土木工程概论5.pdf

1第5章第5章交通土建工程交通土建工程 道路工程道路工程 铁路工程铁路工程化学工业出版社化学工业出版社5.1道路工程5.1道路工程北京市北三环（快速路）北京市北三环（快速路）道路工程的概念道路工程的概念道路运输从广义上讲是指货物和旅客借助一定的运输工具，沿道路某个方向，作有目的地移动的过程。狭义上讲道路运输则是汽车在道路上运输。分类分类根据其所处的位置、交通性质、使用特点等可分为：公路：指连接城镇、乡村和工矿基地之间主要供汽车行驶的道路。城市道路：供城市各地区间交通用 农村道路：野外乡村地区间交通用 人行小路2北京珠海同江三亚上海成都连云港霍尔果斯我国国道干线系统的代号：北京向外辐射的有12条，代号第一个字取“1”，如北京至昆明为108国道。由北向南的有28条，代号第一个字取“2”，如山海关至广州为205国道。由东向西的有30条，代号第一个字取“3”，如上海至拉萨为318国道公路编号规律公路编号规律放射状 编号为1 101112 2.3万公里纵 向 编号为2 201228 3.7万公里横 向 编号为3 301330 4.9万公里例：G104（北京-福州）、G204(烟台-上海）、G307（歧口-银川）省道S272（廊泊线）一、道路的基本体系一、道路的基本体系公路城市道路二、公路建设二、公路建设线路、路基、路面线路、路基、路面线路线路概念概念：线路由直线段和曲线段组成道路由于受到自然环境与地物地貌的限制，在平面上有转折，纵面上有起伏。在转折点两侧相邻处，为满足车辆行驶顺适、安全和速度要求，要有一定的曲线连接。京福高速公路京福高速公路(福建段福建段)公路的路基公路的路基 路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。它承受着本身的岩土自重和路面重力,以及由路面传递而来的行车荷载,是整个公路构造的重要组成部分。路基主要包括路基体、边坡、边沟及其它附属设施等几个部分。3 公路的路面公路的路面 路面是用各种筑路材料或混合料分层铺筑在公路路基上供汽车行驶的层状构造物，其作用是保证汽车在道路上能全天候、稳定、高速、舒适、安全和经济地运行。路面通常由路面体、路肩、路缘石及中央分隔带等组成，其中路面体在横向又可分为行车道、人行道及路缘带。公路特殊结构物 公路的特殊结构物有隧道、悬出路台、防石廊、挡土墙和防护工程等。当公路翻山越岭或穿过深水时，一般采用开凿隧道来解决。悬出路台是在山岭地带修筑公路时，为了保证公路连续、路基稳定和确保行车所需修建的悬臂式路台。防石廊则是山区或地质复杂地带，为了保证公路的行车安全而修建的。挡土墙是为保证路基稳定和减少填、挖方工程量而需修建的。在陡岭山坡或沿河一侧路基边坡受水流冲刷或不良地质现象的路段，为了保证路基稳定，加固路基边坡所建的人工构造物称之为防护工程。公路分类及技术标准公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路地形平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路地形平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘平 原微 丘山 岭重 丘设计行车速度（km/h）12080100608040603040设计行车速度（km/h）1208010060804060304020行车道宽度（m）2*7.52*7.02*7.52*7.097763.5行车道宽度（m）2*7.52*7.02*7.52*7.097763.53.5路基宽度（m）26232319128.58.57.56.5路基宽度（m）26232319128.58.57.56.56.5曲线设计最小半径（m）650250400125250601253060曲线设计最小半径（m）65025040012525060125306015停车视距（m）2101101607511040753040停车视距（m）210110160751104075304020最大弧坡度（%）354657686最大弧坡度（%）3546576869路面等级高级高级高级或次高级次高级或中级中级或低级路面设计车荷载汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级路面车道数44222或1路面等级高级高级高级或次高级次高级或中级中级或低级路面设计车荷载汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级汽车一超20级路面车道数44222或1公路分类及技术标准公路分类及技术标准路基路基1.