我国高速铁路发展概况和主要技术特点

我国高速铁路的发展概况和主要技术特点 中国铁道科学研究院研发中心 徐 鹤 寿 速度是铁路运输现代化的重要标志之一。自 1964 年日本成功建成世界第一条高速铁路东 海道新干线以来，高速铁路以其速度快、运能大、效益高、全天候、节能、环保、安全等显著特点， 在世界各国得到迅速发展。 1我国高速铁路的发展 1.1 国外高速铁路简介 目前，日本、德国、法国、西班牙、意大利、瑞典、韩国、英国、荷兰、比利时、丹麦、瑞典、 中国台湾等国家和地区已拥有不同长度、不同速度的高速铁路。世界各国由于国情和运输需求不同， 采用了不同的技术标准和装备，其最高运行速度也在不断地提高。 日本是世界第一个修建高速铁路的国家。自 1964 年修建了世界第一条高速铁路东海道新 干线后，陆续又修建了山阳、上越、东北、北陆、九州等 5 条新干线，全部是纯客运运输，新干线 总长度已达 2258km。同时，其最高运行速度不断提高，如东海道新干线从建成运营的 210km/h，已 提高到 270km/h；山阳新干线的运行速度已达 300km/h。2011 年 3 月采用最新型高速列车“隼”号， 运行速度 300km/h，2012 年达到 320km/h。 德国从 1991 年建成汉诺威维尔茨堡高速铁路以来，陆续修建了曼海姆斯图加特、汉诺 威柏林、科隆法兰克福、纽伦堡英戈尔施塔特等高速铁路以及科隆迪伦、拉斯塔特奥芬 堡、莱比锡/哈雷格勒伯斯等高速段，运行速度均为 250km/h 及以上，其总里程已达 1057km。其 中，2002 年建成的科隆法兰克福高速铁路的运行速度最高，为 300km/h。德国高速铁路的运输模 式分为两类：一类为客货共线，如汉诺威维尔茨堡，采用旅客列车与货物列车分时段运行，最高 运行速度为 250km/h；科隆法兰克福高速铁路为纯客运。 法国第一条新建高速铁路为 1983 年通车的 TGV 巴黎东南线，初期运行速度为 270km/h，1989 年提高到 300km/h。目前，已建成并开通运营 8 条高速铁路，总长度已达 1884km，运营速度均为 250km/h 及以上，都是纯客运运输。目前，法国高速铁路的运行速度都达到 300km/h，其中 TGV 东 部线的运行速度达 320km/h，是国外高速铁路中运行速度最高的。 西班牙的既有铁路为轨距 1668mm 的宽轨铁路，新建高速铁路为与欧洲铁路网连接，均采用标 准轨距。1992 年建成马德里塞维利亚高速铁路，客货混运，运行速度为 270km/h；2008 年全线 开通的马德里巴塞罗那，为纯客运，设计速度 350km/h，最高运行速度 300km/h。目前，已建成 的高速铁路的总里程达 1902km（运营速度均为 250km/h 及以上） ，为欧洲高速铁路长度第一。 上世纪 90 年代，世界上时速 300 公里速度等级的高速铁路技术已趋于成熟。因此，随后新建 高速铁路的国家或地区，充分利用已成熟的先进技术，实现速度的技术跨越，将速度目标值确定为 300km/h 及以上，如法国 2001 年开通的 TGV 地中海线、2007 年开通的 TGV 东部线（巴黎斯特拉 2 斯堡） 、西班牙 2008 年开通的马德里巴塞罗那高速铁路、韩国 2004 年开通的京釜高速铁路一期 （首尔大丘） ，中国台湾的台北高雄高速铁路，设计速度都是 350km/h，开通后运营速度为 320km/h 或 300km/h。 随着高速铁路的发展，各国也在不断地进行提高速度的试验研究。1988 年德国 ICE1 试验速度 达到 406.9km/h，1993 年 12 月日本 Star21 试验速度达到 425km/h，1990 年 5 月 18 日法国 TGV 动 车组试验速度达到 515.3km/h；2007 年 4 月 3 日法国成功地进行了高速列车试验，创造了世界铁路 的最高试验速度 574.8km/h。 