1、目录目录 .11绪论 .11.1 兰武线概况 11.2 兰武线改建的意义 21.3 兰武线改建总体设计 21.4 铁路等级与主要技术标准 31.4.1 本线既有线的铁路主要技术标准 31.4.2 本线设计线的铁路主要技术标准 32.纵断面改建设计 42.1 改建原因 42.2 放大纵断面图 42.2.1 放大纵断面图图式 42.2.2 放大纵断面图的具体设计方法 72.3 Excel 与 CAD 结合绘制放大纵断面图 102.3.1Excel 中的运算 102.2.3 改建既有线纵断面设计注意事项 153.线路平面设计 163.1 概述 163.2 平面设计注意事项 .173.2.1 平面线形
2、应与地形、地物相适应、与周围环境相协调 173.2.2 保持平面线形的均衡与连贯 183.2.3 设计主要考虑的因素 183.2.4 线路平面图介绍 193.2.5 直线地段设计原则 203.2.6 夹直线长度的确定原则 203.2.7 圆曲线最小曲线半径的选定 213.2.8 缓和曲线的选定原则 223.2.9 缓和曲线间圆曲线的最小长度 243.3 既有线的平面改建 243.3.1 既有线改建方式 243.3.2 既有线曲线改建方式 253.4 既有线曲线改建的具体方法 263.4.1 概略定线 263.4.2.定线原则及注意事项 263.5 运用 Excel 进行线路中桩坐标计算 273
3、.5.1 运用 Excel 进行线路中桩坐标计算具体过程 283.5.2 平面图中的曲线绘制 323.6 第二线平面设计 333.6.1 并行与绕行地段的选择 333.6.2 第二线边侧的选择 343.6.3 第二线的换边 36兰州交通大学毕业设计（论文）23.6.4 第二线与既有线线间距离 374.详细纵断面图 414.1 详细纵断面图图式 414.1.1 线路资料和数据 414.2 详细纵断面设计 424.2.1 坡段长度 424.2.2 最大坡度的折减 434.2.3 纵断面上竖曲线的设置 444.2.4 竖曲线半径 444.2.5 竖曲线的几何要素 464.2.6 设置竖曲线的限制条件
4、 474.3 利用 EXCEL 和 CAD 绘制详细纵断面图 484.3.1EXCEL 中的运算 .484.3.2 详细纵断面的绘制 494.3.3 详细纵断面图示 505. 横断面改建设计 515.1 横断面填挖方设计要求 53结 论 .54致 谢 .55参考文献 .56附录路基宽度填挖高度表 .57兰州交通大学毕业设计（论文）11绪论1.1 兰武线概况兰武段既有线路修建于 20 世纪 50 年代中期，继 2003 年陇海铁路宝鸡至兰州段增建二线项目完成后，承担新疆和甘肃河西地区对外近 90的旅客运输和 45的货物运输的兰新铁路兰武段，就成为欧亚大陆桥中唯一的单线线路，堪称兰新线列车提速运输
5、扩能的控制地段，兰新铁路兰州至武威段全长 298 公里，东起兰州站，经河口南、永登至打柴沟，翻越乌鞘岭至武威南站，是我国铁路网主骨架“八纵八横” 陆路通道的重要组成部分，其西北端与干武线相连，东南端与兰青线及京兰通道相连，是新疆和甘肃河西地区与内地交流的主要铁路通道。 兰新铁路兰武段由于修建时间早，长期处于超负荷运营状态。随着西部大开发步伐的加快，以及兰州铁路局运输组织能力的提高，兰州至武威段客货运输量急剧增加，2010 年需承担 11 对客车、2320 万吨年货运量，而之前的单线能力远远满足不了这些需求，只能靠增建二线铁路来解决。 同时，兰州至武威铁路增建二线，将使连云港至乌鲁木齐 3651
6、 公里的铁路全部实现双线，对完善西北铁路通道，充分发挥欧亚大陆桥的整体能力和兰州中心城市对西部地区的带动，具有重要意义。 图 1-1 兰武线示意图兰武线兰州交通大学毕业设计（论文）21.2 兰武线改建的意义随着国民经济的迅速发展，对外贸易的不断扩大，人民物质文化生活水平的日益提高，客货运量也逐年大幅度增长。因此，既有铁路的技术装备和运输能力，往往不能适应铁路现代化和增长的要求，需要进行技术改造和能力加强。同时，因时间价值和时间观念的增强，加之铁路面对其他运输方式的激烈竞争，为谋求铁路自身的发展 ，客观上也需要提高行车速度。另外，由于兰武线修建时所采用的标准太低，线路已经不再适应现代行车的要求。
