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(三)同向曲线
由2个转向方向相同的圆曲线组成,但两曲线中间设有一段直线,称为同向曲线。
(四)反向曲线
由2个转向角方向的圆曲线组成,但两曲线中间设有一段直线,称为反向曲线。
(五)按曲线所在位置分,有平面曲线和竖曲线两类。
平面曲线是指铁路在平面上由一个方向转向另一个方向,中间连接的线路。
竖曲线是指在线路纵断面上由一个坡度转向另一个坡度,中间连接的线路。
三、曲线半径
线路根据不同的地形条件,选择一定的交角(转向角)的曲线半径。
转向角愈小,列车运行条件愈好。
因此,若地形条件允许,应尽量采用大半径、小转向角曲线,但半径太大了,又难以保持正确的位置。
在充分保证行车安全和旅客舒适度的条件下,根据选定的曲线超高,允许过超高和欠超高值计算分析,200km/h提速改造线路最小曲线半径一般可采用3500m,困难条件下可采用2800m。
提速250km/h客货列车共线铁路最小曲线半径。
按旅客列车最高时速250km/h、货物列车平均速度120km/h、80km/h、70km/h,计算结果,最小曲线半径5500m,在旅客列车最高速度250km/h、货物列车平均速度80km/h、70km/h时,按一般条件的允许欠、过超高90mm+50mm=140mm计算,超高调整余量分别在19.6和16.4mm,比提速200km/h最小半径3500m地段的超高调整余量还小,在提速250km/h的客货列车共线线路,一般条件的最小曲线半径应为5500m。
在既有线未改造的R=4000m的曲线上,经适当调整超高,可开行250km/h的旅客列车。
在既有线未经改造的R=3500m的曲线上,旅客列车必须限定在低于250km/h的速度下运行。
四 缓和曲线
为了使列车从直线进入圆曲线时不致因离心加速度和垂直加速度突然发生而使旅客产生不适,同时也不致因曲线外轨超高突然增加而使列车产生颠覆,要求直线与圆曲线间有一个曲率渐变的过程。
直线与圆曲线间应采用缓和曲线连接。
缓和曲线的作用
1.为使列车从直线驶入曲线或从曲线驶入直线时,离心力不致突然产生或消失,就需要在圆曲线和直线间增加一段相当长的曲线,其曲率从零逐渐增大到与圆曲线相同的曲率,或从圆曲线的曲率逐渐减小到零。
2.为平衡离心力,曲线外轨需要设置超高。
为了使超高逐渐增加或减小,也需要有一段相当长的曲线(缓和曲线)来完成。
3.缓和机车车辆对钢轨的冲击。
4.使机车车辆在曲线上行驶平稳,保障旅客乘坐的舒适度。
由此可知,缓和曲线对列车安全平稳地通过曲线是有重要作用的。
因此在直线与圆曲线间,及不同半径的复心曲线间均应以缓和曲线连接之。
缓和曲线的长度主要是根据圆曲线的半径和列车通过的速度来确定,一般应满足超高度的顺坡长度(顺坡坡度应不大于1‰,在提速区段不大于0.8‰)在250km/h提速区段现在按不大于0.5‰顺坡.面对养护越来越高的养护要求,日常的养护维修工作显得十分重要。
例:
某一条曲线的圆曲线正矢50mm,缓和曲线长为50m,试求缓和曲线各点的正矢?
缓和曲线正矢递增量=f/s=50/5=10mm
缓和曲线起点正矢=10/6=1.66=2mm
缓和曲线终点正矢=50-2=48mm
缓和曲线第一点正矢=10mm
缓和曲线第二点正矢=20mm
缓和曲线第三点正矢=30mm
缓和曲线第四点正矢=40mm
第二节曲线超高
一、曲线超高的设置
在线路曲线地段,应根据曲线半径和实测行车速度,在外股钢轨合理设置超高(允许速度大于120km/h的线路宜按旅客和舒适条件进行检算和调整超高值)。
超高按下列公式计算:
《修规》第3.7.1条。
式中H——超高(mm);
.
