1、西南交通大学,1,线路基础课程简介一、课程的地位、作用及任务本课程是交通大类专业的一门专业基础课。它为后续专业课程的学习奠定铁路线路方面的基础知识。学生通过对本课程的学习，了解有关铁路线路基本结构、功能和作用，掌握铁路工程的基本计算方法。二、课程的主要内容 铁路运输系统由线路、机车车辆、通信信号、组织指挥诸系统组成。铁路线路是机车车辆运行的基础。作为交通运输专业的学生必须对铁路线路有一定的了解，这是专业知识结构重要组成部分。,西南交通大学,2,本门课程线路基础由三部分内容组成。第一部分是轨道，第二部分是路基，第三部分是桥隧，本门课程共为八章。铁路轨道称为铁路线路的上部建筑，是本课程的重点。铁路
2、轨道共由五章组成。第一章介绍了轨道的概念及其组成。其中，钢轨、轨枕、道床与连接扣件是学习重点。第二章介绍了轨道几何图形。轨道几何图形涉及了直线、曲线轨道的有关问题。第三章介绍的是道岔。道岔是一种重要的设备，有多种种类及型式,本章重点介绍普通单开道岔的构造原理及用途。第四章介绍了无缝线路。无缝线路是新型线路构造，是现代化铁路的标志之一。无缝线路涉及了一定的力学、物理知识，是本课程理论成分较多的部分。第五章介,西南交通大学,3,绍了线路的大修与维修。其重点是线路维修的重要性、修程、维修程序及维修内容。第二部分路基为两章，是课程的第六、七章。第六章是线路的路基及路基稳固性。重点介绍了路基类型、路基横
3、断面、路基边坡稳定性的概念及检算方法。第七章是路基排水与加固防护。重点介绍了路基冲刷防护与基本的加固方法及有关排水设施。第三部分是关于铁路线路的另一重要组成部分铁路桥梁、隧道建筑物。重点介绍了铁路桥梁的分类、桥跨结构及墩台结构。另外，对隧道也进行了简单的介绍。,西南交通大学,4,线路基础是为交通运输专业本科开设的一门专业基础课，其目的是通过对本门课程的学习，使学生对铁路线路的组成，有关的工程建筑物构造，线路各组成部分的功能有一个基本的了解与认识。为以后其他相关课程以及专业课的学习奠定一个良好的开端。三、说明1.学时安排：课内总学时为32学时；课外阅读及作业8学时2.课程目录,西南交通大学,5,
4、3.参考书：石定宇，余静贞编.铁道概论.成都，西南交通大学出版社，2000艾迪拓.铁路基本知识.北京，中国铁道出版社，1993,西南交通大学,6,第一章 轨道的组成,本章要点：轨道的组成钢轨的功能及断面钢轨的接头构造;轨枕的功能、分类与布置接头、中间联结零件的功能与联结方式道床的功能、新型轨下基础,西南交通大学,7,铁路轨道、路基、桥梁、隧道、车站及其他附属设备的总称 轨道由钢轨、轨枕、道床、联结零件、道岔及防爬设备购成。是列车运行的基础常规轨道结构：,西南交通大学,8,轨道类型：特重型、重型、次重型、中型、 轻型运营条件：最高行车速度（Km/h）年通过总重密度（MtKm/Km）注：轨道类型与
5、钢轨重量、轨枕根数、道床厚度有关,西南交通大学,9,1.1 钢轨,二、对钢轨的要求,一、钢轨的功能,1.支承引导车轮2.为车轮滚动提供较小阻力3承上启下、传递力与轨枕4作为导体轨道电路,1足够的刚度防止绕曲变形2一定的韧度防止折断3一定的粗糙度提高摩擦阻力4容易制造、铺设,西南交通大学,10,一、标准钢性的断面1工字形断面 防止绕曲变形的最好断面形式 减轻自重及材料消耗,断面形状及名称： 轨顶宽度w1：6575mm 钢轨高度h：134195mm 轨底宽度w2：114150mm 宽高比：w2/h为0.810.87,西南交通大学,11,四、钢轨的类型 1按重量分（kg/m）75、60、50、45、