7、因此，我们必须对既有线路进行修建、改建，以满足现代输送能力的要求。兰武线的改建将使其发挥更重要的作用，创造更多的经济效益，为兰武线周边地区乃至西北地区的发展起到推动作用。兰武线由于建成时间较长，个别地段由于年久失修，路基因沉陷、冻害而产生变形；长期的运营使得轨面标高发生改变；既有曲线经过运营和维修，产生错动；轨道的轨距、水平、轨向、前后高低、轨底坡等几何形位都发生了变化；钢轨损耗较大，兰武铁路已不能满足运营的实际需要，不适应西北地区客货运输的需要。因此对兰武线应进行合理的改建。其总体目标是，以较低的投资实现所要求的运输能力，同时创造良好的运营条件，降低运营费用。此外，还应注意减少污染和美化环境
8、，方便客货运输的需要，创造良好的社会效益。线路改建是在其旧线的基础上修复破损部分，改良不利因素，根据实际情况寻求更多改建方案，并从中进行分析、对比，筛选出最佳的方案。1.3 兰武线改建总体设计既有线改建一般包括线路平面、纵断面和横断面的改建。既有线的平面改建，主要是既有曲线及其毗邻地段的改建。线路经过长期运营，既有曲线产生变动，因此需对其进行整正。另外，为了适应提速，有时须将半径较小的既有曲线更换成半径较大的曲线。既有线纵断面改建主要是对既有线路的坡段进行重新设计，在满足抬降量较小的前提下，使线路尽最大可能地达到缓、顺自然过渡。为了使线路纵断面设计达到最优，可对纵断面坡度设计进行优化。既有线的
9、纵断面与平面的改建，往往需要变动线路轨面标高和使中心线侧移，因而需要改建既有线的横断面。平面、纵断面与横断面的改建设计是一个综合的整体，必须结合具体情况，统筹兰州交通大学毕业设计（论文）3兼顾，全面考虑。1.4 铁路等级与主要技术标准1.4.1 本线既有线的铁路主要技术标准铁 路 等 级 ： 级 单 线 ；限 制 坡 度 ： 12.5；最 小 曲 线 半 径 ： 300 米 ；机 车 类 型 ： SS3；到 发 线 有 效 长 度 ： 850 米 ；闭 塞 方 式 ： 半 自 动 闭 塞 ；近 期 货 物 列 车 长 度 ： 700 米 ；设 计 行 车 速 度 ： 80km/h；轨 道 标
10、准 ： 钢 轨 (50kg/m)、 轨 枕 (J2 型 )、 有 缝 线 路 、 道 床 (厚 度 45cm、 肩 宽30cm、 边 坡 坡 度 1:1.75)、 路 肩 宽 度 (路 堤 80cm、 路 堑 60cm)、 路 拱 横 坡 (4%)。1.4.2 本线设计线的铁路主要技术标准铁 路 等 级 ： 国 铁 级 双 线 ；限 制 坡 度 ： 13；最 小 曲 线 半 径 ： 一 般 1600 米 、 困 难 1200 米 ；机 车 类 型 ： SS7；到 发 线 有 效 长 度 ： 850 米 (双 机 880 米 )；闭 塞 方 式 ： 自 动 闭 塞 ；近 期 货 物 列 车 长
11、度 ： 750 米 ；设 计 行 车 速 度 ： 140km/h；设 计 线 间 距 ： 4.0m；轨 道 标 准 ： 钢 轨 (60kg/m)、 轨 枕 ( 型 )、 无 缝 线 路 、 道 床 (厚 度 50cm、 肩 宽45cm、 边 坡 坡 度 1:1.75)、 路 肩 宽 度 (路 堤 80cm、 路 堑 60cm)、 路 拱 横 坡 (4%)兰州交通大学毕业设计（论文）42.纵断面改建设计2.1 改建原因既有线在运营过程中，个别路段的路基会因沉陷、冻害而变形，在经常维修过程中，由于更换道砟，起道，落道，也要引起轨面标高的改变。所以既有线轨面的纵断面多与原设计不同，而原设计标准又多偏
12、低，不符合现行线规标准；延长站线而需加长站坪长度时，引起站坪两端纵断面的改建；削减超限坡度时，需要抬高或降低路基标高；线路受洪水威胁地段，则须加高路基。这一切都要引起线路纵断面的改建。设计既有线纵断面时，应根据既有线轨面标高抬高或降低的大小，对施工中干扰正常运营的程度以及工程费用的多少等，进行技术经济比较，分别采用道砟起道、渗水土壤起道和抬降路基的方法来完成。 2.2 放大纵断面图2.2.1 放大纵断面图图式既有线纵断面的改建设计，要求细致准确，以保证尽可能利用既有建筑物，减少改建工程，设计时应采用放大纵断面图。放大纵断面图的比例尺是：距离为 1:10000，高程为 1:200，以便细致地研究
13、既有轨面标高的升降，将纵断面设计得更加经济合理。如图 2-1 所示，为纵断面设计中的放大纵断面图式部分示意图。在图 2-1 中我们可以看到本设计的既有线里程范围为 K138+700 到 K149+600。兰州交通大学毕业设计（论文）5图 2-1 放大纵断面部分示意图对于放大纵断面图的绘制，主要采用“Excel”结合 CAD 的方法。在“Excel”中主要是处理数据，来获得绘图所需的设计轨面标高、计算轨面标高、道床底面标高以及相应的抬降量，并获得符合条件的轨面设计坡度。最后利用这些数据在 CAD 上绘制放大纵断面图。如图 2-2 所示，为放大纵断面图式中通过 Excel 中的数据在 CAD 中绘
