第一章高速鐵路概論[共28頁][共28頁]

1、第一章 高速鐵路概論,第一節(jié) 高速鐵路的產(chǎn)生及發(fā)展,一、高速鐵路的產(chǎn)生,1825年，英國人修建了世界上第一條鐵路。鐵路運輸?shù)奶攸c：運量大、 可靠性高、全天候,提高列車速度是鐵路賴以生存和適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的唯一出路,1903年，德國 時速210KM/H,1955年，法國 時速331KM/H,1964年10月1日，世界上第一條高速鐵路-日本東海道新干線,20世紀(jì)80年代，世界鐵路進(jìn)入“第二發(fā)展期”-高速鐵路的大發(fā)展期,日本新干線上的300及700系高速列車,二、高速鐵路的發(fā)展,高速鐵路是現(xiàn)代世界鐵路的一項重大技術(shù)成就，它集中反映了一個國家鐵路牽引動力、線路結(jié)構(gòu)、車輛技術(shù)、制造工藝、列車運行控制、運

2、輸組織和經(jīng)營管理水平等方面的發(fā)展和進(jìn)步，也集中體現(xiàn)了一個國家科技和工業(yè)化發(fā)展的水平以及鐵路運輸組織管理的水平,在亞洲，日本，高速鐵路被譽為日本“經(jīng)濟(jì)起飛的脊梁,在亞洲，臺灣，2003年，臺北-高雄（345KM/H,在亞洲，韓國，2004年，漢城-釜山（300KM/H,在歐洲，高速鐵路建設(shè)始于法國,臺灣高速鐵路上的700T電聯(lián)車,三、高速鐵路的概念,一條鐵路是否能稱為高速鐵路，即高速鐵路的定義，它有一個產(chǎn)生、發(fā)展、形成的過程,定義:列車在主要區(qū)間能以200KM/H以上速度運行的干線鐵道稱為高速鐵路,1985年，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會將高速鐵路的列車最高運行速度規(guī)定為：客運專線300KM/H,客貨混

3、線250KM/H,當(dāng)今世界上，鐵路速度的分檔規(guī)定為：時速100-120KM/H稱為常速，120-160KM/H稱為中速，160-200KM/H稱為準(zhǔn)高速或快速，時速200-400KM/H稱為高速，時速400KM/H以上稱為特高速,四、高速鐵路的形式,一）按列車的動力配置方式：動力集中性型和動力分散型,二）按列車的轉(zhuǎn)向架方式：獨立式和鉸接式（用鉸鏈把兩個物體連接起來的一種形式,第二節(jié) 高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征,鐵路運輸包括機(jī)車車輛、線路橋隧、通信信號、牽引供電、運輸組織及安全保障等系統(tǒng),一、高速鐵路是當(dāng)代高新技術(shù)的集成,高速鐵路的誕生是繼航天事業(yè)之后，世界上最龐大、最復(fù)雜的現(xiàn)代系統(tǒng)工程,二、高速鐵

4、路的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點,一）速度快,二）安全性好,三）運能大,五）污染輕,四）能耗低,六）占地少,八）舒適度高,七）造價低,九）效益好,第三節(jié) 我國高速鐵路的規(guī)劃與建設(shè),一、我國發(fā)展高速鐵路的必要性,一）高速鐵路是我國經(jīng)濟(jì)及社會發(fā)展的需要,二）高速鐵路的比較優(yōu)勢決定其在運輸市場競爭中的重要地位,三）高速鐵路額發(fā)展符合我國國情的需要,四）高速鐵路的建設(shè)符合我國城市化發(fā)展戰(zhàn)略的需要,二、我國高速鐵路發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃,一）我國高速鐵路的發(fā)展目標(biāo),二）我國高速鐵路的發(fā)展模式,1、繁忙干線客貨分線，建設(shè)大能力客運通道,2、中心城市間建設(shè)客運專線，實現(xiàn)旅客運輸高速化,3、繁忙單線客貨分線，全面提升旅客運輸質(zhì)量

5、,三、我國高速鐵路的布局原則,四、我國高速鐵路的布局規(guī)劃,其他國家 日本：作為世界上最早開始發(fā)展高速鐵路的國家，日本政府在1970年發(fā)布第71號法令，為制定全國新干線鐵路發(fā)展的法律時，對高速鐵路的定義是，凡一條鐵路的主要區(qū)段，列車的最高運行速度達(dá)到200公里/小時或以上者，可以稱為高速鐵路。 美國：美國聯(lián)邦鐵路管理局對“高速鐵路”的官方定義為最高營運速度高于145公里/小時(90 mph)的鐵路。但從社會大眾的角度，“高速鐵路”一詞在美國通常會被用來指營運速度高于160公里/小時的鐵路服務(wù)，這是因為在當(dāng)?shù)爻税⑽鳂房炀€(最高速度240公里/小時)以外并沒有其他營運速度高于128公里/小時(80

