济效益。2）设计线路的空间位置根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村庄、城镇、交通、农田、水利设施情况等具体情况，设计线路的空间位置（平面、纵断面、横断面）。在保证行车安全的前提下，优化线路位置，降低工程造价，节约运营开支。3）分布线路上各种铁路建筑物与其他各专业共同配合，合理分布线路上各种铁路建筑物，如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡土墙；确定其基本位置、类型及规模；协调这些建筑物的单项设计，使其在总体上互相配合，全局上经济合理，技术上先进可行，为进一步单项设计提供依据。建筑物及设配的单项设计狮子啊综合性铁路线路设计的基础上，具体确定建筑物与设备的位置、类型、大小、构件的尺寸等。单项设计包括路基、轨道、桥梁、涵洞、隧道、车站、机务设备、车辆业务设备、给排水设备、通信息信号设备、动力供应及房屋建筑等。施工组织设计时编制切实可行、经济合理的施工组织方案，以指导全线施工。预算是编制设计投资计划进行财务拨款的依据。这两项工作是铁路设计的重要内容，也是铁路线路设计的关联内容。第一章 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）第一章总体说明1.1项目背景福建省位于我国东南部，依山傍海，九成陆地面积为丘陵地带，被称为“八山一水一分田”。福建省全省森林覆盖率全国第一，高达65.95%。有丰富的自然和人文景观。改革开放后特别是二十一世纪以来，伴随经济的快速发展和国家大力推进高速铁路建设的春风，福建铁路进入了一个快速发展时期，逐渐形成了“两纵两横”铁路网（峰福、鹰厦、赣龙-龙厦、温福-福厦-厦深），除传统的鹰厦、峰福、梅坎、漳龙等铁路线外，相继建成温福、福厦、向莆、厦深等一批高速铁路，并将继续推进闽西闽北铁路建设，力争至“十二五”期间形成较为完善的“两纵五横”快速铁路网。目前福建省已有鹰厦（江西）、峰福（江西）、梅坎（广东）、赣龙（江西）、温福（浙江）、昌福（江西）、厦深（广东）等7个铁路出省通道。根据福建省铁路建设的初步规划，至十二五期间（年），福建省新开工铁路项目总里程1200公里，争取到2015年全省铁路网规模达到4800公里。本设计的地区地处福建省龙岩市西南丘陵地区，矿产资源十分丰富，地下蕴藏大量各类矿藏，上杭县是矿产资源丰富的黄金宝地，已发现金、银、铜、铁、石灰石等43个矿种，查明矿（床）点355处；其中紫金山金铜矿属国家级特大型金铜矿床。龙岩东与福建省泉州、漳州两市接壤，西与江西省赣州市交界，南与广东省梅州市毗邻，北与福建省三明市相接。龙岩是距离厦门最近的内陆邻海城市，也是海峡西岸经济区延伸两翼、对接两洲、拓展腹地的交通枢纽与重要通道。龙岩还是著名的旅游区。龙岩市旅游资源十分丰富，目前已初步形成“红色之旅”、“客家之旅”和“生态之旅”等一批特色旅游产品。区域内有3个国家4A级旅游区、1个国家重点名胜区、1个国家历史文化名城、3个国家森林公园、2个国家自然保护区、12个国家重点文物保护单位。龙岩还是革命老区，是一块红色的土地，是全国赢得“红旗不倒”光荣赞誉仅有的两个地方之一。在这里，留下了毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、陈毅等老一辈无产阶级革命家从事伟大革命实践的深深印记。大力开发各种旅游资源是该地区大力发展经济的必由之路。随着人们对精神文化的追求的激增，地区资源有待开发。随着城市化进程的加快，国民经济的发展，特别是沿线乡镇经济的发展，铁路现状与快速增长的客流量之间的矛盾日益明显，原有的铁路已经不能满足旅客的需求，需要在该地区新建一条客货共线铁路。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）本次设计是一次对大学期间所学专业知识融会贯通实践活动，由于时间和本人能力的关系，只对路段做初步的设计，包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、边坡稳定性验算以及挡土墙设计等。通过设计可以将大学中所学的知识认真复习并付诸实践，锻炼动手能力，也为今后走向工作岗位打下坚实的基础。1.2设计任务及要求本设计为山岭重丘地区Ⅲ级铁路选线设计。采用Ⅲ级铁路技术标准，设计内容具体见表1-1。表1-1设计内容铁路等级Ⅲ级设计行车速度正线数目单线机车类型牵引种类电力机车最小曲线半径限制坡度25‰到发线有效长度闭塞方式半自动闭塞牵引质量根据要求，对本课题将进行如下设计：第一：选线；根据设计资料及调研得到的相关资料进行线路的比选，制定了大体走向。第二：进行路线几何的设计，主要包括平面设计、纵断面设计、横断面设计；通过平面设计确定路段的走向及线形，使路线更加平顺畅通，行车更加安全，通过纵断面设计，调整路线的纵坡及与平曲线的组合，通过横断面设计，满足铁路的排水要求及通过路拱及超高和加宽使行车时更加安全可靠。第三：根据不同地段路堤、路堑的填料与地质情况分别进行边坡稳定性验算，找出需要加支挡物的临界高度。第四：进行铁路支档构造物设计，对起支护作用的挡土墙进行初步设计；对挡土墙的类型、地点、各部分尺寸进性设计和验算。通过本设计要求能够综合运用专业所学的知识，根据有关的设计规范掌握各设计阶段的设计内容，掌握设计过程中设计原始资料的采集方法与内容，掌握路面设计参数的确定、选用及计算方法；熟练CAD操作与工程图纸绘制的规范。1.3沿线自然地理、气候、地质、水文气象等状况49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）本设计的路段所在地区处于福建省西南部，途经当地虽无重要农业区和居民区但是全段路线均在生态环境良好的丘陵地带，植被丰富、拥有较为全面的物种多样性，选线时应尽量避免因挖埋深过大而影响到当地的生态环境，在填方过大和挖方过深的地段考虑选择用桥和隧道的方式通过。该地区属于山岭重丘区，地势起伏较大，地形错综复杂，应综合考虑平，纵，横三者的关系，适当的掌握标准，提高线形质量。自然特征：地处九龙江中游末段低山丘岭缓坡区，岩基裸露，形成高30~50m的陡峻峭壁，自然坡度25°～40°。一、地质条件沿线山体稳定，无不良地质状况。土层分布：地表以下1.0-2.0米，由素填土、杂填土组成，沿线零星分布。此外绝大部分为粘性土，砂质粘性土厚度为1.0-10.0米。地表10米以下基本为侵入岩，山顶少有碎落现象。二、气候条件测区属亚热带海洋性季风气候，年平均气温19.8℃，极端高温38.4℃，极端低温-2.8℃，最大冻深0.5米，年日照时数1442小时～2043小时，无霜期270～299天，年平均降水量1608毫米～2137毫米。气候温和，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，四季常青，适宜亚热带作物和林木的生长。三、水文和水文地质条件地下水位较深，不用考虑施工时的地下降水。由于年降水量较为丰富，要做好地上排水的设计，标记涵洞等排水设施的具体位置。四、植被分布多丘陵和山地，当地树木较多，注意保护成材的树木，对于珍稀物种避免破坏，做到设计与自然的和谐。五、建筑材料分布当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。