14、制出的设计轨面线、计算轨面线、既有轨面线以及道床底面线。图 2-2 放大纵断面线条示意图放大纵断面图的下半部为纵断面设计的资料和数据。图中自下而上包括下列各栏：既有线平面，百米标与加标；地面高程，既有道床厚度，既有轨面高程，轨面设计坡度，轨面设计高程，既有轨面高程抬降值，如图 2-3 所示兰州交通大学毕业设计（论文）6图 2-3 放大纵断面图式数据资料因而，通过对上述数据和图例的整理，可以知道放大纵断面的上半部为线路纵断面图。应绘出地面线，既有轨面线，既有道床底面线，计算轨面线，设计轨面线；并应注明建筑物的特征，如车站，道口的中心里程，隧道洞门位置里程与长度，以及桥涵类型、中心里程等。下半部分
15、为线路数据资料。同时应当注意在放大纵断面图中的数字和文字必须采取统一格式，标注涵洞、桥梁以及道口的线条也必须采取同样的长度，以使图面整齐划一。同时在绘制放大纵断面之前应在所给平面图中按图例提取出涵洞、桥梁等建筑物的信息，以备在贴完数据后在放大纵断面图中绘制出建筑物信息。图例如图 2-4 所示。图 2-4 放大纵断面图例资料以上所有图例在平面图中都有具体的体现，只需按照上述图例在平面图中提取出兰州交通大学毕业设计（论文）7信息，在后续绘制中利用即可。2.2.2 放大纵断面图的具体设计方法既有线的纵断面设计，是先在放大纵断面图上设计轨面坡度，然后汇总各项设计资料绘制详细纵断面图。放大纵断面图的设计
16、方法及步骤如下：1）根据导师所给课题勘察资料，我们可以得到里程资料以及既有轨面高程以及道床厚度。如图 2-5 所示。图 2-5 放大纵断面既有数据资料2）道床底面标高与计算轨面标高的计算，如图 2-6 所示。道床底面标高=既有轨面标高-既有轨道高度计算轨面标高=道床底面标高+设计轨道高度（包括钢轨高度，垫板厚度，轨枕高度与道床厚度）兰州交通大学毕业设计（论文）8道 床 底 面 标 高 度高道轨计设度高道轨有既道 床 厚 度轨 枕 高 度垫 板 厚 度钢 轨 高 度 既 有 轨 面 标 高计 算 轨 面 标 高图 2-6 轨道高度示意图3）根据随给数据和公式计算出设计轨面高、计算轨面高以及道床底
17、面高。首先要向放大纵断面图中将处理出来的数据贴入 CAD 图中,以既有轨面高程数据的贴入为例子，具体操作过程如图 2-7 到图 2-所示。根据既有轨面标高绘出既有轨面线，根据道床底面标高绘出道床底面线，根据计算轨面标高绘出计算轨面线。具体的 Excel 数据处理在下面有所介绍。同时标明车站、道口的中心里程，隧道洞门里程与长度，以及桥涵类型与其中心里程。图 2-7 既有轨面数据资料将既有轨面高数据全选，点击复制，然后创建一个新的 Excel 空白页，进行下一步。兰州交通大学毕业设计（论文）9图 2-8 选择性粘贴示意图将复制的数据进行选择性粘贴，在空白页中单击右键，然后单击选择性粘贴，将会出现如
18、图 2-8 所示的对话框，然后单击数值，点击确定即可完成操作。然后进行下一步操作，如图 2-9 所示。图 2-9 降序示意图全选复制过来的数据，按照图中所示步骤点击数据，选择排序，然后对出现图中所示的对话框，点击降序，确定即可完成操作，是数据从下至上一次增大。进行下一步操作。如图 2-10 所示。兰州交通大学毕业设计（论文）10图 2-10 记事本中数据示意将复制到记事本中的数据全选复制，然后点击 CAD，在 CAD 中点击绘图，点击文字选择多行文字，将数据粘贴进去，如图 2-11 所示。图 2-11 多行文字中的数据粘贴点击确定，进而使用格式刷在既有图例中点击一行数据，再点击此行数据即可将此
19、行数据的格式与既有图例中的数据格式统一。然后将数据移动至制定位置即可完成操作。以上，具体讲述了数据的贴入过程，接下来要进行的是利用 Excel 和 CAD 结合绘制既有轨面线、设计轨面线、计算轨面线和道床底面线的具体操作。兰州交通大学毕业设计（论文）112.3 Excel 与 CAD 结合绘制放大纵断面图2.3.1Excel 中的运算 我们知道利用 Excel 表格可以做一些运算工作，在本次设计中我们不但利用其功能进行了计算，在绘制放大纵断面图的过程中我们也利用了它的一些功能。下面是对其方法的介绍。在 Excel 表格中输入桩号、里程、标高，用以计算道床底面标高、计算轨面标高、现有坡度等数据，
