TB T 10082-2005(条文说明) 铁路轨道设计规范.pdf
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1、UDC P 中华人民共和国行业标准TB TB 10082-2005 J 448-2005 铁路轨道设计规范Code for design of railway track 2005-04-25 发布2005-04-25 实施中华人民共和国铁道部发布铁路轨道设计规范条文说明本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为了减少篇幅,只列条文号,未抄录原条文。1.0.2 本规范是按照我国铁路网中客货列车共线运行,旅客列车设计行车速度等于或小于160kmlh的1435mm标准轨距铁路常用机车、车辆、信联闭设备、标准轨距铁路机车车辆限界和建筑限界、运输性质和运营特点编
2、制的。考虑受牵引特性、计算荷载、几何尺寸的限制,故本规范只适用于铁路网中1435mm标准轨距的铁路轨道设计。客货列车共线运行是指线路的主要技术标准必须同时满足客、货两种列车的运输要求,这与货运专线和客运专线是有明显区别的。提高列车速度始终是铁路交通运输技术发展的主要目标之一。随着我国人民生活水平的提高,时效观念的增强,提高客货列车速度已成为提高运输质量的重要内容。铁路科学技术的发展、技术装备的改善,为提高列车速度提供了物质基础。因此,根据铁路主要技术政策的要求,将主要干线的客货列车共线运行铁路的旅客列车最高设计行车速度提高到200kmlho考虑到新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定是针对
3、藏客列车最高行车速度200kmlh而制定的暂行规定,故本规范将旅客列车设计行车速度定为等于或小于160kmlh。铁路轨道由于曲线超高的设置,一般最高列车行车速度与最. 92 低行车速度之差不宜超过50%,这样从运营条件分析方为经济。但列车作用于轨道上的荷载是动荷载,此动荷载的作用主要取决于列车轴重与行车速度,轴重大速度低与轴重小速度高的动力响应是相接近的,但轴重大对钢轨的接触应力加剧远超过轴重轻的,轴重大对轨面不平顺度的形成也远超过轴重轻的。列车行车速度高,由于列车运行对轨道振动加剧,对有碴道床石碴的粉碎会加剧;但轴重大对道床板结加快远超过轴重轻的列车作用。轮轨接触最大剪应力max从本规范说明
4、表4.0.1-2可以看出,其取决于车辆的轴重与轮径,最大轮轨接触剪应力不仅会加剧钢轨的疲劳,严重时还会造成轨面的伤损,从而危及行车安全。因此,在列车行车速度匹配的同时,列车轴重的匹配是不能忽视的。1.0.3 按运量(包括客运量和货运量)划分铁路等级,是世界各国广泛采用的分级办法。修建铁路的经济效益,首先体现在运量上,如果没有运量,也就没有铁路的经济效益。铁路规范基本上都是以运量作为划分铁路等级的主要指标。随着铁路建设的技术发展,旅客列车行车速度不断提高,列车行车速度的高低,不仅与铁路运量密切相关,而且也是铁路运输在整个交通网内能否占据更大份额的至关重要因素。行车速度是铁路综合性技术指标,是铁路
5、技术装备、技术标准、运营管理水平的重要标志,是铁路重大技术政策之一,它关系到铁路的运输能力、机车车辆购置、列车能时消耗、运输成本、客货在途损失等一系列技术运营指标,也关系到铁路工程费等经济指标。随着时间的推移,铁路设计水平、施工水平、检测水平、管理水平已与世界铁路先进水平相接近,线路开通速度达到设计速度就是上述水平的具体体现,也是我国铁路建设管理与国际接轨的一项重要措施。因此,旅客列车设计行车速度也是轨道类型划分的一项重要条件。铁路运量是随着国民经济的发展逐渐增长的。铁路建设技术水平也随着时间的推移在不断提高。旅客列车行车速度也是铁路93 现代化的重要标志之一,轨道类型是确保设计速度与线路运营
