城市轨道交通运营管理《线路平面及纵断面》

第四章 铁路线路平面及纵断面设计第一节 设计的基本要求如图4—1所示，路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB 与路肩水平线CD 的交点O 在纵向上的连线，称为线路中心线。

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；线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。

各设计阶段编制的线路平面图和纵断面图是线路设计的基本文件。

各设计阶段的定线要求不同，平面图和纵断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式。

图4—2为新建铁路简明的线路平面图和纵断面图，可应用于线路方案研究或(预)可行性研究阶段中的概略定线。

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α、曲线半径R )、车站、桥隧特征等资料。

简明断面图的上半部为线路纵断面示意图；下半部为线路基础数据，自下而上顺序标出：线路平面、里程、设计坡度、路肩设计高程、工程地质概况等栏目。

线路平面和纵断面设计必须满足以下三方面的基本要求： 1．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、不运缓与旅客乘车舒适等，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。

2．应力争节约资金即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。

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，导致运营支出增大；从节约运营支出考虑，线路最好又平又直，但势必增大工程数量，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、通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。

3．既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置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。

第一章 线路平面和纵断面运行列车和机车车辆的线路称为铁路线路，简称线路。

线路是机车车辆和列车运行的基础，它是由路基、桥隧建筑物、轨道组成的一个整体的工程结构。

为使列车按规定的最高速度安全、平稳和不间断地运行，铁路线路必须经常保持完好状态。

铁路线路的平面与纵断面不但确定了其在空间的位置，同时也为路基、桥涵、隧道及站场等其他设备的设置提供依据，对铁路通过能力及输送能力都有直接影响。

从运营的观点来看，最理想的线路是既平又直，但是天然地面情况复杂多变，有山、水、沙漠、森林、矿区、城镇等障碍物和建筑物，如果把铁路修得过于平直，就会造成工程数量和工程费用的增加，并且将会延长工期。

所以，铁路线路平面与纵断面必须按线路等级和《铁路线路设计规范》规定的技术标准，结合具体情况设置。

第一节 线路平面铁路线路在空间的位置用它的中心线表示。

线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面。

线路平面能够表明线路的直、曲变化状态。

在线路平面设计时，为缩短线路长度和改善运营条件，应尽可能设计较长的直线段，但当线路遇到地形、地物等障碍时，为减少工程造价和运营支出，还应适当设置曲线。

为使列车由曲线到直线或由直线到曲线运行平稳，还应设置缓和曲线。

所以线路平面由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成。

一、圆曲线铁道线路在转向处所设的曲线为圆曲线，如图1-1所示，其基本要素有：曲线半径R ，曲线转角α，曲线长度L ，切线长度T 。

在线路设计时，一般是先设计出α和R ，再按下式算出T 及L ：tan2T R α=⨯ （m ） （1-1）π180L R α=⋅⋅（m ） （1-2）图1-1 圆曲线要素图曲线转角 的大小由线路走向、绕过障碍物的需要等确定。

圆曲线半径的大小，反映了曲线弯曲度的大小。

圆曲线半径愈小，弯曲度愈大，行车速度愈低，工程费用愈低。

反之，圆曲线半径愈大，弯曲度愈小，行车速度愈高，工程费用愈高。

因此，正确地选用曲线半径就显得十分重要。

一、纵断面图及平面图纵断面图是沿线路中心线的剖面图，表示沿中心线的地形、被跨越物的位置和高程。

而平面图则表示沿线路中心线左右各20－50m宽地带的地形平面图。

平面图和断面图都展成直线画在一张图上，简称平断面图。

当线路遇到有转角时，在平面图上标出转角方向，并注明转角的度数。

地形复杂时，例如当线路中心与边线高差较大，边线对地限距有可能不满足要求时，还需画出局部横断面图。

纵断面图比例一般水平方向为1：5000、垂直方向为1：500；对于地形复杂的地区或要求精度比较高时，水平方向为1：2000，垂直方向为1：200。

在平断面图的下方，应填上桩号、标高和桩距。

并应留有填写杆塔形式、杆塔编号和档距等的空栏，备定位时使用。

图4－2示出了某条线路的一段平断面图。

图4－2 线路平断面图二、定位模板曲线模板曲线就是最大弧垂气象条件下按一定比例尺绘制的导线的悬垂曲线。

它是在最大弧垂的时候，导线悬挂在空中的相似形状，绘制模板曲线是用于进行杆塔定位的。

已知导线悬挂曲线的平抛方程为；根据悬链线方程的展开式，取前两项为或用导线的悬链线方程，即令：(4-3)显然，在一定气象条件下，K是个常数。

则导线悬垂曲线的前述三种方程分别变为：(4-4)或(4-5)或(4-6)在绘制定位模板曲线时，上列各式中g—最大垂直弧垂时的比载（N/m·mm2)；σ0—最大垂直弧垂时的导线水平应力（MPa）式(4－4)～式(4－6)所表示的曲线叫最大垂直弧垂曲线，也叫模板曲线，把它按一定比例尺刻在透明的赛璐珞板（1－2mm厚）上，就是弧垂模板，称为通用弧垂模板(也叫热线板)。