1.2 我国高速铁路的规划 我国具有国土辽阔、人口众多、经济发展不平衡等特点，铁路与其他交通运输方式相比，具有 大运力、低成本、节能、环保等优点，在综合运输交通体系中发挥着重要的骨干作用。改革开放以 来，我国的经济和社会飞速发展，而铁路发展一直严重滞后，已成为国民经济和社会发展的“瓶颈” 制约。为适应全面建设小康社会的目标要求，铁路网必须要扩大规模，完善结构，提高质量，快速 扩充运输能力，迅速提高装备水平。为此，2004 年，我国铁路制订了中长期铁路网规划 ，并于 2008 年进行了调整。 1.2.1 2004 年中长期铁路网规划中的高速铁路 2004 年 1 月 7 日，我国铁路第一个中长期铁路网规划经国务院常务会议审议通过，并开 始实施。规划到 2020 年，全国铁路营业里程达到 10 万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率 和电化率均达到 50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进 水平。其中，加快高速铁路建设是规划中的重要内容之一。为满足快速增长的旅客运输需要，建立 省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客 运系统。建设客运专线 1.2 万公里以上，客车速度目标值达到 200km/h 及以上。 “四纵”高速铁路：北京上海（350km/h、1300km） ；北京广州深圳（350km/h、 2230km） ；北京沈阳哈尔滨（大连） （350km/h、1860km） ；杭州宁波福州深圳（杭宁 350km/h、其他 250km/h，1600km） 。 “四横”高速铁路：徐州郑州兰州（350km/h、1400km） ；杭州南昌长沙 （250km/h、880km） ；青岛石家庄太原（250km/h、770km） ；南京武汉重庆成都 （250km/h、1900km） 。 三个城际快速客运系统：环渤海地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区的城际客运 系统，共 2000km。 1.2.2 中长期铁路网规划(2008 年调整)中的高速铁路 2008 年 11 月 27 日,国家发改委根据国家总体发展战略以及建设资源节约型和环境友好型社会 的根本要求，对 2004 年中长期铁路网规划确定的铁路网总规模和布局进行了优化调整，将 2020 年全国铁路营业里程规划目标由 10 万公里调整为 12 万公里以上。其中，高速铁路由 1.2 万 公里调整为 1.6 万公里，增加了 4000km 的高速铁路。将杭甬深高速铁路向北延伸至上海、杭长高 3 速铁路向西延伸至昆明，还要建设蚌埠合肥、南京杭州、锦州营口、南昌九江、柳州南 宁、绵阳成都乐山、哈尔滨齐齐哈尔、哈尔滨牡丹江、长春吉林、沈阳丹东等高速铁 路连接线，扩大高速铁路的覆盖面。同时，在长珠潭、成渝以及中原城市群、武汉城市圈、关中城 镇群、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区建设城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。 图 1 2008 年调整后的高速铁路网规划示意图 1.2.3 “十二五”期间的高速铁路建设 2011 年，我国开始实施国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要 。 “十二五”期间，我 国铁路按照科学、可持续发展的原则，继续实施中长期铁路网规划 ，到 2015 年，铁路营业里程 将达到 12 万公里。重点任务之一是继续发展高速铁路，建成 4.5 万公里的快速铁路网，其中高速 铁路将达到 1.6 万公里。快速铁路网以高速铁路为主骨架，并与区际干线、城际铁路、既有线提速 线路有机结合，基本覆盖省会及 50 万人口以上城市，将使区域间时空距离大幅缩短，旅客出行更 加便捷、高效和舒适。