铁路选线毕业设计论文

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兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第一章绪论第一节修建意义及必要性南环铁路是嘉峪关铁路枢纽的组成部分，也是嘉峪关站与嘉东站的联络线，酒钢成品外发的主要铁路。该铁路始建于1966年，原属铁路部门管辖，1983年移交给酒钢。铁路产权现属酒钢。行驶车辆仍为路方。根据嘉峪关市发展的需要，市区要向南扩展。南环铁路弯弯曲曲穿过市区，不仅影响市区规划与建设，而且造成市区噪声污染，影响嘉峪关市投资环境。根据设计要求将南环铁路改建，向南移至北大河北岸。改建铁路线路从K0+00点接轨后，向东南方向跨过北干渠，经过反向曲线沿北大河北岸向东延伸至安远村，向北方向穿过故园西侧及G312国道，向西北方向，穿高压线进入嘉东站，全线长约8.1km。沿线地形，西高东低。线路从第一个接轨点至第三个曲线，是垂直等高线布置，地形高差达66m左右，路堤最高达9m左右。线路共设桥梁6座，过水涵洞4座，线路通过电缆、排污、排水沟及热力管道设护涵4座，为保证高压线及地下通讯光缆设挡土墙二段。线路跨G312国道、机场路、安远村道路、新华南路及北干渠段要设立交桥，铁路在上，公路在下。第二节铁路主要技术标准一、本线新建段铁路主要技术标准的选择（1）铁路等级国铁Ⅲ级（2）正线数目单线（3）牵引种类内燃（4）机车类型DF4D，单机牵引（5）限制坡度12.5‰（6）最小曲线半径400米，困难350m；（7）牵引质量4000t（8）到发线有效长度850m（9）闭塞类型半自动闭塞二、有关主要技术标准选择的基本原则1、与本线功能、定位相适应性原则在主要技术标准选择时，充分考虑本线的功能和定位，本着实际客观的原则进行47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）设计。2、满足本线安全、运输需求的原则本线为专用铁路，预测运量不是很大。在对主要技术标准选择时，紧密结合项目特点，保证运营安全，满足运输需求，并适度留有余地，考虑货流波动的影响。3、技术先进与经济合理性兼顾原则本线为专用铁路，在设备选择时，既要根据铁路发展方向，积极采用新技术，提高运输效率。同时，也要从经济的角度进行分析比较，寻求技术先进与经济合理兼顾的方案。三、铁路主要技术标准的选择1、铁路等级本线是地方铁路，主要为地方和企业服务，货物运输以钢铁为主。新建铁路主要为酒钢服务，该段铁路等级按国铁三级铁路标准设计。2、正线数目根据运量预测，该段铁路近期货运量在设计年度范围内单线能力可满足货运量的要求。因此，本次设计正线数目为单线。3、限制坡度根据本段地形及地面建筑物情况，本次设计了单机12.5‰方案。由于地形较陡而且施工干扰较大，但该方案线路顺直，工程投资省，车站改建规模小，运输组织方便。新建线限制坡度，采用单机12.5‰。4、最小曲线半径的选择本线为地方铁路，根据《工业企业标准轨距铁路设计规范》，最小曲线半径为：一般600m，困难350m；由于本段地形相对复杂，为满足夹直线长度，减少养护工作量，且不影响行车安全，在实际选线最小曲线半径的选择原则上不小于350m。5、牵引种类及机车类型目前该线路牵引种类为内燃牵引，为保持统一，新建线路采用内燃机车牵引及调车，机车类型为DF4D，单机牵引。6、牵引质量嘉峪关南环铁路线的运量主要为钢铁。牵引质量为4000t。7、到发线有效长度嘉峪关南环铁路到发有效长度为850m，根据前面对牵引质量的设计结论，牵引质量为4000t，为满足其牵引质量的要求，按44辆考虑及运输要求，有效长按800m铺设。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）8、闭塞类型本线既有段现状为半自动闭塞，本段新线闭塞类型仍采用半自动闭塞。9、机车交路本段由酒钢集团管理，属于内部线，在延伸后，不需要办理交接作业，酒钢铁路公司的机车可以直接进入本线。因此机车交路可由酒钢机车车辆段机车担当本线的机车交路。第一节地质自然气象特征一、沿线自然特征本段线路为嘉峪关站与嘉东站的连接部分，线路地势西高东低，线路在平坦戈壁上通过，沿线地形高差约达66米左右，南部沿祁连山由个山口形成若干较高的冲积扇。（一）工程地质1、地质岩性所经地段地层单一，自地表起即为第四系冲击而成的卵、砾石土。其厚度大于100m。卵石主要有沉积岩碎块组成，呈亚圆形，一般粒径约30～70mm。碎石坚固，空隙充填中密-密实的中沙约30﹪，混少量漂石。距地表3m以上，卵石堆积较松散，稍密。距地表3m以下，卵石堆积致密，且多被钙质胶结，处于半胶结-胶结状态。III级硬土，s=300kPa。2、地质构造　区内地质构造复杂，地层发育齐全，矿产资源丰富。在地质构造上属挽近缓慢隆升区，受长期强烈的剥蚀作用，地形已趋准平原化，海拔1500—2500米。由于挽近构造运动影响，平原基底内不均匀隆升，使凹陷带在地貌上又分割为若干个构造分地。这些构造在南北方向上，由于受构造运动影响的频率不同，一般由南向北减弱，所在南盆地沉陷幅度大，第四纪松散堆积厚。（二）水文地质境内河流，分疏勒河、黑河、哈尔腾河三大水系，均发源于南山冰川积雪区。盆地巨厚的松散岩类孔隙，是地下水富集、运移的有利场所，为地下水资源的储存创造了很好的空间条件。地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均具有中等腐蚀性。二、地震烈度根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本地区地震基本烈度七度。本地区最大冻结深度：1.2m。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）一、气象该区属半沙漠干旱性气候，其特点为气候干旱降水少，蒸发强烈日照长，冬冷夏热温差大，秋凉春旱多风沙。气温：常年最高温度℃,最低为零下31.6℃，年均温7.9℃，昼夜温差大。风向：全年主导风向是西南风，其次是东风和西北风。最大风速26米/秒，平均风速2.3米/秒。雨量：年平均降雨量84毫米，最大降雨量158毫米，集中在6-10月，年平均降雨日数62天。年平均蒸发量2141.4毫米，超过降雨量27.3倍。相对湿度：最高56%，年平均46%。积雪：最大积雪深度为14毫米。冰冻：最冷时冻土深度为1.32米，冰冻期一般在11月至次年4月。日照：年平均日照时数为3056.4小时,日照百分率平均69%，10月份多达78%。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第一章线路平面设计线路的空间是由他的平面和纵断面决定的。线路平面是线路中心现在水平面上的投影，表示线路平面的位置。线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面展成直线后线路中心线的立面图，表示线路的起伏情况，其高程为路肩高程。线路平面、纵断面和横断面设计三者相互关联，即分别进行，有综合考虑。线路受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量资料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线来。在设计顺序上，一般是尽量顾及到纵、横断面平衡的前提下，先沿着平面进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。为求得均衡和土方数量的节省，必要时再修改平面。经过几次反复，可望得到一个满意的结果。线路平面设计和纵断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，还要从总体上保证这些建筑物相互协调、布置合理。铁路设计是在地形图或在地面上选设计路的方向，确定设计路的空间位置，并布置各种建筑物，是铁路勘测设计中决定全局的重要工作。要做好设计工作，必须综合考虑多方面的因素，逐步接近的、分阶段的进行工作。每一阶段都应精心设计，多做方案比选。内容应从粗到细，从整体到局部，工作过程是从面到带，从带到线，直到确设计47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）路的具体位置，这种特点决定了铁路设计过程中内外业的关系；外业勘测与调查是内业设计的依据，而内业设计又指导下一阶段的外业勘测，经过多次反复，最后才将线路测设于地面。铁路设计工作的第一步，就是选设计路的基本走向。第一节平面设计的一般原则一、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。二、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。