毕业论文：线路大修与铁路无缝线路设计 20页

线路大修与铁路无缝线路设计TheDesignofTrackRenewalandCWR 摘要无缝线路是铁路现代化标志之一，它具有行车平稳，旅客舒适，同时机车车辆和轨道的维修费用低，使用寿命长等优点。随着线路客货运量和行车速度的不断提高，列车轴重的增加，无缝线路已成为高速、重载铁道的必选轨道结构，也是我国铁路线路的主要发展方向。线路经过长期运营，线路平纵断面会发生变化。因此，要对现有的平纵断面进行勘测，并根据勘测资料，对线路平纵断面进行改善设计。本设计利用AutoCAD及Excel，对线路大修地段进行了平面、纵断面改善设计，并绘制了的线路大修纵断面改善设计图；通过对轨道结构类型选择、轨道强度及稳定性检算，进而对路基上无缝线路进行设计；通过计算桥上无缝线路钢轨伸缩附加力和挠曲附加力，设计了一座中跨钢桥上的无缝线路，并绘制了无缝线路长轨节布置图。最后对线路大修工作作了专题研究。关键词：线路大修无缝线路轨道强度稳定性 AbstractCWRisonehallmarkoftherailwaymodernization,ithassomeadvantagessuchassmoothrunning,comfortableandlengthofservicelife.Withtheincreasingofdrivingspeed,passengercapacityandcargocarryingcapacity,andincreasingofaxialload,CWRhasbeenafirstlychosen-tractconstructionofhigh-speedandheavy-loadtrack,sointerregionalCWRhasbeentrendofrailtrackdevelopmentinChina.Lineafterlong-termoperation,lineprofilewillchange.Therefore,theexistingprofilehavebeeninvestigated,underinvestigation,thelineprofileistoimprove.Thisprojectimprovesthetrack’splanandprofiledesignoftrackrenewalontherailwaywiththehelpofAutoCADandExcel,moreover,itdrawstheplanoftherailway’sprofileimproveddesign;bychoosingthetrack’sstyle;checkingthetrack’sstrengthandstability,thendesignstheCWRontheroadbed,bycalculatingexpansionforcesandflexibilityforcesintherailsonthebridge,designingtheCWRonamediumspansteelbridge,anditdrawstheplanoflongsectionoftracklayoutofCWR.Finallytheworkoftrackrenewaldoneaspecialstudy.Keywords:trackrenewalCWRtrackstrengthstability 目录第1章绪论11.1线路大修11.1.1概述11.1.2设计内容11.2铁路无缝线路21.2.1概述21.2.2路基上无缝线路31.2.3桥上无缝线路3第2章线路大修平面设计42.1概述42.2既有曲线渐伸线长度计算62.3设计曲线渐伸线长度计算72.4拨距计算10第3章线路大修纵断面设计173.1纵断面设计的特点及原则173.1.1设计特点173.1.2设计原则173.2纵断面设计技术条件173.3纵断面设计方法183.3.1纵断面设计步骤183.3.2设计纵断面193.4原始资料203.5设计数据及计算结果223.6设计纵断面图24第4章路基上无缝线路设计264.1无缝线路基本技术条件264.1.1无缝线路分类264.1.2无缝线路铺设地段和位置2659 6.3.3要求与规则626.4线路大修的周期性626.4.1影响因素626.4.2现行规定636.4.3如何确定大修周期63参考文献66 第1章绪论1.1线路大修1.1.1概述铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成。