6、交付使用的速度一致的铁路构筑物中的项关键设备。因此,轨道类型的选择应与设计线路在铁路网中的作用、旅客列车对数、旅客列车设计行车速度、轴重、线路等相匹配,以满足运输要求。将运量、列车行车速度作为划分轨道类型的依据是理所当然的。1.0.4-1.0.5 轨道结构是确保铁路开通速度与设计速度的线路建筑物。在基础设施满足列车设计行车速度要求的前提下,轨道结构就是确定能否满足旅客列车设计行车速度的关键因素。一般以客运为主或全为客运的线路,轨道结构钢轨均在60kg/m及以上。例如城市轻轨交通,尽管轴重很轻,但一般均选择60kg/m及以上钢轨,这主要是为了确保旅客乘坐舒适和安全。客货共线铁路运量越大,钢轨应越
7、重,才能满足运输强度的要求。借鉴国外高速铁路建设和运营理论,结合我国秦沈客运专线建设实践,参考既有线提速经验。一般重载线路或旅客列车设计行车速度在120kmlh以上的铁路轨道采用元缝线路,既是运营要求也是旅客乘坐舒适和降低噪声的要求。考虑桥梁和隧道内,一是基础条件稳定,二是减少维修运营成本,可以选择整体道床式的无碴轨道。轨道结构是由钢轨、扣件、轨枕及道床等部件组成。钢轨类型很多,常用的有43kg/m、50kg/m、60kg/m、75kg/m等型号钢轨;扣件分为弹性扣件、刚性扣件,其中扣件又由弹条、扣板、螺旋道钉、螺母、平垫圈、胶垫等组成;轨枕分为I、H、皿型混凝土枕、桥枕、岔枕,另外还有木枕等
8、。这些轨道部件,强度、刚度、使用的耐久性均不相同,因此各部件的合理匹配十分重要。例如:60 kg/m钢轨应使用弹性扣件,50 kg/m钢轨根据运营需要可用弹性扣件,也可用刚性扣件。胶垫的应用也必须与列车运行所需轨道弹性相匹配。但这些部件的设计基准期不同,钢轨使用期一般在1520年,混凝土枕设计基准期为50年,而扣件的使用期相对较短。不论使用期长短,轨道部件均会94 发生损坏,需要更换与修理。因此部件的标准化、系列化、通用化尤为重要,方便设备修理,缩短修理时间对运营的影响是轨道设计的一项基本技术准则。轨道部件的系列化是轨道结构合理匹配的科学原则。轨道部件的标准化、通用化是方便设备修理的必要条件;
9、实现轨道部件的系列化是轨道结构能够最大满足列车平稳运行的充分条件。1.0.6 轨道是由钢轨、扣件、轨枕及道床等组成,列车荷载由他们共同工作并传递给路基,因此各部件的精度应合理配套,整体结构共同提高,才能减少设备维修对运营的影响。车轮在轨道上连续通过,轨道设备的质量应该是在合格的基础上均匀一致,才能确保列车平稳运行,轨道质量均衡,系指轨道结构满足列车运行条件的基础上,轨道的质量状态基本一致,不出现忽好忽坏;这样机车车辆运行时,受力状态变化幅度最小,从而可延长列车部件的疲劳寿命,也会使线路轨道修理周期趋于一致,同时也可使轨道的修理工作量达到最大节省。结构等强是指轨道结构各部件强度在铁路运营期间,部
10、件结构强度得以充分发挥,其使用周期内达到均匀损耗。弹性连续是指轨道结构的刚度趋于一致,使列车运行时不会造成列车因为轨道结构刚度不一致,引起列车摇晃致使旅客乘坐不适,甚至加剧列车的机械部件磨损。合理匹配是指轨道结构各部件受力合理,部件使用周期更经济。质量均衡、结构等强、弹性连续、合理匹配是提高轨道结构整体承载能力的前提,因此尤为重要。1.0.7 改建既有线和增建二线,将拆换下来的能够再用的轨道部件经过整修在本线和次要线路上继续使用,是降低工程造价的合理措施。1.0.8 现行国家标准标准轨距铁路机车车辆限界(GB146.1)和标准轨距铁路建筑限界(GB 146.2)是对铁路建筑物和设备、机车车辆几
11、何尺寸的限制,要求铁路一切建筑物和设备在任何情况下均不能侵入建筑限界,机车车辆的一切部位在任何情况 95 下均不超出机车车辆限界,否则将危及行车安全和作业人员的人身安全。因此规定铁路建筑物和设备的限界应符合上述现行国家标准的规定。1.0.9 环境是指以人类为主体的外部世界,即人类赖以生存和发展的物质条件综合体。人类环境包括自然环境和社会环境。中华人民共和国环境保护法所称的环境是:影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体。因此,重视保护环境,构筑物与环境协调,才能形成不影响人类赖以生存和发展的物质条件综合体。3.0.1 轨道是铁路运输的主要技术设备之-。它由钢轨、轨枕、道床、