20、以方便后面的纵断面绘制，计算过程如图 2-12 到 2-7 所示。.图 2-12 资料输入及道床底面标高计算过程表表格中道床底面标高计算公式（B12-0.364-C12/100 ） ，0.364 为钢轨高度、垫板厚度与轨枕高度之和，是一个定值。B12 为既有轨面高程。在 E12 单元格中输入“B12-0.364-C12/100”，按回车键，然后复制公式到下面的单元格中，如图 2-12 所示。兰州交通大学毕业设计（论文）12图 2-13 计算轨面标高计算表表格中计算轨面高程计算公式 E12+0.916，0.916 为钢轨高度，垫板厚度，轨枕高度和道床厚度之和，是一个定值。E12 为道床地面高程，
21、如图 2-13 所示。图 2-14 设计轨面标高计算表表格中设计轨面高程计算公式为 H11+（A12-A11 ）*G12/1000，E5 为道床地面高程，A12、A11 为里程，G12 为设计坡度。在 H12 单元格中输入“H11+（A12-A11）*G12/1000”，按回车键，然后复制公式到下面的单元格中。注意第一个设计高程等于既有轨面高程即 H2=B2，如图 2-14 所示。兰州交通大学毕业设计（论文）13图 2-15 起道量计算表起道量=设计轨面标高 -既有轨面标高。在 I4 单元格中输入“高程（H11-B11）*100”，按回车键，然后复制公式到下面的单元格中，如图 2-15 所示。
22、图 2-16 路肩高计算表表格中路肩高的计算公式为 E13-0.107，E5 为道床地面高程，在填方地段减去0.107，在挖方地段减去 0.115，如图 2-16 所示。设计坡度前应先选出外轮廓线并计算出各桩号间的相对坡度，设计坡度应根据相对坡度并结合设计注意事项选出。此外还应根据计算所得抬降量对设计坡度进行调整，以满足一些特殊建筑物如车站、桥梁等处的抬降量要求，避免对既有建筑物的改建。计算完资修正坡度以反映线路技术现状为主,在反映现状的基础上,尽量满足“技规、工规、设规” 的要求同时, 还考虑了测量误差及线路养护水平对计算平、纵断面的影响，应根据设计坡度及坡段长度标出。它包括：各坡段的起点、
23、终点以及坡段的走向。设计坡度时，应注意曲线地段的最大坡度折减，同时还应注意车站处的坡度值不能大于兰州交通大学毕业设计（论文）142.5。注意：当相邻两坡段坡度代数差大于 3时采用圆曲线型的竖曲线连接,其中竖曲线改正值应在起落道量中调整。 用公式将桩号和对应标高转化为坐标，如既有轨面线一栏所示，为绘制放大纵断面图做好准备。本次设计我们利用了 Excel 与 CAD 相结合的方法绘制了放大纵断面图，以下是对其过程的简单叙述，如图 2-17 所示。图 2-17 坐标转化过程在表格中选定一个数据并将其复制，然后打开 CAD， 选择其绘图栏中的多段线命令，点击命令行按鼠标右键选择粘贴，这样便指定了线段的
24、第一个点；接着在选择表格中的其它数据并复制，然后点击 CAD 的命令行重复上面的命令，这样线段就生成了。将线段分段移动到网格的具体位置即可完成操作，要注意其高程，因为这是确定线段在网格中位置的基准。例如图 2-18 所示。兰州交通大学毕业设计（论文）15图 2-18 线段位置线段一定要与其相应的高程点符合，一线一点，绘制出精确的图纸。下面需要讲述在绘制过程中必须注意到得事项，纵断面图绘制完后，应在图中做必要的说明。如：本图所采用的比例、单位、最大限坡等。2.2.3 改建既有线纵断面设计注意事项1）设计轨面坡度应从车站咽喉区、大中桥和隧道等控制点处开始。按控制点标高要求计算轨面标高并设计轨面坡度
25、，在放大纵断面图上初步绘出设计轨面线。设计轨面线应符合设计标准，并使其尽量接近但又不低于既有轨面线与计算轨面线。低于既有轨面线，则必须落道，但落道不仅施工因难，而且也影响行车；低于计算轨面线，则道床厚度达不到标准而降低轨道强度；若高出计算轨面线过多，则要铺过多的道砟造成浪费。若用道砟起道，起道高度不宜超过 50cm。如需挖切道床以降低高程时，个别地点的道床厚度可减少 5cm，但道床厚度不得小于 25cm，以保证轨道的必要强度。降低轨面高程不宜采用挖切路基的措施，仅在受建筑限界、建筑构造限制及消除路基病害地段才可采用。 因此，只有反复认真地进行试算，才能达到满意的结果。根据初步给出的设计轨面线，