它是一个整体工程结构，共同发挥各自的功用，其任何组成部分的改变或损坏，都将影响整体功能。……………（略）1.1.2设计内容本设计中采取的方法及步骤如下：(1)根据设计任务书给定的运营条件及线路测量资料，对既有线路平纵断面进行改善。(2)线路大修平面设计[1~4]：线路大修平面改善设计，主要是矫正既有线路平面的位置，平面设计以原线路设计标准为依据，并遵循一定的原则和基本的技术条件，根据线路勘测资料，对线路曲线部分各测点进行拨距计算。(3)线路大修纵断面设计：线路大修纵断面设计的目的是改善原有线路设备的技术状态，本设计在既有路基面标高、轨面标高及既有道床厚度的基础上，利用Excel对计算轨面标高、设计轨面标高、设计道床厚度等进行计算，并绘制纵断面设计改善图[4]。1.2铁路无缝线路1.2.1概述随着高速、重载铁路的发展，要求强化铁路轨道结构，提高线路的平顺性和稳定性，消除现有一般无缝线路的缓冲区和道岔区钢轨接头的影响，实现线路的无缝化。把焊接轨条长度延长达整个区间或跨区间并与道岔焊联成一体，这种超长轨条的无缝线路称为区间无缝线路或跨区间无缝线路。……………（略）1.2.2路基上无缝线路15 路基上无缝线路设计主要包括[6~9]：(1)无缝线路钢轨强度计算，采用连续支承法；(2)无缝线路稳定性计算，采用统一公式模型；(3)无缝线路结构设计与计算。1.2.3桥上无缝线路桥上无缝线路设计主要包括[9~12]：(1)钢轨的伸缩附加力的计算。梁因温度变化而产生的伸缩变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生伸缩附加力。伸缩附加力与梁的日温度差和扣件阻力的大小有关。(2)钢轨挠曲附加力的计算。梁在荷载作用下产生挠曲变形，通过梁轨相互作用，使钢轨产生挠曲附加力，与挠曲变形和扣件阻力的大小有关。……………（略）15 第2章线路大修平面设计2.1概述线路大修平面设计主要是校正线路的平面位置。平面设计应以原线路设计标准为依据，并应遵循以下基本技术条件：(1)设计曲线时应尽量采用单曲线，仅在困难条件下允许保留复曲线，但复曲线的两个圆曲线间，应设缓和曲线连接，其长度按计算决定，但不应短于20m。……………（略）偏角法是应用渐伸线原理，计算既有曲线各点和设计曲线各对应点的渐伸线长度，其渐伸线长度之差即为各点计算拨量。如图2-1所示，既有曲线B点的渐伸线长为，设计曲线上与B点相应的点渐伸线长为，因此，拨距就是两渐伸线长度之差：ANiN2N1B1B2BiB’＞0，曲线外挑，＜0，曲线内压。图2-1曲线的渐伸线……………（略）2.2既有曲线渐伸线长度计算既有线虽已错动，但基本线形仍保持原来的形状，可分为按缓和曲线和圆曲线的性质计算。(1)当置镜点在曲线的始切线上时，圆曲线各测点的渐伸线长度为：式中，l——圆曲线上测点的曲线长；15 ……………（略）2.3设计曲线渐伸线长度计算(1)选择曲线半径与缓和曲线长度进行曲线计算与设计前，首先要根据既有技术资料和现场实测结果估算既有曲线半径，既有曲线半径可采用下列方法计算：①平均偏角法设L为测点间弦长(一般为20m)，在圆曲线范围内取n个点偏角、、……、，可求得圆曲线内L所对应的偏角的平均值为：(2-7)……………（略）设计曲线半径R可取估算的既有曲线半径RJ，并根据转角的大小取整(参见表2-1)。表2-1曲线半径取整转角度数＜1010~2020~3030~60＞60半径取整(m)501051具体选定……………（略）(3)设计曲线渐伸线长度的计算设计曲线渐伸线的长度，可根据测点所在位置，分别按下列公式计算：①ZH~HY第一缓和曲线上各测点：(2-13)……………（略）2.4拨距计算(2-17)拨距计算的步骤：(1)计算既有曲线各测点的渐伸线长度；(2)选择曲线半径及缓和曲线长，确定各主要点的里程；各条曲线拨距计算见表2-2~表2-3。