应当注意，模板曲线的比例尺应和所用平断面图的比例尺相同。

模板曲线通常绘制成和纵轴对称形式，横方向的总长度约为代表档距的2－3倍，一般平原地区可取±400m.。

模板上应标明K值和比例尺。

模板的形状示于图4－3。

图4－3 模板曲线由式(4－4)～式(4－6)可知，当系数K或比值为一定值时，导线悬垂的形状（弯曲度）也就确定了。

第二节铁路线路的平面和纵断面（于本章最后讲）铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。

线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线 AB 与两路肩边缘水平连线 CD 交点 O 的纵向连线。

如下图所示：线路横断面线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的坡度变化。

一、铁路线路的平面及平面图线路的平面由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成。

（一）曲线铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径 R ，曲线转角α ，曲线长 L ，切线长度 T ，如下图所示：圆曲线要素在线路设计时，一般是先设计出α和 R，在按下式计算出T及L：曲线半径愈大，行车速度愈高，但工程量愈大，工程费用愈高。

（二）缓和曲线为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线，如下图所示为设有缓和曲线的铁路曲线。

铁路曲线缓和曲线的特征为：从缓和曲线所衔接的直线一端起，它的曲率半径ρ 由无穷大逐渐减小到它所衔接的圆曲线半径 R 。

它可以使离心力逐渐增加或减小，不致造成列车强烈的横向摇摆，如图所示。

离心力变化示意图（三）夹直线两相邻曲线，转向相同，称为同向曲线；转向相反，称为反向曲线。

两条相邻曲线间应设置一定长度的直线，以保证列车运行的平稳，如下图所示。

车辆运行在同向曲线上，因相邻曲线半径不同，超高高度不同，车体内倾斜度不同；车辆运行在反向曲线上，因两曲线超高方向不同，车体时而向左倾斜，时而向右倾斜。

这两种情况都会造成车体摇晃震动。

夹直线愈短，摇晃振动愈大。

相邻曲线间的夹直线根据运营实践，为保证旅客舒适，夹直线长度应保持 2 ～ 3 辆客车长度，困难条件下，也不应短于 1 辆客车长度。

因此《铁路线路设计规范》规定各级铁路线路两相邻曲线间夹直线最小长度，如下表所示。

铁路线路的纵断面认知〔2〕六、铁路纵断面图线路纵断面图是用一定的比例尺横向为1∶10 000、纵向为1∶1 000和规定的符号，把线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图。

图上能详细地反映线路纵断面要素以及设计铁路线地区的地面情况。

线路纵断面图由图和资料两局部内容组成。

如图1-7所示。

图的上局部表示线路纵断面概貌和沿线主要建筑物特征。

图中细实线为设计线，粗实线为地面线。

设计线上方数字为路基填方高度m，下方数字为路基挖方深度m。

路基填挖高度等于地面标高与路肩设计标高之差。

图上还用符号和数字注明各主要建筑的位置、类型和有关尺寸。

在纵断面图的下部是表格局部，其中主要是路肩设计标高〔在变坡点处和百米标、加标处都标出路肩设计标高〕和设计坡度〔每个坡段分别标出〕。

同时，用公里标、百米标和加标〔在桥涵中心位置等必要地点都设置加标，并说明加标和前后百米标之间的距离〕标明线路上各个坡段和设备的位置。

此外，还有地面标高等。

图1-7 线路纵断面图线路纵断面图应标出以下各项：1．连续里程。

一般以线路起点车站的旅客站房中心为零起算，由零点起贯穿线路全长的累计里程，并注出相应的百米标。

2．线路平面。

线路平面是表示线路直、曲变化的示意图。

凸起局部表示右偏角曲线，凹下局部表示左偏角的曲线，凸起与凹下的斜线转折点依次为ZH、HY、YH、HZ点。

在ZH和HZ 点处注有距前百米标的距离。

曲线要素应注于曲线内侧。

两相邻曲线间的水平线为直线段。

从纵断面上可看出曲线所在处的坡度情况。

3．百米标及加标。

在两公里标之间的整百米处注百米标数。

在百米标之间地形突变点应标注加标，其数字为距前百米标的距离。

4．地面标高。

在百米标和加标处标注地面标高。

如系实测数据，准确到0.01m；如为纸上定线，那么准确到0.1m。

5．设计坡度。

竖直线表示变坡点，两竖直线间向上或向下的斜线、水平线分别表示上坡、下坡或平道。

线上所注数字为坡度值‰，线下所注数字为坡段长度m。