26、确定轨面设计坡度(取整 0.1)。坡段长度取整 l0m的倍数，计算各百米标与加标的设计轨面标高(精确至厘米)。2）根据初步绘出的设计轨面线，定出轨面设计坡度（取整 0.1） ，坡段长度取10m 的倍数。根据轨面设计坡度，标出各百米标与加标的设计轨面标高，标高准确至厘米。变坡点的坡度代数差i3时，应设置竖曲线。竖曲线的要素（竖曲线半径Rsh、竖曲线的切线长 Tsh、由于设置竖曲线使变坡点轨面升高或降低的数值 y）与设竖曲线后的计算轨面高程 H，应填写在变坡点竖直线的两侧。兰州交通大学毕业设计（论文）16在改建路段起点和终点处，应注意高程的衔接。3）在改线绕行路段的起终点处，应注意标高的衔接，并标
27、明绕行路段的起终点里程。4）计算既有轨面标高的抬降值，即设计轨面标高与既有轨面标高的差值，正值为抬高，负值为降低。设有竖曲线的变坡点，应按设竖曲线后的设计轨面标高来计算抬降值。5）在有砟桥上，一般应按计算轨面标高来设计纵断面。通常情况下，不允许落低既有轨面标高，以避免降低墩台顶面高，施工困难。必要时可以用道砟起道的方法，提高轨面标高，这时，往往需要加高梁的边墙或设挡随砟块，以免道砟溢出。轨面提高值，一般限制在 1015cm，以防增加过多的道砟影响桥梁的应力和稳定；抬高值较大时，则需加高墩台顶面标高，施工比较困难；墩台顶面加高值在 0.4m 以内时，一般可不进行检算，大于 0.4m 时应进行检算
28、。6）在明桥面桥梁上，轨面标高的变动，必将引起抬降墩台顶面标高等困难工程，因此，应根据明桥面的既有轨面标高来设计纵断面。7）在涵洞处，允许适当抬高或降低既有轨面标高。但抬高值过大时，往往需要改建涵洞的端墙与翼墙，甚至将涵洞接长；若需大量降低既有轨面标高并挖低路基时，则应保证涵洞顶到道床底面的最小填土高度。8）隧道内的设计轨面高成应尽量接近既有轨面高程。在不受地质条件限制的情况下扩大净空或消减隧道内的坡度时，一般采用落道方法，以免破坏现有隧道的拱圈。为保护隧道边墙的基础，降低值应不大于 0.4m。9）车站站坪范围内正线线路的纵断面图，一般不宜过多的抬高或降低，以免引起站内建筑物如车站站线、咽喉区
29、、站台、天桥、信号机与给水设备的改建。当减缓站坪坡度、延长站坪长度、增设车站或削减限制坡度引起站坪纵断面的改建时，应全面考虑，使整个改建工程量为最小。当车站正线要抬高或降低时，可用车站站线作为施工时的临时通车线路。10）在挡土墙、护坡路段，起道时应考虑加宽路基后，不使其填土坡脚盖过挡土墙或护坡，必要时可用干砌片石来加固边坡。路基病害路段，如砂害、雪害，以及因毛细水上升引起之冻害或翻浆冒泥，均可考虑结合抬道来整治病害。路基基床土质不良及道床排水不畅，引起的道砟陷囊，一般可考虑结合落道来整治。兰州交通大学毕业设计（论文）17路堑地段落道时，应考虑施工时扩大路堑对行车的干扰，特别是石质路堑，需要放炮
30、，干扰更为严重。此外尚应考虑路堑边坡的稳定与地下水位的高低。如设计的路肩标高低于地下水位，还应考虑降低地下水位的措施。路堤地段，抬道时应考虑加宽路基对路基稳定的影响；特别是高路堤地段，更应注意。3.线路平面设计3.1 概述线路的空间是由它的平面和纵断面决定的。线路平面是线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面位置。各设计阶段编制的线路平面图是线路设计的基本文件。各设计阶段的定线要求不一样，平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。简明平面图中，等高线表示地形和地貌特征，村镇、道路等表示地物特征。图中粗线表示线路平面、标出里程、曲线要素（转角 、曲线半径 R 等） 、车
31、站和桥隧特征等资料。线路平面设计必须满足以下三方面的基本要求：第一，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、旅客乘车舒适等，这些要求反映在铁路线路设计规范 （简称线规 ）规定的技术标准中，设计要遵守线规规定。第二，应力争节约资金。即既要力争减少工程量、降低工程造价；又要考虑为施工运营、维修提供有利条件，节约运行支出。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，导致运营支出增加；从节约运营支出考虑，线路最好又平又直，但势必增加工程数量，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
