任务1　铁路线路概述

1.铁路线路认知

铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。它直接承受机车车辆轮对传来的压力，必须经常保持完好状态，才能保证列车能按规定的最高速度安全、平稳和不间断地运行，使铁路物流企业质量良好地完成货物运输任务。

（1）铁路建设与运营

一条铁路线路（新建或改建）从规划到运营，必须严格按照国家法定程序进行，符合国家技术标准。铁路建设与运营基本程序包括3个阶段、8个步骤。

①前期工作阶段。主要进行方案研究、初测和初步设计工作。

②基本建设阶段。主要进行定测、技术设计和施工图设计、工程施工、验收交付投产。

③后期评价阶段。铁路运营若干年后，由建设单位会同有关部门，对立项决策、设计施工、运营效益等进行系统评价。

（2）铁路等级和技术标准

①铁路等级

铁路等级是铁路的基本标准，设计铁路时，首要任务就是确定铁路等级。设计、建设和设备购买时，铁路的技术标准和装备类型都要根据铁路等级选定。

我国《铁路线路设计规范》规定，铁路等级应根据其在路网中的作用、性质、旅客列车设计行车速度和客货运量确定。我国铁路划分为4个等级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级。等级的划分是根据具体线路在路网中的作用和近期年客货运量来确定的，具体条件见表2.1。

②铁路主要技术标准

铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路的能力设计，实质上是选定主要技术标准。同时这些标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，并且是确定设计线一系列工程标准和设备类型的依据。

选定铁路主要技术标准是设计铁路基本决策，应根据运输需求和确定的铁路等级，综合考虑资源、自然条件等因素，反复论证研究，慎重决定。

（3）铁路线路的平面和纵断面

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）在垂直面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的坡度变化。

从运营角度，线路既直又平最为理想。但现实中，过于平直的线路将导致工期延长、工程造价提高；过于随山就势的线路，虽然会降低工程造价、缩短工期，但会降低列车运行速度、舒适度，甚至影响行车安全。

因此，选定线路的空间位置，应该综合考虑工程和运营的要求，通过方案比较，在满足运营基本条件的前提下，尽量减少工程量，降低造价。

①铁路线路的平面

铁路线路平面由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成，如图2.1所示。

a.列车受到的阻力类型

列车在线路上运行，总会受到各种阻力。阻力方向与列车运行方向相反。归纳起来，阻力主要有基本阻力和附加阻力两大类。

基本阻力是指列车在空旷地段沿平、直轨道运行时所受到的阻力，包括车轴与轴承之间的摩擦阻力、轮轨之间的摩擦阻力以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是存在的。

附加阻力是列车在线路上运行时，除基本阻力外所受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定。

b.圆曲线与缓和曲线

在平面图上，铁路曲线包括圆曲线和缓和曲线。

铁路线路在转向处所设曲线为圆曲线，其基本要素有：曲线半径（R）、曲线转向角（α）、曲线长度（L）、切线长度（T），如图2.1所示。

线路平面上有了曲线（弯道）后，列车通过曲线时，由于离心力的作用，使外侧车轮轮缘和外轨内侧的挤压摩擦增大；同时还由于曲线外轨长于内轨，内侧车轮在轨面上滚动时产生相对滑动，从而给运行中的列车造成一种附加阻力，称为曲线阻力。

列车在曲线上行驶速度越快，所产生的离心力也就越大，为保证列车运行安全、平稳和舒适，必须限制列车通过曲线时的速度。

为了保证线路的通过能力，并有一个良好的运营条件，设计线路时，对区间的最小曲线半径做了具体规定，见表2.2。

为保证列车安全、平顺、舒适地在直线与圆曲线间过渡，以避免离心力的突然产生和消除，通常在直线与圆曲线或不同半径圆曲线之间设置一段曲率连续变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线，如图2.2所示。缓和曲线使离心力逐渐增加或减少，不至于造成列车横向强烈摇摆。