15 拨距计算Δe=Es－Ej－15+0.0310.0540.0660.0780.0780.0910.1050.1090.1060.102表2-2既有曲线拨距计算表设计曲线渐伸线长度计算Es140.0000.0400.2630.8291.8983.6306.1469.46113.57718.492l36Rl0130.0000.0400.2630.8291.898l122.88922.88942.88962.88982.889l02/24R110.8330.8330.8330.8330.833L2/2R与Xa102.7975.3138.62812.74417.659L或X952.88972.88992.889112.889132.889设计曲线主要设计点里程8ZH：K115+457.111ZY：K115+507.111HY：K115+557.111既有曲线角面积计算Ej70-0.031-0.0140.1970.7511.8203.5396.0419.35213.47118.39020b－Δf60-0.0310.0170.2110.5541.0691.7192.5023.3114.1194.919±Δf500.3950.3470.153-0.19-0.7051.5950.8120.003-0.805-1.605曲线Ⅰ既有曲线测量资料f400.3950.7420.8950.70501.5952.4072.412.395020b(弧度)30.3643.3147.319a("")21-02-308-27-051-28-25测点里程1K115+440+460+480+500+520+540+560+580+600+620+64015 续表2-2拨距计算Δe=Es－Ej－15+0.1140.1060.0870.1110.0850.0870.0900.1050.1070.1180.127设计曲线渐伸线长度计算Es1424.20830.72438/.03946.15555.07064.78675.30186.61798.733111.648125.364l36Rl013l12l02/24R110.8330.8330.8330.8330.8330.8330.8330.8330.8330.8330.833L2/2R与Xa1023.37529.89137.20645.32254.23763.95374.46885.78497.900110.815124.531L或X9152.889172.889192.889212.889232.889252.889272.889292.889312.889332.889352.889设计曲线主要设计点里程8QZ：K115+845.542既有曲线角面积计算Ej724.09430.61837.95246.04454.98564.69975.21186.51298.626111.530125.23720b－Δf65.7046.5247.3348.0928.9419.71410.51211.30112.11412.90413.707±Δf51.6150.795-0.015-0.773-1.6221.5950.7970.008-0.805-1.5951.617既有曲线测量资料f41.6152.412.3951.62201.5952.3922.41.59501.61720b(弧度)311.30915.324a("")21-25-501-30-10测点里程1+660+680+700+720+740+760+780+800+820+840+86015 第3章线路大修纵断面设计3.1纵断面设计的特点及原则3.1.1设计特点线路大修的纵断面设计是在原有建筑设备的基础上进行，并在保持原有限制坡度的条件下，修正和改善原有纵断面上不符合技术要求的部分。因此，纵断面的改善设计，必然会受到原有建筑物的严格限制。例如拉坡设计，会受到车站内的天桥、地道、站台及区间的跨线桥、架空桥、桥梁和隧道等建筑净空的限制，一般说是不能随意抬道或落道的。……………（略）3.1.2设计原则线路大修的纵断面设计是一项复杂而费事的工作，而线路大修施工又是在营业线上列车间隙内或“天窗”中进行的。这些特点决定了大修设计的特殊性。因而设计时必须充分了解掌握线路上设施物的技术状态，结合提高线路质量和改善技术设备的要求，充分考虑设计断面与原有设备间的协调性与适应性，并应特别注意以下几项原则：(1)从确保行车安全出发，消除线路纵断面上不符合技术要求的地段。……………（略）3.2纵断面设计技术条件线路大修纵断面设计，须符合下列各项基本技术条件：(1)尽可能改善原有线路坡度，如原有线路超过限制坡度且改善有困难时，允许保留。(2)尽可能设计长的坡段，每段坡长一般不短于该区段到发线有效长的一半，个别困难地段，应不短于200m。