沿线有多个石灰厂，产量大、质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设。基层和垫层材料应该注意就地取材，节约工程费用。1.4设计原则设计在满足工程经济的前提下符合Ⅲ级铁路标准的要求，尽可能采用较高的技术指标，还要综合考虑工程造价，施工技术条件，地质气候，材料来源等其它影响因素。1.数目增加不大的情况下，尽量采用较高的技术指标，不轻易的采用低指标和极限指标，同时不要不顾及工程量的增加采用高指标。在线路布设时尽量保证行车安全，舒适，快捷的前提下做到工程数量小，造价低，使用成本低，经济效益好的目的；2.处理好道路与农业，农村，农民的关系，注意与农业基本建设的配合，做到少占田地并尽量不要占高产田地和经济作物田地，避免穿越经济林园，并注意与修路造田，农田水利设施，土地规划相结合；49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）3.充分重视水文地质条件和问题，不良地质地貌对道路的稳定性影响较大，同时对特殊地质的处理的工程费用非常大，这将极大的增加工程成本和造价。对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流岩溶、沼泽等严重的工程地质水文问题应慎重的处理一般情况下应尽量绕避，必须穿越时应选择合理的位置缩小穿越范围，并采取相应的处理措施；4.重视环境保护和生态保护，加强环境保护工作，重视生态平衡，在工程结束后要做好当地环境的恢复工作。为人类创造良好的生活环境，是我国的一项基本国策。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）第二章平面线性设计2.1选线2.1.1线路概述铁路是一条三维空间带状实体。一般所说的线路，是指铁路中心线在空间的位置，以路基横断面上O点在纵向上的连线表示，如图2-1所示，简称为线路中线。图2-1路基横断面线路在空间位置是有它的平面和纵断面决定的。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。各设计阶段编制的线路平面图和纵断面图是铁路设计的基础文件。各设计阶段的定线要求不同，线路平面图和纵断面图的详细程度也各有区别，绘制时应遵循铁路行业制定的线路标准图示。2.1.2选线原则线路平面和纵断面设计必须满足以下三方面的基本要求：（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线相关规范所规定的技术标准中，设计要遵循相关规定。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）（2）应力争节约资金。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、路基、道口和支档、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。2.2定线的基本方法地形条件、特别是地面平均自然坡度的大小，对线路位置和定线方法影响很大。定线时应该分两种情况对待：1.采用的最大设计坡度大于地面平均自然坡度，线路不受高程阻碍的限制。这时，主要矛盾在平面一方，只要注意避绕平面障碍，按短直线方向定线，即可得到合理的线路位置。这样的地段，成为缓坡地段。2.采用的最大坡度小于或等于地面平均自然坡度，则线路不仅受平面障碍的限制，更受高程障碍的控制。这样的地段，成为紧坡地段。这时，主要矛盾在纵断面一方，这就需要根据地形变化的情况，选择地面平均自然坡度与最大坡度基本吻合的地面定线，有意识地将线路展长，使之能到达预定的高程。由于紧坡和缓坡地段的条件不相同，因此它们的定线方法也不相同。2.2.1紧坡地段定线(一)紧坡地段定线要点紧坡地段通常应用足最大坡度定线，以便争取高度使线路不致额外展长。当线路遇到巨大高程障碍时（如跨越分水岭），若按短直方向定线，就不能达到预定的高度，或出现很长的越岭隧道。为使线路达到预定高度，需要用足最大坡度结合地形人为展长线路，称为展线。在展线地段若无特殊原因，一般不采用反向坡度，以免增大克服高度引起线路不必要的展线和增加运营支出。在紧坡地段定线，一般应从困难地段向平易地段引线。（二）展线方式49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）为克服巨大高差需要迂回展线时，应根据需要展长线路长度结合地形和地质等条件，用直线和曲线组合成各种展现形式：如套线、灯泡线、螺旋线等来展长线路。1.套线当沿河谷定线时，遇到主河谷自然坡度大于最大坡度、而侧谷又比较开阔时，常常在侧谷内采用套线式的展线。简单套线由三个曲线组成，每一曲线的偏角均不大于180°。2.灯泡线在谷口狭窄的侧谷内，若采用套线展线，在谷口往往需要修建隧道或深路堑引起较大工程。为了更好地适应谷口狭窄地形，可以采用灯泡线展线。它是由三个或三个以上的曲线组成。3.S线在一面坡地段，若定线坡度小于地面坡度，这时往往采用“S”形曲线来回盘绕，人为展长路线，以争取高程。（三）导向线定线法在紧坡地段，线路的概略位置与局部走向可借助于导向线来拟定。导向线就是既用足最大坡度又在导向线与等高线交点处填挖为零的一条折线。因此，它是用足最大坡度而又适合地形、填挖最小的线路。导向线是利用两脚规在小比例尺地形图上定出来的，其定线步骤如下：1.根据地形图上等高距，计算出线路上升需要引线的距离—定线步距，即（2-1）式中—定线坡度，（‰）；—曲线和隧道坡度折减平均值，可取。2.参照规划纵断面，在地形图上选择合适的车站位置，从紧坡地段的车站中心开始，向前进方向绘出半个站坪长度（），作为导向线起点。3.按地形图比例尺，取两脚规开度为，将两脚规的一只脚，定在起点或附近地面标高与设计路肩标高相近的等高线上，再用另一脚截取相邻的等高线。如此依次前进，在等高线上取很多点，将这些点连城折线。2.2.2缓坡地段定线在缓坡地段，地形平易，选线时可以航空线为主导方向，既要力争线路顺直，又要节省工程投资。为此，应注意以下几点：49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）1.为了绕避障碍而使线路偏离短直方向时，必须尽早绕避，力求减少偏角。2.线路绕避山嘴，跨越沟谷或其他障碍时，必须使曲线交点正对主要障碍物，使障碍物在曲线内侧并使其偏角最小。如本设计选线图2-2。图2-2本设计线选图3.必须是确有障碍存在时才设置曲线。曲线半径应结合地形尽量采用大半径。在缓坡地段，线路展长的程度取决于线路的意义，运量大小、地形、地质条件。4.坡段长度最好不宜小于列车的长度，应尽量采用无害坡度。5.力争减少总的拔起高度，但绕避高程障碍而导致线路延长时，应认真比较。6.车站的设置应不偏离线路的短直方向，并争取把车站设在凸形地段。地形应平坦开阔，以减少工程量。2.3平面技术指标的确定2.3.1直线（一）直线的特点49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）直线作为平面线性要素之一，在铁路选线中使用最广泛。一般定线时，只要地形平坦、无大的地物障碍，定线人员都要首先考虑使用直线通过。