同时，进一步明确了高速铁路的建设标准和开通运营速度，以满足经济社会 发展和人民群众的不同需求。 “十二五”期间，将贯通“四纵四横”高速铁路；有序建设高速铁路延伸线，如北京至呼和浩 特、大同至西安、西安至成都、成都经贵阳至广州、合肥至蚌埠、合肥至福州、南京至杭州、吉林 至珲春、沈阳至丹东、哈尔滨至齐齐哈尔、哈尔滨至佳木斯、武汉至九江、郑州至万州等，进一步 扩大快速铁路网覆盖面；规划建设长三角洲、珠江三角洲、环渤海地区、长珠潭城市群、中原城市 群、武汉城市圈、成渝经济区、关中城市群、海峡西安经济区以及呼包鄂地区、北部湾地区、鄱阳 4 湖生态经济区、滇中地区等城际铁路 1.3 我国高速铁路技术发展历程 我国自上世纪八十年代末开始研究高速铁路技术，本世纪初开始建造高速铁路，并陆续开通运 营。在近二十年的高速铁路技术研究与实践中，一直遵循着科技攻关、试验验证、工程实践和推广 应用的科学规律，认真学习和充分借鉴国外高速铁路的先进技术，并且高度重视韩国、我国台湾高 速铁路建设中的经验教训，坚持自主创新，充分利用我国铁路多年来积累的技术储备，结合我国的 国情、路情，建设具有中国特色的高速铁路。 1.3.1 高速铁路技术科学研究 我国早在上个世纪八十年代就开始跟踪世界高速铁路技术发展，1990 年铁道部正式列题开始 研究高速铁路技术。至 2002 年，包括国家“八五” 、 “九五”科技攻关项目在内，国家和铁道部共 列了 297 项关于高速铁路关键与重大技术的研究课题。 19931994 年,由国家科委、计委、经贸委、体改委及铁道部(简称“四委一部”)联合组织 进行了京沪高速铁路重大技术经济问题前期研究 ，内容涉及京沪高速铁路建设的必要性和紧迫 性、建设方案、技术可行性和技术路线、经营机制与筹资方案、财务评价、国民经济评价及社会效 益评价、国力分析等。研究认为“修建京沪高速铁路是迫切需要的，在技术上是可行的，经济上是 合理的，国力是能够承受的，建设资金是可以解决的。因此要下决心修建京沪高速铁路，而且愈早 愈有利” 。在此研究的基础上， “四委一部”联合向国务院报送了“关于报送建设京沪高速铁路建议 的请示”报告。 1995 年铁道部组织完成国家“八五”重点科技攻关项目高速铁路运输新技术研究中的 高速铁路线桥隧设计参数选择的研究专题研究；1997 年铁道部组织完成国家“九五”重点科 技攻关项目高速铁路试验工程前期研究中高速铁路线桥结构与技术条件（标准）的研究专 题研究。通过国家“八五” 、 “九五”科技攻关项目，对高速铁路站前工程的设计、建造技术进行了 充分研究，提出一系列设计参数、技术条件或设计标准。 1997 年1998 年，铁道部先后在铁科院东郊环行线和郑武线组织进行“200km/h 以上列车高 速运行综合试验” 。环行线试验最高速度达 212.6km/h，郑武线试验最高速度达 240km/h。综合试验 对 200km/h 及以上的路基、轨道、道岔、桥梁和路桥过渡段的动力响应，噪声振动，弓网受流性能， 轨侧人员气动作用力，列车交会压力波，机车车辆的动力学性能、牵引制动性能，电磁辐射等高速 技术进行了初步试验研究。 2004 年 1 月，国务院审议通过中长期铁路网规划后，铁道部在对高速铁路技术前期科技 攻关的基础上，结合中国的国情、路情，有计划的组织了路内外科技人员进行高速铁路技术全面深 化研究，共开展了 115 项研究试验项目。内容涵盖基础设施、高速列车、牵引供电、调度指挥、列 车运行控制、专用通信、环境保护、安全监控、信息化、系统集成、运输组织、养护维修以及客运 市场分析，融投资等各个领域和设计、施工、验收、运营、管理等各个阶段，对许多重大技术问题 都已得出明确的结论或相应的技术对策。 5 2004 年 4 月，国务院召开专题会议,确定我国发展高速铁路机车车辆装备的重大指导方针: “引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌” ，开始设计制造先进的 CRH 系列高速动车组。 