c.线路平面图

用一定比例尺，把线路中心线及两侧的地形地貌投影到水平面上，就得到线路平面图，如图2.3所示。

②铁路线路的纵断面

铁路线路纵断面由平道、坡道和竖曲线组成。

a.坡道

坡度指坡道线路中心线与水平夹角的正切值，即一段两端点的高差与水平距离之比，通常用千分率来表示。

限制坡度指在一个区段上，决定一台某一类型机车所能牵引的货物列车重量（最大值）的坡度。一般情况下，它往往和区段内陡长上坡道的最大坡度值相当。该值影响一个区段甚至全铁路线的运输能力。我国《铁路技术管理规程》规定了最大限制坡度的数值。

b.竖曲线

变坡点指平道与坡道、坡道与坡道的交点。列车经过时，坡度的突然变化会导致两车车钩错位移动，易发生断钩、脱钩等事故。为了保证列车运行安全与平稳，在Ⅰ级、Ⅱ级铁路线路，相邻坡段的坡度代数差的绝对值大于3‰、Ⅲ级线路大于4‰时，应以竖曲线连接，如图2.4所示。竖曲线是圆曲线，半径为Ⅰ级、Ⅱ级铁路10000m，Ⅲ级铁路5000m。

c.线路纵断面图

用一定比例尺，把线路中心线（展直后）投影到垂直面上，并标明平面、纵断面的各项有关资料，就成为线路纵断面图，如图2.5所示。

③线路标志

线路标志是沿铁路线路设置的固定标桩，其作用是向行车人员和线路养护维修人员显示铁路建筑物、线路设备等的位置或状态。

铁路线路标志常见的有公里标、半公里标、曲线标、圆曲线和缓和曲线的始终点标、桥梁标、坡度标等，如图2.6所示。

2.铁路线路构成

铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。

（1）路基

路基是轨道的基础，是铁路线路的重要组成部分。它直接承受轨道的重量，承受机车车辆及其荷载传来的压力。

路基工程主要由路基本体、路基防护和加固建筑物、路基排水设备三部分组成，如图2.7所示。

①路基本体

a.路堤

当路肩设计标高高于天然地面时，路基以填筑方式构成，称为路堤，如图2.7（a）所示。

b.路堑

当路肩设计标高低于天然地面时，路基以开挖方式构成，称为路堑，如图2.7（b）所示。

②路基防护和加固建筑物

路基坡面地表水流对坡面影响，时间越久洗蚀破坏作用越大，路基边坡稳定性变差。为了防护坡面，会设置挡土墙等拦挡建筑物，采取种草、植树、抹面、灌浆、砌石护坡等措施。

③路基排水

为保持路基经常处于干燥、坚固和稳定状态，路基有一套完整排水设备排除地表水、地下水，如纵向排水沟、侧沟、截水沟、渗沟、渗管等，如图2.7所示。

（2）桥隧建筑物

当铁路线路要通过江河、谷地、山岭，跨越公路、铁路时，需要修建桥隧建筑物，包括桥梁、涵洞、明渠、隧道等。

①桥梁

桥梁主要由桥面、桥跨结构、墩台及基础三部分组成，如图2.8所示。

②隧道

铁路隧道是线路跨越山岭时，为避免开挖很深的路堑或修建很长的迂回线，而修建的穿越山岭的建筑物。隧道是铁路线路的重要组成部分。

隧道一般由洞身、衬砌、洞门、避人（车）洞等组成。

③涵洞

涵洞设在路堤下部的填土中，是用以通过水流或行人的一种建筑物。

④道口、交叉

铁路道口和人行过道均应设置道口标志、道口路段标线、司机鸣笛标及护桩，根据需要设置栅栏或其他安全防护设施。

一切车辆、自动走行机械和牲畜，必须在立体交叉或平交道口处通过铁路。

（3）轨道

轨道铺设在路基、桥隧建筑物修成之后进行。轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成，如图2.9所示。位于铁路路基上，对机车车辆运行进行导向，承受车轮传来的荷载，并把它传递给路基或桥隧建筑物。