再外加上笔直的线路给人以短捷、直达的良好印象，在美学上直线其特点也较突出。（二）直线的运用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，运营支出相应增大。2.3.2夹直线一、夹直线的确定夹直线长度应力争长一些，为行车和维护创造有利条件。但为适应地形节省工程，需要设置较短的夹直线时，其最小长度受下列条件控制：1、线路养护要求。维修实践证明：夹直线长度不宜短于2至3节钢轨；钢轨标准长度为25m，即50至75m；地形困难时，至少应不小于一节钢轨长度，即25m。2、行车平稳要求。为了保证行车平稳，旅客舒适，夹直线长度不宜短于2~3节客车长度。我国25型客车全长为25.5m，故夹直线长度不宜短于51.0~76.5m。二、夹直线的保证纸上设计时，通常绘出圆曲线而不绘出缓和曲线。因此，为了保证有足够长度的夹直线，相邻两圆曲线端点（与）间夹直线长度应满足下列条件：（2-2）：夹直线最小长度按表2-1取值；：相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度（m）；表2-1夹直线最小长度路段设计速度（km/h）14012010080一般110806050困难7050403049 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）夹直线长度不够时，应修改线路平面。如减小曲线半径或选用较短的缓和曲线长度，或改移夹直线的位置，以延长两端点间的直线长度和减小曲线偏角；当同向曲线间夹直线长度不够时，可采用一个较长的单曲线代替两个同向曲线。本设计最小夹直线长度为，相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度为、，根据上表夹直线最小长度为，所以本设计采用的夹直线最小长度为，因此设计的曲线位置符合夹直线最小长度的要求。2.4圆曲线2.4.1圆曲线的几何要素铁路线路平面由曲线和与之相切的直线组成，线路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。圆曲线的几何要素为：偏角、半径、切线长、曲线长、外矢距，如图2-3所示。图2-3圆曲线几何要素2.4.2圆曲线最小曲线半径选择最小曲线半径首先应满足各级铁路规定的旅客列车最高行车速度的要求，按旅客列车通过曲线的最大允许速度计算公式49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）进行计算。《铁路线路设计规范》规定的最小曲线半径一般能够满足上述条件下行车速度的要求；在地形困难地段如果采用小半径曲线，比较容易顺应地形，减少路基土石方，桥隧和挡护工程，节省工程费用；而如果过多采用小半径曲线，会增加曲线数目，使总的转向角增大，线路延长，增加工程费。《线规》拟定的最小曲线半径编制《线规》时，对采用的参数进行了细致研究，按公式得到初步计算结果，并结合我国铁路的工程和运营实践及科研成果，确定了各级铁路不同路段设计速度的最小曲线半径值。设计线路平面时，各个曲线选用多大的曲线半径，要考虑下列设计要求：（1）曲线半径系列。为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取50、100m的整倍数。（2）因地制宜由大到小合理选用。各个曲线选用的曲线半径不得小于设计线选定的最小半径。故选配曲线半径时，应遵循由大到小，宁大勿小的原则进行。（3）结合线路纵断面特点合理选用。由《线规》拟定的最小曲线半径知：当线路的等级为Ⅲ级，路段的设计速度为100Km/h,最小曲线半径为600m,而在本设计段中的曲线半径值分别为1000m、800m、700m，均大于最小曲线半径。2.4.3最大曲线半径最大曲线半径标准关系到线路的铺设、养护、维修可否到达要求的精度，进而影响轨道的平顺状态，间接成为限制列车行车速度，甚至是不安全因素。当曲线半径增加到一定程度时，再增大曲线半径，因行车速度不高，行车条件的改善并不显著；相反，曲率太小，维修工作增大，曲线也不易保持圆顺。曲线半径的最大值确定为10000m，是考虑到再增加曲线半径，因行车速度不高，行车条件改善并不显著。相反，因曲率太小，维修工作加大，曲线也不易保持圆顺。本设计线最大曲线半径为1000m，因此满足最大曲线半径的要求。2.4.4缓和曲线一、缓和曲线概述曲率半径和外轨超高均逐渐变化的曲线，称为缓和曲线。为使列车安全、平顺、舒适地由直线过度到圆曲线，在直线与圆曲线之间要设置缓和曲线。缓和曲线的作用和性质：1.曲率连续变化，便于机车车辆通过列车在转弯行驶的过程中，其半径由无限大渐变到圆曲线半径，从而使车辆产生离心力逐渐增加，有利于行车平稳。2.离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）1.超高逐渐变化，行车更加平稳在缓和曲线范围内，外轨超高由零递增到圆曲线上的超高量，使向心力逐渐增加，与离心力的增加相配合。2.为轨距加宽提供过度当曲线半径小于350m、轨距需要加宽时，在缓和曲线范围内，由标准轨距逐步加宽到圆曲线上的加宽量。3.与圆曲线配合得当，增加线性美观。二、缓和曲线选择《线规》中规定最小缓和曲线长度，见表2-2。表2-2路段设计速度为100km/h最小缓和曲线长度(m)曲线半径250020001600140012001000800700600550一般40505060607080100120130困难3040404050607090100110在本设计中缓和曲线的选定如下：列车的设计速度为100km/h的曲线半径为1000m、800m、700m、700m，则对应的缓和曲线长分别为80m、80m、90m、100m。三、缓和曲线间圆曲线的最小长度两缓和曲线间圆曲线的最小长度，应保证行车平稳，并考虑维修方便。《线规》规定的最小长度和夹直线长度相同，见下表2-3。表2-3圆曲线线最小长度路段设计速度（km/h）14012010080一般110806050困难70504030在线路平面设计时，为保证圆曲线有足够的长度，曲线偏角、曲线半径和缓和曲线曲线长度三者间应该满足下式关系：49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）（2-3）式中：圆曲线最小长度（m），采用表2-3中的数值。本设计中所用到的缓和曲线间圆曲线长度最小的为340m，根据表2-3的规定本设计缓和曲线间圆曲线的最小长度限值为60m，且符合上式的规定。所以设计满足缓和曲线间圆曲线的最小长度的要求。2.5曲线汇总本设计中的曲线汇总表见下表2-4所示。表2-4曲线汇总表交点半径缓和曲线长直缓里程缓直里程切线长曲线偏角曲线长100080K0+272.492K0+889.230315.07430°45′10.2″616.7383580080K1+040.788K1+493.806230.03926°42′55.6″453.0180670090K1+642.285K2+264.075324.65343°31′39.3″621.78966700100K2+421.602K2+850.686217.77526°56′09.1″429.08349第三章区间线路纵断面设计49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）3.1纵断面设计概述线路纵断面是由长度不同，陡坡各异的陡坡组成的。坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。坡段长度为坡段长度两端变坡点间的水平距离。坡度值为该坡段两端变坡点的高差与坡段长度的比值，以千分数表示，即公式3-1，上坡取正值，下坡取负值。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。（3-1）3.2线路的最大坡度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。最大坡度是一项具有全局性意义的铁路主要技术标准，它对设计线的运输能力、工程数量和运营质量具有重要影响，有时甚至决定线路的走向。《线规》中规定电力机车牵引的最大坡度为25‰。3.3线路的限制坡度3.3.1影响限制坡度选择的因素1.铁路等级铁路等级越高，则设计线的意义、作用和客运量越大，更需要有领号的运营条件和较低的运输成本，因此宜采用较小的限制坡度。2.运输需求和机车类型铁路的输送能力必须能完成运输任务。输送能力与货物列车牵引吨数有关，而牵引吨数是由限制坡度与机车类型决定的。力争选定的限制坡度与平均自然纵坡相适应，不引起额外展线。3.地形条件地形条件是限制坡度的重要因素，限制坡度要和地形相适应。既不能选择过小的限制坡度，引起大量的人为展线；又不能选择过大的限制坡度，使该限坡得不到充分利用。4.符合《线规》规定设计线选定的限制坡度，不应大于《线规》规定值，如表3-1所示。表3-1限制坡度最大值（‰）49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）铁路等级ⅠⅡⅢ地形类别平原丘陵山区平原丘陵山区平原丘陵山区牵引种类电力6.012.015.06.015.020.09.018.025.0内燃6.09.012.06.09.015.08.012.018.0限制坡度最小值，《线规》未作规定，但通常取为4‰。这是因为限制坡度若小于4‰，虽然按限制坡度算得的牵引质量很大，但受起动条件和到发线有效长度的限制而不能实现，而工程投资却可能有所增加。所以一般不采用小于4‰的限制坡度。本设计为Ⅲ级铁路，牵引种类为电力牵引，地形为山区。最大限制坡度为25.0‰3.4坡段长度相邻两坡段的坡度变化点称为变坡点。相邻两变坡点间的水平距离称为坡段长度。从工程数量上看，采用较短的坡段长度可更好地适应地形起伏，减少路基、桥隧等工程数量。但最短坡段长度应保证坡段两端所设的竖曲线不在坡段中间重叠。货车车钩强度允许的纵向力，拉伸力取980kN，压缩力取1960kN。在可能设置的最大坡度代数差和列车非稳态运行（如紧急制动、由缓解到牵引）的不利工况下，坡段长度所决定的车钩应力与列车牵引吨数有直接关系，牵引吨数用远期到发线有效长度表示。而我们所采用的最小坡段长度是经过铁道科学研究院的理论计算与实践验证，《线规》规定的一般路段的最小坡段长度，见表3-2。表3-2坡段最小长度表（m）远期到发线有效长度1050850750650≤550最小坡段长度400350300250200本设计所用到的最小坡段长度为，采用的远期到发线有效长度为850m，所以根据上表规定坡段最小长度限值为，因此符合要求。3.5坡段连接3.5.1相邻坡度差49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）线路纵断面设计中，习惯认为上坡的坡度为正值，下坡的坡度为负值，相邻两坡度的坡度代数差的绝对值称为坡度差。1.最大坡度差限制条件近年来，根据铁路科学研究院的理论研究、模拟计算和现场试验，列车通过变坡点时的纵向力有如下规律：（1）列车纵向力随变坡点坡度差值得增大而有所增大；（2）凸形纵断面列车纵向力增大，压力减少；凹形纵断面拉力减少，压力增大；（3）列车通过变坡点时的纵向力主要取决于列车牵引力质量（列车长度）、机车操纵工况和纵断面形式。2.最大坡度差允许值根据列车通过变坡点时产生的纵向力不大于车钩强度，即保证列车不断钩，进行计算，最打坡度差可以达到2倍限制坡度。但考虑到远期列车牵引吨数可能增大，最大坡度差应留在有适当余量，故以远期到发线有效长度作为拟定坡度差的参数。《线规》对最大坡度差的规定见表3-3所示。表3-3最大坡度差铁路等级Ⅲ远期到发线有效长度1050850750650550最大坡度差一般1012151820困难1215182025本设计所用到的纵坡分别为-0.399‰、-2.9‰、3.49‰，，因此满足要求。3.5.2竖曲线在线路纵断面的变坡点，为了保证行车的安全平顺，设置的与坡段直线相切的竖向曲线称为竖曲线。铁道科学研究院经过模拟计算，得出坡度差小于4‰时，列车以不同工况通过变坡点产生的最大纵向力和在平道上几乎相等。据此，《线规》规定，相邻坡段的坡度差，当Ⅰ级、Ⅱ级铁路大于3‰、Ⅲ级铁路大于4‰时，相邻坡段应以圆曲线型竖曲线连接。所以本设计采用圆曲线型竖曲线。一、竖曲线的几何要素1）竖曲线切线长由图3-1知：49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）（3-1）式中：：竖曲线半径：坡度代数差的绝对值（‰）2）竖曲线长度（3-2）3）竖曲线纵距（3-3）式中：切线上计算点至竖曲线起点的距离（m）。变坡点处的纵距称为竖曲线的外矢距，计算式如下：（3-4）图3-1竖曲线二、竖曲线半径49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）我国参照传统的采用值，并考虑到增大竖曲线半径，通常对工程量影响不大。所以《线规》规定：路段设计速度为160km/h地段，竖曲线半径应采用15000m，路段设计速度<160km/h时，竖曲线半径采用10000m。本设计采用竖曲线半径分别为15000m、15000m。为了保证轨道自然柔顺条件，《线规》中规定竖曲线半径与最小坡度差的关系如表3-4所示。表3-4竖曲线半径与最小坡度差的关系250002000015000100001.82.02.32.8三、设置竖曲线的限制条件为了保证竖曲线不与缓和曲线重叠，纵断面设计时，变坡点离开缓和曲线起终点的距离，不应小于竖曲线的切线长。同时还要满足一下条件：1.竖曲线不应设在明桥面上；本设计采用的是道砟桥面，此项不予考虑。2.竖曲线不应与道岔重叠；3.Ⅰ级、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度差大于3‰、Ⅲ级铁路大于4‰时，才设置竖曲线。竖曲线长度不宜小于25m。4.设计速度为160km/h及以上的区段，竖曲线与平面圆曲线不宜重叠设置。本设计速度为100km/h，此项不予考虑。3.6纵断面设计汇总本设计中的坡度汇总如表3-5所示：表3-5坡度汇总表序号起点里程终点里程坡段长（m）坡度值（‰）1K0+000K1+2701270-0.3992K1+270K2+6401370-2.93K2+640K4+63019903.4949在本设计中竖曲线的设置情况如表3-6所示。3.7桥涵，隧道的设计3.7.1桥涵地段的纵断面设计1.涵洞和道砟桥面对纵断面没有特殊要求。