υj——平均速度(km/h);
R——曲线半径(m);
Ni——一昼夜各类列车次数(列);
Qi——各类列车重量(t);
υi——实测各类列车速度(km/h)。
按上式算出后,对未被平衡欠超高和未被平衡过超高分别按下列公式检算:
式中H一实设超高(mm);
Hc——未被平衡欠超高(mm);
Hg——未被平衡过超高(mm);
υmax——线路允许速度(km/h);
υH——货物列车平均行车速度(km/h)。
例:
曲线半径为9000m,线路容许速度为250km/h,平均列车速度170km/h,货物列车平均速度为90km/h,求该曲线应设超高的值并检算之。
解:
已知 R=9000m, Vmax=250km/h
Vj=170km/h, VH=90km/h
(1)根据公式
得
H=11.8×
170×
170/9000=37.89mm,取整为40mm
(2)检算 未被平衡欠超高
=11.8×
250×
250/9000-40=41.9mm
=40-11.8×
90×
90/9000=10.62mm
则 Hc=41.9<
75mm,Hg=40-10.62mm<
30mm 符合规定之要求
答:
该曲线超高值为40mm,符合规定要求
未被平衡欠超高不应大于75mm,困难情况下不应大于90mm,但允许速度大于120km/h线路个别特殊情况下已设置的90(不含)~110mm的欠超高可暂时保留,但应逐步改造;
未被平衡过超高不应大于30mm,困难情况下不应大于50mm,允许速度大于160km/h线路的个别特殊情况下不应大于70mm。
实设超高在满足上述条件下,货物列车较多时,宜减小Hg,旅客列车较多时宜减小Hc。
实设最大超高,在单线上不得大于125mm。
在双线上不得大于150mm。
二、曲线超高顺坡
曲线超高应在整个缓和曲线内顺完,允许速度大于120km/h的线路,顺坡坡度不应大于1/(10υmax),其他线路不应大于l/(9υmax);
如缓和曲线长度不足,顺坡可延伸至直线上;
如无缓和曲线,允许速度大于120km/h的线路,在直线上顺坡坡度不应大于1/(10υmax),其他线路不应大于1/(9υmax);
允许速度大于160km/h的线路,超高必须在整个缓和曲线内顺完;
允许速度为120km/h(不含)~160km/h的线路,在直线上顺坡的超高不应大于8mm;
其他线路,有缓和曲线时不应大于15mm,无缓和曲线时不应大于25mm。
在困难条件下,可适当加大顺坡坡度,但允许速度大于120km/h的线路不应大于l/(8υmax);
其他线路不应大于1/(7υmax),且不得大于2‰。
在提速250km/h地段,曲线超高顺坡必须在整个缓和曲线内顺完。
顺坡不得延伸至直线和圆曲线内。
第三节竖曲线
一、竖曲线简介
铁路线路所包含的坡度除平坡外,有上坡、下坡。
所谓坡度,即铁路线路的高程变化率,用千分率表示,就是每1000m水平距离高程上升或下降的数值,通常用符号“+、-、0”依次表示上坡、下坡或平坡。
在进行纵断面设计时,相邻两坡段的交点叫变坡点。
两变坡点之间的水平距离叫坡段长度。
Ⅰ、Ⅱ级铁路相邻坡段坡度的代数差大于3‰和Ⅲ级铁路相邻坡段坡度的代数差大于4‰时,需用竖曲线连接。
竖曲线的形状主要分为圆曲线型和抛物线型两种。
二、竖曲线的种类
(一)圆曲线型竖曲线
《铁路线路设计规范》规定:
Ⅰ、Ⅱ级铁路竖曲线半径为10000m,Ⅲ级铁路竖曲线半径为5000m。
《铁路线路设备大修规则》规定:
相邻坡度段的坡度 差大于3‰时需设置圆曲线型竖曲线。
其半径为20000~10000m,困难地段不小于5000m。
有一圆曲线形竖曲线,竖曲线半径R=10000m,iA=+2‰,iB=-4‰,竖曲线中点里程为K840+400m,试求竖曲线切线长、竖曲线长度、竖曲线终点里程。
解:
已知从iA=+2‰,iB=-4‰,故△i=iA-iB=2‰-(-4‰)=6‰。
由公式T=1/2=Rtanα=R·
△i/2000及C≈2T可得
T=10000×
6/2000=30m
C=2T=2×
30=60m