(3)相邻坡段的连接，应按原线路标准设计为抛物线形或圆曲线形的竖曲线：①凡相邻坡段的坡度代数差大于2‰时，须用抛物线形竖曲线连接。每20m竖曲线长度的变坡率，凸形纵断面地段不得大于1‰，凹形地段不得大于0.5‰。……………（略）15 3.3纵断面设计方法3.3.1纵断面设计步骤纵断面改善设计按下列顺序进行：(1)熟悉和整理纵断面外业测量资料及有关现场调查资料；(2)根据测量和调查资料绘制原始平纵面图，其比例分别为：纵向——1：50；横向——1：5000。图中：①原有线路平面——根据原有平面资料进行绘制，注明里程，曲线起讫点位置，曲线半径，圆曲线长度及缓和曲线长度；……………（略）3.3.2设计纵断面线路大修纵断面设计是在现有纵断面图上按下列步骤进行：(1)确定计算轨面标高——根据采用的新轨道总厚度及现有路基面标高，定出各百米标的“计算轨面标高”：=++++[](3-3)式中，——现有路基面标高；——设计采用的新轨高度；——新轨下垫层厚度；——新轨枕高度；[]——规定的道床允许最小厚度，根据正线轨道类型表选用。(2)初步设计纵断面——设计纵断面是从固定建筑物(该点不能起道，作为控制点)开始，参考“计算轨面标高线”及设计技术条件，定出变坡点的位置及标高，初步确定设计坡度。……………（略）3.4原始资料大修地段位置：××线K114+000~K119+100，全长5km。现有线路条件：该大修地段属于I级干线，正线数目单线，限制坡度12‰，最小曲线半径为500m，到发线有效长度850m。原有线路纵断面测量资料见表3-1。15 表3-1线路纵断面测量资料里程道床厚度(cm)现有轨面标高(m)附注K114+00029186.54××站出站信号机+10024185.68+20018184.75+30026184.13+40025183.35+50027182.73+600182.62+650.81182.612-15m，4-32m钢桥+700182.63+80025182.65+90027182.79K115+00023182.84+10018182.86+100.5018182.86道口、宽1m+20024182.91+30016183.01+40020183.03+50020183.02+60022183.07+70021183.13+80020183.09+90023182.59K116+00025181.69+10022180.62+20020179.64+30020178.68+40024177.70+50011176.86+60014176.03+70018175.15+80019174.29+90024173.44K117+00024172.48+10024171.46+20020170.52+30021169.78+40020169.22+50016168.74+60017168.61+70018168.6815 续表3-1里程道床厚度(cm)现有轨面标高(m)附注+80019168.49+90021168.56K118+00019169.21+10016169.87+20023170.08+30023170.28+40023170.45+50015170.65+60016170.85+70020171.01+80021171.09+90020171.10K119+00016171.14+10020171.21××站进站信号机3.5设计数据及计算结果经计算得出数据如表3-2所示：……………（略）3.6设计纵断面图设计线起点里程为K114+000，终点里程为K119+100，全长5000m。线路含有一个道口，道口宽1m；一座钢梁桥。坡段最长为900m，最短为200m。含有两个平曲线，曲线Ⅰ半径为500m，曲线Ⅱ半径为600m。上坡坡度最大为5.1‰，下坡坡度最大为9.1‰。当相邻两坡段坡度差大于3.0‰时，应设竖曲线，所以共设置6条竖曲线。现有道床最厚为29cm，设计道床最厚为67cm，挖路基最深为24cm。基本符合纵断面设计标准。在挖路基时比较集中，基本符合经济合理的要求。纵断面设计图见附录B(图号：01)。15 第4章路基上无缝线路设计无缝线路是用标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称为焊接长钢轨线路。无缝线路是轨道结构技术进步的重要标志。4.1无缝线路基本技术条件4.1.1无缝线路分类无缝线路按钢轨内部的温度应力处理方式的不同，可分为温度应力式和放散温度应力式两种类型。