第二节地形地貌的分析南环铁路是嘉峪关铁路枢纽的组成部分，也是嘉峪关站与嘉东站的联络线，酒钢成品外发的主要铁路。本段线路建筑长度8.10782km。最小曲线半径350m，设曲线5处，长3.26626km，占线路总长的40.3﹪；线路平面要素和缓和曲线按《铁路线路设计规范》GB50090—99配置；夹直线长度和缓和曲线间圆曲线长度一般不小于30m，困难条件下不小于20m。线路一直处于下行坡段，该段的地形地貌的分析具体如下：47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）从起点开始线路一直处于下坡地段，为了克服高程线路傍山而行，所以线路刚开就设了一个半径为350m的曲线。在CK1+586m处线路横跨北干渠，在该处设置了一座1-24m的预应力混凝土梁桥。经过一个400m的反向曲线后线路进入了较长的直线段。为了减少路堤填方量，线路刚开始采用了350m12.0‰的坡段下坡，使高程在一开始得到降低，尽可能的使后面地段的填方量变到最小，从而减少工程投资。在曲线地段考虑坡度折减后用足坡度下坡。这样也使该段的填方量尽可能的小。在CK1+223~CK3+650地段线路基本与等高线垂直，该地段地形较陡，障碍物较少，所以线路选择了长2300m坡度为12.0‰的直线段下坡。在CK3+759m地段地形较为开阔，所以设置了一条半径为800m的左偏曲线。经过左偏曲线线路进入了与等高线大致平行的直线段，该地段地形较为复杂，有北干渠及其分渠横穿设计线，所以设计了北干渠2#桥，1-8m盖板涵和1-8m框架涵。由于该段线路地形较缓所以选择了6.8‰的坡度下坡。在CK6+700～CK7+050地段是整个线路高程最低的地段，而且地形较缓，为了行车安全和线路平稳的过渡，该段设计为350m的平破。在该处线路跨过国道和机场路，因而分别在CK6+868.66处设计了G312中桥，在CK7+78.88处设计了机场路桥，铁路在上，公路在下。由于受地形条件限制在CK7+356.42处设计了一条半径为350m的右偏曲线与前方线路接轨。CK7+050m～CK7+650m地段考虑了相邻两条曲线的坡度折减后选择了600m10.0‰的坡段上坡争取了高程。第一节平面设计的一般方法地形条件、特别是地面平均自然坡度的大小，对线路位置和设计方法影响很大。设计时应分两种情况区别对待：第一、用的最大设计坡度大于地面平均自然坡度(imax>ipz)，线路不受高程障碍的限制。这时，主要矛盾在平面的一方，只要注意绕避平面障碍，按短直线方向设计，即可得到合理的线路位置。这样的地段，称为缓坡地段。第二、用的最大坡度小于或等于地面的平均自然坡度(imax≤ipz)，则线路不仅受平面障碍的限制，更要受高程障碍的控制。这样的地段，称为紧坡地段。这时，主要的矛盾在纵断面一方，这就需要根据地形变化的情况，选择地面平均自然坡度与最大坡度基本吻合的地面设计，有意识地将线路展长，使之能达到预定的高程。由于紧坡和缓坡地段的条件不相同。因此它们的设计方法也不相同。一、紧坡地段设计（一）紧坡地段设计要点47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）紧坡地段通常应用足最大坡度设计，以便争取高度使线路不至额外展长。当线路遇到巨大高程障碍（如跨越分水岭）时，若按短直方向设计，就不能达到预定高度，或出现很长的越岭隧道。为使线路达到预定高度，需要用足最大坡度结合地形展长线路，称为展线。在展线地段设计时，应注意结合地形、地质等自然条件，在坡度设计上适当留有余地。展线地段若无特殊原因，一般不采用反向坡度，以免增大克服高度引起的线路不必要的展长，同时增大运营支出。在紧坡地段设计，一般应从困难地段向平易地段引线。因为哑口附近地形困难，展线不易，故从预定的越岭隧道洞口开始向下引线较为合适。个别情况下，当受山脚的控制点（如高桥）控制时，也可由山脚向哑口设计。（一）展线方式为克服巨大高差需要迂回展线时，应根据需要展长线路长度，结合地形和地质条件，用直线和曲线组合成各种形式，如套线、灯泡线、螺旋线等来展长线路。套线当沿河谷设计时，遇到主河谷自然坡度大于最大坡度、而侧谷又比较开阔时，常常在侧谷内采用套线式的展线；简单套线由三个曲线组成，每一曲线的偏角均不大于180。灯泡线在峡谷狭窄的侧谷内，采用套线展线，在谷口往往需要修建隧道或深路堑引起较大工程；为了更好的适应谷口狭窄地形，可以采用灯泡线展线。它是由三个或三个以上的曲线组成（若为三个曲线则中间一个曲线的偏角大于180°而小于360°）螺旋线在地形特别困难的地段，线路可以迂回360°成环状，成为螺旋线（二）导向线设计法在紧坡地段，线路的概略位置与局部走向，可借助于导向线来拟定。导向线就是既用足最大坡度，又在导向线与等高线交点处填挖为零的一条折线。因此，它是用足最大坡度而又适合地形、填挖最小的线路概略平面。1、根据地形图上等高距(m)，计算出线路上升需要引线的距离—设计步距(Km),即：(Km)式中，=max-Δ(‰)。Δ为曲线和隧道坡度折减平均值，视地形、地质困难情况可取0.05max~0.15max。2、参照规划纵断面，在地形图上选择合适的车站位置，从紧坡地段的车站中心开始，向前进方向绘出半个站坪长度（Lz/2），作为导向线起点（或由预定的其它控制点）47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）3、按地形图比例，取两脚规开度为，将两脚规的一支脚，定在起点或附近地面标高与设计路肩标高相近的等高线上，再用另一脚截取相邻的等高线。如此前进，在等高线上截取很多点，将这些点连成折线，即为导向线。在同一起讫点间，有时可定出若干条导向线，但是经过比选后有的可以放弃。绘制导向线时应注意以下几点：(1)导向线应绕避不良地质地段，并使导向线趋向前方的控制点(或车站)。(2)如果两脚规开度(设计步距)小于等高线平距，表示设计坡度大于局部地面自然坡度，线路不受高程控制，即可根据线路短直方向引线。遇到等高线平距小于的地段，再继续绘制下一地段的导向线。(3)线路跨越沟谷需要设置桥涵，故导向线不必降至沟底，可直接向对岸引线。线路穿过山咀，要开挖路堑或设置隧道，导向线也不必升至山脊，可直接跳过山咀。跨越沟谷或山咀时，应根据引线距离是的几倍，即表示线路要下降或上升几个，以便决定在沟谷或山咀对侧的哪条等高线开始绘制导向线。(4)导向线是一条折线，仅能表示线路的概略走向，为了定出线路平面，须以导向线为基础，借助铁路曲线板和三角板，在符合线路规范有关规定的前提下，圆滑、顺直地绘出线路平面。一、缓坡地段设计在缓坡地段，地形平易，设计时可以航空线为主导方向，既要力争线路顺直，又要节省工程投资。为此，应注意以下几点：1、为了绕避障碍而使线路偏离短直方向时，必须尽早绕避前方障碍，力求减小偏角。2、线路绕避山咀、跨越沟谷或其它障碍时，必须使曲线交点正对主要障碍物，使障碍物在曲线的内侧并使其偏角最小。3、设置曲线必须是确有障碍存在。曲线半径应结合地形尽量采用大半径。4、坡段长度最好不小于列车长度，应尽量采用下坡无需制动的坡度-无害坡度。5、力争减少总的拔起高度，但绕避高程障碍而导致线路延长时，则应认真比选。6、车站的设置应不偏离线路的短直方向，并争取把车站设在凸形地段。地形应平坦开阔，以减少工程量。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第一节线路平面设计一、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，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。二、本段设计的设计过程本段设计的设计过程如下：从起点到CK5+250段线路多为下坡地段，地势的起伏较大，地面高程相差较大，处于紧坡地段，线路主要受高程障碍影响，在这里采用了导向线设计法。=9.8(cm),以为步距依次前进，可以确定几个方案，然后将这些方案进行比选，确定设计线路的大致走向。从CK5+250到终点段线路行经的地势的起伏较小，地面高程相差不大，线路处于缓坡地段，设计时主要采用了航空线为主导方向。在这里所定的线路走向只是初步设计，线路的走向是否合理要以所绘制的纵断面为参考，不合理的部分进行了局部调整。三、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α，半径R47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）、切线长Ty、曲线长Ly和外矢距Ey。偏角α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：2.1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α、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。