概念：道路路面下的基础部分。2.路基的三项技术要求 足够的承载力和刚度。即不应发生过大的沉陷。足够的整体稳定性，即不致产生路基的整体滑坍。足够的水温稳定性，即在地面水、地下水或冰冻时不致显著地降低承载力。3.路基的三种形式自然地面起伏不平，为了使路面平顺，有时需填土，有时需挖土，出现了以下几种形式：路堤路堑填挖结合 路基的几何特征：高、宽、边坡。路基的填挖高度 路基的总宽度=行车道总宽+0.51.0m 边坡坡度的要求 要十分重视路基排水三、路面三、路面1.概念：用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其表面行使的一层或多层的道路结构层。2.分类 按荷载作用下路面的工作特征 柔性路面：如沥青砼路面、沥青贯入式碎（砾）石路面、泥（水泥）结碎石路面等 刚性路面：如砼路面。半刚性路面：如用石灰或水泥稳定土或石灰炉渣等材料建成的路面。按路面的质量级别高级、次高级、中级、低级。4柔性路面刚性路面3.路面结构 面层：要保证结构强度、刚度、不透水性、温度稳定性、平整度、粗糙度和耐磨性。联结层：加强面层与基层的联结，提高面层的抗疲劳能力。基层：碎（砾）石、灰土或工业废渣修筑。底基层：重要道路和高速公路多采用。垫层：在路基排水不良或有冻涨翻浆的路段设置。低、中级路面低、中级路面高级路面高级路面4.路面的横断面构造为保证路面排水，路面要做成一定坡度。高速公路和一级公路的横断面 二、三级公路的横断面高速公路高速公路5定义:定义:具有四条以上车道，路中央设有中央隔离带，分隔双向车辆行驶，互不干扰，全封闭，全立交，控制出入口，严禁产生横向干扰，为汽车专用，设有自动化监控系统，以及沿线设有必要服务设施的道路。一般能适应一般能适应120公里公里/小时或者更高的速度，要求路线顺畅，纵坡平缓，路面有小时或者更高的速度，要求路线顺畅，纵坡平缓，路面有4个以上车道的宽度。个以上车道的宽度。1.高速公路的优势1.高速公路的优势(1)行车速度快、通行能力大。一般高速公路行车速度在行车速度快、通行能力大。一般高速公路行车速度在120km/h以上。以上。(2)物资周转快、经济效益高。一般运距在物资周转快、经济效益高。一般运距在300km以内，使用大吨位车辆运输，无论从时间还是经济角度考虑，均优于铁路和普通公路运输。以内，使用大吨位车辆运输，无论从时间还是经济角度考虑，均优于铁路和普通公路运输。(3)交通事故少、安全舒适性好。因为高速公路有严格的管理系统，全段采用先进的自动化交通监控手段和完善的交通设施，全封闭、全立交、无横向干扰，因此交通事故大幅度下降。交通事故少、安全舒适性好。因为高速公路有严格的管理系统，全段采用先进的自动化交通监控手段和完善的交通设施，全封闭、全立交、无横向干扰，因此交通事故大幅度下降。(4)带动沿线地方的经济发展。高速公路的高能、高效、快速通达的多功能，使生产与流通、生产与交换周期缩短，速度加快，促进了商品经济的繁荣与发展。带动沿线地方的经济发展。高速公路的高能、高效、快速通达的多功能，使生产与流通、生产与交换周期缩短，速度加快，促进了商品经济的繁荣与发展。2.高速公路路面 常见的高速公路行车带的每一行驶方向至少两个车道，便于超车。车道宽3.75m，中间带全宽4.5m，地形受限制时分别为2.00m，2.50m，3.00m。路肩在平原微丘区硬路肩宽不应小于2.50，土路肩宽不小于0.75。路缘带0.75（0.5）m行车道宽度3.75m路肩宽度3.25（3.0）m3.高速公路沿线设施高速公路沿线有安全设施、交通管理设施、服务性设施、环境美化设施等。安全设施一般包括标志（如警告、限制、指示等）、标线（文字或图形来指示行车的安全设施）、护栏（有刚性护栏、半刚性护栏、柔性护栏等）、隔离设施（是对高速公路进行隔离封闭的人工构造物的统称，有防眩板等）、视线透导设施（为保证司机视觉及心理上的安全感，所设置的全线轮廓标）等。4.高速公路建设存在的问题（1）投资大、资金来源困难。（）投资大、资金来源困难。（2）占地多。（）占地多。（3）与普通公路和地方交通贯通问题。（）与普通公路和地方交通贯通问题。（4）紧密型的管理问题。（）紧密型的管理问题。（5）环境保护问题。）环境保护问题。6铁路工程铁路工程希腊是第一个拥有路轨运输的国家希腊是第一个拥有路轨运输的国家世界第一条蒸汽机车牵引的铁路1825年在英国建立世界第一条蒸汽机车牵引的铁路1825年在英国建立我国的铁路建设史我国的铁路建设史 最早的一条铁路是1865年由英国商人在北京宣武门外修建，仅0.5km长。最早的一条铁路是1865年由英国商人在北京宣武门外修建，仅0.5km长。