……………（略）4.1.2无缝线路铺设地段和位置无缝线路铺设地段和位置，应符合下列条件：(1)轨下基础稳定，线路没有翻浆冒泥、下沉挤出和大于15mm的冻害。……………（略）4.1.3无缝线路结构组成温度应力式无缝线路包括固定区、伸缩区和缓冲区。(1)伸缩区长度根据计算确定。(2)固定区为长轨减去两端伸缩区的长度。每段长轨的长度，应根据线路情况和施工条件决定，原则上应与自动闭塞区段的长度一致。若受条件限制，固定区也不应短于50m。(3)缓冲区一般由2~4节标准轨或厂制缩短轨组成，有绝缘接头时为4节(胶接绝缘接头为3~5节)。4.1.4缓冲区和伸缩区的设置缓冲区应设在下列地点：(1)两段长轨之间；……………（略）15 4.1.5两股长轨锁定轨温铺设无缝线路时，左右两股长轨的锁定轨温应基本相同，如不同，不得超过5℃。4.2钢轨强度检算设计所需资料：(1)线路条件：某线路K114+000至K119+100区段，包括直线和曲线，曲线段最小半径为500m；钢轨类型：60kg/m，=457MPa，25m长的标准轨；轨枕：Ⅱ型混凝土轨枕，1760根/km；道床：碎石道床，=0.5MPa，道床厚度45cm；路基：砂黏土，=0.15MPa；最高轨温：58.0℃，最低轨温30.5℃。(2)运营条件客运机车韶山8：Vmax=160km/h；货车韶山3：Vmax=100km/h。(3)轨道强度计算资料表4-160kg/m钢轨计算资料钢轨钢轨支座刚度D(N/cm)断面面积F(cm2)惯性矩Ix(cm4)底部断面系数W1(cm3)头部断面系数W2(cm3)屈服强度(MPa)钢轨底宽(mm)计算钢轨计算轨下基础77.453217396339457150300000700000表4-2Ⅱ型混凝土轨枕计算资料配置(根/km)轨枕间距a(cm)长度l(m)枕端至轨中距离a1(cm)轨枕支承长度e(cm)有效支承长度(cm)平均底宽b(cm)17605682.55095117.527.515 第7章结论与展望7.1结论7.1.1线路平面设计平面曲线设计主要是针对已经变形的既有曲线设计出合理的半径，并根据渐伸线原理计算出拨距，使曲线平滑圆顺，满足运营安全和舒适要求。曲线Ⅰ：a=7733"45"，R=500m，l0=100m，L=776.862m，T=452.411m，曲线Ⅱ：a=2511"10"，R=600m，l0=140m，L=403.748m，T=204.344m。拨距为正，说明所选半径过大；拨距为负，则说明半径过小。7.1.2线路纵断面设计本设计线线路起点里程为K114+000，终点里程为K119+100，全程5km，泥污程度30%。线路在K115+100.5含一道口，宽度为1m；一座桥头2-15.0m、桥中心4-32.0m的钢桥。坡段最长为900m，最短为200m。含有两个平曲线，曲线Ⅰ半径为500m，曲线Ⅱ半径为600m。上坡坡度最大为5.1‰，下坡坡度最大为9.1‰。现有轨面标高最大值为186.54m，最小值为168.49m。设计轨面标高最大值为186.65m，最小值为168.79m。现有道床厚度最大值为29cm，最小值为11cm。设计道床厚度最大值为67cm，路基开挖深度最大值为24cm。由于相邻坡段的坡度差最大为8.8‰，故应设置6段竖曲线。基本符合纵断面设计要求。7.1.3路基上无缝线路设计(1)确定设计锁定轨温为17℃；(2)设计锁定轨温能满足该区段无缝线路的强度和稳定性条件；(3)伸缩区长度为75m；(4)长轨与标准轨之间的预留轨缝取7mm，标准轨之间的预留轨缝取8mm；(5)不需设置防爬设备；(6)长轨条布置见附录B(图号：02)。15 7.1.4桥上无缝线路设计(1)桥上无缝线路伸缩附加力计算：最大拉力为146.15kN，最大压力：126.50kN；(2)桥上无缝线路挠曲附加力计算：最大拉力为123.89kN，最大压力：91.02kN；(3)根据轨道结构强度检算原理及方法，检算桥上无缝线路轨道结构强度，确定桥上无缝线路最大容许温降幅值为61℃；……………（略）7.2展望改革开放以来，我国的铁路建设和铁路交通得到了快速发展，在经过几次提速后，铁路交通的运输能力得到大幅度提高。但是，随着我国国民经济高速平稳的发展，对铁路运输提出了更高的要求。……………（略）15 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