32、过方案比选，正确处理两者之间的矛盾。第三，既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布局合理。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，还要从总体上保兰州交通大学毕业设计（论文）18证这些建筑物相互协调、布置合理。从运营的观点出发要求线路有平又直任何坡度与弯曲都对行车不利。但线路建筑在地面，地形起伏多变，山川纵横，还有地质不良现象，线路必须绕避个总平面障碍及地质不良地段，必须穿过山脉，跨过河流。线路上分布着大量的建筑
33、物，如车站、桥梁、隧道、路基等，因此，线路平面有曲线，纵断面上有坡度，线路平面及纵断面的设计，在保证行车安全、平顺、迅速、不间断的前提下，还应保证各项建筑物的坚固稳定，而使工程数量最小，工程费用最省，运营条件最好，运营费用最低。3.2 平面设计注意事项 3.2.1 平面线形应与地形、地物相适应、与周围环境相协调线路要与地形相适应，这既是美学问题，也是经济问题和保护生态环境的问题。在地势平坦开阔的平原微丘区，线路以方向为主导，线形应直捷舒顺，平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，线路以高程为主导，为了适应地形，路线多弯曲，则曲线所占的比例较大。如果在没有任何障碍的开阔地区（如戈
34、壁、草原）故意设置一些不必要的曲线，或者高低起伏的山地硬拉长直线，都将给人以不协调的感觉。直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等条件，片面强调线路要以直线为主或以曲线为主，或人为的规定三者的比例都是错误的。3.2.2 保持平面线形的均衡与连贯为使一条道路上的车辆尽量以匀速行驶，应注意线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。以下几点在设计时应充分注意：1）长直线尽头不能接一小半径曲线。长直线和大半径曲线会导致较高的车速，若突然出现小半径曲线，会因减速不及而造成事故。特别是在下坡方向的尽头更要注意。若由于地形所限小半径曲线在所难免时，中间应插入中等曲率的过渡性曲线，并使纵坡不要过
35、大。2）高、低标准之间要有过渡。同一等级的道路由于地形的变化在指标的采用上会有变化，同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。遇有这种高、低标准变化的路段，除满足有关设计路段在长度上的要求外，还应结合地形的变化，使路段的平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变。兰州交通大学毕业设计（论文）193.2.3 设计主要考虑的因素影响线路走向选定的因素甚多，主要应考虑：1）设计线的意义与行经地区其他建设的配合走向的选择应与行经地区其他建设项目协调配合；要考虑与地区其他交通体系的合理衔接；并应满足国防要求。2）设计线的经济效益和运量要求选择线路走向应尽可能为更多的工矿基地和经济中心服务，
36、既加速地区国民经济的发展，又使铁路扩大运量，增加运输收人，争取较高的经济效益。3）自然条件地形、地质、水文、气象等自然条件决设计路的工程难易和运营质量，对选择线路走向有直接的影响。4）设计线主要技术标准和施工条件设计线的主要技术标准在一定程度上影响线路走向的选择。施工期限、施工技术水平等，对困难山区的线路方向选择，具有重大影响，有时甚至成为决定性的因素。上述各项因素互为影响，应整体考虑才能得到较理想的线路走向。本设计在兼顾上述各个原则和因素的前提下，根据既有线路的条件，尽可能去满足上述条件。3.2.4 线路平面图介绍线路平面图，是在绘有初测导线和经纬距的大比例带状地形图上，设计出线路平面和标出
37、有关资料的平面图。线路平面由直线和曲线组成，线路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。概略设计时，平面图和纵断面图中仅绘出未加设缓和曲线的圆曲线，圆曲线要素为：偏角 ，半径R、切线长 Ty、曲线长 Ly 和外矢距 Ey 。偏角 在平面图上量得，曲线半径 R 系选配得出，切线长 Ty 和外矢距由 Ey 下列公式计算：(m) ；2tanRTy(m) ；180L兰州交通大学毕业设计（论文）20 OyTRYZJDL/2 (m)12(secREy 图 3-1 曲线要素计算示意图详细设计时，平面图中要绘出加设缓和曲线的曲线；其曲线要素为：偏角 、半径R、缓和曲线长 l0、切线长 T 和曲线长 L。偏角是在平面图上量