在设计过程中，首先要制作合适的曲线板，曲线板的制作要在一张硬纸上进行，按1：2000的比例分别计算出半径分别为800m、1000m、1200m、1400m、1600m、1800m、2000m的曲线板在纸上的尺寸，分别为40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm然后在纸上找一固定点为圆心，以相应纸上尺寸为半径来画弧，截取相对应半径的曲线板，然后用这些曲线板按从大到小的原则来确定合理的半径。一、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，运营支出相应增大。转角α与每吨列车克服的曲线阻力功Ar的关系式为：47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）wr:单位曲线附加阻力；Ly:圆曲线长度；一、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；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2~3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51.0~76.5m。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)LJ: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2.1夹直线及圆曲线最小长度路段设计速度（km/h）14012010080工程条件一般110806050困难70504030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=50.49m，相邻两圆曲线所选配的缓和曲线长度为L01=90m,l02=90m,根据上表夹直线最小长度为LJmin=50m,所以本设计采用的夹直线最小长度为LJ=50mA2，曲线为:左偏当：A1Y1A=90°；YX1A=0°；X0时X>X1A=AXX1A=A+360°同理可求得JD~JD2方向的方位角B。（4）由于知道了JD、JD1、JD2的坐标可求得两交点间的距离。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）3、计算曲线偏角a为曲线偏角,B,A为方位角AA=B-A（1）当ABS(AA)<180°时a=ABS(AA)（2）当ABS(AA)>180°时a=ABS（AA）-180°4、计算曲线要素：、、、、、、、、、。切垂距：、内移距：、缓和曲线角：、切线长：、曲线长：外矢距：5、计算各点的坐标(下面为曲线右偏,曲线左偏类似)（1）计算起点到直缓点间点的坐标其中LP，LJD1分别为直线上P点的里程,JD1点的设计里程.（2）ZH～YH曲线段上的K点的坐标计算.当点位于第一缓和曲线(ZH～HY)上在此式中我们首先应该先计算出各点在局部坐标系下的坐标。，为切垂距。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文），为内移距。其中:,x=xzh+cos(A)×xk-1.0×g×sin(A)×yky=yzh+sin(A)×xk+cos(A)×yk×g图2.6缓和曲线段曲线右转示意图（3）YH～HZ.曲线段上的点K的坐标计算.如图所示,上式中,,为M点至HZi点的曲线长;R为圆曲线半径,Ls2为第二缓和曲线长.再由坐标转换公式可得:x=xhz+cos(B)×Xk+g×sin(B)×Yky=yhz+sin(B)×Xk-1.0×cos(B)×Yk×g （4）计算五大桩的坐标47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）直缓点的坐标:缓圆点的坐标:xhy=xzh+cos(fw12)×xk-1.0×g×sin(fw12)×ykyhy=yzh+sin(fw12)×xk+cos(fw12)×yk×g曲中点的坐标:，为切垂距。，为内移距。其中:,xqz=xzh+cos(A)×xk-1.0×g×sin(A)×ykyqz=yzh+sin(A)×xk+cos(A)×yk×g圆缓点的坐标:xyh=xhz+cos(B)×Xk+g×sin(B)×Ykyyh=yhz+sin(B)×Xk-1.0×cos(B)×Yk×g 缓直点的坐标:47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）到此我们已经计算出了所有的主点坐标和主点里程，此方法的介绍到此为止。一、中桩坐标的程序设计通过对前面方法的介绍，应该对中桩计算的算法比较熟悉了。而在设计过程中不可能对中桩坐标进行逐一手算，在设计中应该将算法设计为程序，借助计算机来计算所有的平面坐标。下面对这两种方法的优缺点来进行比较来确定采用哪种方法来进行编程，使程序简单易懂。方法一的公式明确，思路比较清楚，一目了然，但需要大量的操作。方法二的公式也比较明确，思路更为清晰，将使计算过程变得简练，操作也简便，而且该方法掌握的较为熟练，对编程来说更为合理，所以在编程中采用了方法二。（一）线形单元坐标计算因为主点坐标的计算在前面的方法中已介绍的十分清楚，在这里不再介绍，在这里将主要介绍整个线形单元的坐标计算，即线路的中边桩逐点坐标。线形单元的坐标计算是以主点坐标为基础的；边桩坐标计算又是以中桩坐标为计算为基础的。（1）计算始点至ZH点的直线段：首先计算始点后的第一个步长点(A点)的桩号及坐标，然后以此点开始通过循环语句，每增加一个步长（即距离）以及该点（A点）坐标和JD1-JD方位角，计算每一步长的桩号和坐标，直至ZH点。始点后的第一个步长点的坐标为：qdlc1=(qdlc/20+1)*20X=X0+(qdlc1-qdlc)*Cos(A)Y=Y0+(qdlc1-qdlc)*Sin(A)式中的X0、Y0表示起点里程的坐标，A为JD1-JD的方位角，qdlc1表示对起点里程取余后所得20米桩的里程。然后以该点为基础再循环，其公式如下：20x=X+(lc-qdlc1)*Cos(A)20y=Y+(lc-qdlc1)*Sin(A)式中的20x,20y表20m桩的坐标，lc为循环变量，按此式循环直至ZH点。（2）第一缓和段：以ZH点作为计算始点，首先计算ZH-JD方向与ZH-缓和曲线上步长点方向的夹角，然后根据左右偏角计算ZH-缓和曲线上步长点方向的方位角，和ZH-缓和曲线上步长点距离，求出第一缓和段上中桩坐标，直至HY点。参照图2.7。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）图2.7计算缓和曲线坐标示意图则M点的坐标为：其中（ZH-JD方向与ZH-缓和曲线上步长点方向的夹角）当线路为左偏时：当线路为右偏时：式中的X、Y表示缓和曲线上20米桩的坐标，（）、（）表示ZH-缓和曲线上步长点方向的方位角。（3）圆曲线上：以ZH点作为计算始点，首先计算ZH-HY方向与HY-圆曲线上步长点方向的夹角，然后根据左右偏计算ZH-圆曲线上步长点的方位角，和HY-圆曲线上步长点的距离，求出圆曲线段上各中桩坐标。参照图2.8：图2.8HY-QZ段坐标计算示意图47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文），lc为步长点里程；为HY点里程；为缓和曲线角。，为切垂距。，为内移距。当线路为左偏时：当线路为右偏时：式中的A表示JD1-JD的方位角。（4）第二缓和段：类似第一缓和段，只是计算始点为HZ点当线路为左偏时：当线路为右偏时：将这些公式嵌到程序的循环语句中，中桩的坐标即可求出。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）（一）程序流程图图2.9中桩坐标计算程序流程图（二）程序的操作过程该程序设计是在FORTRAN界面下完成的，它的操作过程简单，即在装有FORTRAN软件的计算机上运行，在FORTRAN下建立程序，建立输入和输出数据文件，运行即可得到结果。在output.dat输出文件里可以得到一个线形单元的主点里程、坐标和该曲线的曲线要素和线形单元的逐点坐标和里程。到此该程序的执行过程就结束了。（三）程序结果分析为了验证程序是否足够精确，要对程序进行结果分析。在平面图上读取起点坐标、JD1坐标和JD2坐标，R、L01、L02、起点里程、左右偏都是已知数据。平面图上曲线的偏角为23.7983°、ZH点的里程为CK61+743.24、HZ点的里程为CK62+477.82，ZH点的坐标为X=28392765、Y=4910067，HZ点的坐标为X=28392099、Y=4909868可以看到其误差不是很大，所以程序还是可以用来算平面坐标。对于坐标计算的结果分析，其原因应由许多，分析主要原因有：1、纸上设计47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）时由于画图的不准确而导致误差，因为较小偏角的误差就能引起较大距离偏差。