6、mph)的鐵路客運服務(wù)。 中國:中國鐵道部對“高速鐵路”的定義分為兩部分：既有線改造達(dá)到200公里/小時和新建時速達(dá)到200250公里/小時的線路，在這部分線路上運營的時速不超過250公里/小時的列車稱為“動車組”；以及新建的時速達(dá)到300350公里/小時的線路，這部分線路上運營的時速達(dá)到300公里/小時及以上的列車稱為“高速動車組,世界各地營運的高鐵 日本新干線東海道新干線：東京站至新大阪站，全長515.4 公里。 山陽新干線：新大阪站至博多站，全長553.7 公里。 東北新干線：東京站至新青森站，全長674.9 公里。 上越新干線：大宮站至新潟站，全長269.5 公里。 北陸新干線：高崎站

7、至長野站，全長117.4 公里。 九州新干線：博多站至鹿兒島中央站，全長256.8 公里 秋田新干線：盛岡站至秋田站，全長127.3 公里。 山形新干線：福島站至新莊站，全長148.6 公里。 法國TGV東南線：巴黎至里昂。 大西洋線：巴黎至圖爾和勒芒。 北線：巴黎至加來和比利時邊境。 羅納-阿爾卑斯線：東南線至瓦朗斯。 地中海線：瓦朗斯至馬賽。 東線：巴黎至斯特拉斯堡。 德國ICE漢堡經(jīng)漢諾威、法蘭克福至弗賴堡、瑞士巴塞爾。 漢堡經(jīng)不來梅、漢諾威、富爾達(dá)、紐倫堡至慕尼黑。 漢堡經(jīng)柏林、萊比錫、紐倫堡至慕尼黑。 漢堡經(jīng)多特蒙德、科隆、法蘭克福至斯圖加特、慕尼黑或弗賴堡、瑞士巴塞爾。 漢堡、不來

8、梅經(jīng)漢諾威至柏林。 巴塞爾(瑞士)、弗賴堡、斯圖加特經(jīng)法蘭克福至柏林。 薩爾布呂肯 經(jīng)法蘭克福、萊比錫或哈勒、至柏林或德累斯頓。 多特蒙德、明斯特經(jīng)過埃森、科隆、法蘭克福國際機(jī)場至紐倫堡慕尼黑。 西班牙AVE馬德里至塞維利亞，經(jīng)雷阿爾城(Ciudad Real)、Puertollano、科爾多瓦。 馬德里至巴利亞多利德，經(jīng)塞哥維亞。 馬德里至巴塞羅那，經(jīng)瓜達(dá)拉哈拉、Calatayud、薩拉戈薩、Lleida、塔拉戈納-Camp de Tarragona。 馬德里至韋斯卡，經(jīng)瓜達(dá)拉哈拉、Calatayud、薩拉戈薩。 馬德里至馬拉加，經(jīng)雷阿爾城、Puertollano、科爾多瓦、安達(dá)克拉(Ant

9、equera)。 巴塞羅那至塞維利亞，經(jīng)薩拉戈薩、馬德里、科爾多瓦。 巴塞羅那至馬拉加，經(jīng)薩拉戈薩、馬德里、科爾多瓦,第四節(jié) 高速鐵路線路,一、概述 高速鐵路線路是保證高速列車按規(guī)定的最高速度安全、平穩(wěn)和不間斷運行的基礎(chǔ)和前提。因此，高速鐵路線路都應(yīng)當(dāng)具有一定的堅固性和穩(wěn)定性,高速鐵路要求軌道具有穩(wěn)定性、可靠性、良好的彈性和便于維修等特征，傳統(tǒng)的砟軌道結(jié)構(gòu)難以滿足這些要求，因此，我國高速鐵路主要采用無砟軌道結(jié)構(gòu),有砟軌道是指在路基上面使用石渣作為道床，石渣就是石頭子，其要求是構(gòu)造均勻，堅硬，耐風(fēng)化，沖擊韌性好，富有彈性，有利于排水等特點。無砟軌道是指在路基上面沒有石子，而采用整體式道床板，道床