190519051908年，杰出的爱国工程师詹天佑领导建设我国第一条自行设计、自行施工的京张铁路。1908年，杰出的爱国工程师詹天佑领导建设我国第一条自行设计、自行施工的京张铁路。据1987年统计，我国铁路已达55810km。随着著名的成昆铁路、京九铁路、北京地铁、上海轻轨铁路明珠线的建成，标志我国铁路建设进入新阶段。据1987年统计，我国铁路已达55810km。随着著名的成昆铁路、京九铁路、北京地铁、上海轻轨铁路明珠线的建成，标志我国铁路建设进入新阶段。一、铁路的基本组成一、铁路的基本组成 线路、路基、线路上部建筑线路、路基、线路上部建筑1.线路1.线路 概念：是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面状况。线路组成：曲线采用圆曲线，考虑到离心力作用的影响，规定：a.圆曲线和直线间插入缓和曲线b.规定了最小圆曲线半径 关于限制坡度的概念 关于限制坡度的概念线路在纵断面上设置上坡、下坡、平道。铁路线路在某区段上限制货物列车重量的坡度，称作限制坡度。限制坡度定得越小，则所能牵引的列车重量越大，线路的运输能力越大。2.路基2.路基 概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。基本型式三种型式：路堤、路堑、半路堤半路堑。路基顶面宽度的确定由铁路等级、轨道类型、道床标准、路肩宽度、线路间距等因素确定。轨道类型按钢轨每米重量分：70、60、50、43、38kg/m7直线行驶路基横断面曲线行驶路基横断面直线行驶路基横断面曲线行驶路基横断面3.线路上部建筑3.线路上部建筑 内容钢轨、轨枕、道床、道岔。作用承受车重、引导车行方向。标准长度两种25、12.5m，标准轨距1435mm。作用是钢轨的支座，并保持钢轨的方向和轨距。轨枕长度为2.5m。采用碎石道碴道床。作用传力均匀，阻止轨道位移，缓和列车冲击作用，并便于排水。道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称。作用是控制线路转向或越过与其相交的另一条线路。大都设在车站区。最常用、最简单的线路连接设备是普通单式道岔。二、铁路选线设计二、铁路选线设计1、基本走向：根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向。2、空间位置：根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计线路的空间位置。3、布置线路上的各种建筑物：如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，总体上互相配合、全局经济合理。线路空间位置的设计是指线路平面和纵断面设计。平面：铁路中心线在水平面上的投影，由直线段和曲线段组成。纵断面：铁路中心线在立面上的投影，由坡段和竖曲线组成。三、高速铁路铁路速度的分档为：三、高速铁路铁路速度的分档为：时速100120 km 称为常速；时速100120 km 称为常速；时速120160 km 称为中速；时速120160 km 称为中速；时速160200 km 称为准高速或快速；时速160200 km 称为准高速或快速；时速200400 km 称为高速；时速200400 km 称为高速；时速400 km 以上称为特高速。日本、法国、德国和英国等是当今世界高速铁路技术发展水平最高的几个国家。时速400 km 以上称为特高速。日本、法国、德国和英国等是当今世界高速铁路技术发展水平最高的几个国家。81.概念：是指客运列车以超过200km/h的速度高速运行的铁路。4.发展情况：1964年10月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。2.优点：节省能源、保护环境、安全、舒适、省时。3.与常规铁路的区别：弯道处曲线半径大，在4000m以上。1.概念：是指客运列车以超过200km/h的速度高速运行的铁路。4.发展情况：1964年10月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。2.优点：节省能源、保护环境、安全、舒适、省时。3.与常规铁路的区别：弯道处曲线半径大，在4000m以上。1994.12.22我国建成第一条准高速铁路1994.12.22我国建成第一条准高速铁路 广深高速铁路建成通车。时速为160km。广深高速铁路建成通车。时速为160km。已经投入运营的我国高速铁路已经投入运营的我国高速铁路京沪高速铁路，全长1300km，实施全封闭、全立交。