2、误差的累积而导致了误差的进一步增大。3、因为在图上的偏角都是由量角器得出，这样极容易产生误差。本设计计算了第一曲线的坐标，结果如表2.6所示:表2.6第一曲线坐标计算点号桩号X(m)Y(m)10.0059325.27931027.7842100.0059358.50531122.1103200.0059391.80231216.4454300.0059425.10131310.775ZH324.9059433.35231334.1841334.9059436.67331343.6122344.9059440.69431353.0013354.9059443.19531362.4144364.9059447.00131371.8255374.9059450.62431381.1106384.9059454.42331390.4237394.9059458.32431399.6128404.9059462.54831408.836HY414.9059466.90131417.8261420.0059469.62331423.0052440.0059479.48631440.4123460.0059490.22631457.2454480.0059502.32131473.4145500.0059514.61431488.9486520.0059528.11631503.6787540.0059542.55831517.6458554.0059553.26331526.8129560.0059557.64531530.74910580.0059573.47831542.97511600.0059589.90231554.21612620.0059607.12331564.51213640.0059624.71431573.94514660.0059642.92331582.24515680.0059661.55631589.525YH696.7159675.81431594.2751706.7159405.75931701.1182716.7159398.33531708.1153726.7159391.27831715.1754736.7159384.36531722.3125746.7159377.45831729.6756756.7159370.66331736.91547 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）7766.7159363.93531744.4158776.7159357.35631751.801HZ786.7159350.67031759.32547 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第一章纵断面设计第一节纵断面设计过程线路纵断面是由长度不同、陡缓各异的坡段组成的。坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。坡段长度Li为坡段两端变坡点间的水平距离（m).坡度值i为该坡段两端变坡点的高差Hi(m)与坡段长度Li(m)的比值，以千分数表示，即i=Hi/Li×1000(‰),上坡取正值，下坡取负值。线路纵断面设计，主要包括确定最大坡度、坡段长度、坡段连接与坡度折减等问题。以下分别阐述其设计要求、技术标准和相互配合问题。一、线路的最大坡度及限制坡度（一）最大坡度新建铁路的最大坡度，在单机牵引路段称限制坡度，在两台及以上机车的牵引路段称加力坡度。限制坡度是单机牵引普通货物列车，在持续坡道上，最终以机车计算速度等运行的坡度，它是限制坡度区段的最大坡度，据此计算货物列车的牵引吨数。如果纵断面的加算坡度超过最大坡度，则按限制坡度计算牵引吨数的货物列车，在该坡道的持续上坡道上，最终会低于计算速度运行，发生运缓事故，甚至造成停途，这是不允许的。所以设计坡度值加上曲线阻力值、小半径粘降坡度减缓值和隧道附加阻力值，不能大于最大坡度值。（二）限制坡度设计坡度选择是涉及铁路全局的重要工作，应根据铁路等级、地形类型、牵引种类和运输需求，并应考虑与邻接铁路的牵引定数相协调，经过全面分析、技术经济比选，慎重确定。设计线选定的限制坡度，不应大于《线规》规定值，如表3.1所示表3.1限制坡度最大值（‰）铁路等级ⅠⅡⅢ地形类别平原丘陵山区平原丘陵山区平原丘陵山区牵引种类电力6.012.015.06.015.020.09.018.025.0内燃6.09.012.06.09.015.08.012.018.047 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）限制坡度最小值，《线规》未作规定，但通常取为4‰。这是因为限制坡度若小于4‰，虽然按限制坡度算得的牵引质量很大，但受起动条件和到发线有效长度的限制而不能实现，而工程投资却可能有所增加。所以一般不采用小于4‰的限制坡度。本设计为Ⅲ级铁路，牵引种类为内燃牵引，地形为山区。最大限制坡度为12.5‰。一、坡段长度相邻两坡段的坡度变化点称为变坡点。相邻两变坡点间的水平距离称为坡段长度。从工程数量上看，采用较短的坡段长度可更好地适应地形起伏，减少路基、桥隧等工程数量。但最短坡段长度应保证坡段两端所设的竖曲线不在坡段中间重叠。从运营角度看，列车通过变坡点时，变坡点前后的列车运行阻力不同，车钩间存在游间，将使部分车辆产生局部加速度，影响行车平稳；同时也使车辆间产生冲击作用，增大列车纵向力。坡段长度要保证不致产生断钩事故。货车车钩强度允许的纵向力，拉伸力取980kN，压缩力取1960kN。在可能设置的最大坡度代数差和列车非稳态运行（如紧急制动、由缓解到牵引）的不利工况下，坡段长度所决定的车钩应力与列车牵引吨数有直接关系，牵引吨数用远期到发线有效长度表示。而我们所采用的最小坡段长度是经过铁道科学研究院的理论计算与实践验证，《线规》规定的一般路段的最小坡段长度，见表3.2。表3.2坡段最小长度表（m）远期到发线有效长度1050850750650≤550最小坡段长度400350300250200本设计所用到的最小坡段长度为L=350m,采用的远期到发线有效长度为850m，所以根据上表规定坡段最小长度限值为350m≥L=350m,因此符合要求。本设计中的坡度汇总如下表3.3所示:表3.3坡度汇总表序号起点里程终点里程坡段长（m）坡度值（‰）1CK0+000CK0+35035012.02CK0+350CK1+350100010.73CK1+350CK3+650230012.04CK3+650CK5+250160011.75CK5+250CK6+70014506.86CK6+700CK7+0503500.07CK7+050CK7+65060010.047 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）8CK7+650CK8+1074571.1一、坡段连接（一）相邻坡段坡度差纵断面上两个坡段的转折处，为了行车安全、舒适以及视距和路容美观的需要用一段曲线缓和，称为竖曲线。我国规定各级公路和城市道路在变坡点处均应设置竖曲线，竖曲线形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围内两者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线则比圆曲线方便得多，因此在道路的纵面设计上一般采用二次抛物线作为竖曲线。纵断面的坡段有上坡、下坡和平坡。上坡的坡度为正值，下坡为负值，相邻坡段坡度差的大小，应以代数差的绝对值∆i表示。如前一坡段的坡度i为4‰下坡，后一坡段的坡度i2为2‰上坡，则坡度差∆i为：相邻坡段的坡度差，都是以保证列车不断钩来制定的。60年代前后，我国沿用国外的经验，曾规定坡度差大于限制坡度值的一半，但实际调查中发现，不少大于限制坡度值的坡度差，运营中并未发生断钩事故，故70、80年代的《线规》规定：坡度差不应大于重车方向的限制坡度值。近年来，根据铁道科学院的理论研究、模拟计算和现场试验，列车通过变坡点时的纵向力有如下规律：1、列车纵向力随变坡点坡度值的增大，而有所增大；2、凸形纵断面列车拉力增大，压力减小；凹形纵断面拉力减小，压力增大；3、列车通过变坡点时的纵向力主要取决于列车牵引吨数、机车操纵工况和纵断面形式。根据列车通过变坡点的纵向力不大于钩车强度，即保证列车不断钩，进行计算，最大坡度差可倍限制坡度值，《线规》对最大坡度差的规定如表3.4表3.4最大坡度差铁路等级Ⅰ、ⅡⅢ远期到发线有效长度（m）10508507506501050850750650550最大坡度差（‰）一般81012151012151820困难10121518121518202547 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）本设计最大的坡度差为10‰，根据上表本设计为Ⅲ级铁路、远期到发线有效长度为850m,所以最大坡度差限值为15‰，因此设计满足最大坡度差的要求。