6、43、38。其中50kg/m为主型轨 2按材料分 低合金钢轨：Fe+C+Mn+Si普通碳素钢轨：Fe+C+Mn+Si注：低合金轨C的含量与普轨接近，但Mn、Si增大，一般是中Mn、高硅含Cu增加耐腐蚀性，多用于隧道中一般低合金轨多用于半径曲线,西南交通大学,12,五、钢轨长度1标准长度（我国）：12.5m、25m2缩短轨：比标准轨稍短，用于曲线里股的铺设注：钢轨长度世界各国不同，如俄罗斯为25m，德国为30、45、60m，法国为18、24、36m，意大利为36m，英国为18.4m，美国为11.89m、23.96m，日本为25m。,西南交通大学,13,六、钢轨接头 1轨缝要求 高温不瞎缝 低温轨
7、缝不超标 轨缝计算公式： =0.0118 （tmax-t）L- C (mm) 式中 计算轨缝（mm）；0.0118 钢轨线膨胀系数、温度变化1，每米钢轨伸缩0.0118mmt 铺轨时的钢轨温度（）tmax 最高轨温（当地最高气温+20）L 钢轨长度(m)C 由阻力限制的钢轨伸缩量（mm）钢轨长度及螺栓型号有关注：一般 6mm20mm,西南交通大学,14,2.钢轨接头构造1）对接头的要求a 在载荷的作用下，接头同钢轨整体一样b 当气候变化时，钢轨端部能有一定的纵向移动2）构造,接头联结零件图,西南交通大学,15,3）特殊接头 异型接头连接两断面不同的钢轨 导电接头轨道电路 绝缘接头绝缘节 3.
8、接头故障及整治 1）端部鞍形磨损 2）低接头稳固不良引起 3）破损接头部钢轨顶面剥落 4）夹板断裂 5）轨枕损裂 整治： 焊补 研磨 钢轨端部顶面淬火增加抗磨性,西南交通大学,16,我国铁路采用：悬空式，对接式,4.钢轨接头位置1）与轨枕的相对位置悬空式 承垫式,2）钢轨接头的相对位置对接式,错接式,西南交通大学,17,5.钢轨失效原因及延长寿命的措施1）失效原因 磨耗 a有关因素，运量，列车重量，速度，线路平纵断面b易产生磨损的地点，制动地段，小半径曲线 伤损：材料及制造工艺差，事故 锈蚀：一般在隧道中2）措施 制动地段，小半径曲线铺设低合金轨隧道中,铺设加铜低合金轨,西南交通大学,18,1
9、.2 轨 枕一、功能与种类（一） 功能1.固定钢轨2.承受钢轨的水平与垂直力3.传递二力与道床（二） 要求1.坚固，耐用2.具有一定的弹性3.具有一定的位移阻力,西南交通大学,19,（三）种类1. 按材料分a 木枕（红松、落叶松)b 钢筋混凝土枕c 钢枕2. 按用途分普通枕 干线(）支线(） 长度均为2.5m专用线（）岔枕长度为2.6m4.85m桥枕长度为3m3.4m3. 按布置方式横向枕纵向枕,西南交通大学,20,二、木枕1.特点 富有弹性 轻，加工、运输、铺设方便 易与钢轨联结 绝缘性能好 寿命短，强度低 弹性不一致 受资源约束2.断面形式,甲 乙 丙 尺寸 四面加工 上下两面加工 三面加
10、工 大 四面加工 上下两面加工 三面加工 中 四面加工 上下两面加工 三面加工 小,西南交通大学,21,普通木枕断面图,西南交通大学,22,3. 木枕的失效及延长寿命的措施1）失效原因 腐朽 机械磨损 裂缝2）措施 防腐处理 增加联结零件，改变联结方式 接头处采用优质木枕,西南交通大学,23,三、钢筋混凝土枕1.特点 强度高稳定性好 耐腐蚀 弹性均匀 弹性差 质重，铺设运输不方便 铺设受限道岔区，大桥面,2.结构与尺寸1）长度为2.5m与木枕同,西南交通大学,24,2）断面：梯形上窄下宽,3）承轨台形式,4）轨底面形式双锲形,西南交通大学,25,5） 外部尺寸(mm),四、轨枕的数量与铺设 轨