10、板是在后方工廠預(yù)制好的。一般是3米寬5米長。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)制時會將鋼軌的扣件預(yù)埋在其中。無砟軌道在中國一般應(yīng)用于客運專線。也就是高速鐵路。特點是構(gòu)造時速高，鋪設(shè)速度快。列車運行更平穩(wěn)。但同時造價高,道床是軌道的重要組成部分，是軌道框架的基礎(chǔ)。道床通常指的是鐵路軌枕下面，路基面上鋪設(shè)的石碴（道碴）墊層。主要作用是支撐軌枕，把軌枕上部的巨大壓力均勻地傳遞給路基面，并固定軌枕的位置，阻止軌枕縱向或橫向移動，大大減少路基變形的同時還緩和了機(jī)車車輛輪對對鋼軌的沖擊，便于排水,高速鐵路要求嚴(yán)格控制路基工后沉降，不均勻沉降和路基的初始不平順,高速鐵路的高速度、高舒適性、高安全性、高密度連續(xù)運營等特點對高

11、速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和整體性提出了嚴(yán)格的要求,二、 高速鐵路線路的平面及縱斷面,一）高速鐵路線路的特征,1、高平順性：是設(shè)計、建設(shè)高速鐵路的控制性條件，也是高速鐵路有別于中、低速鐵路的最主要特點之一。因此，必須從線形、路基、道床、鋼軌、橋梁等各方面采取保證措施，才能實現(xiàn)高平順性要求。 2、高穩(wěn)定性：穩(wěn)定、沉降小且沉降均勻的平順路基是高平順性軌道的基礎(chǔ)。路基的穩(wěn)定性主要靠控制路基工后沉降、不均勻沉降以及路基頂面的初始不平順來保證。 3、高精度、小殘變、少維修：嚴(yán)格控制軌道鋪設(shè)精度是實現(xiàn)軌道初始高平順的保證。 4、寬大、獨行的線路空間 5、高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境保護(hù) 6、開通運營之日，列車即以設(shè)計速度運行

12、7、運營中，實行科學(xué)的軌道管及嚴(yán)密的防災(zāi)安全監(jiān)控,二）高速鐵路對線路平面的要求 線路平面是由直線和曲線組成。曲線一般能較好的適應(yīng)地形變化，減少施工工作量。 軌道的高平順性，要求其空間線路曲線盡可能平滑，即線路平縱斷面的變化盡可能平緩。 正線線路的平面圓曲線半徑應(yīng)因地制宜，合理選用。優(yōu)先選用常用曲線半徑，慎用最小和最大曲線半徑。必要時刻采用最大與最小曲線半徑間100m整倍數(shù)的曲線半徑。 注解：因列車在高速通過彎道時由于離心力作用向彎道的外側(cè)產(chǎn)生橫向力，會對鋼軌產(chǎn)生擠壓，外翻。（參看：2008年膠濟(jì)鐵路列車相撞事故），為了保證列車的行駛安全，在鐵路的設(shè)計和建造時，國家修規(guī)對不同速度等級的鐵路規(guī)定了

13、車輛可以安全通過的圓曲線的最小半徑，就是線路的最小曲線半徑。高速鐵路和平原地區(qū)干線鐵路一般比較平直，用較大的曲線半徑；山區(qū)鐵路、工廠支線、車輛段道岔的咽喉區(qū)、編組站、城市地鐵等受地形的制約較大的地段，只能使用較小的曲線半徑，列車必須限速通過,三）線路縱斷面要求,坡度的設(shè)計應(yīng)適應(yīng)地形，合理選用,區(qū)間正線的最大坡度應(yīng)根據(jù)地形條件和動車組功率，經(jīng)牽引計算驗算并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選分析后確定,豎向離心力和豎向離心加速度對列車運行的安全性和旅客舒適性有影響，因而，豎曲線半徑?jīng)Q定于列車運行的安全性和旅客乘坐的安全性和旅客乘坐的舒適性要求。 區(qū)間正線的最小豎曲線半徑應(yīng)根據(jù)所處區(qū)段設(shè)計最高速度按表2-3選用，但最大

14、豎曲線半徑不得大于40000m,三、 高速鐵路軌道,一）高速鐵路對軌道的要求,1、穩(wěn)定的軌道結(jié)構(gòu)：高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)備和材質(zhì)都有比較大的加強(qiáng)，軌道各部件的靜力強(qiáng)度已不是對軌道整體結(jié)構(gòu)承載能力起控制作用的因素,2、平順的運行表面：為保證列車高速運行的需要，要求軌道必須提供平順的運行表面,3、良好的軌道彈性：高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)能否具有良好的彈性十分重要，軌道具有良好的彈性，不僅可以使軌道具有較強(qiáng)的抗振動與抗沖擊能力，而且有利于減少噪聲干擾，因此，軌道結(jié)構(gòu)具有良好的彈性是各國高速鐵路追求的目標(biāo),4、可靠的軌道部件,5、便利的養(yǎng)護(hù)維修,二）高速鐵路軌道結(jié)構(gòu),高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要類型有有砟軌道和無砟