38、得的，圆曲线半径 R和缓和曲线长 l0 由选配得出，切线长和曲线长可计算得出。纸上设计时，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，由大到小的选用合适的曲线板，确定合理的半径。3.2.5 直线地段设计原则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
39、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 与每吨列车克服的曲线阻力功 Ar 的关系式为： )/(5.10860tJgRgLwAyr 兰州交通大学毕业设计（论文）21式中 w r:单位曲线附加阻力； ；)/(60tNRgwrLy: 圆曲线长度； ；)(180mLy作为平面线型要素之一的直线，在铁路、城市交通中使用最为广泛。但是，从道路交通特点来看，过长的直线并不一定就好。一方面，直线线型大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线型的连续性，也不便达到线型设计自身的协调。另一方面
40、，过长的直线易使驾驶员感到疲劳、单调，以致很容易导致交通事故的发生。所以在道路平面设计中运用直线线型并决定其长度时，必须持谨慎态度，不宜采用过长的直线。3.2.6 夹直线长度的确定原则在地形困难、曲线毗连地段，两相邻曲线间的直线段，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。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。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
41、；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 23 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 51.076.5m。夹直线长度的保证纸上设计时，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（YZ1 与 ZY2）间夹直线长度 LJ 应满足下列条件：(m)20min01lLlJJLJ:夹直线最小长度按下表取值；L01， l02：相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度；表 3.1 夹直线及圆曲线最小长度（m）路段旅客列车设计行车速度(km/h) 160 140 120
42、100 80圆曲线或夹直线最小长度(m) 130(80) 110(70) 80(50) 60(40) 50(30)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；当同向曲线兰州交通大学毕业设计（论文）22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 L=110m，相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度为L01=80m,l02=80m,根据上表夹直线最小长度为 LJmin=70m,因此设计的曲线位置符合夹直线最小长度的要求。3.2.7 圆曲线最小曲线半径的选定行驶在曲线上的列车由
43、于受离心力的作用，其稳定性受到影响，而离心力的大小由于曲线半径密切相关半径越小越不利，所以在选择平曲线半径时，应尽可能采用较大的值，只有在地形或其他体熬煎受到限制时才可使用较小的半径。为了行车的安全与舒适， 标准和线规规定了圆曲线半径在不同情况下的最小值。最小曲线半径是一条干线或某一路段允许采用的曲线半径的最小值。它是铁路主要技术标准之一。 1）选定最小曲线半径的影响因素a.路段设计速度。路段设计速度是设计线某一路段旅客列车远期可能实现的最高速度。b.货物列车通过的速度。设计线各路段的坡度不同，货物列车通过的速度不同。c.地形条件。平原浅丘地区，曲线半径的大小通常对工程量影响不大，为创造良好的