与此同时，我国铁路还大量吸收国外先进技术，选派了大量技术人员去日本、法国、德国、 西班牙、韩国等高速铁路国家考察和学习；多次举办了高速铁路技术国际研讨会、技术装备展览会； 聘请德、法、日等国高速铁路技术专家，对京沪高速铁路设计暂行规定和设计方案的科学性、 经济合理性进行了国际咨询。经过多年对高速铁路技术的研究、试验，陆续编制一系列设计规范， 为我国高速铁路建设提供了强有力的技术支持。 1.3.2 高速铁路技术工程实践 我国铁路在多年高速铁路技术试验研究的基础上，又有计划地将高速技术付诸工程实践，陆续 修建了秦沈客运专线、胶济线即墨高密段和遂渝线无砟轨道试验段等工程，并进行了大规模的综 合试验验证。同时，对既有线实施了第六次大提速，将旅客列车最高运行速度提高到 200250km/h。 （1）秦沈客运专线（京哈线秦沈段） 1999 年，铁道部开始建设秦皇岛沈阳客运专线，2002 年 12 月顺利建成。为了保证秦沈客 运专线的建设质量，同时也为我国高速铁路的设计、施工和技术装备选型提供经验，在山海关绥 中北间先期修建了 66.8km 的综合试验段。并于 2001 年2002 年在秦沈线陆续组织进行了三次综 合试验，最高试验速度达到 321.5km/h，全面检验了不同速度等级运行下秦沈线的路基、线路、桥 梁和牵引供电、通信信号、动车组等技术装备及相互间配合的安全性。综合试验表明秦沈客运专线 的线桥工程达到了设计要求，完全能够满足时速 200km/h 的安全平稳运行。山绥综合试验段的路基、 桥梁、无砟轨道、38 号道岔和接触网等完全满足 250km/h 速度运行的安全性、平稳性要求。 通过秦沈线的建设，我国铁路在设计、施工中取得许多技术突破，验证了“八五”和“九五” 期间所取得的高速铁路科研成果的科学性、合理性，积累了设计、施工、制造和调试的经验，成功 搭建了时速 200250 公里高速铁路的技术平台，提高了我国铁路的建设和制造水平，培养了一大 批技术人才，为我国大规模修建高速铁路打下了坚实的技术基础。 （2）遂渝线无砟轨道试验段 2004 年 9 月，为系统地研究解决无砟轨道的关键技术，铁道部决定在遂渝线铺设 13.157km 无砟轨道试验段。2007 年 1 月，铁道部组织进行了“遂渝线无砟轨道试验段综合试验” 。在试验段 最小曲线半径为 1600m 的条件下，CRH2 动车组在直线段的最高速度达到 232.2km/h，货物列车的最 高速度达到了 141km/h。综合试验结果表明，遂渝线无砟轨道试验段状态良好，满足 200km/h 的动 车组和 120km/h、25t 轴重的货物列车的运行安全性和平稳性等项设计要求。 遂渝线无砟轨道试验段是我国首次成区段铺设无砟轨道的线路。通过工程建设和试验研究， 在不同结构物上无砟轨道的计算原理和设计方法、大跨连续刚构及简支 T 形梁桥上铺设无砟轨道、 无砟轨道绝缘处理措施及 ZPW-2000 轨道电路传输性能、无砟轨道结构的扣件系统、12 号和 18 号 可动心轨无砟道岔及其配套的转换设备、综合接地、路基沉降控制、线下工程变形控制、测量控制 6 和无砟轨道的施工工艺、施工装备等方面取得了比较系统的研究成果和创新，基本掌握了的无砟轨 道成套技术，对发展我国无砟轨道技术和高速铁路建设具有重要意义。 （3）胶济线即墨高密段 胶济线即墨高密段是胶济线提速 200km/h 改造工作中新建双绕地段，也是济南青岛客运 专线的一部分，全长 46.1km。铁道部先后于 2006 年 6 月8 月和 2006 年 11 月12 月，在胶济线 组织进行了综合试验，系统验证了 200250km/h 速度条件下的 CTCS-2 级列控系统、动车组、分散 自律调度集中系统（CTC） 、GSM-R 系统、双层集装箱列车弓网、18 号道岔等新技术装备的适用性； 验证了线路、路基、桥涵、轨道、站场等工程改造的技术、经济合理性；250km/h 速度动车组交会 4.4m 线间距条件下与其他货列车交会的安全性等，既为既有线时速 200 公里等级提速的技术改造 和运行安全提供了科学依据，也为高速铁路的建设和“四电系统集成”做好技术储备。 （4）既有线第六次大提速 2004 年，为充分利用提速资源，尽快满足日益增长的运输需求，并为高速铁路的建设和运营 管理积累经验，经过科学的技术经济分析，铁道部决定实施既有线第六次大提速，将具备条件的既 有线的旅客列车速度提高到 200250km/h。 铁道部陆续组织进行了胶新线、京秦线、遂渝线、胶济线等四次提速 200km/h 综合试验和胶 济线、京哈线秦沈段、沪宁线、京广线四个阶段的 250km/h 综合试验，系统验证了 200250km/h 动车组的动力学性能、弓网受流性能、牵引性能、制动性能试验，200250km/h 的动车组和 120km/h 货物列车、25t 轴重双层集装箱列车对不同线桥设备的动力作用；200250km/h 的动车组 与其他旅客列车、货物列车的交会安全性；6330mm 接触网导线高度的弓网受流质量和 200km/h 动 车组通过隧道的气动性能；CTCS-2 级列控系统和 GSM-R 数据通信及传输特性的适用性；18 号、38 号道岔，路基及过渡段，预应力混凝土 T 梁和钢梁桥的动力性能等，共取得了 8 个方面 26 项创新 成果。根据试验结果，修改完善了提速 200250km/h 技术条件，并指导了既有线提速的技术改造。 2007 年 4 月 18 日，经过三年多技术准备，既有线第六次大面积提速调图正式实施，从而在 我国铁路既有线总延长为 6003km 的区段，首次开行了速度为 200250km/h 的 CRH 动车组，其中速 度达到了 250km/h 的区段总延长为 846km。第六次大提速的顺利实施，标志着我国既有线提速技术 已达到世界先进水平，并且已进入高速领域。 通过上述工程试验段的建设和综合试验，我国铁路掌握了时速 200250 公里等级成套技术， 初步形成了我国时速 250 公里的高速铁路技术体系，搭建了时速 300350 公里高速铁路的技术平 台，为高速铁路建设和运营管理积累了宝贵的经验。 2008 年以来，铁道部又修建了武广客运专线武汉综合试验段，并且结合高速铁路开通前的联 调联试，组织进行了京津城际铁路综合试验、武广客运专线综合试验、京沪高速铁路综合试验，系 统地对高速铁路站前、站后的各专业，特别是无砟轨道的关键技术，进行了进一步的试验、验证， 逐步形成并完善了具有中国特色的高速铁路技术体系。 7 1.4 高速铁路建设实施概况 1.4.1 高速铁路开通运营情况 2004 年，根据国家批准的中长期铁路网规划 ，我国开始了大规模的高速铁路建设。根据规 划，我国高速铁路的运输模式分为两类：一类是完善现有路网结构，许多线路修建在没有铁路连接 的区域间，设计速度为 200250km/h，如合宁、合武、甬台温、温福、福厦、昌九铁路等初期兼 顾货物列车运输的高速铁路；另一类为提高路网质量，构建高速铁路网的骨干，大多与既有繁忙干 线并行修建，如设计速度为 350km/h 的京沪高速铁路，武广、郑西、哈大客运专线，京津、沪宁、 沪杭城际铁路等纯旅客运输的高速铁路。 至 2012 年底，我国新建高速铁路经过严格验收后，陆续开通运营的已有 25 条，见表 1-1。其 中，200250km/h 的线路有 14 条：合宁、合武、石太、甬台温、温福、胶济、成灌、福厦、昌九、 海南东环、广珠、长吉、龙厦铁路、汉宜铁路 ；300350km/h 的线路有 11 条：京津城际、武广、 郑西、沪宁、沪杭、京沪、广深港、石武、合蚌、哈大、京石等高速铁路。我国高速铁路（包括秦 沈客专及 200km/h 客专）运营总里程已达 9356.3km，见表 1，约占全世界高速铁路运营里程的 50% 以上。 