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）2.明桥面宜设在平道上。设在坡道上时，由于钢轨爬行的影响，线路难于锁定，轨距也难于保持，给线路养护带来困难，也影响行车安全。如果必须设在坡度上，坡度不宜大于4‰，以免列车下坡时，在桥上制动增加钢轨爬行，所以如将跨度大于40m，或桥长大于100m的明桥面桥设在大于4‰的坡道上，应该有充分技术经济依据。3.明桥面上不应设置竖曲线，以免调整规定标高引起铺设和养护的困难。所以纵断面设计时，应使变坡点距明桥面两端不小于竖曲线切线长。由于本设计桥梁为道砟桥面，对纵断面没有特殊要求。3.7.2隧道地段的纵断面设计1、隧道内的线路纵断面可设置为单面坡或人字坡。单面坡能争取高度且有利于长隧道的运营通风；人字坡有利于施工中的排水和出砟。2、需要用足最大坡度地段的隧道，为了争取高度，一般应设计为单面坡。3、越岭隧道，当地下水发育且地形条件允许时，应设计人字坡。人字坡的长隧道，由于通风不良，内燃牵引时，双方向上坡列车排除的废气与油烟，污染隧道，恶化运营和维修工作条件，必要时应采取人工通风。4、隧道内的坡度不宜小于3‰，以利排水。严寒地区且地下水发育的隧道，可适当加大坡度，以减少冬季排水结冰堆积的影响。本设计采用单面坡，有利于通风。隧道内的坡度为3.49‰大于3‰，因此满足规范要求。3.7.3桥梁、隧道布置在此设计线范围内，为跨越山脊线、农田、公路、湖泊、溪流并结合纵断面图，本着节省工程时间、节约资金的设计目的，共设计了5座桥梁和烧灰山隧道。具体见表3-7。表3-6竖曲线汇总表变坡点里程前一坡段坡度（‰）后坡段度（‰）坡度差（‰）竖曲线半径（m）竖曲线切线长竖曲线外矢距K1+270-0.399-2.902.5011500018.750.0117K2+640-2.9003.4956.3941500047.960.07667表3-7桥梁、隧道布置情况49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）序号位置(km)长度(m)中心点高度(m)桥1K0+385-K0+47590312桥2K0+670-K0+820150312桥3K0+985-K1+115130312桥4K1+605-K1+845240310桥5K2+545-K3+120575306烧灰山隧道K3+120-K4+6301510—第四章横断面设计49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）路基横断面图是指垂直线路中心线截取的截面。路基的断面形式、构造尺寸、各部分组成和主要设备均可从路基的横断面图上得到反映，路基横断面图是路基设计的主要文件之一。4.1横断面的基本形式在本设计中，路基横断面的基本形式有以下几种：1.路堤当铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑方式构成，见设计图4-1所示。2.路堑当铺设轨道的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，见设计图4-2所示。4.2横断面各部分的设计原则4.2.1路基面形状水的危害是造成路基病害的重要原因，保证良好的排水条件是路基设计的重要原则。路基面的形状根据基床原料的渗水性及水稳定性而定。1.本设计中路堤的土质大部分为非渗水土，路基面做成了路拱结构，有利于排除雨水，避免路基面处积水使土浸湿软化，造成病害。路拱形状为三角形，本设计为单线路基，路拱高0.15m，曲线加宽时，路拱仍为三角形，仅将路拱外侧坡度放缓。详见图4-1。2.本设计中路堑的土质大部分为岩质路基或渗水材料（碎石、砾石、粗砂或中砂）。因填料具有良好的渗水性能，降雨时短暂的湿润对强度影响不大，故路基面不需设成路拱而做成水平状即可。详见图4-2。4.2.2路基面的宽度路基面宽度等于道床覆盖的宽度加上两侧路肩的宽度之和。本设计为Ⅲ级铁路，其路堤和路堑均不得小于0.4m。详见图4-1、4-2。1、区间直线地段路基面宽度见下表4-1。2、区间曲线地段的路基面加宽在曲线地段，由于曲线轨道的外轨设置超高、外侧道床加厚、道床坡脚外移，故曲线外侧的路基面应予加宽，《铁路路基设计规范》中规定了区间单线曲线地段，路基面加宽值如表4-2所示。表4-1直线地段路基面宽度49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）铁路等级轨道类型单线非渗水土渗水土、岩石道床厚度路基面宽度道床厚度路基面宽度路堤路堑路堤路堑Ⅲ级轻型0.355.65.60.255.05.0表4-2曲线地段路基面加宽值（m）曲线半径（m）R≤6006001.300，所以滑移验算满足要求。2、倾覆稳定性验算由理正岩土软件易得出相对于墙趾的以下数据，见表6-1所示。表6-1相对于墙趾的参数值参数墙身重力的力臂Zw上墙Ey的力臂上墙Ex的力臂下墙Ey的力臂下墙Ex的力臂数值Zw=1.384mZx=3.266mZy=7.710mZx3=1.700mZy3=0倾覆力矩为332.832kN/m，抗倾覆力矩为1083.551kN/m，K0=3.256>1.600，所以倾覆稳定性满足要求。2、地基应力及偏心距验算本设计基础类型为天然地基，基础底面宽度B为1.700m，通过软件易得：作用于基础底的总竖向力为650.128kN，作用于墙趾下点的弯矩为750.719kN/m，偏心距e=-0.305m，基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn为1.155m。基底压应力：趾部为0，踵部为794.861kPa。因此，最大应力与最小应力之比为0/794.861=0。作用于基底的合力偏心距e=-0.305<=0.250*1.700=0.425m，满足要求。墙趾处地基承载力压应力：0.000<=1600.000kPa，满足要求。墙踵处地基承载力压应力：794.861<=1600.000kPa，满足要求。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）地基平均承载力压应力：382.428<=400.000kPa，满足要求。4、基础强度验算本设计基础为天然地基，不作强度验算。5、上墙截面强度验算由软件得：上墙重力Ws=149.952kN，上墙墙背处的Ex=43.168kN，上墙墙背处的Ey=10.792kN；相对于上墙墙趾，上墙重力的力臂Zw=0.871m，上墙Ex的力臂Zy=0.510m，上墙Ey的力臂Zx=2.012m。二、容许应力法1、法向应力检算由软件得:相对于上墙墙趾,合力作用力臂Zn=0.810m,截面宽B=2.140m，偏心距e1=0.260m；截面上压应力：面坡=129.818，背坡=20.410kPa。所以截面上偏心距e1=0.260<=0.300*2.140=0.642m，验算满足要求；压应力计算值：129.818<=1050.000kPa，验算满足要求。2、切向应力检算剪应力计算值：-17.385<=125.000kPa，验算满足要求。3、斜截面剪应力检算验算斜截面与水平面的夹角=31.867度。斜剪应力：计算值=26.149<=125.000kPa，验算满足要求。