11、枕配置的条件 年通过总重密度（Mt km/km）列车速度（Km/h）规定：每公里最多：木枕1920根，钢混枕1840根,西南交通大学,26,1. 轨枕间距特点：接头处密，远离接头处疏轨枕间距计算：三个值：接头间距c，过渡间距b，中间间距a关系 abc,西南交通大学,27,公式： L=c + 2b + a(n-3) （mm）c 已知 求b，a,式中： L包括一个轨缝的钢轨长度n每节钢轨铺设根数（已知）c规定值50kg/m钢轨c=440mm（木枕） 520mm（钢混枕）注：无缝线路钢轨间距采用平均值,a= （1）设： b= 代入（1）式，求a值（mm）a= 将a取整后代（1）是求取b值b= (mm
12、),西南交通大学,28,1.3 钢轨联结扣件一、类型 接头联结扣件钢轨与钢轨联结中间联结扣件钢轨与轨枕联结二、接头联结扣件双头夹板主型夹板夹板 板型夹板角型夹板 1.组成 裙边型夹板高强度螺栓无缝线路螺栓普通螺栓普通路线 螺母,西南交通大学,29,六孔式,注：1）钢轨螺栓孔直径比螺杆直径略大2）6个螺栓方向交错安装3）螺栓直径与钢轨长度成正比,西南交通大学,30,三、中间联结扣件阻止钢轨纵横向移动，保持轨距1.功能 具有绝缘性能提供一定的弹性对轨距与钢轨的水平高度能进行微调简单式仅用于与木枕的联结 2.连接方式 分开式少采用不分开式多用于与钢混轨枕的联结混合式用于与木枕联结的主要方式 3.木枕
13、扣件1）组成 道钉 普通道钉螺纹道钉垫板：顶面呈1：40坡度,西南交通大学,31,2）联结方式 简单式无垫板 钢轨直接与木枕联结适用于矿山线，装卸线，临时线 不分开式道钉，垫板，钢轨同时固定于木枕上。缺点：列车通过时垫板发生振动易损坏木枕 分开式：先将垫板与木枕联结，然后垫板再与钢 轨联结。 特点：扣紧力大，可有效防止钢轨移动 但是零件多，安装复杂。,西南交通大学,32, 混合式：先用道钉把垫板扣紧，再用道钉将钢轨、垫板木枕同时联结。 特点：零件少，联结方便，扣紧力略次于分开式。,4.钢筋混凝土轨枕扣件1）类型 扣板式扣件弹性扣件 弹片式弹条式,西南交通大学,33, 组成 扣板固定钢轨铁座传递
14、横向力至挡肩螺纹道钉联结缓冲垫层绝缘，提供弹性弹簧垫圈提供弹性 安装采用硫磺锚固法,2）扣板式扣件,西南交通大学,34,3）弹性扣件 弹片式 弹片作用于钢轨间轨距挡板作用于铁座间螺纹道钉联结绝缘缓冲层提供弹性、绝缘特点：弹性较好，但扣紧力不足,西南交通大学,35, 弹条式 弹条作用与扣板相同锲形轨距块螺纹道钉特点：弹性好，性能优于弹片式我国目前多采用型弹条式扣件, 高速铁路均采用弹条式扣件,西南交通大学,36,1.4 道 床,一、什么是道床铺设在路基面上的道渣层，或是一种轨下结构。它是轨枕的基础 二、道床的功能、1.均匀传递荷载于路基面上2.提供纵、横向阻力3.提供弹性4.排水作用5.便于校正
15、线路的平纵断面,西南交通大学,37,三、道床断面1.道床断面,西南交通大学,38,A 道床厚度(h) 轨枕底面至路基面的垂直高度（直线）内轨中轴下轨枕底面至路基面的距离（曲线）注：道床厚度一般为25-30cm,2.道床断面三要素 1）道床厚度 2）道床坡度 3）道床顶面宽,西南交通大学,39,b= 轨枕长度+2a （直线）轨枕长度+2a+ （曲线）a 道床肩宽，一般为2030cm特重型无缝线路为3.1m R 600加宽0.1m（曲线外侧）重型,次重型,中型为3m R 600加宽0.1m（曲线外侧）轻型为2.9m R 600加宽0.1m（曲线外侧）,B 道床顶面宽（b）,西南交通大学,40,C