2013 年还将陆续开通宁杭、杭甬、津秦、盘（锦）营（口） 、厦深、西（安）宝（鸡） 、南 （宁）黎（塘） 、黎（塘）梧（州）等客运专线和武（汉）咸（宁） 、武（汉）黄（石） 、柳（州） 南（宁）等城际铁路，以及设计速度 200km/h 的向莆、渝利、湘桂扩能等客货共线铁路。我国已成 为世界上高速铁路运营里程最长、在建规模最大的国家。 表 1 至 2012 年底我国高速铁路的营业里程 序 号 线 名 区 段 设计速度 （km/h） 营业里程 （km） 动车组 开通时间 1 京津城际 京津城际：北京南天津 350 118 2008-8-1 武广客专：武汉广州南 350 2009-12-26 石武客专：郑州武汉 350 2012-9-282 京广高铁 京石、石武客专：北京-郑州 350 2281.2 2012-12-26 3 徐兰高铁 郑西客专：郑州西安 350 523.4 2010-2-6 4 沪宁高铁 沪宁城际：上海南京 300 323.5 2010-7-1 5 沪昆高铁 沪杭客专：上海虹桥杭州 东 350 147.3 2010-10-26 6 京沪高铁 京沪高速：北京南-上海虹桥 350 1318.3 2011-7-1 7 广深港 广深港客专：广州南-深圳 350 102.4 2011-12-26 8 合蚌高铁 合蚌客专：蚌埠-合肥 350 130.6 2012-10-16 9 京哈高铁 哈大客专：沈阳北-哈尔滨 350 538.2 2012-12-1 10 沈大高铁 哈大客专：大连北-沈阳北 350 383 2012-12-1 300-350km/h 区段小计 5865.9 11 秦沈客专 秦皇岛-沈阳 250 404.9 2003-10-12 8 合宁铁路：合肥南京 250 2008-4-18 合武铁路：合肥汉口 250 2009-4-112 沪蓉线 汉宜铁路：汉口-宜昌东 200 771.7 2012-7-1 13 石太客专 石家庄太原 250 223.9 2009-4-1 14 胶济客专 济南青岛 200 393 2008-7-20 甬台温铁路：宁波温州南 250 275 2009-9-28 温福铁路：温州南福州南 250 294 2009-9-28 福厦铁路：福州南厦门北 250 226 2010-4-2615 杭深线 龙厦铁路：厦门北-漳州 250 42.4 2012-6-29 16 成灌线 成灌市域：成都青城山 200 65.4 2010-5-12 17 昌九城际 南昌九江 250 118.7 2010-8-28 18 海南东环 海口-三亚 250 308.1 2010-12-30 19 长吉城际 长春-吉林 250 110.9 2011-1-11 20 广珠城际 广州南-珠海北 200 142.9 2011-1-7 21 龙漳线 龙厦铁路：龙岩-漳州 200 113.5 2012-6-29 200-250km/h 区段小计 3490.4 运营里程总计 9356.3 1.4.2 我国高速铁路的运行速度和试验速度 武广、郑西高速铁路和京津、沪宁、沪杭城际铁路开通初期，最高运行速度都达到了 350km/h。合宁、合武、石太、甬台温、温福、福厦、昌九等开通时最高为 250km/h。 2011 年 8 月底，为了充分满足旅客的不同需求，确保高速铁路运营初期的安全，我国新建 300350km/h 高速铁路将最高运行速度改为 300km/h，采用了 300km/h 动车组与 200250km/h 动 车组共线运行；200250km/h 高速铁路的最高运行速度改为 200km/h，有的线路（如昌九铁路）还 同时开行 120160km/h 普通旅客列车。2012 年 12 月开通的世界第一条高寒地区高速铁路哈 大客专，采用了夏季、冬季两种运行图，冬季最高运行速度为 200km/h，夏季最高为 300km/h。 