高速铁路线路平面设计演示幻灯片.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,土木工程学院,1,高速铁路线路平面设计,高速铁路系列讲座（三）,主讲：韩峰 副教授,兰州交通大学土木工程学院,1,一、高速铁路的一般规定,1、高速铁路设计应统一规划、整体构思、逐步深化，以总体设计统筹专业设计，科学合理地实现建设意图。,2、高速铁路总体设计应在充分研究项目需求和各种相关因素的基础上，合理选定主要技术标准、线路走向和建设方案；确定系统构成并选定系统集成方案；确定工期、投资和其他控制目标。,3、高速铁路总体设计应满足旅行时间与最高运行速度、旅客舒适度、节能与环保、安全与防灾、旅客列车开行原则与开行方案等目标要求。,2,3,二、高速铁路的主要技术标准,高速铁路主要技术标准应根据其在铁路网中的作用、沿线地形、地质条件、输送能力和运输需求等，在设计中按系统优化的原则经综合比选确定。,高速铁路设计应包含以下主要技术标准：,设计速度；,正线线间距；,最小平面曲线半径；,最大坡度；,到发线有效长度；,3,4,二、高速铁路的主要技术标准,动车组类型；,列车运行控制方式；,行车指挥方式；,最小行车间隔。,设计速度,应根据项目在铁路快速客运网中的作用、运输需求、工程条件，进行综合技术经济比较确定，应满足旅行时间目标值的要求。,4,5,二、高速铁路的主要技术标准,高速铁路,应按一次建成双线电气化铁路设计，正线应按双方向行车设计。,正线线间距,、,最小平面曲线半径,、,最大坡度,应根据设计行车速度、运输组织模式、安全和舒适度要求等因素确定。,到发线有效长度,应采用650m。,动车组类型,应与旅客列车行车速度相适应。,5,6,高速铁路列车运行控制方式,应采用基于轨道电路传输的CTCS-2 级列控系统或基于GSM-R 无线通信传输的CTCS-3 级列控系统。当采用CTCS-3 级列控系统时，CTCS-2 级列控系统作为后备模式。时速 250km/h 高速铁路列车运行控制方式采用CTCS-2 级列控系统。,行车指挥方式,应采用调度集中控制系统。,最小行车间隔,按照运输需求研究确定，宜采用34min。,设计速度、线间距、线路平面和线路纵断面等标准应系统设计、协调匹配。,二、高速铁路的主要技术标准,6,7,三、高速铁路系统集成设计,1、高速铁路系统应由土建工程、牵引供电、列车运行控制、高速列车、运营调度、客运服务六个子系统构成。,2、高速铁路系统集成应注重各系统间标准匹配协调、接口设计协调、固定和移动设施匹配兼容，实现系统优化。,7,8,3、高速铁路接口设计应遵循以下原则：,1）注重土建工程之间设计的协调。路基、桥涵及隧道等各类结构物的设计应注意各结构物间变形协调，应尽量避免不同结构物间的频繁过渡，应重视轨道刚度均匀性和不同轨道结构间的刚度过渡。,2）注重土建工程与其他专业之间设计的协调。路基、桥涵和隧道附属工程设计应满足电缆槽、接触网、声屏障、综合接地线、线路标志、站区过轨管线，以及牵引变电、电力、通信、信号电缆过轨等设备设置要求。,3）注重项目各设计阶段之间、分段设计的项目各段之间、项目与外部相关工程之间以及与相邻铁路之间的接口协调。,三、高速铁路系统集成设计,8,9,三、高速铁路综合选线,1、高速铁路选线设计应遵循以下原则：,1）符合铁路网总体规划。,2）提高工程质量和运输效率，降低维护成本。,3）行经主要城市吸引客流、方便旅客出行。,4）与城市总体规划、地方交通、农田水利和其它工程建设相协调，做到布局合理。,5）铁路选线和总体设计应从系统工程角度统筹考虑边坡防护及防排水工程，优化线路平、纵断面，做好工程方案比较，合理确定工程类型。,9,10,6）应绕避各类不良地质体，对于难以绕避的不良地质体应在详细地质勘察的基础上做好工程整治措施，确保运营安全。,7）路基工程应避免高填、深挖和长路堑，特殊岩土、不良地质区段应严格控制路基填挖高度。