为保证行车安全司机通视距离不应小于紧急制动距离。在凸形纵断面的坡顶，若坡度差过大，则司机的通视距离缩短，必要时加以检算。（一）竖曲线在线路纵断面的变坡点处设置的竖向圆弧称为竖曲线。铁道科学研究院经过模拟计算，得出坡度差小于4‰时，列车以不同工况通过变坡点产生的最大纵向力和在平道上几乎相等。据此，《线规》规定，相邻坡段的坡度差，当Ⅰ级、Ⅱ级铁路大于3‰、Ⅲ级铁路大于4‰时，相邻坡段应以圆曲线型竖曲线连接。1、设置竖曲线的限制条件（1）竖曲线不应与缓和曲线重叠；（2）竖曲线不应设在明桥面上；（3）竖曲线不应与道岔重叠；（4）Ⅰ级、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度差大于3‰、Ⅲ级铁路大于4‰时，才设置竖曲线。2、在竖曲线设计中，一定要注意变坡点所标注的设计高程，即变坡点处的线路施工高程，应根据变坡点的设计高程，减去（凸形变坡点）或加上（凹形变坡点）外矢距的高度，而变坡点以后的各点还是以变坡点的设计高程来计算。3、在本设计中，由于有的设计坡度差有的小于4‰，故可以不设竖曲线。下表3.5为本设计中竖曲线的设置情况：表3.5竖曲线汇总表变坡点里程前一坡段坡度（‰）后一坡段坡度（‰）坡度差△i（‰）竖曲线半径RSH（m）竖曲线切线长TSH（m）竖曲线外矢距ESH（m）CK5+25011.76.84.91000024.500.03CK6+7006.80.06.81000034.000.05CK7+500.010.010.01000050.001.12CK7+65010.01.18.91000044.500.09二、最大坡度的折减线路纵断面设计时，在需要用足最大坡度（包括限制坡度与加力牵引坡度）的地段，当平面上出现曲线和遇到长于400m47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）的隧道时，因为附加阻力增大、粘着系数降低，而需将最大坡度值减缓，以保证普通货物列车通过该地段的速度不低于计算速度或规定速度。此项工作称为最大坡度的折减。（一）曲线地段的最大坡度减缓在曲线地段，货物列车受到的坡度阻力和曲线阻力之和，不得超过最大坡度的坡度阻力，以保证列车不低于计算速度运行。所以设计坡度i应为i=imax-∆iR(‰)式中：imax——最大坡度值(‰)；∆iR——曲线阻力的相应坡度减缓值(‰)。1、曲线地段最大坡度折减的注意事项（1）当设计坡度值和曲线阻力当量坡度之和不大于最大坡度值时，此设计坡度不用减缓。（2）既要保证必要减缓值，又不要减缓过多，以免损失高度，使线路额外展长。（3）减缓时，涉及的曲线长度系未加设缓和曲线前的圆曲线长度；涉及的货物列车长度应取近期长度，因近期长度短于远期长度，按近期长度考虑能满足远期长度的减缓要求。（4）减缓坡度长度应不短于、且尽量接近于圆曲线长度，取50m的整数倍，且不应短于200m。通常情况下，所取的坡段长度还不宜大于货物列车长度。（5）减缓后的设计坡度值。取小数点后一位。2、曲线地段最大坡度减缓的方法（1）两圆曲线间不小于200m的直线段，可设计为一个坡段，按最大坡度设计，不予减缓。（2）长度不小于货物列车长度的圆曲线，可设计为一个坡段，曲线阻力的坡度减缓值为：（‰）（3）长度小于货物列车长度的圆曲线，曲线阻力的坡度减缓值为：（‰）式中：——曲线转角(°)；47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）Ly——圆曲线长度（m）；R——圆曲线半径（m）；Li——减缓坡段长度（m）,当坡长大于货物列车长度，取货物列车长度。（4）若连续有一个以上长度小于货物列车长度的圆曲线，其间直线段长度小于200m，可将小于200m的直线段分开，并入两端曲线进行减缓。也可将两个曲线合并折减，减缓坡段长度不宜大于货物列车长度，曲线阻力的坡度减缓值为：（‰）式中：——折减坡段范围内的曲线转角总和（º）（5）当一个曲线位于两个坡段上时，每个坡段上分配的曲线转角度数，应按两个坡段上曲线长度的比例计算。本设计中的坡段坡度折减如下表所示：第一曲线段位于一个坡段上，圆曲线长度大于货物列车长度，故,故满足。第二曲线段位于一个坡段上，圆曲线长度大于货物列车长度故‰，12.5‰-1.5‰=11.0‰10.7‰，故满足。第三曲线段位于一个坡段上，圆曲线长度大于货物列车长度故‰，12.5‰-0.75‰=11.75‰11.7‰，故满足。第四曲线段位于两个坡段上，圆曲线长度大于货物列车长度，分别分配的角度i2=75.4641-40.411=35.05‰〉10.0‰，故满足。第五曲线段位于两个坡段上，圆曲线长度大于货物列车长度，分别分配的角度为i2=61.8635-38.816=23.048‰〉10.0‰，故满足。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）一、克服高度线路的克服高度为线路上坡方向上升的高度，又称拔起高度。上行与下行方向应分别计算。克服高度影响列车能量消耗和运行速度。在线路长度不变的前提下，克服高度越大，则燃料或电力消耗越多，行车时分越长，行车费用越高。所以不同线路方案进行比较时，应将克服高度作为技术指标之一，衡量方案优劣。本设计中的克服高度为：下行方向65.14m。第二节桥涵、隧道及道口地段的设计线路与桥隧建筑物是相互依存的整体与局部的关系，必须总体设计、综合考虑。一般说来，特大桥和长隧道的工程大、技术复杂，常常影响线路局部走向，数量众多的桥涵、隧道，则随所设计路而布置。为了保证这些建筑的安全和经济合理，根据地形、地质和水文情况，有时也需将线路局部改移。一、桥梁地段桥梁地段设计，主要是解决好桥位的选择与引线设计两个问题。桥位选择所考虑的主要因素，可归纳为水文和地貌条件有利、工程地质条件较好以及满足设计的一般要求三方面。在此设计线范围内，为跨越公路国道和水渠，在此段内设有六座大桥，其中各桥梁所处的位置和长度如表3.6桥所示：表3.6桥梁位置与中心高度表序号位置(km)长度(m)中心点高度(m)桥(1)CK1+586244.92桥(2)CK2+477486.04桥(3)CK4+574168.87桥(4)CK5+427325.39桥(5)CK6+869245.22桥(6)CK7+029245.0947 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）一、涵洞地段涵洞是位于路堤填土内孔径不大于6.0m的排洪、灌溉或交通用的建筑物。（一）涵洞的分布涵洞的分布一般应根据现场勘察来确定，尤其是影响农田灌溉和人畜交通的涵渠，必须与当地政府有关部门协商确定。凡线路跨越的水沟，一般应设置涵洞或小桥。（二）涵洞类型和孔径的选择涵洞类型及孔径大小一般按标准设计图进行选择，要点如下：1、流量大小和路堤高度；2、地质条件；3、施工和维修条件；4、农业及交通的要求。在此设计线范围内，为跨越水沟，在此段内设有二十座涵洞，其中各涵洞所处的位置及规格见下表3.7。表3.7涵洞汇总表序号里程工程项目用途1CK1+326.111-6.0m盖板箱涵排洪2CK2+267.981-2.0m矩涵排洪3CK5+451.991-1.0m矩涵排洪4CK5+588.781-2.0m矩涵排洪5CK5+983.471-1.0m矩涵排洪6CK7+106.371-5.0m盖板箱涵排污7CK7+736.681-1.5m矩涵排污8CK7+795.501-3.5m盖板箱涵热力管道二、道口设置当铁路与道路相交时，为保证行车和人身安全，应设置平交道口或立体交叉。交叉的形式应根据铁路与道路的性质、等级、交通量、地形条件、安全要求及经济与社会效益等因素确定。一般应优先考虑立体交叉。本段线路跨越的等级公路均按立交设计。本段线路与公(道)路、干渠交叉6处(其中3处为城市规划道路)。与国道公路交叉1处，与城市道路交叉347 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）处，与干渠交叉2处（北干渠2号桥同时跨东口规划道路），均以立交通过。第一节详细纵断面图介绍详细纵断面图，横向表示线路的长度，竖向表示高程。一、线路资料和数据该部分内容标注在图的下方。自下而上的顺序为：（1）连续里程。一般以线路起点车站的旅客站房中心线处为零起算，在整千米处注明里程。（2）线路平面。是表示线路平面的示意图。凸起部分表示右转曲线，凹下部分表示左转曲线。凸起与凹下部分的转折点依次为ZH、HY、YH、HZ点。在ZH和HZ点处要注上距前一百米标的距离。曲线要素注于曲线内侧。两相邻曲线间的水平线为直线段，要标注其长度。（3）百米桩与加桩。在整百米标处标注百米标数，加标处应标注距前一百米的距离。（4）地面高程。各百米标和加标处应填写地面高程。