44、运营条件和节省费用，应选定较大的曲线半径；山岳地区地形复杂，曲线半径的大小对工程量影响很大，为适应地形减少工程，需要选定较小的最小曲线半径。足坡地段，选定 R600m 或 500m 最小曲线半径，则因粘着系数降低，粘降坡度减缓而引起线路额外展长，从而增大工程费用。综上所述，设计线的最小曲线半径可根据具体情况分路段拟定。2） 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，如表 3.2 所列。本设计采用的最小曲线半径为 1600m,符合上述线规 规定的最小曲线半径要求。
45、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：a.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 的兰州交通大学毕业设计（论文）23整倍数。即10000、8000、6000、5000、4000、3000、2500、2000、1800、1600、1400、1200、1000、800、700、600、550、500、450、400、350；特殊困难条件下，可采用上列半径间 10m 整倍数的曲线半径。 b.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。c.结合线路纵断面
46、特点合理选用。表 3.2 铁路最小曲线半径路 段 旅 客 列 车 设 计 行 车 速 度 (km/h) 160 140 120 100 80一 般 2000 1600 1200 800 600最 小 曲 线 半 径 (m) 工 程 条 件困 难 1600 1200 800 600 5003.2.8 缓和曲线的选定原则缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。 标准规定，除四级路可不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置缓和曲线。在现代高速公路上，有时缓和曲线所占的比例超过了直线和圆曲线，成为平面图线形的主要组成部分。
47、在城市道路上，缓和曲线图也被广泛地使用。为使列车安全、平顺、舒适地由直线过渡到圆曲线，一般情况下铁路线路平面在直线与圆曲线之间要设置缓和和曲线。缓和曲线是设置在直线与圆曲线或不同半径的圆曲线之间的曲率连续变化处的曲线。为使列车安全、平顺、舒适地由直线过渡到圆曲线，在直线和圆曲线之间要设置缓和曲线。线路平面设计时，缓和曲线应根据曲线半径，路段旅客列车设计行车速度和工程条件按表 3.2 所列的数值选用，即应根据地形、纵断面及相邻曲线、客货列车比例、货车速度、运输要求以及将来发展的可能等条件选用。有条件适宜采用较长的缓和曲线。具体选用原则是：兰州交通大学毕业设计（论文）241）各级铁路种地形简易地段
48、、自由坡地段、旅客列车比例较大路段中将来有较大幅度提高客货列车速度要求的路段应优先选用“一般” 栏数值。2）各级铁路中，地形困难、紧坡地段或停车站两端、凸形纵断面坡顶等行车速度不高的地段以及、级铁路中客车对数较少，且货车速度较低的路段和对行车速度要求不高的路段，可选用“困难” 栏数值，或“困难” 栏与“ 一般”栏间的 10m 整倍数的缓和曲线长度。3）条件许可时，宜采用表中规定数值长的缓和曲线，如采用表中较高速度档次下相同半径的缓和曲线长度，以创造更好的运营条件，并为今后列车的提速创造有利条件。表 3.4 最小缓和曲线长度 (m)路 段 旅 客 列 车 设 计 行 车 速 度 (km/h) 1
49、60 140 1206000 70 50 405000 70 60 404500 70 60 404000 80 60 503500 90 70 503000 100 80 502800 110 90 602500 120 90 602000 150 100 701800 170 120 80曲线半径(m)1600 190 130 90兰州交通大学毕业设计（论文）25在本设计中缓和曲线的选定如下：列车的设计速度为 140Km/h，所选定的缓和曲线半径为 1600m、1800m、2000m、,则对应的缓和曲线长分别为 130m、120、100m 。3.2.9 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。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 R 和缓和曲线长度 l0 三者间应满足下式关系：0Lymin(m)lR18式中 L ymin :圆曲线最小长度（m),采用表 3.2 数值3.3 既
