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交通运输工程学,2010.10,第四篇 铁路运输系统 （第一章第三章）,叶霞飞,主要内容,第一章 铁路运输概述 第二章 铁路固定运输设备 第三章 铁路运输移动设备,第一章 铁路运输概述,铁路运输技术经济特征 当前世界铁路发展方向 当前我国铁路的发展趋势,第二章 铁路固定运输设备,铁路线路与轨道 铁路车站与枢纽 铁路信号与通信,第三章 铁路运输移动设备,普通铁路机车及车辆 高速列车 磁浮列车,第一章 铁路运输概述,铁路运输技术经济特征 当前世界铁路发展方向 当前我国铁路的发展趋势,第一节 铁路运输技术经济特征,铁路运输特点 定义 由专用的列车依次沿固定的导轨（轨道）行进，交通运输对象（客、货）需在固定的站场进出线路系统,铁路运输特点 固定导轨 固定的站场 列车,不灵活,大容量、有序,第一节 铁路运输技术经济特征,铁路运输优点：,第一节 铁路运输技术经济特征,铁路运输优点： 运量大：多辆编组，客车10-20节，货车50-100节，5000t-10000t，大秦线2亿吨/年 速度快：速度80，120，160，200，300，350 kmh 可靠、安全： 列车很少出故障，伤亡率较低 全天候：较少受气候等环境影响，全天候准时 节能环保：行车阻力小，能源消耗较低，运输成本低,第一节 铁路运输技术经济特征,缺点： 不灵活/自由度差： 不能离开导轨，其普遍性(Accessibility) 受到限制,不能体现个人特殊需要 标准高/造价高： 线路半径不能太小，纵坡度不能太大，建设成本较高；高速列车造价高 维修成本高：线、站和控制管理的维护费用较高，且固定成本比例很高，小运量时亏本运营 服务水平较差：在我国，铁路比公路、民航的服务水平低，一定程度上削弱了铁路的吸引力,铁路运输的适应性,轨道交通运输的这些性能，使之适宜于： 货运：长距离（途中少装卸）、大运量，即大宗物资，如煤炭、石油、原材料、粮食等 客运：城市间: 大运量中长途 （普速50-500km，高速100-1500km） 城市郊区：短途通勤客运（10-80km ),我国铁路、公路的平均运距,中、长途客运；长途大宗货运,我国铁路、公路的分担率,第二节 当前世界铁路发展方向,1、国有铁路公司化 国有企业的弊端：产权关系不明，政企不分，对市场反应慢，缺乏动力和活力。 公司化运作的形式： （1）路网及设备由一家公司统一管理，根据义务性质划分为若干子公司。德国DB、意大利铁路。 （2）基础设施和运营管理分开。网运分离，瑞典。,第二节 当前世界铁路发展方向,2、国有铁路民营化 （1）采取民营化经营方式，形式有： 全部路网及设施民营化，按地区或业务性质分割，成立各股份公司，公开发行股票。EJR，WJR。 局部路网或设施民营化。铁路养护维修、车站的餐饮服务、车辆厂等转给民间企业。 （2）国有铁路私有化，形式有： 铁路产权全部卖给民间财团，如新西兰铁路； 转让部分产权，如阿根廷铁路 两种方式均涉及政府由经营者向监督者的职能转变。,第二节 当前世界铁路发展方向,3、多种经营 运输：客货运业务细分，旅游列车、快速货运，多式联运铁路与公路、铁路与公交； 车站的多种经营，餐饮业、仓储业； 铁路沿线的开发：站点周围的房地产。瑞典铁路部门设不动产部，专门负责铁路车站等不动产的管理和开发。,第二节 当前世界铁路发展方向,4、铁路客运重新受到重视 铁路在19世纪末20世纪初在发达国家快速发展。 二战后，欧美等国小汽车和高速公路的发展使得铁路的运输地位大大下降。美国拆除了近20万公里铁路，客运主要靠汽车和民航。 汽车的废气污染、能源消耗大使一些发达国家和发展中国家的交通发展政策偏向发展铁路。