12、道岔、联结零件和防爬设备等主要部件组成。它的作用是引导机车车辆运行,直接承受由车轮传来的荷载,并把它传布给路基或桥隧构筑物。因此,新建和改建铁路的轨道结构,应具有足够的强度、刚度、稳定性和规定的几何形位,以保证列车按规定的速度安全运行,并满足少维修的原则要求。3.0.2 钢轨的轨底坡是由铁垫板或轨枕承轨槽形成的。它是轮轨关系中轨道受力计算和轨道部件设计的一项重要参数。世界各国铁路轨道对钢轨的轨底坡大致分两种:一种为1:40,如我国、日本(见说明图3.0.2-1);另一种为1:20,如法国、德国等一些欧洲国家铁路(见说明图3.0.2-2)。轨底坡与轮缘踏面坡度相匹配,才能使轮轨受力更趋于合理,同
13、时对钢轨的磨耗也会有利。我国车辆轮缘踏面为1:20至1:10,其对应轨底坡以1:40为合适。另外,轨底坡与轨距、扣件受力均关系密切,以60kg/m钢轨而言,若由1:40轨底坡改为1:20,两者引起的轨距差约9mm,对扣件的横向力也有很大的影响。本规范考虑轨底坡在规范设计中-直没有规定,故本条给予了明确,以利设计者之用。3.0.3 列车的行驶速度与外轨超高不相适应时,就会出现欠超高或过超高。设置超高时,不仅要保证旅客的乘坐舒适,同时要 96 保证行车的稳定性。车辆在曲线上运行时,受到重力、离心力、风力等的共同作用,如说明图3.0.31所示。列车停止或以低速驶于超高很大的曲线轨道时,存在着倾覆的危
14、险性。为保证行车安全,必须限制外轨超高的最大值。当上述诸力的合力R作用线通过轨道中心0时,车辆处于稳定状态。当存在着欠超高或过超高时,合力作用点的位置就会偏离轨道中心一定距离r。要保证车辆的稳定性,就需保证在最不利的条件下合力作用线不会落在车轮支承点之外,即偏心距E要小于轨道中心距之半,e 51/2时,nl,车辆处于稳定状态。为保证列车行驶的稳定性,超高设置应得当,务使nl,即e( GB 50090-99 )条文说明中曾提出过曲线道碴用量采用卡7.1亏叫算公式。此公式是根据过去施工手段采用传统的手工和小型机械捣固道床作业,且轨道竣工时速度远低于设计速度情况下的调查,得 99 出我国干线铁路的客
15、货列车加权平均速度与最高设计速度之比远低于0.8,某些地区甚至低于0.6。这一结论与轨道开通速度远低于设计速度及施工于段是相匹配的。但随着时间推移,施工于段的大型机械化,轨道开通速度与设计速度一致是铁路建设水平与国际接轨以及铁路建设发展的必然趋势,按列车实际行车一般较设计速度降低10%-15%的国际铁路规律性的标准,选择列车平均速度为最高设计速度的0.8是合适的。故道碴数量计算采用卡7.1毛主是不合适的,而采用h= 7.6主x是符合铁路建设发展要求的,故本规m规定新建铁路曲线外轨超高应按式(说明3.0.3-5)计算。V_ h =7.6言坐改建铁路h=11820(说明3.0.3-5)3.0.4
16、在一个缓和曲线上,超高顺坡、正矢递减和轨距加宽递减三者最好是同步的,超高顺坡应在整个缓和曲线内顺完。特别是若不在整个缓和曲线内顺完,超高进入直线段,会引起轨道不平顺;若顺入圆曲线会引起超高不足,为此,应于整个缓和曲线内顺完超高。由于既有线修建的年代不同,采用的标准不一,加之列车速度的提高,有的缓和曲线长度较短,为适应行车速度需要,对改建铁路困难条件下,允许将一部分超高顺坡延伸至直线上,但考虑直线上应有的平顺性,应给予必要限制,对于顺坡至固曲线上的应满足容许的欠超高要求。3.0.5 在任何一段曲线轨道上,外轨超高按平均速度计算确定并设置后,便成为固定设施,但由于列车通过的实际行驶速度或大于平均速
17、度或小于平均速度,使外轨超高与行车速度不相适应,因而不可避免地会产生未被平衡的加速度(见说明图3.0.5)。当列车以速度V(m/s)通过半径为R(m)、外轨超高为h100 (mm)的曲线轨道时,因离心力而产生的离心加速度为主,因外轨超高而产生的向心加速度为rtmy=gfL,则由于列车通过速51 度u与外超高h不相适应而产生的未被平衡离心加速度a为士LT 说明图3.0.5G一车辆:1:力(N);h一外轨超高(mm);y一轨顶线与水平线夹角C);SI一两股钢轨中心线间距离(mm);H一车辆重心在轨顶线以上的高度(mm)=豆豆主(说明3.0.5-1)R 51 如果V= VO ( 71n =.1 !.