轨道是一个整体性工程结构，经常处于列车运行强大作用力下，其各个组成部分必须具有足够强度和稳定性，保证行车安全和顺畅。

①轨道的组成

a.钢轨

钢轨直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，具有足够强度、稳定性和耐磨性。我国采用抗弯性能佳的“工”字形宽底式钢轨，其由轨头、轨腰和轨底三部分。

b.联结零件

联结零件包括钢轨接头联结零件（钢轨与钢轨，夹板、螺栓、螺帽和弹性垫圈等）和中间联结零件（钢轨与轨枕，扣件，使钢轨紧扣在钢轨上）。

c.轨枕

轨枕作用是支承钢轨，并将钢轨传来的压力传递给道床，保持钢轨位置和轨距。因此，轨枕应具有必要的坚固性、弹性和耐久性，造价低、制作简单、铺设及养护方便。

d.道床

道床的作用是支承轨枕，把压力均匀传给路基，并固定轨枕位置，阻止轨枕横向或纵向移动，缓和机车车辆对钢轨的冲击，调整线路的平面和纵断面，包括碎石道床和整体道床。

e.防爬设备

列车运行时纵向力的作用，使钢轨产生纵向移动，有时甚至带动轨枕一起移动，这种现象叫轨道爬行。爬行导致轨缝不匀、轨枕歪斜等线路病害。防爬措施一方面加强钢轨与轨枕间扣压力和道床阻力；一方面设置防爬器、防爬撑等。

f.道岔

道岔是一种使机车车辆从一股道转入或越过另一股道的线路连接设备，大量铺设。常见的普通单开道岔由转辙器、辙叉及护轨、连接部分组成。

目前，我国铁路主要使用9号、12号、18号、30号道岔，允许的侧线通过速度分别为30km/h、45km/h、80km/h、140km/h。

②无缝线路

无缝线路也叫长钢轨线路，就是把若干根标准长度的钢轨焊接成200～250m轨条，再在现场焊接成为1000～2000m而铺设的铁路线路。特点是接头少、行车平稳、轨道磨耗小、养护工作量小。

③混凝土宽枕和整体道床

混凝土宽枕用钢筋混凝土制成，外形类似普通混凝土轨枕，但比普通混凝土枕宽、薄一些，也称轨枕板。

混凝土宽枕外观整齐美观，密排铺设在压实的清洁的碎石道床上，不易发生坑洼不平和道床脏污。由钢轨传来的荷载对宽枕的偏心小、稳定性好。由于支承面积大，与混凝土枕比较，轨道下沉量明显减小，能减缓道床永久变型的积累，线路平顺，减少了维修养护工作量。

整体道床也称无砟轨道，在坚实基底上由混凝土整体灌注而成的道床，道床内可预埋木枕、混凝土枕或混凝土短枕，也可在混凝土整体道床上直接安装扣件、弹性垫层和钢轨，又称为整体轨道。整体道床具有以下优点：整体性强，轨道几何形位易于保持，稳定性好；轨道变形很小，发展较慢，有利于铺设无缝线路及高速行车；减少养护维修工作量，改善劳动工作条件；减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量）；外观整洁美观，坚固耐久。但是工程投资费用高，要求较高的施工精度和特殊的施工方法，对扣件和垫层也有特殊要求，在运营过程中，一旦出现病害，整治非常困难，振动噪声大。我国主要应用于铁路隧道、无砟桥梁上。

（4）限界

为了确保机车车辆和货物运行的安全，防止其在运行中与沿线建筑物或设备相接触，同时对在线路上运行的机车车辆横向尺寸也有必要进行一定限制，铁路规定了各种专门限界。其中与超限超重货物运输有关的限界主要包括：机车车辆限界、建筑限界和超限限界等。

①机车车辆限界

机车车辆限界系指机车车辆在设计制造时，各部位距钢轨平面最高和距线路中心线的垂直面最大尺寸的轮廓图（如图2.10所示），它是机车车辆横断面极限轮廓。当机车车辆停留在水平直线上，其纵中心线和线路中心线处于同一垂直平面上时，机车车辆（除电力机车的受电弓外）的任何部分均不得超出该限界尺寸。

其最大高度处距轨面4800mm，最大半宽在距轨面1250～3600mm高度范围内为1700mm。

②建筑限界

铁路建筑限界系指除了机车车辆和与机车车辆有相互作用的设备（车辆减速器、路签授受器、接触电线及其他）外，其他任何建筑物或设备距钢轨平面最低和距线路中心线的垂直面最小尺寸的轮廓图。