4、墙底截面强度验算验算截面以上，墙身截面积=24.240m2、重量=533.280kN。相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=1.384m。三、容许应力法1、法向应力检算由软件易得：作用于截面总竖向力=650.128kN，作用于墙趾下点的总弯矩=750.719kN/m，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.155m。截面宽度B=1.7m，偏心距e1=-0.305m。截面上压应力：面坡=-28.872、背坡=793.728kPa截面上偏心距：e1=-0.305<=0.300*1.700=0.510m，验算满足。压应力计算值=793.728<=1050.000kPa，验算满足。拉应力计算值=28.872<=125.000kPa，验算满足。2、切向应力检算剪应力计算值=-165.821<=125.000kPa，验算满足。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）四、各组合最不利结果（一）滑移验算无荷载的情况：抗滑力=325.064kN、滑移力=43.168kN，滑移安全系数：Kc=7.530>1.300，验算满足。（二）倾覆验算无荷载的情况：抗倾覆力矩=1083.551kN/M、倾覆力矩=332.832kN/m，倾覆安全系数：K0=3.256>1.600，验算满足。（三）地基验算无荷载的情况下：作用于基底的合力偏心距：e=0.305<=0.250*1.700=0.425(m)，验算满足。墙趾处地基压应力：0.000<=1600.000kPa，验算满足。墙踵处地基压应力：794.861<=1600.000kPa，验算满足。地基平均压应力：382.428<=400.000kPa，验算满足。（四）基础验算本设计不做强度计算。（五）上墙截面强度验算截面上偏心距：e1=0.260<=0.300*2.140=0.642m，验算满足。压应力计算值:129.818<=1050.000kPa,验算满足。拉应力计算值:0.000<=125.000kPa,验算满足。剪应力计算值：-17.385<=125.000kPa，验算满足。斜剪应力计算值：26.149<=125.000kPa，验算满足。（六）墙底截面强度验算无荷载的情况:截面上偏心距:e1=-0.305<=0.300*1.700=0.510m，验算满足。压应力计算值:793.728<=1050.000kPa，验算满足。拉应力计算值:28.872<=125.000kPa，验算满足。剪应力计算值:-165.821<=125.000kPa，验算满足。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）第七章轨道结构设计7.1概述轨道是铁路的主要技术准备之一,是行车的基础。轨道的作用是引导机车车辆平稳安全运行，直接承受列车荷载作用，并把荷载传布给路基或桥隧建筑物。轨道结构应给保证机车车辆在规定的最大载重和最高速度与性时，具有足够的强度、稳定性、平顺性和合理的维修周期。本设计采用传统的有砟轨道，其主要由钢轨、轨枕、道床等设备组成，下面就分别设计。7.2轨枕7.2.1轨枕的功用及类型轨枕承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，同时，能有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。轨枕应具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨，有抵抗纵向和横向为引得能力。轨枕按其材质主要有木枕、混凝土枕和钢枕等。本设计采用整体式预应力钢筋混凝土枕，简称混凝土枕（PC枕）。1984年铁道部将混凝土枕分为Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型三类。Ⅱ型混凝土枕包括S-2型、J-2型及后来设计的YⅡ-F型等。本设计采用Ⅱ型中J-2型混凝土枕，其主要尺寸见表7-2。表7-2Ⅱ型混凝土枕主要尺寸轨枕类型主筋数量混凝土等级截面高度（mm）截面宽度（cm）底面积（cm2）质量（kg）长度（cm）轨下中间端部轨下中间Ⅱ型44φ3C5820.216.529.4527.52565882512504φ107.2.2轨枕间距49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）轨枕间距与每公里配置的轨枕根数有关。轨枕每公里的铺设标准应根据运量、行车速度及线路设备条件等综合考虑、合理配套，以求在最经济的条件下，轨道具有足够的强度和稳定性。线路上轨枕类型及配置根数，应根据运量、线路允许速度及线路设备条件等确定，具体表7-3。表7-3轨枕类型和配置根数标准五年内年计划通过总量（Mt）W年<15轨枕配置数量（根/km）Ⅱ型混凝土枕1760-1680符合下列条件之一的Ⅱ型混凝土枕地段，线路设备大修时应增加轨枕配置数量：1.半径为800m及以下的曲线地段2.坡度大于12‰的下坡制动地段3.长度300m及以上的隧道内。按表7-3所列轨枕配置数量，Ⅱ型混凝土枕每千米增加80根，条件重合时只增加一次，但Ⅱ型每千米轨枕根数最多为1840根。本设计平面曲线半径有700m、800m段，烧灰山隧道全长1510m，所以轨枕配置数量应为1760根/km。7.3钢轨本设计采用钢轨类型为50kg/m，采用25m标准长度。7.3.1钢轨的基本特性为了满足行车的安全平顺，对钢轨的质量、断面、材质三方面均提出了明确的要求。1.足够的强度和耐磨性钢轨是作为一根支撑在弹性基础上无限长梁进行工作的。它主要承受轮载作用下的弯曲应力，但是也必须有能力承担轮轨接触应力，以及轨腰与轨头或轨底连接处可能产生的局部应力和温度变化作用下的温度应力。这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性能。2.较高的抗疲劳强度和韧性钢轨长期在列车重复荷载作用下工作，随着轴重增加和钢轨重型化，轨头部分的疲劳损伤成为钢轨损伤的主要形式之一。这就要求钢轨具有较高的抗疲劳强度和较好的冲击韧性。3.足够光滑的顶面车轮与钢轨顶面之间的摩阻力太大会使行车阻力增加，就要求钢轨有一个光滑的滚动表面，而机车依靠其动轮与钢轨顶面之间的摩擦作用牵引列车前进，则要求钢轨顶面具有一定的粗糙度。7.3.3钢轨断面50kg/m类型的钢轨在我国目前很普遍。钢轨采用工字形断面，由轨头、轨腰、轨底三部分组成。其断面及性能指标见表7-1。7.4道床49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）7.4.1道床的功能及材质道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础，具有以下功能：1.承受来自归真的压力并均匀地传递到路基面上。2.提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定。3.提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动。4.