时速高达350km。京沪高速铁路，全长1300km，实施全封闭、全立交。时速高达350km。德国高速列车德国高速列车法国的TGV高速列车法国的TGV高速列车运行于巴黎-里昂高速铁路的TGV运行于巴黎-里昂高速铁路的TGV日本高速列车日本高速列车9四、城市轻轨与地下铁道深圳地下铁道四、城市轻轨与地下铁道深圳地下铁道城市轻轨城市轻轨城市轻轨和地下铁道特点：城市轻轨和地下铁道特点：线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求采取相应的措施。线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求采取相应的措施。行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而须采用较强的轨道部件，一般用混凝土道床等少维修轨道结构。行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而须采用较强的轨道部件，一般用混凝土道床等少维修轨道结构。一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。为了减少泄漏电流的电解腐蚀，要求钢轨与基础间有较高的绝缘性能。一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。为了减少泄漏电流的电解腐蚀，要求钢轨与基础间有较高的绝缘性能。曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小的多，一般为100m左右，因此要解决好曲线轨道构造问题。曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小的多，一般为100m左右，因此要解决好曲线轨道构造问题。上海磁悬浮上海磁悬浮五、磁悬浮铁路五、磁悬浮铁路磁悬浮列车简介磁悬浮列车简介磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。其优点是：不接触轨道、无摩擦、运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。它启动后39秒即可达到最大速度，最高时速已达552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达到1000公里。磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。其优点是：不接触轨道、无摩擦、运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。它启动后39秒即可达到最大速度，最高时速已达552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达到1000公里。10磁悬浮列车面临问题：磁悬浮列车面临问题：首先，磁浮铁路的造价十分昂贵。与高速铁路相比，修建磁浮铁路费用昂贵。德国认为磁浮铁路的造价远远高于高速铁路。其次，磁浮铁路无法利用既有的线路，必须全部重新建设。由于磁浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同，因而难以在原有设备的基础上进行和改造。再次，磁浮铁路在速度上的优势并没有凸显出来。法国的“高速列车”（TGV）、德国是“城际快车”（ICE）和穿越英吉利海峡的“欧洲之星”列车以及日本的新干线，其运行速度都达到或接近每小时300km。即便是磁浮铁路的行车速度达到每小时450500km，在典型的500km区间内的运行中，也只比时速为300km的高速铁路节约半小时，其优势不是特别明显。首先，磁浮铁路的造价十分昂贵。与高速铁路相比，修建磁浮铁路费用昂贵。德国认为磁浮铁路的造价远远高于高速铁路。其次，磁浮铁路无法利用既有的线路，必须全部重新建设。由于磁浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同，因而难以在原有设备的基础上进行和改造。再次，磁浮铁路在速度上的优势并没有凸显出来。法国的“高速列车”（TGV）、德国是“城际快车”（ICE）和穿越英吉利海峡的“欧洲之星”列车以及日本的新干线，其运行速度都达到或接近每小时300km。即便是磁浮铁路的行车速度达到每小时450500km，在典型的500km区间内的运行中，也只比时速为300km的高速铁路节约半小时，其优势不是特别明显。德国的磁悬浮列车德国的磁悬浮列车