15、軌道,有砟軌道具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特性好等優(yōu)點,無砟軌道具有維修費用少、使用壽命長、線路狀況良好、不易脹軌跑到、高速行車時不會有石砟飛濺等優(yōu)點,無砟軌道由鋼軌、道岔、扣件和軌下基礎(chǔ)組成,無砟軌道的優(yōu)點和缺點： 優(yōu)點：1、消除了由于散粒體道砟的破碎、粉化、道床的形變而導(dǎo)致軌道幾何形態(tài)惡化和日益增加的軌道維修工作量。 2、整體化軌下基礎(chǔ)給軌道提供了更為強(qiáng)大的縱、橫向阻力，提高了軌道的穩(wěn)定性。 3、在剛性整體混凝土底座上，安裝橡膠墊板，橡膠靴套或現(xiàn)場澆注的CA砂漿墊層等彈性元件提供的軌道彈性，比在土路基上的碎石道床提供的軌道彈性更具均勻性。 缺點：1、散粒體碎石道床可通過起、

16、撥、搗作業(yè)，方便地對軌道幾何形態(tài)的變化進(jìn)行整治和修理。 2、無砟軌道為剛性基礎(chǔ)，其軌道整體彈性差。 3、無砟軌道的基礎(chǔ)一旦出現(xiàn)變形或破壞，其整治和修復(fù)相對困難。 4、無砟軌道的工程費用比有砟軌道高。 無砟軌道的類型： 1、板式無砟軌道：由鋼軌、扣件，預(yù)制混凝土軌道板、乳化瀝青水泥砂漿調(diào)整層（簡稱CA砂漿調(diào)整層）、混凝土凸形擋臺及混凝土底座等部分組成。 2、雙塊式無砟軌道：由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板、底座等部分組成。 3、長枕埋入式無砟軌道：由整體式混凝土枕和現(xiàn)場澆注的混凝土道床組成。他包括鋼軌、扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座,三）高速鐵路軌道檢測與維護(hù) 高速鐵路軌道不平順的維

17、修管理工作，仍應(yīng)堅持預(yù)防為主，管小防大的原則。 1、高速鐵路軌道不平順的安全管理（緊急補修和限速管理） （1）、緊急補修和限速管理標(biāo)準(zhǔn)； （2）、緊急補修和限速管理的實施； 2、軌道不平順的預(yù)防性計劃維修管理 3、軌道不平順的日常養(yǎng)護(hù)管理 4、高速軌道幾何狀態(tài)檢測車及輔助檢測設(shè)備 （1）、高速軌道檢查車 （2）、輕型軌道不平順檢測小車 （3）、車體振動加速度檢測 （4）、軌面短波不平順檢測 （5）、長波不平順的檢測 四、高速鐵路道岔的養(yǎng)護(hù)維修與管理 1、初期養(yǎng)護(hù) 2、經(jīng)常養(yǎng)護(hù),四、高速鐵路路基,一）高速鐵路路基的結(jié)構(gòu)和特點,1、高速鐵路路基的結(jié)構(gòu) 路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫線路下部結(jié)構(gòu)，承受軌道和

18、機(jī)車車輛荷載，主要由以下三部分組成。 （1）路基本體：在各種路基形式中，為了能按線路設(shè)計要求鋪設(shè)軌道而構(gòu)筑的部分，稱為路基本體。路基本體由路基頂面、路肩、基床、邊坡、基底幾部分構(gòu)成，路基本體是直接鋪設(shè)軌道結(jié)構(gòu)并承受列車荷載的部分，如路堤、路塹等。 （2）路基防護(hù)和加固建筑物：它屬于路基的附屬建筑物，是為確保路集體的穩(wěn)固性而采用的必要的經(jīng)濟(jì)合理的附屬工程措施。 路基防護(hù)設(shè)備用于防止或削弱風(fēng)霜雨雪、氣溫變化及流水沖刷等各種自然因素對路基體所造成的直接或間接的有害影響。常用的防護(hù)設(shè)備是坡面防護(hù)和沖刷防護(hù)。 路基加固設(shè)備是用于加固路集體或地基的工程設(shè)施。 （3）路基排水設(shè)備：它屬于路基的附屬建筑物，路