提供良好的排水能力，以提高路基的承载能力及减少基床病害。5.便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。为适应上述道床功能，道砟应具有以下性能：质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎；排水性好，不易风化。本设计采用二级道砟，材料主要有：碎石，天然继配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿渣等。7.5道床断面道床断面包括道床厚度、顶面宽度及边坡坡度三个主要特征。7.5.1道传厚度道床厚度是指上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。路基面的工作应力主要决定于道传厚度，增加道床厚度是降低路基面应力的主要手段。道床厚度根据运营条件、轨道类型、路基土质选用。参照《铁路轨道设计规范》（TB10082-2005）年通货总量为8-15Mt，设计速度小于等于100km/h的Ⅱ型混凝土轨枕的道床厚度标准为30cm。7.5.2道床顶面宽度及坡度道床顶面宽度与轨枕长度和道床肩宽有关。轨枕长度固定，所以道床顶面宽度主要取决于道床肩宽。我国铁路规定单线铁路正线碎石道床顶面宽度见表7-4。表7-1钢轨断面尺寸及特性50kg/m类型钢轨每米质量51.514断面积65.8重心距轨底面距离71对水平轴的惯性矩2037对竖直轴的惯性矩377下部断面系数287上部断面系数251轨底横向挠曲断面系数57轨头所占面积38.68轨腰所占面积23.77轨底所占面积37.55钢轨高度152钢轨底宽132轨头高度42轨头宽度70轨腰厚度15.549 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）表7-4道床顶面宽度及边坡坡度线路类别顶面宽度（m）曲线外侧道床加宽边坡坡度半径（m）加宽（m）普通线路年通货总重不小于8Mt3.1≤8000.101:1.75通过上述设计参数，本设计给出了道床横断面设计图，详见图纸。7.6曲线轨道轨距加宽行驶中的机车车辆进入曲线轨道时，由于惯性作用仍然力图保持原来的行驶方向，只有受到外轨的导向作用才会沿曲线轨道行驶。为使机车车辆能顺利通过曲线，并使轨距间的横向作用最小、减少轮轨磨耗，在半径很小的曲线轨道上，轨距要适当加宽。加宽轨距，是将曲线轨道内轨向曲线中心方向移动，曲线外轨的位置则保持不变。由于轨道游间的存在，机车车辆的车架或转向架通过曲线轨道时可以占有各种不同的几何位置，通常有斜接通过，自由内接通过、楔形内接通过，正常强制内接通过。本设计采用自由内接形式通过。参考《轨道结构设计》（李成辉著）可知，曲线轨道轨距不应小于直线轨道轨距，对曲线半径为350m以上的曲线轨道，轨距仍应采用1435mm，无需加宽。7.7曲线轨道外轨超高外轨超高是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。在设置外轨超高时，主要有外轨挺高法和线路中心高度不变法两种方法。本设计采用线路中心高度不变法提高外轨。7.7.1外轨超高的计算我国《铁路线路维修规则》规定在新线设计与施工中，采用的平均速度由式7-1确定。（7-1）带入超高公式7-2（7-2）得到新的超高计算公式7-3（7-3）式中：预计该地段最大行车速度（km/h）。7.7.2曲线轨道上的超高限速任何一条曲线轨道，均按一定的平均速度设置超高。在既定的超高条件下，通过该曲线的列车最高速度必定受到未被平衡的容许超高的限制。我国《铁路线路维修规则》给出了一般情况下，曲线上的超高限速公式7-4。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）（7-4）本设计平面选线的曲线半径分别为1000m、800m、700m。由公式7-4得，本设计速度满足要求。由公式7-3，可得出本设计线的曲线外轨超高值，见表7-5。表7-5曲线外轨超高值曲线半径（m）超高值h(mm)10007680095700108.587.8强度检算概述7.8.1计算资料在某线某区间上行下坡地段，曲线半径R=800m的制动区段，行驶SS4型电力机车，行车速度100km/h。本线路为普通线路干线铁路，其轨道条件见表7-6。表7-6轨道条件钢轨轨枕道床路基长度/m类型（kg/m）垂直磨耗/mm类型配置根数（根/km）类型厚度/cm肩宽/cm25506Ⅱ型1760碎石3030砂黏土（1）轨枕、钢轨的相关资料见表7-1、7-2。这里不再重复列出。（2）与机车相关资料。SS4型电力机车的轮重、轴距如图7-1所示。速度图7-1SS4型机车的轮重与轴距(单位:cm)49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）(3)碎石道床(4)相关计算参数选择参见《铁路工务技术分册》轨道分册。7.8.2轨道结构竖向静力模型一、概述我国铁铁道部标准TB2034《铁路轨道强度检算法》中介绍了两种竖向静力分析模型：点支承梁模型和连续支承梁模型。本设计采用后者进行静力计算。该模型中钢轨视为支承在弹性基础上的等截面无限长欧拉梁，梁的抗弯刚度为钢轨抗弯刚度EI，E为钢轨的弹性模量，I为钢轨截面对水平中性轴的惯性矩。在计算模型中假设轮载作用在钢轨的对称面，这两种模型都只取了轨道的一半，两股钢轨上的静轮载相等，为轴重的1/2。二、所需的计算参数：1、道床系数C：表征道床及路基的弹性特征。2、钢轨支座刚度D：表示钢轨支座下扣件和枕下基础的等效刚度。3、钢轨基础弹性模量u：表示钢轨基础的弹性特征。其中三者有以下关系，见式7-5。（7-5）C,D两个参数随轨道类型、路基、道床状况及环境因素而变化，离散性较大，具体见表7-7。表7-7混凝土枕轨道D值D轨道特征特重型、重型次重型及以下钢轨轨枕、道床及基床钢轨轨枕、道床及基床混泥土枕300700220420三、钢轨竖向荷载钢轨竖向荷载是指列车运行时车轮作用在钢轨上的竖向动轮载，分为静轮载和动轮载，其中动轮载比静轮载大，称为动轮载增量。影响动轮载的因素很多，本设计主要考虑速度和未被平衡的超高影响。1、速度系数（7-6）49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）我国根据大量实验，总结了经验公式，速度,2、偏载系数列车通过曲线时，由于存在未被平衡的超高，使内外轮产生偏载，其增量与静轮载的比值为偏载系数。（7-7）所以，钢轨竖向荷载。7.8.3钢轨位移、弯矩和枕上压力的计算概述机车车辆通过时，车轮依次通过，轨道受轮群的作用。为了求解轮群作用下钢轨的位移和弯矩，可先求出单个静轮载作用下的解，再通过叠加原理求轮群作用下的静力解，然后用速度和偏载系数修正分析结果得到动力解。本设计参考《轨道》（李成辉主编）直接给出单个静轮载作用下的微分方程的解（7-8）（7-9）参考《轨道》（李成辉主编）直接给出轮群作用下微分方程的解。（7-10）式中：各车轮的静荷载:各轮位于计算截面之间的距离当时，49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）（7-11）7.8.4轨道强度检算概述一、钢轨强度检算钢轨所受的应力有动弯应力、温度应力、残余应力和附加应力等。