故竖曲线起点A的里程=K840+400-30=K840+370m
竖曲线起点B的里程=K840+400+30=K840+430m
切线长为30m,竖曲线长为60m,竖曲线起点里程为K840+370,终点里程为K840+430
(二)抛物线型竖曲线
改建既有线和增建第二线时,若既有线为抛物线型竖曲线,且折算竖曲线半径不小于圆曲线型的规定时,则可保留既有线的坡段连接标准。
若相邻坡段的坡度差大于2‰时,需设置抛物线型竖曲线。
每20m竖曲线长度的变坡率:
凸型应不大于1‰,凹型应不大于0.5‰。
某Ⅰ级铁路,限制坡度ip=10‰,有一凸形变坡点,该点计算标高为100.OOm,相邻坡度i1=+2‰,试计算对称式抛物线形的竖曲线切线长及该点的标高。
①每20m的变坡率γ=ip/10=10‰/10=1‰。
②计算:
△i=2‰-(-2‰)=4‰
③曲线长C=20×
△i/γ=20×
4‰/1‰=80m
④切线长T=C/2=80/2=40m
⑤该点的纵距y40=γ/40000·
T·
T=1/40000×
40×
40=0.04m
⑥该点的标高:
H=100.00-0.04=99.96m该竖曲线切线长为40m,
该点标高为99.96m。
三、设置竖曲线要求
1、设计时应把缓和曲线设在一个坡段上,而不得与竖曲线相重合。
2、未设缓和曲线的圆曲线内,竖曲线不得与圆曲线的超高顺坡段相重合。
3、当两相邻坡度的代数差小于3‰时,变坡点的设置无须考虑线路平面,允许竖曲线与缓和曲线重合。
4、旅客列车设计行车速度为200km/h以上路段,最小坡段长度不宜小于600m,困难条件下最小坡段长度不应小于400m,且最小坡段长度不得连续使用2个以上
5、旅客列车设计行车速度为160km/h的路段,最小坡段长度不宜小于400m,且最小坡段长度不宜连续使用2个以上。
四、竖曲线的长短对行车的影响
1、竖曲线和长度以相邻两坡段的大小而定。
2、竖曲线半径一定时,竖曲线愈长,则其坡度变化愈平缓,竖曲线愈短,其坡度变化愈陡俊,对行车不利。
3、列车在凸形纵断面上,车钩为拉紧状态,在凹形断面上,车钩由压紧过渡到拉紧状态,甚至有断钩的危险。
第四节曲线的养护维修
铁路线路在自然的侵蚀和列车荷载的作用下,不断的产生变化和伤损,其曲线的技术状态也在不断的变化中。
曲线由于本身结构的特点,不但技术状态变化较直线地段为快,而且各种联结零件的磨损及伤损的产生也较直线严重。
第六次大提速改变了铁路运输的面貌,提高了铁路运输的效率,取得了明显的社会效益与经济效益,加快了我国铁路技术装备的水平,推进了我国铁路行业的技术水平及管理水平的跨越。
提高曲线质量是一项重要工作任务。
做好曲线整治养护工作,不仅要求轨距、水平、高低、方向经常处于良好状态,保证列车安全、平稳地运行,同时要求尽量地减少钢轨磨耗,延长钢轨的使用年限,关键是贯彻“预防为主,防治结合,修养并重”的原则,要根据线路具体条件,全面安排计划维修、紧急补修、重点病害整治。
有计划地补偿线路设备损耗,有效地预防和整治线路病害,以不断提高线路的质量。
做到无病防病,有病根治。
对发现的病害要及时做好紧急补修,缓和曲线与直线连接不得有反弯或“鹅头”现象,重点病害要突击整治,确保曲线圆顺。
计划维修,是曲线养护的根本,要求做到“严、全、细”,即标准严格,项目齐全,作业细致。
实行精细管理,坚持零误差的理念,提高曲线养护质量。
曲线轨距控制在1435mm,顺坡率0.5‰。
在250km/h提速地段曲线变化更快,一方面由于动车组的开行,另一方面则由于重载列车的开行,曲线的技术要求比《维规》更加严一格,上一档。
才能满足动车组运行的需要,否则可能出现晃车,而影响动车的正常开行,产生不良影响,损坏铁路行象。
一、曲线的日常养护工作
(一)重视抓好曲线技术管理工作,班组要建立管内所有曲线技术资料,完善每条曲线最大欠超高值、最大过超高值、最大缓和曲线的超高顺坡、最大欠超高顺坡时变率等有关技术参数,并根据曲线动态变化情况随时修正有关技术资料。
(二)重视加强班组对曲线现场管理工作。
按照路局、段有关曲线管理文件精神,全面复核、校正每条曲线的缓直、缓圆、曲中及曲线每个测点的位置。
