高速鐵路技術(shù)簡介

京滬高速鐵路工程概況

與技術(shù)體系京滬高速鐵路股份有限公司二○○八年一月2023/4/171一、工程概況二、技術(shù)體系構(gòu)成三、軌道四、路基五、橋梁六、隧道七、站后技術(shù)八、質(zhì)量管理與技術(shù)創(chuàng)新主要內(nèi)容2023/4/172一、工程概況●高速鐵路一般是指最高行車速度達到250km/h及以上的新建鐵路和最高行車速度200km/h及以上的既有線提速鐵路。●高速鐵路的發(fā)展趨勢是：設(shè)計速度350km/h。2023/4/173一、工程概況高速鐵路以其占地少、能耗低、污染小、成本低、運量大、全天候的比較優(yōu)勢，在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出方興未艾之勢。截至目前，世界上其他國家或地區(qū)高速鐵路已經(jīng)建成并投入運營的長度達到7412km，正在建設(shè)的長度達2934km，準備建設(shè)的線路長度達9036km，既有線改造成高速鐵路的線路長度達9732km。

2023/4/174一、工程概況我國自1992年實施鐵路提速以來，先后開展了六次大面積提速，200km/h及以上線路長度達到6003km；根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，至2010年建設(shè)客運專線5000km，至2020年建設(shè)客運專線1.2萬km以上，客車速度目標值達到200km/h及以上。2023/4/175京滬高速鐵路是目前世界上標準最高、規(guī)模最大、一次建成線路最長的高速鐵路，是新中國成立以來我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的最大項目。十幾年來，國內(nèi)專家潛心研究，博采眾長，逐步形成適合中國國情路情、具有自主知識產(chǎn)權(quán)、達到世界一流標準的高速鐵路技術(shù)體系，為京滬高速鐵路建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

一、工程概況2023/4/176一、工程概況線路經(jīng)北京、河北、天津、山東、江蘇、安徽、上海等四省三市，銜接環(huán)渤海灣經(jīng)濟帶及長江三角洲經(jīng)濟帶。是一條貫穿東部發(fā)達地區(qū)的交通大通道，線路走向與既有京滬鐵路基本平行線路全長1318km。2023/4/177一、工程概況線路位于東部沿海平原地區(qū),局部地區(qū)通過低山丘陵,大部分地形平坦。平原地區(qū)地質(zhì)條件普遍較差,軟土、松軟土分布較廣，基底松軟，廊坊、天津、滄州、德州以及常州至上海區(qū)域地面沉降較嚴重。2023/4/178一、工程概況冬季施工時間：北京至黃河：4個月（11月至2月）黃河至淮河：3個月（12月至2月）淮河至長江：2個月（12月中旬至2月中旬）長江至上海：1.5個月（1月至2月中旬）沿線土壤最大凍結(jié)深度劃分如下：DIK0+000—DK75+3000.8mDK75+300—DK196+9000.6mDK196+900—DK569+0000.5mDK569+000—DK667+026<0.5mDK665+100—DK1309+150<0.5m2023/4/179沿線經(jīng)過海河、黃河、淮河、長江四大水系，河渠、滯洪、行洪區(qū)密布，跨越5級以上通航河流16處。交通便利，等級以上公路140條。跨越既有鐵路59處。全線涵洞平均3.6處/km，寧滬段平均9.7處/km。一、工程概況2023/4/1710正線技術(shù)標準：鐵路等級：高速鐵路。正線數(shù)目：雙線。設(shè)計速度：350km/h，初期運營速度300km/h?？缇€列車運營速度200km/h及以上。線間距：5.0m。最小曲線半徑：一般7000m；困難5500m。最大設(shè)計坡度：20‰。到發(fā)線有效長度：650m。牽引種類：電力。列車類型：動車組。列車運行控制方式：自動控制。行車指揮方式：綜合調(diào)度。一、工程概況2023/4/1711