,第二节 当前世界铁路发展方向,5、旅客列车提速 许多国家的铁路都在致力于列车提速： 1987年有15个国家的特快、直快列车达到或超过120km/h; 欧洲大陆普通铁路客车普遍达到160km/h，德、法、英个别线路可达200225km/h；日本窄轨铁路客车普遍达130km/h，计划向200km/h发展。 我国广深线在1994年12月通车，后来主要干线5次提速。广深线用摆式列车可达200km/h。,第二节 当前世界铁路发展方向,6、发展高速铁路成为世界潮流 1964年，日本率先建成210km/h的东海道高速新干线； 法、德、英、意、俄、瑞典、西班牙等也相继建成超过200km/h的高速铁路； 目前高速铁路总里程超过10 000km； 高速铁路最高速度提高到300 km/h ，向350km/h进军。,第二节 当前世界铁路发展方向,7、重载货运 铁路重载始于20世纪20年度的美国。一般单列质量超过5000t的称为重载列车 8、新型大功率机车：增加轮轴牵引力、制动系统、车钩强度、减轻自重、提高轴重 9、先进的信息控制技术和指挥系统：运营管理自动化、货物装卸机械化、行车调度指挥系统、ATC(ATO,ATP,ATS),第三节 我国铁路的现状及发展趋势,我国铁路发展现状及问题 我国铁路发展趋势,我国铁路发展状况,2009年 8.5万km,20世纪发展客货共线的铁路,我国铁路发展的成就,综合交通的骨干：目前，铁路/公路（其中高速公路）8.5 /230（5.5）万km ，客运周转量比例为34.7%/53.2%，货运周转量比例为25.8%/10.8% 运输效率高：与公路比，里程1/27，但运输周转量差异不大，单位吨（人）公里的土地、能源等消耗具有数倍的优势 大面积提速、双层客车、高速列车、重载运输、青藏铁路、电气化等，有数不清的重大成就。 是否有问题呢？,我国铁路存在的问题,垄断：建设方单一，投资来源单一，总体上供不应求，大部分运能用于保障国家大宗物资及长途客运的要求 管理体制较落后：垄断行业，服务水平下降、效率不高、效益降低，人才吸聚能力减弱 与地方各级政府的协调互动机制弱：铁路在地方政府与市民心目中的形象较差，没有充分发挥其短途客运、为地方经济服务的功能，等等 客运能力非常紧张。,北京西站2009.1.19春运客流为22.2万人，最高日为28万人/日,北京站,我国铁路客运的平均运距,铁路客运平均运距逐年增大，越来越大的短途客运市场由公路占有，其中相当一部分是“被迫”的转移，且带来环保、能源、交通安全等社会问题,我国铁路的发展趋势,货运：重载化、电气化； 我国京沪宁线、京广线、京哈线等超过5000t；大秦线超过10000 t及20000t 组合列车 客运：高速化、客运（专线）化 我国秦沈客运专线250km/h（2003年7月通车） 武广高速铁路350km/h（2009年12 月26日通车）,第三节 当前我国铁路发展趋势,2004年通过了中长期铁路网规划，计划到2020年建成： -客运专线1万km,“四纵四横”客运专线骨架 -城际铁路网约2000km（环渤海圈、长三角、珠三角） 全国干线铁路：2010年9万km，2020年10万公里，2050年12万公里,“十一五”铁路建设目标,“十一五”期间建设铁路新线目标将达到19800公里，其中客运专线 9800 （高速5457）公里。投资12500亿元，其中近10000亿元用于客运专线建设。 高速客运专线基础工程按时速350公里设计（运营速度300km/h），普通客运专线（含城际铁路）按200250公里/h以上的速度设计。,环渤海湾铁路网,京津城际 2008.8.1开通,开行列车47对/日 2008.8.14日开行列车57对/日，日上下车 客流高达6.6万人次 2009.1.23开行列车74对/日,最短间隔5min,北京南站,长三角洲区域城际轨道交通网,长三角轨道交通网总里程6700公里，其中： 客运专线-830公里；城际客运铁路1800公里； 普通铁路-2170公里；其它是各城市的轻轨、地铁等,基本形成以南京、上海、杭州为中心的“1-2小时交通圈“。