使曲线改标工作能正确的、有条不紊的开展,做到台帐资料与现场实际相符,为大型养路机械曲线捣固作业提供真实可靠的曲线技术资料,同时提高大机捣固后的曲线作业质量。
(三)抓好曲线轨道的基础工作。
抓好路基病害的整治,尤其对曲线地段做好重点病害的整治,消灭路肩积水及道床翻浆冒泥病害。
积极组织对钢轨病害打磨焊修工作,缩短打磨周期,减缓钢轨疲劳伤损,增加钢轨的平顺性。
另外对曲线的联结零件按“紧、密、靠、正”的标准抓好扣件养护,对道床按“满、匀、洁、实”的标准,抓好道床的养护,抓好基础,保持曲线稳定。
(四)在曲线全长范围内,缓和曲线每5m,圆曲线每10m埋设地锚拉杆,用地锚拉杆与轨道框架连续起来,防止轨道横向移动、控制曲线变形。
同时,在每根地锚栏杆上要用道尺注明曲线内侧钢轨轨顶与地锚拉杆的高差,并用油漆写在地锚拉杆上,便于工区日常检查曲线的高低或为大机捣提供捣固数据。
(五)利用轨检车、动态添乘仪检查资料整治曲线。
利用轨检车、动态添乘仪检查,具有快捷、全面、准确、不受人为因素干扰等特点,直观反映现场曲线病害,即省时又省工。
同进,还可避免曲线要素因累计变化量大而引发的误差。
日常曲线养护维修作业,对曲线的轨距、水平检查,要求每隔一根轨枕检查一道尺,曲线坚持应用5m弦量。
垫片作业,要求作业后的水平误差不超过1mm;
改道作业要求前后误差不超过0.5mm,并要求中间实行零过渡。
曲线方向作业后的标准,缓和曲线误差不超过1mm,并且控制相邻两点计划正矢与作业后的正矢之差在2mm范围内,圆曲线相邻正矢作业后,连续差不超过3mm。
二、曲线方向不良的原因及整治方法
曲线头尾及两端的直线方向不良,曲线正矢不均,缓和曲线长度不足,超高不符,递减不顺,水平轨距有误差,轨枕捣固不实有吊空,轨面有坑洼,钢轨有硬弯,夹板有弯曲,联结零件及配件有松动、失效和磨耗,道床石碴坍塌、不足、曲线整正作业方法不当等都会影响线路稳定。
(一)曲线方向不良的原因
1、拨道方法不当,凭经验拨道,用眼睛看着估拨,经常采用简易拨道法,造成误差积累或曲线头尾出现方向不良。
2、养护方法不当,拨道不结合水平、高低的整治,不预留回弹量,钢轨有硬弯,轨底坡一致,拨后没有及时回填道床,捣回不均匀等。
3、材料失效,混凝土枕破损,防爬设备、扣件失效等引起曲线方向发生变化。
4、由于维修不录和不及时,造成路基存水、翻浆、下沉等现象,尤其在桥隧两半填半挖处,还易造成溜坍等病害,带动线路位移。
(二)整治方向不良的方法
1、保证正确的轨距、水平。
按规定设置超高和轨距加宽,彻底锁定线路,防止爬行。
矫直钢轨硬弯。
更换磨耗超限的扣件,调整不合适的轨底坡,全面清筛不洁道床,消灭翻浆冒泥,加强捣固,消灭坑洼和吊板。
2、保持正矢不超限。
认真做好曲线整正计算及拨道工作,拨、改、捣有机地结合一,对整个曲线要全面考虑,统一调整。
拨道进要适当预留回弹量,下压时多留,上挑时少留,在拨量较大、行车繁忙的地段,可采用分次拨道法。
每次只拨一部分,经过几次拨动后达到拨量要求。
使用拨道器时,注意扒好拨道器窝,避免抬道,拨后正矢应满足《修规》要求。
3、保持曲线头、尾的圆顺。
在调查测量现场正矢前,先拨好曲线 两端的直线方向,消灭反弯及“鹅头”,使曲线头、尾恢复到正确位置,最好用仪器确定曲线头、尾,然后再实量正矢。
在拨道作业中,可从曲线两端向中间赶。
另外,合理设置缓和曲线长度、超高、超高顺坡、轨距递减。
4、矫直或更换曲线地段的硬弯钢轨,整修和更换不良扣件,上紧轨距杆,各种零件做到完整良好。
5、清理污物,保持路基干燥。
及时清理两侧有碍路基排水的废弃物,清理排水设备,保证排水畅通,消灭路基存水、翻浆、下沉等病害,做好桥隧两头路基的防护加固,防止边坡溜坍,使线路保持坚实、稳固。
6、在缓和曲线每5米、圆曲线每10米埋设地锚梁,用地锚拉杆锁定,防止曲线横向位移,定期用定位桩观测(曲线每15天观测一次),记录数据,与原始数据对比,发现问题及时处理,确保曲线圆顺,防止曲线下沉。
在曲线的日常养护维修工作中,始终坚持对曲线的管理工作实行精细管理,对作业质量坚持零误差的理念,才能不断提高曲线养护质量,以适应提速后设备质量的要求。