,8）复杂地形地貌、地质不良条件下的深切冲沟地段，线路平、纵断面应满足桥梁或涵洞设置要求。,9）满足环境保护、水土保持、土地节约及文物保护的要求。,10,11,2、引入铁路枢纽及大型城市客运站设计应遵循以下原则：,1）结合城市及铁路枢纽总体规划，逐步形成“客货分线、客内货外”的总格局。,2）综合研究确定客运站数量。,3）客运站站址选择结合城市总体规划和引入方向，形成综合交通枢纽。,4）统筹考虑动车段（所）的设置向集中化、大型化方向发展，并预留远期发展条件。,5）有多条线路引入的大型客运站根据运输需要，按主要线路疏解、次要线路换乘的原则设置联络线。,11,12,3、高速铁路定线设计应结合自然与工程条件，并遵循以下原则：,1）线路空间曲线按列车运行速度及速差设计。,2）车站分布应满足沿线客流分布及城镇居民的旅行需要、优化开行方案的需要、设计能力并考虑养护维修的需要，以及大中城市、重要交通枢纽和旅游胜地等旅客出行的需要。,3）路基、桥涵及隧道等工程分布等应综合技术经济比选后确定。,4）轨道的结构型式应根据线下工程、环境条件等具体情况，经技术经济比较后合理选择。,5）选线设计应考虑钢轨伸缩调节器与桥梁孔跨、结构的关系。,6）应综合布置动车段（所）、综合维修设施。,12,13,1、高速铁路设计应注重质量、安全、工期、投资、环保和科技创新的综合优化。,2、高速铁路应建立勘测设计、施工、运营维护三网合一的精密测量网。,3、高速铁路勘察设计应加强地质调绘和勘探、试验工作，地质勘察工作应满足路基、桥梁、隧道、建筑等主体结构沉降计算要求，必要时开展区域地面沉降对高速铁路工程影响及对策研究。,四、高速铁路选线设计其他要求,13,14,四、高速铁路选线设计其他要求,4、高速铁路应加强安全性设计，应将安全设计、安全评估贯穿于设计全过程。,5、高速铁路特殊结构设计应进行车、线、桥（或路基、隧道）动力仿真计算，使车、线、桥（或路基、隧道）耦合动力响应符合行车安全性和乘坐舒适度要求。,6、路基、桥涵及隧道等主体结构设计使用年限应为100 年，无砟轨道主体结构设计使用年限不应小于60 年。,7、高速铁路设计应重视保护生态环境、自然景观和人文景观；重视水土保持、生态环境敏感区、湿地的保护和防灾减灾及污染防治工作。,14,15,四、高速铁路选线设计其他要求,8、工期安排应遵循以下原则：,1）突出高速铁路建设技术标准高、系统复杂的特点，抓住精密测量、线形控制及沉降变形观测、无砟轨道、系统集成、联调联试及试运行等影响建设质量的关键环节，系统规划，统筹安排，满足各项技术要求。,2）立足于现有铁路施工技术装备水平和技术发展水平，并积极推广采用新技术、新工艺、新材料和新设备，体现社会平均先进水平。,15,16,四、高速铁路选线设计其他要求,3）突出施工准备、路基桥梁隧道等线下工程、箱梁架设、轨道工程、大型站房、站后配套工程、联调联试及试运行等控制工期的关键工程，满足各主要工程间技术和接口要求。,4）贯彻对劳动力、大型专有设备、周转性材料等施工资源进行综合优化的原则，并应满足动态设计的要求及不稳定因素的影响。,16,17,四、高速铁路选线设计其他要求,9、加强轮轨系统噪声、弓网系统噪声、机电系统噪声、空气动力学噪声等减震降噪设计，并采取适宜的工程措施。,10、投资控制应从技术标准、方案和工程措施选择等多方案比选，贯彻科学定标、适度从紧、强本简末、节省投资的原则。,17,18,四、高速铁路平面设计标准,1、一般规定,1）线路平、纵断面设计应重视线路空间曲线的平顺性，提高旅客乘坐舒适度。,2）全部列车均停站的车站两端减加速地段，可采用与设计速度相应的标准；部分列车停站的车站两端减加速地段，应根据速差条件，采用相适应的技术标准，满足舒适度要求。,3）线路平、纵断面设计应满足轨道铺设精度要求。,18,19,四、高速铁路平面设计标准,客运专线铁路的特点表面上看主要是列车运行速度提高了，但其真正特点是各种运行工况下的不利因素在高速条件下被放大了。