,珠三角城际轨道体系主要城市间1小时互通,珠三角拟建2000公里城铁 连接所有县以上城市,研讨： 铁路在我国大都市市郊客运中的发展,我国铁路客运的平均运距,我国交通界曾有一种观点： 铁路仅可作为中长途运输，弱化或取消短途客运（包括市郊列车）,在大城市市郊，铁路具有广阔的发展前景,铁路客运除了电气化、客运化、高速化之外，还要城市化： （1）大力发展大城市的市郊铁路； （2）大力改善铁路车站与城市各种交通方式的衔接。 理由： 钢轮钢轨间摩擦力远小于橡胶轮胎与道路路面间的滚动摩擦力； 城市人口的大量增长； 市郊铁路造价远低于地铁与轻轨系统； 可持续发展的要求：环保、节能、节地,胶轮钢轨间滚动摩擦阻力是钢轮钢轨的510 倍,在规模化条件下，铁路比道路交通节能,中国大城市数量多,1952年58个，100万人以上的城市9个 1979年 193个，100万人以上13个，50-100万人27个 2000年 663个，100万人以上40个，50-100万人53个，20-50万人218个，20万人以下小城市352个 2007年 655个，100万以上119个 （其中 200万以上36个） 预计到2010年，100万人以上125个左右， 其中200万以上特大城市50个左右 2007年我国城市人口约为 6 亿人， 如果在2050年要达到7075， 我国城市人口将在2007年基础上增加 5 亿人,以合肥为例，今天的近郊就是未来的城区，市郊铁路将成为未来城市交通的骨干,合肥2007年城镇化水平47%， 规划2020年 70%-74% ， 人口与面积加速增长,东京田园都市线市郊20-35km 1960年代初一体化建设,东京市郊铁路,尽早发展市郊铁路，有许多效益： 节省建设成本 节省运营成本 引导城市发展,10-20年,20-30年,城市发展轴,高建设成本：地下58亿元/km（拆迁、地下建筑、环控、防灾设备等费用高） 高运营成本：通风、空凋、排水、防灾、照明等费用高 接驳交通矛盾突出,常规的交通升级模式,柏林S-Bahn（城铁）与U-Bahn（地铁）比较,城市铁路 最大速度 Vmax 80-120km/h 平均旅速 VL 40-50km/h 平均站距 1-2 km 路权 专用 运能： 3-5万人/h 供电电压 1500或25000V,城市铁路与地铁在市郊的客运功能基本相同,地铁 80km/h 35-40km/h 0.71 km 专用 3-5万人/h 750或1500V,铁路人均乘次的比较,我国目前铁路客运量14亿人次/年,平均1.1乘次/人年 德国：铁路年运量17亿人次/年，平均21乘次/人年 日本：JR+私铁：160亿人次，平均128乘次/人年,联邦铁路网,德国路网密度 1113 km/万km2 5.6 km/万人 中国路网密度 80 km/万km 2 0.6 km/万人,Berlin铁路局,2872 km,Hamburg 铁路局,2212 km,Essen铁路局,3161 km,Koeln铁路局,2200 km,德国铁路的列车类型,中长途： ICE (城间快车) 1.52.5小时的短途列车： RE（停站较少的面向大站的列车）, RB(停站较多的面向村镇车站的列车), SE（面向5万人以上城市停站的列车） S-Bahn(在大城市中心区及其与市郊城镇之间开行的列车),德国铁路的运营特点,在铁路运量中，短途运量占90 短途平均乘距 约为 1825 km 长途平均乘距 约为 230256km 在铁路运量中，通勤通学占4053，其平均乘距 约为 20km,发展短途铁路具有巨大市场需求及效益,德国联邦铁路里程约4万km 小于2小时短途客运量占铁路总客运量的90 S-Bahn（城铁）里程约2000 km S-Bahn里程只有铁路总里程的5.3%，而其运量占铁路运量的65 可见在大城市区域修建铁路具有巨大市场需求及良好经济效益,1) 至1950年，JR铁路及私铁分别为98、107km(区部)，353、258km(都市圈)； 2) 至1996年，JR铁路及私铁分别为235、330km(区部)，973、1037km(都市圈)。