16、道床边坡（i）i= 1：1.75 (正线：特重型，重型，次重型，中型）1：1.5 (站线：轻型）注：1.木枕：道床顶面低于轨枕顶面3cm2.混凝土枕 a 头部埋入道碴深度为15cmb 中部60cm范围底面高出道床顶面3cm3.道床根据路基土质与气候情况，分为单层与双层道床,西南交通大学,41,四 道床材料1.对材料的要求 a 质地坚硬，强度高b 吸水度小，不易风化，耐冻 2.材料 1)碎石(花岗岩,玄武岩,石灰岩,砂岩) 标准型（20-70mm）新线中粒（20-40mm）维修细粒（5-20mm）垫碴起道2）筛选卵石（卵石，碎石混合物）天然级配卵石（卵石，砂石混合物）矿渣3）粗沙，中沙，卵石砂，
17、石屑（作为垫层）,西南交通大学,42,五 道床残余变形1.道床变形：轨道下沉 路基下沉：运营初期下沉一定时间后稳定道床下沉 初期下沉后期下沉 2.道床残余变形积累,西南交通大学,43,道床下沉发展(如图2)可表达为y=y+y=(1-ex)+x 式中:y为第一阶段下沉量；y为第二阶段下沉量注：第一阶段：道床急剧下沉（压实阶段）。、表示道床压实程度第二阶段：道床缓慢下沉。值与荷载大小成正比，与速度平方成正比 1.克服道床残余变形的措施1）铺道碴前严格加固路基2）力求道碴均匀密实3) 在轨道通过总重达到一定值后应清筛、补碴。,西南交通大学,44,(一)轨枕板钢筋混凝土轨枕板1.尺寸长2.5m 宽55
18、cm 厚：轨下1517cm，中部1015cm2.特点： 1）支承面大，是普通枕的2倍2）重量大（500kg）3）维修量小，是普通枕的1/2-1/34）与钢轨的联结与普通混凝土枕相同5）道床断面与一般线路相同6）多用于客站，隧道内，大桥桥头3.铺设方式 间铺间隔2cm密铺间隔2cm,六 新型轨下基础,西南交通大学,45,1.特点 1）取消道碴层，将混凝土直接灌注于路基面上2）稳定性好，有利于高速行车3）维修量小，适用于隧道4）强度大，寿命长5）刚性大，弹性差，对扣件及垫层的弹性要求高6）修复困难2.类型 1）钢筋混凝土支承块式我国采用2）短木枕式用短木枕代替支承块3）整体灌注式不需埋入支承块4）
19、预制框架拼装式少采用,（二）整体道床,西南交通大学,46,3.钢筋混凝土支承块式结构道床尺寸：宽2.4m，厚35cm支承块尺寸：长50cm，宽20cm,西南交通大学,47,(三) 沥青道床1.类型：沥青处理道床：使用沥青对碎石道床做表面处理沥青道床：沙，碎石，焦油混合表面浇高温焦油2.特点：1）弹性较整体道床好2）整体性好3）适于重载列车4）造价较整体道床低,西南交通大学,48,1.5 道口与线路附属设备 一 道口1.类型 平交道口立交道口 2.平交道口铺面1）铺面类型 钢筋混凝土面板石质面板沥青面板木质面板2）结构,西南交通大学,49,3.特点：1) 三块面板2) 铺面板与轨顶同高3) 中间
20、面板置于钢轨内侧轨枕上，两边面板置于轨枕端部4) 面板与轨枕间设有沥青垫层5) 钢轨工作边与面板边设有护轨,4.道口设置及设施 1)设于瞭望条件好的地点 公路:离道口50m处看见两侧各400m铁路:司机800m处看见道口 2）应设道口平台，平台长度（一侧）为8-20m 3）应设鸣笛标，道口警标，栏木，信号灯 4）电气化铁道道口应设限界器（4.5m高） 5）道口范围内不应有轨缝,西南交通大学,50,一、线路附属设备(一)轨道防爬设备1.轨道爬行由于列车的运动及其它因素使得钢轨或钢轨与轨枕同时产生纵向移动的现象。2.轨道爬行的原因 1)钢轨在动荷载下的挠曲变形 2)列车运行的纵向力 3)钢轨温度的