对于线路平、纵断面而言，列车的竖向和横向加速度在高速条件下增大了，列车各种震动的衰减距离在高速条件下延长了，各种震动叠加的可能性在高速条件下提高了，相应旅客乘坐舒适度在高速条件下更敏感了。因此，客运专线铁路平、纵断面设计应采用较大的线路平面圆曲线半径，较长的纵断面坡段和较大的竖曲线半径，提高下路的平顺性，以尽可能降低列车的横向和竖向加速度，降低列车各种震动叠加的可能性，从而提高旅客乘坐舒适度。,19,2、最小曲线半径,最小曲线半径是客运专线铁路线路主要设计标准之一。它与铁路运输模式、速度目标值、旅客乘坐舒适度和列车运行平稳度等有关。,高速铁路的运输组织模式为高速与低速列车共线运行，最小曲线半径应考虑两个方面的因素：一方面是高速列车设计最高速度 ，实设超高与欠超高之和允许值,等因素；另一方面为高速列车最高运行速度 低速旅客列车正常运行速度 ,欠过超高之和的允许值 等因素。,四、高速铁路平面设计标准,20,21,四、高速铁路平面设计,（一）区间正线最小曲线半径,1）速度目标值,客运专线铁路运输组织模式为高、低速列车共线运行，线性设计时设计行车速度为350、300、250km/h，低速列车的设计行车速度不低于250 km/h,匹配关系为350/250、300/200km/h。,最小曲线半径的确定首先要满足最高设计行车速度350km/h，300km/h、250km/h的要求，其次好要满足不同速度匹配条件下速差要求。,21,22,四、高速铁路平面设计,2）最小曲线半径考虑因素,最小曲线半径的选定应考虑两个方面的因素：,一是高速列车设计最高速度,V,max,、实设超高与欠超高之和允许值,h,+,h,q,等；,二是高速列车最高运行速度,V,max,、低速旅客列车运行速度,V,d,、欠超高与过超高之和的允许值,h,q,+h,g,等。,22,23,四、高速铁路平面设计,(1)实设超高允许值,h,实设超高允许值,h,的确定，主要考虑下列因素：,客车停在曲线上时，要考虑到外轨超高引起的车辆倾斜，不致使旅客感到非常不舒适。,日本东海道新干线实设超高允许值为200 mm，其余新干线为180mm；,法国TGV线为180mm；,德国ICE高速高速，在有砟轨道路段最大超高为150mm，无砟轨道路段最大超高为170mm。,综合国内外的研究与实践，我国高速铁路设计规范中高速铁路最大设计超高允许值采用,170180mm,。,23,24,四、高速铁路平面设计,24,25,四、高速铁路平面设计,(3)过超高允许值,h,g,一般认为过超高与欠超高对旅客乘坐舒适度的影响是同等的。我国既有客货共线干线上过超高允许值远小于欠超高允许值，主要是考虑货物列车的轴重及通过总重大于客运列车，其对曲线内轨磨耗及线路的破坏作用较大，故对货物列车的过超高允许值需较严格的限制。在高、低速列车共线运营的高速铁路上，列车的车辆走行性能比货物列车要好，因而过超高引起的对内轨磨耗和对线路破坏作用要小，故其过超高允许值可以适当放宽。同时还考虑到高、低速列车共线运营的高速铁路是以高速列车为主，重点应保证高速列车的旅客乘坐舒适度，因此，我国目前在制定相关标准时，取过超高允许值与欠超高允许值一致。,25,26,四、高速铁路平面设计,(5),高速列车运行时设计超高与欠超高之和的允许值,h,+,hq,h,+,hg,26,27,四、高速铁路平面设计,27,28,四、高速铁路平面设计,28,29,四、高速铁路平面设计,29,30,四、高速铁路平面设计,30,31,四、高速铁路平面设计,31,32,四、高速铁路平面设计,(三)最大曲线半径,高速铁路最大曲线半径限值问题，是在高速铁路运营实践中产生的新问题。最大曲线半径标准关系到线路的铺设、养护、维修能否达到要求的精度。,曲线的线形或轨道的平顺主要是依据基桩控制曲线的正矢值或偏矢（不等弦测量）来保持的。基桩决定于测设精度；正矢值则与曲线半径成反比，与弦长的平方成正比。