19、基的排水設(shè)備分地面排水設(shè)備,和地下排水設(shè)備兩種。地面排水設(shè)備用以攔截地面徑流，匯集路基范圍內(nèi)的雨水并使其暢通的流向天然排水溝谷，以防止地面水對路基的浸濕、沖刷而影響其良好狀態(tài)。地下排水設(shè)備用以攔截、疏導(dǎo)地下水和降低地下水位，以改善地基土和路基邊坡的工作條件，防止或避免地下水對地基和路集體的有害影響，如排水溝，側(cè)溝，天溝等,2、高速鐵路路基的特點,1）高速鐵路路基的多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng); （2）控制變形是軌下系統(tǒng)（路基）設(shè)計的關(guān)鍵,二）高速鐵路對路基的要求及處理措施 1、對路基的要求 （1）路基要達(dá)到高速鐵路軌道高平順的要求。 （2）路基必須滿足高速鐵路對工后沉降的要求。 （3）必須嚴(yán)格控制路基的不均勻

20、沉降。 （4）必須控制路基的初始不平順。 2、處理措施 （1）提高路基填筑標(biāo)準(zhǔn)且強(qiáng)化基床結(jié)構(gòu)； 將路基作為土工機(jī)構(gòu)物來進(jìn)行設(shè)計與施工，對填筑材料、壓實標(biāo)準(zhǔn)、變形控制、 檢測要求等較現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)有很大提高，同時強(qiáng)化基床結(jié)構(gòu)，特別是基床表層,2）嚴(yán)格控制路基沉降變形 高速行車需要高度平順和穩(wěn)定的軌下基礎(chǔ)，控制變形是高速鐵路路基設(shè)計的關(guān)鍵。 路基沉降變形主要包括三個方面：列車行駛中路基面產(chǎn)生的彈性變形，長期行車引起的機(jī)床累積下沉（塑性變形），路基本體填土及地基的壓縮下沉,客運專線路基設(shè)計暫行規(guī)定中規(guī)定：“路基工后沉降量一般地段不應(yīng)大于5cm,沉降速率應(yīng)小于2cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不應(yīng)

21、大于3cm.無砟軌道路基工后沉降量一般地段不應(yīng)大于2cm,三）高速鐵路軟土地基的處理,我國軟土絕大部分分布于東部沿海地區(qū)，主要集中在濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍，多為河相、海相或泄湖相沉積層，多處于飽和的正常壓密固結(jié)狀態(tài)，土的類別多為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)亞黏土，在南方少數(shù)地區(qū)也有淤泥質(zhì)混砂層存在。軟土的主要特點：含水量高，孔隙比大、低干密度、高壓縮性、低透水性、中等靈敏度。軟土地基在工程上主要表現(xiàn)為壓縮量大，排水固結(jié)緩慢，地基穩(wěn)定性差等特性,1、換填法 當(dāng)軟土地基的承載力和變形滿足不了設(shè)計要求，而軟土層的厚度又不是很大時，將路基地面下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖去，然后分層換填強(qiáng)度

22、較大的砂（碎石、素土、灰土、二灰土等）或其他強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，并用人工或機(jī)械方法壓實至要求的密實度為止，這種地基處理的方法稱為換填法。 換填土法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層和低洼區(qū)域處理，還適用于處理濕陷性黃土、膨脹土和季節(jié)性凍土等一些區(qū)域性特殊土。換填土法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)，但也不宜小于0.5m，因為墊層太薄，換土墊層的作用不顯著,對軟土地基有以下處理方法,2、排水固結(jié)法： 排水固結(jié)法處理軟基是在路基施工前，對天然路基或已設(shè)置豎向排水體的路基上加載預(yù)壓，使土體固結(jié)沉降基本完成或大部分完成，從而提高地基土強(qiáng)度，減少地基工后沉降的一種地基加固方法。 排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組成,換填土法的墊層常用材料為砂、砂石、素土、灰土、二灰土等無黏性土，因為這類土的強(qiáng)度大，壓縮性小，透水性好，比較容易使之密實，且在不少地區(qū)料源豐富，因而廣泛使用,排水固結(jié)系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構(gòu)成，主要作用是改變地基的排水邊界條件，縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當(dāng)軟土層靠近地表且較薄或土的滲透性好且施工周期較長時，可在地面鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，不設(shè)豎向排水通道。土中的孔隙水在外荷載作用下排