主要工程內(nèi)容和數(shù)量：全線正線長度1318km，共有19條聯(lián)絡(luò)線，長度136.012km（單線），動車組走行線累計長度28.481km（單線），既有線改建35.064km（單線），設(shè)5個始發(fā)站、16個中間站和2個越行站。一、工程概況2023/4/1712主要工程內(nèi)容和數(shù)量：全線正線橋梁247座，1061km，占全長的80.5%，箱梁31013孔，T梁2587孔，各種特殊結(jié)構(gòu)397處。設(shè)箱梁預(yù)制場48處。路基241km，占全長的18.3%，主要分布在濟南至徐州、滁州至鎮(zhèn)江段，以及廊坊、滄州、德州、宿州、虹橋等站場內(nèi)。地基處理主要采用CFG樁，總長度2300萬m。土石方5682萬m3。隧道22座16km，占全長的1.2%，主要分布在濟南至徐州、滁州至鎮(zhèn)江段。一、工程概況2023/4/1713主要工程內(nèi)容和數(shù)量：無砟軌道1200.366km(雙線)，占91%，設(shè)預(yù)制板場24處；正線鋪軌2618km（單線）；聯(lián)絡(luò)線及動車走行線鋪軌160km（單線），站線鋪軌355km；道岔1007組。一、工程概況2023/4/1714主要工程內(nèi)容和數(shù)量：房屋面積32.6萬m2（不含虹橋站及相關(guān)工程面積）；接觸網(wǎng)約4000條km；牽引變電所27座；光纖傳輸系統(tǒng)1318正線km；列車控制系統(tǒng)1318正線km。征地66908畝；房屋拆遷509.1萬m2。一、工程概況2023/4/1715工程總體特點本工程是世界上一次建設(shè)標準最高、線路最長、穿越城鎮(zhèn)最多、社會影響最大的高速鐵路，其主要特點是：●建設(shè)標準高：速度高：設(shè)計時速350km、初期運營時速300km。密度大：行車間隔3min。壽命長：主體工程使用壽命100年以上，無砟軌道使用壽命60年以上。從而對軌道的平順性和穩(wěn)定性、基礎(chǔ)工程的沉降和結(jié)構(gòu)變形、列控系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的配置以及工程結(jié)構(gòu)的耐久性提出了高標準要求。一、工程概況2023/4/1716工程總體特點●工程規(guī)模大：一次建設(shè)線路最長：正線長度1318km。橋梁和無砟軌道數(shù)量最大：橋梁1061km，箱梁3萬多孔，樁基礎(chǔ)30多萬根；無砟軌道1200km，軌道板48萬多塊；混凝土6000多萬方。地基處理和路基土石方數(shù)量大：CFG樁2300多萬延米，土石方5600多萬方。從而出現(xiàn)施工設(shè)備多、作業(yè)面多、上場人員多的“三多”場面。一、工程概況2023/4/1717工程總體特點●技術(shù)難點多：

施工控制高精度對土木工程理念的挑戰(zhàn)：基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)變形、無砟軌道鋪設(shè)都要求毫米級控制，對土木工程理論提出新的挑戰(zhàn)甚至顛覆，理論與實踐的矛盾將日益突出，并影響高速鐵路標準的統(tǒng)一和技術(shù)的成型。地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)沉降控制難度大：軟土、松軟土廣泛分布，區(qū)域性地面沉降范圍大，巖溶、膨脹土、黃土、采空區(qū)、斷裂帶多有分布。一、工程概況2023/4/1718工程總體特點●技術(shù)難點多：特殊結(jié)構(gòu)和特大型結(jié)構(gòu)多，結(jié)構(gòu)變形控制與施工協(xié)調(diào)難度大：特殊結(jié)構(gòu)橋梁數(shù)量達到397處，大型樞紐4處，高架車站6座，南京大勝關(guān)長江大橋為6線最大跨度336m鋼桁拱橋，最長橋梁達164km。線長點多，環(huán)境變化大，原材料尤其是地材來源復(fù)雜，工程質(zhì)量及耐久性控制難度大。一、工程概況2023/4/1719工程總體特點●技術(shù)難點多：環(huán)保問題多：地處東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，工程主要分布在兩大平原和三大水系范圍內(nèi)，施工泥漿和取棄土量大，處理困難；城市化程度高，寧滬段城市群基本形成，減振降噪難度大；多為高架結(jié)構(gòu)，低頻噪聲還沒有好的處理措施。專業(yè)協(xié)調(diào)問題多：橋、隧、路、軌道過渡段多，站前站后工程接口多，三電遷改與地下管線遷改工作量大。從而要求增強技術(shù)創(chuàng)新力度，突破關(guān)鍵技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)時速300km到350km的高速鐵路技術(shù)體系。一、工程概況2023/4/1720一、工程概況工程建設(shè)管理貫徹“以人為本，服務(wù)運輸，強本簡末，系統(tǒng)優(yōu)化，著眼發(fā)展”的理念，全過程按“質(zhì)量、安全、工期、投資、環(huán)保和技術(shù)創(chuàng)新”六位一體統(tǒng)籌建設(shè)工作，把京滬高速鐵路建設(shè)成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的世界一流高速鐵路。按照“整體設(shè)計、系統(tǒng)建設(shè)、優(yōu)質(zhì)高效、一次建成”的原則，全線工期按60個月安排。2023/4/1721二、技術(shù)體系構(gòu)成體系（system）：也就是系統(tǒng)，包括組成該系統(tǒng)的子系統(tǒng)、相關(guān)技術(shù)標準、技術(shù)方案。體系突出的是各子系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)。2023/4/1722