三、提速区段曲线轨道常见的病害及整治措施:
(一)250km/h曲线常见病害
1、线路水平、高低发生变化。
由于动车及重载列车的碾压以及线路上个别地段路基软硬不均,桥头,涵洞、立交相结合部位就会出现水平、高低不良,造成桥、涵洞、立交两头低,而桥、涵洞、立交处所高,雨天变化加快了线路的水平、高低不平顺,出现水平、高低超限,造成线路晃车。
2、钢轨接头焊接不良。
接头焊接不良列车通过曲线接头时机车飘移,就是车轮离开轨面,在直线上飘移会落在轨面上,在曲线上时随着车速及曲率的变化,高接头就有可能造成事故,影响行车。
3、曲线方向不良。
由于列车在线路上做蛇行运动,使机车车辆的外轮对钢轨有一个打击力,曲线不是理论上的那么圆顺,列车通过时就会造成钢轨倾斜,遇有轨距不良时就会造成方向不良,造成列车晃车。
(二)整治措施
1、线路水平、高低不良从日常的保养工作开始,组织曲线专班不定期对曲线进行检查整治,同时利用控制桩检查曲线变化,对线桥结合部采用内燃捣镐加强捣固,起道时应以平道为主,严禁起高道,捣固时要保证质量,加强线路回检。
雨中加强线路检查,雨后及时消除不良隐患。
2、在提速地段,要特别注意焊接接头的轨面打磨,由于动车的速度高,轨面的修理也成为工作的重点,焊接接头超过规定的0.3mm以上时,动车就会飘移,车轮不接触钢轨,因此,利用天窗点对曲线内的焊接接头进行打磨,接头顶面及侧面不大于0.2mm,以减少因接头过高列车飘移,造成的曲线病害。
3、曲线方向不良,说明在圆曲线上不是由一个同样的半径所形成的圆弧,列车通过时必然要发生摇晃,越来越大地破坏曲线方向,并引起挤道、坑洼等病害,促成钢轨磨耗不均,预防和整治的主要措施是:
(1)加强曲线综合维修,彻底拨好曲线方向。
要拨好曲线必须认真按要求做好调查测量,计算和拨正工作,坚决执行拨道制度,加强曲线半径经常保持良好状态。
(2)道床填足夯实,加强捣固,以增强道床阻力。
(3)彻底锁定曲线,根据不同条件,在曲线两端外适当长度的直线地段,加强防爬设备,以控制整个曲线内的爬行。
(4)矫直或换曲线地段的硬弯钢轨,整修和更换不良零件。
(5)注意作业方法,防止曲线方向变化,路基松软处要加强捣固整正坑洼,清筛曲线下股道床,疏通道床排水,保持路基经常干燥。
(6)定期利用定位桩对曲线进行测量,同时用5米弦测量曲线正矢,定位桩和弦绳检查曲线圆顺度,对于超限处所,不圆顺的地点及时利用天窗点拨正。
四、减少曲线水平加速度的方法
水平加速度扣分较多的曲线共同的特点:
是至少存在一处极限点,使允许列车通过的最大速度低于或接近实际通过速度。
当列车运行速度明显小于极限点允许列车通过速度时,水平加速度扣分明显下降。
当列车运行速度明显大于极限点允许列车通过速度时,水平加速度扣分明显上升。
产生水平加速度的原因:
在运营及维修养护中曲线的曲率半径与超高设置不当,水平加减不均匀,不正确拨道等,形成了不利组合。
轨检车提供的允许通过速度是按照实际超高加上允许欠超高75mm和实际曲率计算得出的。
当现场实际曲线半径变小,超高变小或两者同时变小时,超高与列车速度不相适应,未被平衡横向力,产生了未被平衡的加速度,是造成水平加速度扣分增加的原因。
(一)、增加曲线超高度。
曲线超高受种种原因的限制。
一方面,曲线超高度过高,货物列车通过时曲线的磨耗加剧。
另一方面,有部分曲线缓和曲线长度较短,超高度过高会造成顺坡率过大。
当曲线极限点允许通过速度大于列车实际通过5km/h时,水平加速度扣分明显下降。
调整超高,将曲线平均超高适当增大后,基本能满足有关技术要求和养护标准。
(二)在养护中可对部分曲线采取适当加大超高的作法。
在曲线养护中,可采取在满足保养标准的情况下,超高度宁大勿小,曲线下压不以上挑的做法,以防止水平加速度扣分增多。
有的缓和曲线受到长度的限制,超高度不可能太大。
一方面适当增大超高,另一方面采用高于《修规》标准的圆顺度标准。
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