21、变化 4)车轮对接头的冲击,西南交通大学,51,v,* 钢轨沿列车前进方向各断面依次发生转动 3.轨道爬行结果 1）轨枕歪斜，道床松动 2）轨缝不一致或瞎缝 4.轨道爬行发生的地点 1）区间重车方向（爬行方向与列车运行方向一致） 2）长大下坡道（爬行方向与列车运行方向一致） 3）进站线路制动范围（爬行方向与列车运行方向一致）,西南交通大学,52,5.克服轨道爬行的措施 1）增加扣件阻力（接头，中间扣件） 2）增加道床阻力（道床的宽度，密实度，轨枕埋深度） 3）加装防爬设备（铺助设施） 6.轨道防爬设备1）类型 穿销式防爬器防爬撑 木制长方体 截面120 cm2石制混凝土双楔形,西南交通大学,5
22、3,2）安装 防爬器：装于轨底紧靠轨枕一侧作用：防止钢轨移动防爬撑：装于轨底或距轨底边缘300 350mm的道心内 3)布置防爬器与防爬撑同时使用,西南交通大学,54,注： 1.每对防爬器与34对防爬撑联合使用2.i6的混凝土轨枕线路，一般不设防爬设备3.i6的混凝土轨枕线路，在制动地段桥梁前后等地段设 (二)曲线加强设备1）作用：防止曲线地段轨距扩大2）设备：轨距拉杆，直径2832mm3）安装：装于钢轨底部 (三)轨道安全设备1）作用：防止列车脱轨2）设备：护轨 1.道口护轨道口使用2.桥面护轨桥面使用3.道岔护轨道岔使用4.防脱线护轨小半径曲线，长大坡道，高路堤,西南交通大学,55,1.6
23、 轨道与运营参数的关系,一 轨道与运量 1.钢轨的寿命钢轨寿命受两个因素影响。一是钢轨的极限磨耗，二是钢轨的疲劳性损伤，这两者都与运量有关。1）钢轨的极限磨耗,磨耗面积10 垂直磨耗10mm(50kg/m) (钢轨截面积) 之一者侧磨耗18mm（50kg/m）,2)疲劳性损伤由积累运量引起的钢轨损伤一般多在极限磨耗之前出现,西南交通大学,56,西南交通大学,57,注： 1）累计运量是决定钢轨寿命的主要因素，在大运量条件下采用重型钢轨比较经济，如50kg钢轨的累计运量是5亿吨，43kg钢轨的累计运量是3亿吨，50kg钢轨比43kg钢轨载重量上只增加了16%，但运量却增加了66%。 2）累计运量亦
24、是决定线路大修周期的重要因素。,二 轨道与轴重 1.轴重轴重 = 车辆（机车）总重/轴数我国规定：机车轴重为23t，车辆轴重为21t。,西南交通大学,58,2.轮重与轮径的关系轮重 = 轴重/2基本关系：k = 轮重（t）/轮径（m）= P/D国际推荐值k为7.25-8.25 3. 轴重对轨道的影响1）低荷载轨道的下沉量正比于轴重2）高荷载轨道的下沉量正比于轴重的平方3）在一定范围内，轴重的增加比速度增加对轨道影响大4）一般情况下，货车对轨道的影响大于客车,西南交通大学,59,三 轨道与速度轨道对速度的影响1) 轨道的平顺性：轨距，水平，方向，高低速度对轨道的影响大小由轨道的平顺性决定，轨道平顺车轮动压力受速度影响就小。在平顺轨面上，速度从10km/h到100km/h，动压力比静压力只增加7%。2) 轨道弹性轨枕、道床加速度与列车速度成正比3）列车速度引起的横向水平分力列车速度增加，则水平分力增加，引起轨道框架横向位移4) 轮轴偏心及踏面的不圆顺：由此增加的竖向动压力是静压力的2-2.5倍，对轨道的破坏作用很大。,