当曲线半径大到一定程度后，正矢值将很小，测设和检测精度均难以保证极小的正矢值的准确性，可能反而成为影响轨道不平顺的因素。因此宜对圆曲线最大半径加以限制。,32,33,四、高速铁路平面设计,(三)最大曲线半径,根据国外高速铁路的测设经验，如日本、法国，在曲线地段沿线每隔10m设置一基桩作为线路的基准。法国高速线路基桩的点位误差控制在1mm。,综合考虑线路测设精度和轨道检测精度，并参考国外试验线上的最大曲线半径情况以及国外研究350km/h高速铁路设计标准的新动向，对速度目标值300350km/h的高速铁路，高速铁路设计规范规定最大圆曲线半径为,12000,m，特殊困难条件下，经技术经济比选后可采用,14000,m。,33,34,四、高速铁路平面设计,(四)曲线半径的选用,为了测设、施工和养护的方便，曲线半径一般应取50m和100m的整倍数，特殊困难条件下，可采用10m整倍数的曲线半径。曲线半径的选用应在满足最小、最大曲线半径的条件下，因地制宜，合理选用。选用的曲线半径既能满足行车速度和设置建筑物的技术要求，又能适应地形、地质、地物等条件，以减少路基、挡墙、桥隧工程量，少占农田、建筑物，做到技术经济合理。,设计行车速度（,km/h,）,350/250,300/200,250/200,250/160,有砟轨道,推荐,800010000,60008000,45007000,45007000,无砟轨道,推荐,800010000,60008000,45007000,45007000,34,35,四、高速铁路平面设计,35,36,四、高速铁路平面设计,(二)缓和曲线长度计算分析,缓和曲线长度是高速铁路线路平面设计的主要参数之一。为保证列车运行的安全和旅客舒适度的要求，缓和曲线应有足够的长度。但过长的缓和曲线将影响平面选线和纵断面设计的灵活性，引起工程投资的增大。因此，缓和曲线的选择应因地制宜、从长到短、合理选用。,缓和曲线长度的计算取决于超高顺坡率允许值、未被平衡的横向加速度时变率允许值（欠超高时变率允许值）、车体倾斜角度允许值（超高时变率允许值）等相关参数的取值。,其中，超高顺坡率允许值受车辆脱轨安全性的控制，我国现行铁路线路设计规范规定，最大超高顺坡率不大于2，即1/500。国外（日本、英国、德国）规定的超高顺坡最大值分别为1/2001/400不等。,36,37,四、高速铁路平面设计,(三)缓和曲线长度选用,为适应高速铁路初期和远期运输组织模式的特点，避免因增速缓和曲线延长而引起线路改建工程及运营干扰，设计用缓和曲线长度分为三档，即最大长度，一般长度和最小长度，有条件时尽可能在最大长度与一般长度之间选用，困难条件下，缓和曲线长度不得短于最小长度。缓和曲线长度在三档长度之间插值选用时，应以10m为单位。,铁路选线，定线设计时，在受地形、地物等各种条件控制的困难地段及位于车站两端减、加速地段，往往只能采用较小半径曲线，曲线地段的行车速度也受到限制，同时在限速地段内，往往有小偏角的曲线需要采用大曲线半径和较小曲线和曲线长度的情况，因此其缓和曲线长度应与曲线半径、行车速度相适应。,37,38,四、高速铁路平面设计,38,39,四、高速铁路平面设计,五、桥、隧、车站地段线路平面设计要求,连续梁、钢梁以及较大跨度的桥梁宜设在直线上。困难条件下，经技术经济比较，也可设在曲线上，但宜采用较大的曲线半径。,隧道宜设在直线上。因地形、地质等条件限制时亦可设在曲线上，但曲线宜设在洞口附近，并应采用较大的曲线半径。,车站正线平面设计应符合下列规定：,1.车站应设在直线上,困难条件下，经技术经济比选，可以设在曲线上，但站内正线最小曲线半径应结合设计速度合理确定。所有列车均停站的车站，其最小曲线半径不得小于1000m。,2.曲线车站应符合下列规定,1)宜采用较小的曲线偏角及曲线长度。,2)不宜设在反向曲线上。,3)咽喉区范围内正线应设在直线上。,39,