铁路超限货物运输研究中采用的建筑限界是客货共线铁路建筑限界（v≤160km/h）。该建筑限界1959年作为国家标准颁布时称为建筑接近限界，1983年改称标准轨距铁路建筑限界，分为基本建筑限界（如图2.11所示）、隧道建筑限界、桥梁建筑限界。

基本建筑限界最大高度处距轨面5500mm，最大半宽距线路中心线所在垂直平面为2440mm。

由于隧道及桥梁的结构、施工特点以及线路的维修、养护、巡查等要求，导致隧道、桥梁建筑限界均比基本建筑限界要大。

③超限限界

作为货物装车后是否超限以及超限的严重程度的判定标准，铁路规定了的各级超限限界。

a.一级限界：一级超限货物装载的最大轮廓图如图2.12（a）所示，超过此限界即为二级超限。其最大高度处距轨面4950mm，最大半宽在距轨面1250～3600mm高度范围内为1900mm。

b.二级限界：二级超限货物装载的最大轮廓图如图2.12（b）所示，超过此限界即为超级超限。其最大高度处距轨面5000mm，最大半宽在距轨面1250～3600mm高度范围内为1940mm。

3.铁路线路维修

铁路线路在机车车辆、列车的动力作用下，在雨、雪、风沙和温度变化的自然条件侵蚀下，会产生变形和损害，发生各种病害，如钢轨磨损、轨枕腐朽、损坏、道床脏污、路基松软、下沉、翻浆、轨道爬行以及轨距、水平、方向、高低变化，积累起来将削弱轨道强度和稳定性，将加剧冲击振动，影响列车高速、平稳运行，甚至威胁行车安全，严重的会引起脱轨、颠覆事故。因此，必须加强线路的养护与维修，保证线路经常处于完好状态，保障列车按规定速度安全运行，延长线路使用寿命。

线路养护与维修由铁路局工务处承担领导。工务段是基层生产单位，负责领导、实施线路维修工作。此外，还有线路、桥隧大修队，负责管内线路、桥隧大中修，无缝线路铺设。

线路养护与维修主要包括线路的经常维修和线路的大、中修。

（1）线路经常维修

线路经常维修的基本任务是经常保持线路状态的完好，包括综合维修（计划维修）、紧急补修、重点病害整治和巡道工作等。

①综合维修

按周期对线路进行综合性能修理，改善轨道弹性，调整几何尺寸，整修更换零部件，以恢复线路的完好状态。我国规定所有正线、到发线、道岔和主要站线、专用线每年必须做一次计划维修。综合维修是预防病害、保持线路经常良好的重要方法。

②紧急补修

当出现超过容许误差的线路质量时，进行紧急补修。

③重点病害整治

彻底消除线路上长时间存在、工作量大的某些病害，如全面整治接头、爬行、路基翻浆冒泥等。

④巡道工作

巡道工人负责巡视管内钢轨、道岔以及联结零件等状态；查看路基是否有沉陷、塌方、水害等情况以及线路标志、信号完好情况；发现问题，及时处理。

⑤基本作业

基本作业包括起道、拨道、改道、调整轨缝、捣固、清筛道砟等。

（2）线路中修

中修的目的是消灭上次线路大修以后由于列车运行而积累下来，但经常维修又不能消除的病害。中修主要是加强道床。

（3）线路大修

线路大修的目的在于消灭由于列车通过而积累下来的一切永久变形，使大修后的线路质量完全恢复到原有标准或达到更高的标准。

线路大修工作要根据专门的勘测调查和设计文件进行，必须全面规划、按步骤解决。

线路大修内容有：矫正并改善线路的平面和纵断面；全面更换、抽换、修理钢轨；更换、补充轨枕；清筛、更换道床、补充道砟，全面起道并捣固、改善道床断面；整治路基和安装防爬设备等。

（4）线路作业机械化

线路作业费时费力，养路作业机械化成为发展方向。目前，我国大型养路机械捣固车、清筛机、动力稳定车和配砟整形车等运用良好。

进行线路维护时，在列车运行图上专门安排设备综合维修“天窗”，车务、工务、电务等部门协调配合，保证维修安全。