1、动弯应力钢轨的动弯应力是两个动弯矩产生的应力的叠加。为了计算动弯应力方便，横向动弯矩引起的动弯应力不单独计算，而是用横向水平系数修正竖向动弯应力，得到两个弯矩联合作用的最大动弯应力。横向水平力系数用公式7-12表示。（7-12）式中为轨底外缘和内缘的弯曲应力。通过对大量的不同类型机车及线路平面条件下的实测资料的统计，确定出的值，见表7-8。表7-8横向水平系数线路平面直线曲线半径≥800600横向水平力系数1.251.451.60钢轨动弯应力由下式可求得(7-13)式中：为轨底最外纤维拉应力和轨头最外纤维压应力(Mpa)：为钢轨底部和头部的截面系数,因钢轨类型及垂直磨耗量而异。2、温度应力钢轨温度应力，参考《轨道》可知，轨长25m，轨型为50kg/m的钢轨温度。3、制动应力列车制动时使钢轨受纵向力作用，制动应力。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）4、强度检算钢轨所受的应力应不大于钢轨容许应力。钢轨应力的检算条件见下式轨底（7-14）轨头（7-15）式中：桥上无缝线路产生的附加应力。：容许应力（MPa），普通碳素轨、低合金轨。二、轨枕强度检算1、轨枕受压应力检算混凝土枕的承压面积为轨底与轨枕的接触面积。混凝土枕抗压强度大，一般不检算其承压应力。2、轨枕抗弯强度检算对于混凝土轨枕，计算轨枕弯矩时把它视为支承在弹性基础上的短梁，取最不利支承。检算轨下截面正弯矩Mg，见公式7-16（7-16）式中：荷载作用点至轨端距离：一股钢轨下，轨枕的全支承长度，取：轨下衬垫宽度，一般取轨底宽：轨枕设计系数，暂定为1:钢轨动压力（N）[Mg]:轨下截面容许弯矩，Ⅱ型枕可取为检算中间截面负弯矩Mc，道床支承反力取全支承的3/4，见公式7-17。（7-17）式中:轨枕长度[Mc]：中间截面容许负弯矩，Ⅱ型枕可取为三、道床强度检算1、道床顶面应力道床顶面的应力，无论是沿轨枕纵向还是横向，分布都是不均匀的。其压力分布大致如图7-2。平均压力见公式7-18。49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）图7-2道床顶面应力（7-18）式中：轨枕底面宽度，混凝土枕取平均宽度：一股钢轨下的轨枕有效支承长度2、道床内部及路基顶面应力常用的道床应力近似计算法，有如下假设：（1）道床上的压力以扩散角按直线扩散规律从道床传递到路基顶面；（2）不考虑相邻轨枕的影响；（3）道床顶面的压力是均匀分布的。参考《轨道》（李成辉主编）中的道传应力检算图得知：轨枕横向及纵向压力扩散点分别为，距枕底高度分别为，且，其中为压力扩散角，取值为35度。根据将道床划分为3个区域，3个区域中应力计算的公式不同。第1区域：（7-19）第2区域：（7-20）第3区域：（7-21）3.道床及路基面的强度检算道床路基面式中：道床容许承压应力，对于碎石道床；：路基面容许承压应力，新建线路路基。7.9本设计轨道强度检算49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）一、轨道结构静力计算本设计采用“连续支承法”，计算钢轨静弯矩、静挠度和枕上静压力。1、计算刚比系数当时，当2、计算最大静位移、弯矩和枕上压力二、轨道强度检算1、计算SS4电力机车、运行速度时：检算钢轨检算钢轨下沉及轨下基础各部件49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）曲线半径R=800，取其未被平衡欠超高最大值，故偏载系数为故有2、钢轨强度检算当曲线半径R=800,，50kg/m钢轨，垂直磨耗为6mm时，截面模量，故制动应力；温度附加应力；钢轨容许应力据此检算钢轨强度：轨底满足要求。轨头满足要求。3、轨枕检算（1）枕下断面正弯矩检算满足要求。（2）中间断面负弯矩检算49 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）满足要求。4、道床顶面压应力检算满足要求。5、路基基床表面压应力检算现有道床厚度300mm，故有：，故有：满足要求。6、计算汇总根据以上结果，轨道各部分应力或弯矩都未超过标准容许值，轨道强度合格，结果汇总见表7-9。表7-9轨道各部分强度检算结果汇总项目钢轨应力轨枕计算断面弯矩/道床顶面应力基床表面应力计算值302.4337.025.43024.55680.23100.097495容许值35235213.310.50.50.1549 49大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）谢辞通过几个月的不懈努力，今天终于可以完成毕业设计论文最后的部分，开始撰写谢辞了。这表示可以进入毕业答辩了，更表示我离开母校的时刻快要到了。回忆起求学期间的点点滴滴，不禁感叹，真是时光飞逝啊!大学生活就在这一转眼间过去了!四年的努力与付出，随着论文的完成，终于让我的大学生活划下了一个完整的句点。毕业设计的顺利完成，乃至学业的顺利完成，在这个漫长而又短暂的过程中，有多少可敬的师长、同学和朋友给了我莫大的支持与帮助。在这里请接受我诚挚的谢意!感谢我的指导教师赵丽华和学长王霄腾，本论文从选题到完成，每一步都倾注了赵老师和学长大量的心血，是他们给了我无限的支持与帮助、耐心的辅导与解惑。而且还给了我很多就业上的建议。赵老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，使我感受到她朴实无华、平易近人的人格魅力。她是我日后学习、工作与生活中的最好的榜样!感谢我的同学与朋友们，是你们陪我渡过了大学四年美好的时光，给我留下了许多难忘的回忆。感谢土木茅以升111班这个班集体，她就是我在交大的家；感谢我同寝室的朋友们，感谢你们四年来的陪伴以及在生活中给予的关心和帮助，让我学会了与人相处的艺术。最后感谢我的母校——大连交通大学，感谢为我们提供了如此好的学习与生活环境和人生中难以忘怀的一段象牙塔中的美妙时光。49 53大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）参考文献[1]中华人名共和国铁道部.铁路线路设计规范.北京：中国计划出版社，2006.[2]铁道部经济规划研究院主编.铁路轨道设计规范.北京：中国铁道出版社，2005.[3]铁道部经济规划研究院主编.铁路路基支档结构设计规范.北京：中国铁道出版社，2001.[4]铁道部经济规划研究院主编.铁路轨道强度检算法.北京：中国铁道出版社，2001.[5]李远富主编.铁路选线设计.北京：北京交通大学出版社，2005.[6]李成辉.轨道（第二版）[M].成都：西南交通大学出版社，2004.[7]李成辉.轨道结构[M]成都：西南交通大学出版社，2008.[8]易思荣主编.铁路选线设计.成都：西南交通大学出版社，2001.53 53大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　53 53大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日53 53大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订53