2023/4/1723高速鐵路與普通鐵路的區(qū)別：惟一指標是高速度。高速鐵路技術(shù)就是實現(xiàn)高速度的技術(shù)。高速度對鐵路技術(shù)體系提出哪些要求將是高速鐵路技術(shù)體系需要研究和解決的關(guān)鍵問題。二、技術(shù)體系構(gòu)成2023/4/1724高速度對軌道的要求：高平順和高穩(wěn)定性。高平順的核心：保持軌道結(jié)構(gòu)良好的幾何狀態(tài)。高穩(wěn)定性：指軌道保持高平順性的能力，是指軌道在高速運營條件下保持高平順性與均衡彈性、維持部件有效性與完整性的能力，標志是少維修或免維修。措施：以無砟軌道為主要軌道結(jié)構(gòu)形式，鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。條件：運用高精度和高可靠性的軌道部件。要求：鋪設(shè)高精度，養(yǎng)護高質(zhì)量三、軌道2023/4/1725三、軌道鋪設(shè)高精度項目EN標準法國德國西班牙日本中國速度（km/h）250～300200～250>200>200>200>200≥300軌距（mm）±2±2±3±1（±2）水平（mm）±2±23±2421（2）高低（mm）2/10m3/20m3/10m4/20m3/10m2/5m3/10m2/10m2/10m軌向（mm）2/10m3/20m3/10m4/20m2/10m2/10m3/10m2/10m2/10m扭曲（mm）3/3m3/3m3/3m4/3m1.5/2.5m2/6.25m2023/4/1726三、軌道養(yǎng)護高質(zhì)量內(nèi)容日本新干線法國高速鐵路德國高速鐵路項目計劃維修舒適性安全性VAVIVRSRASR100SRlimSR極限高低/mm6/10m7～10/40m7/10m7～10/40m10/10m7～10/40m5/12.2m10/31m10/12.2m18/31m15/12.2m24/31m5/6m7/6m9/6m18/6m軌向/mm4/10m6～7/40m4/10m6～7/40m6/10m6～7/40m6/10m12/33m8/10m16/33m12/10m20/33m5/6m7/6m9/6m18/6m軌距/mm+6-4+6-4+6-4+5+10-3+15-4水平/mm55757910扭曲/mm4/2.5m5/2.5m6/2.5m2/2.5m3/2.5m車體垂加/g0.25*0.25*0.35*0.100.130.15車體橫加/g0.20*0.20*0.30*0.12*0.22*0.28*0.100.130.152023/4/1727三、軌道國家軌道結(jié)構(gòu)鋼軌軌枕扣件道床日本有砟軌道60kg/mJISE1101整體式長2.4m重325kg120雙重彈性，扣壓力6kN，墊板厚10mm，剛度60kN/mm顆粒級配19/63，厚度300mm無砟軌道板式無砟軌道直結(jié)4或直結(jié)8，扣壓力取決于扭矩，軌下墊板厚10mm，剛度30kN/mm德國有砟軌道60kg/mUIC60E1*900A整體式長2.6m或2.8m重330kg或380kgHMVossloh，扣壓力11kN，墊板厚10mm，剛度60kN/mm顆粒級配22.4/60，厚度350mm無砟軌道以軌枕埋入式無砟軌道為主Vollsoh300，扣壓力10kN，彈性基板厚10mm，剛度22.5kN/mm法國有砟軌道60kg/mUIC60E1900A雙塊式/整體長2.4m重248kg/290kgNabla，扣壓力11kN，墊板厚9mm，剛度150kN/mm顆粒級配25/50，厚度300mm西班牙有砟軌道60kg/mUIC60E1900A整體式長2.6m重320kgHMVossloh，扣壓力11kN，墊板厚6mm，剛度500kN/mm顆粒級配30/60，厚度300mm意大利有砟軌道60kg/mUIC60E1900A整體式長2.6m重315kgPandrol，扣壓力14kN，墊板厚10mm，剛度100kN/mm顆粒級配30/60，厚度350mm韓國有砟軌道60kg/mUIC60E1900A整體式長2.6m重300kgPandrol，扣壓力14kN，墊板厚10mm，剛度65～95kN/mm顆粒級配22.4/63，厚度350mm中國有砟軌道CHN60U71Mn(K)U75V整體式長2.6m重350kg扣壓力10kN墊板剛度55～75kN/mm顆粒級配22.4/63mm厚度350mm無砟軌道板式無砟軌道扣壓力10kN墊板剛度20～30kN/mm2023/4/1728三、軌道有砟軌道具有建設(shè)費用低、噪音傳播范圍小、建設(shè)周期短、破壞時修復(fù)時間短、自動化及機械化維修效率高、軌道超高和幾何狀態(tài)調(diào)整簡單等優(yōu)點。有砟軌道對高速度的適應(yīng)性？2023/4/1729三、軌道有砟軌道能否滿足高速鐵路平順性的要求？比如：我國高速鐵路要求高低和方向的鋪設(shè)精度為2mm/10m目前最先進的養(yǎng)路機械作業(yè)精度為4mm/16mm有砟軌道難以達到我國高速鐵路平順性要求2023/4/1730三、軌道有砟軌道是否具備保持軌道高平順的能力？傳統(tǒng)鐵路：道床維修量占線路維修量的70%以上DB：高速鐵路線路維修量是傳統(tǒng)鐵路的2倍，通過總重5億t需要更換道砟（傳統(tǒng)鐵路為10億t）SNCF：TGV東南線820km線路，14年統(tǒng)計結(jié)果是每年需要對400km線路進行大機作業(yè)，最多的一年達600km大機作業(yè)后需要慢行，對運輸?shù)母蓴_比較大有砟軌道保持高平順的能力比較差，維修量大2023/4/1731三、軌道橋上有砟軌道的穩(wěn)定性問題：道砟粉化，共振導(dǎo)致道床液化，道床失穩(wěn)解決的措施：①橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化：目前已經(jīng)取了2倍的安全系數(shù)，對經(jīng)濟性已造成影響，優(yōu)化空間有限②采用道砟墊：雖然起到了隔振作用，但減少了道砟與橋面的摩擦力，加劇了道床的振動③彈性軌枕：減少了振動的傳遞，但縱橫向阻力的減少對無縫線路穩(wěn)定不利京滬HSR橋梁比例大，一些長橋長度長達數(shù)十km，最長的甚至達100多km，如此長大高速鐵路橋梁上鋪設(shè)有砟軌道，國外沒有相應(yīng)的經(jīng)驗可借鑒由于上述工程措施可靠性較差，問題還沒有解決2023/4/1732三、軌道軟土路基上有砟軌道能否實現(xiàn)350km/h？速度提高到一定限度，輪軌關(guān)系以及輪軌振動在軌下基礎(chǔ)的傳播機理還沒有完全被掌握輪軌振動在軌道中傳播的是體波，在路基中傳播的是表面波，體波和表面波波速至少是線路設(shè)計速度的1.5～2倍才能以設(shè)計速度開通運營對于設(shè)計速度350km/h的線路來說，要求軌道體波和路基表面波達到（525～700）km/h。目前國內(nèi)還沒有試驗資料能夠證明采取措施能夠滿足此要求，技術(shù)風險依然存在2023/4/1733三、軌道防止道砟飛散引發(fā)的安全措施？道砟飛散引發(fā)車輛和鋼軌傷損以及相應(yīng)的安全問題法國國鐵有一支專門的鋼軌表面?zhèn)麚p焊補隊伍，說明法國由于道砟飛散造成的鋼軌傷損是一種客觀存在我國目前高速鐵路采用的有砟軌道結(jié)構(gòu)與既有鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)沒有本質(zhì)區(qū)別，防止道砟飛散問題還沒有引起足夠重視，安全隱患依然存在2023/4/1734三、軌道對設(shè)計速度350km/h的高速鐵路來說，有砟軌道不僅存在平順性和穩(wěn)定性難以滿足問題，還存在其他技術(shù)風險需進一步研究。2023/4/1735三、軌道無砟軌道具有滿足高速要求的技術(shù)優(yōu)勢和綜合效益無砟軌道作為混凝土工程，工廠預(yù)制和現(xiàn)場澆注精度能夠控制，可以滿足鋪設(shè)高精度的需要，而且現(xiàn)有的軌檢小車與全站儀組合的測量系統(tǒng)，測量精度能夠保證鋪設(shè)精度要求2023/4/1736三、軌道無砟軌道具有滿足高速要求的技術(shù)優(yōu)勢和綜合效益影響無砟軌道平順性的因素中，作為軌下基礎(chǔ)的混凝土變形和位移都能夠控制，除扣件外，對平順性影響的因素很少，因此維持平順性能力