在地形图上读取高程时，精度分之一的等高线距；外业测得的高程，精度为0.01米。（5）设计坡度。向上或向下的斜线表示上坡道或下坡道，水平线表示平到。线上数字表示坡度的千分数，线下数字不表示坡段长度（m）。（6）路肩设计高程。图上应标出个变破点、百米桩和加桩处的路肩设计高程，精度为0.01米。（7）工程地质特征。扼要填写沿线路段重大不良地质现象、主要地层构造、岩性特征、水文地质等情况。二、纵断面示意图此内容绘于图的上方，表示线路纵断面概貌和沿线建筑物特征。细线表示地面线，粗线表示路肩高程线。纵断面示意图的左方，应标注线路的主要技术标准；车站符号的左、右侧，应写上距前、后区间的往返走形时分；设计路肩高程线的上方，要求标出线路各主要建筑物的名称、里程、类型和大小；绘出断链标和水准基点标的位置和数据。线路详细纵断面图见附图Ⅱ47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第一章横断面设计第一节路基工程的组成及特点铁路路基是铁路线路的重要组成部分。它与桥梁、隧道相连共同组成一个线路整体。路基工程主要由三部分建筑物组成：路基本体、路基防护和加固建筑物、路基排水设备。对所有这些路基工程建筑物应如何正确、合理地进行设计和施工是路基工程工作的基本内容。从路基工程所起的作用来看，路基是轨道的基础；从路基作为一种建筑物来看，它是土工结构物。作为一种土工结构物，路基工程具有某些不同于一般的钢铁或混凝土结构物的独特的特点：1、路基主要由松散的土（石）材料构成。2、完全暴露在大自然之中。3、路基同时受轨道静荷载和列车动荷载的作用。上述这些特点决定了路基工程的复杂性，我们必须分析研究路基工程所处的环境及工作条件，研究土的工程性质，掌握其变形和强度的变化规律，研究路基建筑物与土介质之间的相互作用，以及路基与轨道之间的力学问题。在此基础上才能做出正确合理的设计，保证路基工程具有足够的坚固、稳定、和耐久性，能抵抗各种自然因素的侵袭和破坏。第二节路基横断面及设计原则一、路基横断面的基本形式路基横断面是指垂直于线路中心线截取的断面。依其所处的地形条件不同，有两种基本形式：路堤（图4.1）和路堑（图4.2）。此外，还有半路堤（图4.3）、半路堑（图4.4）、半路堤半路堑（图4.5）、不填不挖路基（图4.6）。图4.1图4.247 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）图4.3图4.4图4.5图4.6在进行路基设计时，先要进行横断面设计。路基横断面设计要解决的主要问题是确定横断面各部分的形状和尺寸，例如：路基面的形状和宽度，路基边坡的形状和坡度等等。横断面确定以后，再全面综合考虑路基工程在纵断面上的配合以及路基本体工程与其余各项工程的配合等。例如：路堤与路堑的过渡、纵向排水设计、挡土墙纵向设计等等。一、路基面的形状水的危害是造成路基病害的重要原因，保证良好的排水条件是路基设计的重要原则。因此，当路堤或路堑的土质为非渗水性土时，路基面不是作成水平状，而是作成有横向排水坡的拱状，称为路拱，以利于排除雨水，避免路基面处积水使土浸湿软化，造成病害。而岩质路基或用渗水材料（如碎石、卵石、砾石、粗砂或中砂）修筑的路基，因填料具有良好的渗水性能，降雨时短暂的湿润对强度影响不大，故路基面不需设成路拱而作成水平状即可。但对于多雨地区易风化的泥质岩石，因其在动荷载长期作用下易于软化，而发生翻浆冒泥病害，因此路基面亦应按土质路基作出路拱，这样，路基面的形状便视其路基材料是否为渗水材料而分为有路拱和无路拱两种。路拱的形状为三角形。单线路拱高0.15m，一次修建的双线路拱高0.20m，曲线加宽时，仅将路拱外侧边坡放缓。站场内路基面的形状可根据站内股道数目的多少选用单坡形、人字形或锯齿形，并在低谷处设置排水设备。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）一、路基面的宽度1、宽度标准路基面的宽度等于道床覆盖的宽度加上两侧路肩的宽度之和。当道床的标准为既定时，路基面的宽度便决定于路肩的宽度。路肩的作用是加强路基的稳定性，保障道床的稳固，以及方便养护维修作业。我国现行规范规定的路肩宽度标准为：Ⅰ级铁路的路堤不得小于0.8m，路堑不得小于0.6m。规范中根据不同的线路等级、轨道类型等因素制定了新建铁路区间直线地段的路基宽度表。对于其它特殊情况需要单独设计的，路基面的宽度可根据路基横断面的几何关系计算。2、曲线加宽在曲线地段，曲线外轨需设置超高。外轨超高是籍加厚外轨一侧枕下道碴的厚度来实现的。由于道碴加厚，道床坡脚外移，因而在曲线外侧的路基宽度亦应随超高的不同而相应加宽才能保证路肩所需的宽度标准。加宽的数值可根据超高计算而确定，按此原则，规范编制了曲线路基加宽表，如表4.1所示，在进行加宽时，应在缓和曲线范围内递减。表4.1曲线地段路基面加宽值（m）铁路等级曲线半径R路基面外侧加宽值Ⅲ级R≤6000.56008m时，路基面以下8m，坡度为1∶1.5，8m以下为1∶1.75。路堑——由路基面以上每8m设碎落平台一处，宽度1m；自下而上边坡坡度依次为：1∶0.5、1∶0.75、1∶1、1∶1.25。路堑侧沟采用梯形断面，底宽0.4m、深度0.6m、靠线路一侧边坡为1∶1、外侧边坡为1∶0.5，不设侧沟平台。假设某百米桩的高程为1064.5m，该点的路肩设计高程为1066.3m。则原点上方9m处为该百米桩的路肩位置，若路基面宽度不加宽，从这个位置往左右各画16.75m，往上量取0.75m,与左右这两点连接，即可得到设计路拱，然后按路基边坡标准形式绘制边坡线。若曲线右转，则左加宽，加宽值按表4.1查取。若其路肩设计高程为1062m，则从原点往下画12.5m，路基面设计方法同上，只是附加了侧沟。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）三、设计图例根据标准横断面确定的尺寸可画出横断面的图例，填方横断面（图4.7），半填半挖横断面（图4.8），挖方横断面（图4.9）横断面图见附图Ⅲ-1，Ⅲ-2。图4.7路基填方断面图47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）图4.8半填半挖路基断面图图4.9挖方路基断面图47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）结论我毕业设计任务是嘉峪关南环铁路初步设计。主要进行了路线的平面设计、纵断面设计和横断面设计三个方面。平面设计中，进行平面选定线，设计路线的平面线形，并进行里程桩及结构物的标注,绘制平面图。纵断面设计，进行路线的纵坡设计、竖曲线设计，完成“纵坡、竖曲线表”。绘制路线的纵断面图。横断面设计，进行路基超高的计算，完成“路基超高加宽表”和“路基设计表”，绘制八个路基横断面图。在毕业设计过程中，刚开始不知从何入手走了许多弯路，在老师的指导和本组同学的帮助下，懂得了如何看图及如何抓住要点，及时发现问题、解决问题，慢慢地步入了正轨。在设计的过程中，也出现了一些错误，人们常说改正错误就是学习的过程。这样及时发现错误并改正错误，给自己留下很深刻的印象。也给自己以后步入工作岗位有很大益处。在设计过程中，就一定要多问，勤问，反复仔细琢磨，慢慢摸索，及时纠正错误，以学到更多的知识。再者，每个人都亲自动手来做，有些问题看似简单，可做起来就会觉得一切都不是那么简单，这也许就是理论和实践的差距吧！在设计的过程中也遇到了一些困难。一就是程序设计，二是英语翻译，这些在平时的学习中就是弱项，但是在老师和同学的帮助下，加上自己的钻研，总算攻克了难关。我在设计过程中总的体会就是：在做任何一项工作时都要拿出全部精力来面对它，要认真对待它，设计工作要不得半点马虎，不然吃亏的是自己，我想这一点在我以后的工作中是至关重要的。所以说结果固然重要，但我更注重过程。毕业设计是读书和工作的桥梁。现在我们互相学习、取长补短，在以后也不会放弃。在即将踏入社会、步入工作岗位的时候，我会虚心学习，不断要求上进，有信心凭自己的能力把工作做好。非常感谢老师，让我能学到很多东西，懂得了理论和实际结合的重要性，懂得了脚踏实地的重要性，相信在以后的工作中会让我收益无穷。我会为祖国的铁路建设事业做出自己应有的贡献。本设计符合设计规范要求。47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）致谢毕业设计是对我们在大学四年学业成果的一次检阅，同时又是从面向社会、面向基层、面向工程出发，在培养学生从事科技工作正确思想方法的同时，培养学生勇于探索、敢于创新、实事求是、用实践来检验理论，全方位地考虑问题等科学技术人员应具有的素质。两个多月的毕业设计中，我从指导老师李培天老师身上学到了很多东西。李老师认真负责的工作态度，严谨治学的精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅。在设计的整个过程中李老师密切关注着我们的设计进程和质量，更是耐心的逐个解决设计中的问题，正是因为李老师的辛勤耕耘我们的这次设计才能够及时的完成，在此感谢对给予我们耐心指导的李老师表示感谢，在我即将离开校园、步入社会的关键时刻给予我们最大的帮助，在此深深的说一声：“谢谢老师！”，祝老师在以后的生活中工作顺利，身体健康,万事如意！还有对四年来辛苦培养和关心我的各位尊敬的师长和同学表示真诚的感谢，也向参考文献所列的著作作者表示衷心的感谢！最后让我再次感谢给予我耐心指导的李培天老师！王亚利2008年6月47 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）主要参考文献:〔1〕易思蓉.铁路选线设计[M].西南交通大学出版社，2001〔2〕郝瀛.铁道工程[M].西南交通大学出版社，2001〔3〕施光燕、董加礼.最优化原理及方法[M]..高教育出版社，1999〔4〕谭浩强.C程序设计.北京：清华大学出版社，1999.〔5〕蒋红斐.道路与铁道工程计算机辅助设计[M]，机械工业出版社，2002〔6〕李远富.线路勘测设计[M]，高教育出版社，2004〔7〕罗新宇、姚德新．土木工程测量学教程（上下册）.北京：中国铁道出版社，2003〔8〕谭浩强、田淑清．FORTRAN77结构化程序设计．北京：清华大学出版社，1981〔9〕赵鸿铁.组合结构设计原理[M]，高教育出版社，2004〔10〕铁道第一勘察设计院.铁路工程地质实例.北京：中国铁道出版社，2002〔11〕吴渊明.铁路总体设计.北京:中国铁道出版，1986〔12〕郝瀛.铁道工程.北京:中国铁道出版社，2000〔13〕中华人民共和国铁道部.铁路线路设计规范.北京:中国计划出版社，1999〔14〕铁道部科学研究院.时速200公里新建铁路线桥站设计暂行规定.北京:中华人民共和国铁道部，1998〔15〕郝瀛.中国铁路建设概论.北京:中国铁道出版社，1998〔16〕詹振炎.铁路选线设计的现代理论和方法.北京:中国铁道出版社，20012 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）附录Ⅰ：设计程序C曲线测设计算程序dimensionm(3),n(6)realm,ncharacter*2D,E,G,H,K,V,Wparameter(pi=3.1415926)open(1,file='shuju1.dat',status='old')open(2,file='shuju2.dat',status='old')open(3,file='shuchu.dat',status='new')read(1,*)nread(2,*)mD='ZH'E='HY'G='QZ'H='YH'K='HZ'V='QD'W='ZD'LJ1=m(1)x1=n(1)y1=n(2)write(*,*)'请输入曲线的个数J'read*,Jj=1+jdo300,i=1,J,2r=m(i+1)L0=m(i+2)x2=n(i+2)y2=n(i+3)x3=n(i+4)2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）y3=n(i+5)C坐标方位角计算x12=x2-x1y12=y2-y1B12=y12/x12if(y12.gt.0.0.and.x12.gt.0)thena12=ATAN(abs(B12))a21=a12+piendifif(y12.gt.0.0.and.x12.lt.0)thena12=pi-ATAN(abs(B12))a21=a12+pi-2*piendifif(y12.lt.0.0.and.x12.lt.0)thena12=pi+ATAN(abs(B12))a21=a12+pi-2*piendifif(y12.lt.0.0.and.x12.gt.0)thena12=2*pi-ATAN(abs(B12))a21=a12+pi-2*piendifx23=x3-x2y23=y3-y2B23=y23/x23if(y23.gt.0.0.and.x23.gt.0)thena23=ATAN(abs(B23))a32=a23+piendifif(y23.gt.0.0.and.x23.lt.0)thena23=pi-ATAN(abs(B23))a32=a23+pi2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）endifif(y23.lt.0.0.and.x23.lt.0)thena23=pi+ATAN(abs(B23))a32=a23+pi-2*piendifif(y23.lt.0.0.and.x23.gt.0)thena23=2*pi-ATAN(abs(B23))a32=a23+pi-2*piendifa3=y12/x12a4=y23/x23if(a3.gt.a4)thenwrite(3,*)'曲线转向：左偏'f=-1.0elsewrite(3,*)'曲线转向：右偏'f=1.0endifC曲线转角计算a=ABS(A12-A23)if(a.gt.pi)thena=2.0*pi-aelsea=aendifC曲线要素计算P=L0**2/(24.0*R)-L0**4/(2688*R**3)q=L0/2.0-L0**3/(240*R**2)T=(R+P)*TAN(A/2.0)+qL=A*R+L0S=L2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）Ly=L-2*L0Az=a*180/piwrite(3,*)'曲线要素：半径切线缓和曲线曲线长转角'write(3,80)R,T,L0,S,AzC起点坐标计算write(3,*)'点号桩号X坐标Y坐标'xq=n(1)yq=n(2)Lq=m(1)if(i.eq.1)thenwrite(3,100)V,Lq,xq,yqendifCZH，HZ点坐标计算xZH=x2+T*cos(A21)yZH=y2+T*sin(A21)xhz=x2+T*cos(A23)yhz=y2+T*sin(A23)C五大桩里程计算s1=(xzh-x1)**2+(yzh-y1)**2s2=(x3-xhz)**2+(y3-yhz)**2LJ12=SQRT(S1)LJ23=SQRT(S2)Lzh=LJ1+LJ12LHY=LZH+L0LQZ=LHY+Ly/2LYH=LHY+LyLHZ=LYH+L0Lz=LHZ+LJ23C初直线段坐标计算md=int((Lzh-Lj1)/100.0)do10,L=1,md,12 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）Lz1=Lj1+L*100.0xz1=x1+(Lz1-Lj1)*cos(A12)yz1=y1+(Lz1-Lj1)*sin(A12)write(3,50)Lz1,xz1,yz110continuewrite(3,100)D,LZH,xZH,yZHC第一段缓和曲线坐标计算DO20,LK=LZH+10,LHY,10if(LK.LT.LHY)thenL1=LK-LZHxki=L1-(L1**5/(40*R**2*L0**2))yki=L1**3/(6*R*L0)xk=xZH+xki*cos(A12)-f*yki*sin(A12)yk=yZH+xki*sin(A12)+f*yki*cos(A12)write(3,50)LK,xk,ykendif20continueCHY点坐标计算xHYi=L0-(L0**3/(40*R**3))yHYi=L0**2/(6*R)xHY=xZH+xHYi*cos(A12)-f*yHYi*sin(A12)yHY=yZH+xHYi*sin(A12)+f*yHYi*cos(A12)write(3,100)E,LHY,xHY,yHYC圆曲线段坐标计算LHY=int(LHY/20)*20do30,Lm=LHY+20,LQZ,20if(Lm.LT.LQZ)thenL2=Lm-LZHA0=L0/(2*R)B0=A0+(L2-L0)/Rxmi=R*sin(B0)+q2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）ymi=R*(1-cos(B0))+Pxm=xZH+xmi*cos(A12)-f*ymi*sin(A12)ym=yZH+xmi*sin(A12)+f*ymi*cos(A12)write(3,50)Lm,xm,ymendif30continueL4=LQZ-LZHA0=L0/(2*R)B0=A0+(L4-L0)/Rxqi=R*sin(B0)+qyqi=R*(1-cos(B0))+Pxq=xZH+xqi*cos(A12)-f*yqi*sin(A12)yq=yZH+xqi*sin(A12)+f*yqi*cos(A12)write(3,100)G,Lqz,xq,yqLQZ=int(LQZ/20)*20do40,Lm=LQZ+20,LYH,20if(Lm.GT.LQZ)thenL2=Lm-LZHA0=L0/(2*R)B0=A0+(L2-L0)/Rxmi=R*sin(B0)+qymi=R*(1-cos(B0))+Pxm=xZH+xmi*cos(A12)-f*ymi*sin(A12)ym=yZH+xmi*sin(A12)+f*ymi*cos(A12)write(3,50)Lm,xm,ymendif40continueCYH点坐标计算B0=A0+Ly/RxYHi=R*sin(B0)+qyYHi=R*(1-cos(B0))+P2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）xYH=xZH+xYHi*cos(A12)-f*yYHi*sin(A12)yYH=yZH+xYHi*sin(A12)+f*yYHi*cos(A12)write(3,100)H,LYH,xYH,yYHC第二段缓和曲线坐标计算DO60,LN=LYH+10,LHZ,10if(LN.LT.LHZ)thenL3=LHZ-LNxni=L3-(L3**5/(40*R**2*L0**2))yni=L3**3/(6*R*L0)xn=xHZ+xni*cos(A32)+f*yni*sin(A32)yn=yHZ+xni*sin(A32)-f*yni*cos(A32)write(3,50)LN,xn,ynendif60continuewrite(3,100)K,LHZ,xHZ,yHZx1=xhzy1=yhzLJ1=LHZ300continueC末直线段坐标计算mm=int(Lj23/100.0)do70,L=1,mm,1Lz2=Lhz+L*100.0xz2=xhz+(Lz2-Lhz)*cos(A23)yz2=yhz+(Lz2-Lhz)*sin(A23)write(3,50)Lz2,xz2,yz270continueC终点坐标计算xz=x3yz=y3write(3,100)W,Lz,xz,yz2 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）C输出格式50format(4X,I10,f15.1,f15.1)80format(4X,f11.1,f10.2,I8,f12.2,f11.4)100format(2x,A2,I10,f15.1,f15.1)end注：因为计算结果太复杂占用的页数太多，并且跟附录Ⅱ-1逐桩坐标表一样，因此在本设计中只有第一条曲线逐桩坐标表。附录Ⅱ-1：逐桩坐标桩号坐标X(m)Y(m)0.0059325.27931027.784100.0059358.50531122.110200.0059391.80231216.445300.0059425.10131310.775324.9059433.35231334.184334.9059436.67331343.612344.9059440.69431353.001354.9059443.19531362.414364.9059447.00131371.825374.9059450.62431381.110384.9059454.42331390.423394.9059458.32431399.612404.9059462.54831408.836414.9059466.90131417.826420.0059469.62331423.005440.0059479.48631440.412460.0059490.22631457.245480.0059502.32131473.414500.0059514.61431488.9482 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）520.0059528.11631503.678540.0059542.55831517.645554.0059553.26331526.812560.0059557.64531530.749580.0059573.47831542.975600.0059589.90231554.216620.0059607.12331564.512640.0059624.71431573.945660.0059642.92331582.245680.0059661.55631589.525696.7159675.81431594.275706.7159405.75931701.118716.7159398.33531708.115726.7159391.27831715.175736.7159384.36531722.312746.7159377.45831729.675756.7159370.66331736.915766.7159363.93531744.415776.7159357.35631751.801786.7159350.67031759.3252 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）附录Ⅱ-2：曲线表嘉峪关南环铁路线备注夹直线（m）324.9067.882535.701579.0950.49切线长（m）251.16191.35943.44316.55255.29曲线长（m）461.81368.961416.61550.98467.90L02（m）9080509090R（m）350400800350350L01（m）9080509090曲线偏角右60°52′01″61°51′49″左41°23′28″97°51′43″75°27′54″起止里程终点786.711223.565175.867305.937824.32起点324.90854.593759.266754.957356.42序号JD1JD2JD3JD4JD52 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）附录Ⅱ-3：纵坡竖曲线表序号变坡点桩号变坡点高程(m)竖曲线纵坡(%)凸曲线(m)凹半径(m)切线长(m)外矢距(m)＋－1CK0+0001698.3112.02CK0+3501694.1110.73CK1+3501683.4112.04CK3+6501655.8111.75CK5+2501637.091000024.50.036.86CK6+7001627.231000034.000.5807CK7+501627.231000050.000.125108CK7+6501633.231000044.50.0991.19CK8+1071634.17500011.2500.0132 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）附录Ⅱ-4：路面加宽表交点圆曲线加宽圆曲线缓和段号数桩号半径宽度长度长度（米）（米）（米）（米）1CK0+4000.4275.102CK0+500350.000.503CK0+7500.2036.714CK3+6000.005CK3+8000.2740.746CK4+500800.000.507CK5+1500.2125.868CK6+5000.002 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）目录第一章绪论1第一节修建意义及必要性1第二节铁路主要技术标准1第三节地质自然气象特征3一、沿线自然特征3二、地震烈度3三、气象4第二章线路平面设计5第一节平面设计的一般原则6一、平面线形应与地形、地物相适应、与周围环境相协调6二、保持平面线形的均衡与连贯6第二节地形地貌的分析6第三节平面设计的一般方法7一、紧坡地段设计7二、缓坡地段设计9第四节线路平面设计10一、设计主要考虑的因素10二、本段设计的设计过程10三、线路平面图介绍10四、直线地段设计原则11五、夹直线长度的确定原则12六、圆曲线最小曲线半径的选定13七、缓和曲线的选定原则13八、缓和曲线间圆曲线的最小长度15九、线路平面图标注15第五节程序设计17一、中桩坐标计算的方法分析17二、偏角法20三、中桩坐标的程序设计24第三章纵断面设计31第一节纵断面设计过程31一、线路的最大坡度及限制坡度31二、坡段长度32三、坡段连接33四、最大坡度的折减34五、克服高度36第二节桥涵、隧道及道口地段的设计37一、桥梁地段37二、涵洞地段37三、道口设置382 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）第三节详细纵断面图介绍38一、线路资料和数据39二、纵断面示意图39第四章横断面设计40第一节路基工程的组成及特点40第二节路基横断面及设计原则40一、路基横断面的基本形式40二、路基面的形状41三、路基面的宽度42第三节路基横断面设计42一、路基一般设计原则42二.设计过程43三、设计图例44结论46致谢47主要参考文献:48附录Ⅰ：设计程序49附录Ⅱ-1：逐桩坐标56附录Ⅱ-2：曲线表58附录Ⅱ-3：纵坡竖曲线表59附录Ⅱ-4：路面加宽表602