18、盯豆=坠,=0,说明列车通过 VO -j N J R 51 时无未被平衡的加速度;如果V时,0,说明列车通过时有未被平衡的离心加速度,其值为豆一单;又如V 51 -u g采用9.81m/s2 , 51采用1500 mm,代入式(说明3.0.5-2) ,并把Vmax(m/s)改写成vmaJ3.6(kmlh) ,则得118T-kmao (说明3.0.5-3)显然,式(说明3.0.5-2)左侧第项为与Vmax相适应的外超高,记为hm川第二项为与平均速度相适应的外轨超高,记为们,两者之差为超高差,记为.h。在VmaxV的情况下,.h为正值,称欠超高。而在Vmaxc铁运2001J23号部令)、秦沈客运专
19、线有碴轨道工程质量检验评定标准(试行(建技(200 1) 1号文)、秦沈客运专线桥上无碴轨道工程质量检验评定标准(试行(工管技(2001)97号文)、新建客货共线铁路设计暂行规定(铁建设2003J76号文)相应的设计、施工、验收规定,提出本规范的标准。104 圆曲线出现的正矢连续差,形成实际的轨道困曲线的几何形位均为复曲线形式表现。20m为弦长,其正矢f= 50 OOO/R (mm),R以m计。连续差不同,轨向变化率不同。铁路线路维修规则表3.7.6规定:在曲线半径350m650 m时,连续差为6mm.变化率为0.6)1000(1) 新建客货共线铁路设计暂行规定(铁建设(2003)76 号文)
20、第19条规定的曲线半径如说明表3.0.8。说朋表3.0.8线路平面曲线半径铁路等级H 路段旅客列车设计行斗争160 140 120 120 100 80 速度(kmlh)2500- 2000- 1600- 1600- 1200 800 推荐曲线半径(m)5000 4000 3000 3000 2500 2000 2000 1600 1200 1200 800 600 段小曲线半径(m)(1 600) (1 200) (800) (800) (600) (500) 牛从上表分析,曲线静态圆顺度,速度以120kmlh、曲线半径R以800m为界限合适;小于800m可参照铁路线路维修规则表3.7.6办
21、理。(2)速度与曲线半径划分商围分析:按本规范第3.0.3条曲线外轨最大超高及表3.0.5的允许欠超高及欠超高与过超高之和的规定。在最大超高hmax= 150 mm时,欠超高hq= 75 mm,速度为120kmlh, v = 4.37 JR , R为754m,困难条件hq= 90 mm , V = 4.5/豆,则R为711.1m,选择800m为确定正矢差分界合适。速度1kmlh时,一般条件V= 4.3 /I?_,困难条件V4.5JR , R分别为1384、1264m。以速度差分析,VmaX均为80km巾,由105 . Vv:_ R=11.8-i旦乙二J旦(hq十hg)采用困难条件,160kml
22、h时,(hq十hgJ= 140mm, R = 1618m; 140kmlh时,(hq十hgJ= 140mm, R = 1 112m; 120kmlh时,(hq十hgJ= 140mm,R =674m。上述分析,说明76号文件半径划分合适。(3)以圆曲线连续正矢差形成圆曲线为复曲线几何形位分析。铁路线路维修规则表3.7.6以R= 650m为例,允许连续差8mm,轨向顺坡率0.8Yoo,半径不同复曲线为R= 650m , f=到000/650= 77 mm , j :t 8 mm时,其复曲线半径在588-125m范围内变化,在标准半径650m的0.9-1.1倍内变化。随着半径的加大,轨向顺坡率在减少
23、,按本规范表3.0.10规定,Rc合同编号96G09)提供的成果报告,给出的道床横向阻力测定值如说明表3.0.1420说明表3.0.14-2道床横向阻力测定值2mm位移时道床横向阻力(kNI枕)地点轨枕(cm) 作业方法运营条件松散初期稳稳定阶段定阶段阶段京九线H 肩宽50分层补碴机养作业6.27 龙川后京山线E型肩宽40全部换新道碴,动6.41 力稳定. 108 . 续说明表3.0.14-22mm位移时道床横向阻力(kN/枕)地点轨枕(cm) 作业方法运营条件松散初期稳稳定阶段定阶段阶段大秦线皿型肩宽40稳定的道床11.82 大秦线E型肩宽40稳定的道床12.35 堆高15大秦线E型肩宽40
24、稳定的道床10.30 堆高1569型,直线肩宽40起道40mm捣固后4.75 沪宁线肩宽40动力稳定6.43 沪杭线肩宽40运量12万t8.14 肩宽40起道之前稳定的道床12.8 69型、直线肩宽45起道60mm捣固后3.34 沪宁线肩宽45动力稳定5.31 沪杭线肩宽45运量12万t6.83 肩宽45起道之前稳定的道床根据测试分析,因型枕建议初期稳定阶段道床横向阻力不低于7.5kN/枕;稳定阶段道床横向阻力不低于12kN/枕。道床纵向阻力与横向阻力有关。当横向阻力足够时,纵向阻力即达到设计标准,报告建议皿型枕道床稳定阶段的纵向阻力值不低于14kN/枕。(6)根据铁-局、北京局、广铁集团、铁
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