,20km半径圈,延伸到50km圈 外线路共8条， 其中私铁3条， JR铁5条,东京西部20 40km半径 圈内有放射线 19条，其中：私 铁12条，JR铁 7条。,地区铁路网是经济区域、省、市管辖范围内以客运为主的地区铁路网 大力环渤海湾、长三角、珠三角城际铁路及大城市市郊铁路,我国缺少地区铁路网及大城市市郊铁路,东京都内不同范围内各轨道交通方式线路长度分布比例图,东京交通圈内市郊铁路分布,2005年东京交通圈内各种运输方式分担率,上海城市轨道交通网规划与上海铁路网规划示意图,第二章 铁路固定运输设备,铁路线路与轨道 铁路车站与枢纽 铁路信号与通信,第一节 铁路线路与轨道,一、线路总体特征 线路总体特征是指整条线路均要满足的设计要求。 主要技术标准：包括线路等级、正线数目、最小曲线半径、最大坡度、闭塞方式、机车交路、到发线有效长、牵引种类和机车类型、轨距等。 最小曲线半径影响平面；最大坡度影响纵断面， 正线数目、到发线有效长、牵引种类及机车类型、轨距等影响横断面。 线路平面线路路基顶面中心线水平面投影； 纵断面线路平面走向沿路基顶面中心线投影在垂直面上展平后的图形； 横断面垂直于线路平面的垂直面的断面轮廓线,主要技术标准为适应不同的功能要求，各种轨道交通设计中规定的一些基本设计准则。包括: 设计行车速度 线路等级 设计运量 正线数目 牵引种类 机车类型 控制方式（闭塞方式） 到发线有效长,1. 设计行车速度,影响,各类轨道交通系统的设计行车速度（km/h）,线路几何特征的设计 和车站的分布,系统类型、 线路等级、 设计运量,设计行车速度,决定,是列车在某种设计特征（主要是轨道线路几何特征）的路段上行驶所能保持的最大安全行车速度。,注：括号内为货车的最高运行速度,普通铁路线路等级和相关主要技术标准,是指线路设计年度的预测客货运量 城市轨道交通线路设计年度分为初期（运营后第3年）、近期（第10年）、远期（25年）。 普通铁路及高速轨道交通线路设计运量采用近期（运营后第10年）、远期（运营后第20年）年客货运量表示。 城市轨道交通线路具有明显的早晚高峰特征，因而采用远期的高峰小时单向最大断面流量作为设计运量。,城市轨道交通线路运能及相关技术特点,2. 线路平面及最小曲线半径 铁路线路在空间的位置用线路中心线（路基顶面中点连成的线）表示。 平面曲线包括（平面）圆曲线和（平面）缓和曲线。 圆曲线的设计要素是半径和外轨超高，缓和曲的设计要素是线型函数、长度及超高顺坡。普通铁路的线型函数通常采用三次抛物线。缓和曲线长度与此处的行车速度、圆曲线半径、超高顺坡、旅客舒适度要求有关。,铁路线路概略平面图,3.线路纵断面与最大坡度 铁路线路在纵向设置上坡或下坡，可以适应地形起伏以减少工程量。 列车在坡道上行驶时，有坡道阻力重力分力。 纵坡越大，其坡道阻力也越大。 两坡段需要竖曲线连接，含竖圆曲线和竖缓和曲线 最大坡度某段线路纵断面的最大坡度影响工程量、牵引质量、运输能力和旅行速度。 最大坡度分为限制坡度和加力坡度。,铁路线路概略纵断面图,铁路等级与主要技术标准,（b）路堑 7取土坑；8排水沟；9平台；10弃土堆；11截水沟,（a）路堤 1路基面宽度；2路肩；3路肩高程；4边坡；5基床；6护道；,4. 铁路路基,铁路路基路基是轨道线路承受轨道和列车荷载的地面基础结构物,1）路基构造横断面分路堤、路堑和半路堤半路堑 2）主要技术参数路基顶面的宽度，