2008 年 6 月 24 日，在京津城际铁路，单列 CRH3 型动车组试验速度达到 394.3km/h；2009 年 12 月 9 日，在武广高速铁路，CRH3 型重联动车组试验速度达到 394.2km/h；2010 年 9 月 28 日，在 沪杭城际铁路，CRH380A 动车组试验速度达到 416.6km/h；2010 年 12 月 3 日，我国铁路在京沪高 速铁路先导段（枣庄西蚌埠南）进行的高速综合试验中，采用 CRH380AL 动车组，创造了世界铁 路运营列车的最高试验速度 486.1km/h。 2我国高速铁路的主要技术特点 由于各国发展高速铁路的国情、路情不同，运输模式不同，故采用的技术和装备也不同，运 营管理和养护维修方式也有不同。我国具有国土辽阔、人口众多、铁路客货运输繁忙等不同于国外 的特点，因此在充分借鉴国外高速铁路先进技术的基础上，结合我国的实际，逐步形成了具有中国 特色的高速铁路技术体系。其特点是：满足高速度、高密度、大运量、长距离、高舒适性及多种运 输组织形式需求；兼容不同速度等级的列车，配备多种编组形式的动力分散型动车组；采用高平顺 9 性、高稳定性、高耐久性且少维修的基础设施；建立智能化的调度指挥系统、列车自动控制系统及 信息化的运营管理系统；高度重视环境保护，追求高安全性、高可靠性及低运营成本。 高速铁路系统主要由工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、运营调度、客运服务等 6 大 系统构成。我国高速铁路各系统的主要特点如下。 2.1 工务工程技术特点 为保证高速列车能够长期、持续地安全、平稳的运行，要求线下基础具有高平顺性、高稳定 性、高精度、小变形、少维修等特点。线下基础的这些技术特点是高速铁路有别于中低速铁路的最 主要之点，需要从线路平纵断面、路基、轨道、桥梁、隧道等各方面选用必要的技术标准和措施加 以保证。 2.1.1 线路 为保证高速列车的运行安全、平稳和旅客的舒适度，线路设计的主要特点是平、纵断面变化 应尽可能平缓，并具有一个宽大封闭的运行空间。为此增大了线间距、曲线半径、缓和曲线及夹直 线的长度及坡段长度等。 （1）建筑限界 建筑限界是铁路的基本技术标准之一，与运输模式和车辆、桥隧、站台、接触网等设备设施的 设计密切相关。建筑限界一般分为基本建筑限界、桥梁建筑限界、隧道建筑限界；根据牵引种类， 又分电力牵引铁路、内燃牵引铁路的建筑限界等。 高速铁路的建筑限界必须同时满足高速铁路上运行的各种车辆的安全。根据我国高速铁路的运 输模式,采用的建筑限界有三类：纯客运（见图 2） 、客货（普通货车）兼顾、双层集装箱通道。 图 2 客运专线铁路建筑限界 10 （2）线间距 世界各国高速铁路都根据各自的国情、线路运行速度、车辆情况（流线型程度、车宽、气密性 等）等以及综合考虑固定设施和移动设施的投资等因素，确定线间距标准，其标准相差较大。 日本高速列车最大宽度 3.38m，山阳新干线最高速度 300km/h、线间距 4.3m，其列车头部流线 型程度高、气密性好；德国高速列车 ICE3 为 2.95m（ICE1、ICE2 最大宽度为 3.07m） ，科隆法兰 克福的最高速度 300km/h、线间距 4.5m；法国高速列车 TGV 最大宽度 2.904m，地中海线设计最高 速度 350km/h、运营 320km/h，线间距 4.8m。 我国高速铁路机车车辆限界最大宽度为 3.4m， “和谐号”动车组的车辆宽度最大的是 CRH2 型， 为 3.38m。我国高速铁路规定根据列车最高运行速度确定区间正线线间距，分别为： 350km/h 5.0m ； 300km/h 4.8m ； 250km/h 4.6m ； 200km/h 4.4m ； 160km/h 4.2m ； 120km/h 4.0m 。 （3）最小曲线半径 最小曲线半径是铁路线路设计的主要技术标准之一，其与运输组织模式、列车速度、曲线超高 参数和轨道类型有关。要保证曲线上列车运行时旅客的舒适度和较少的养护维修工作，就必须确定 合理的曲线超高参数，即实设超高、欠超高、过超高的允许值。 我国高速铁路设计规范（试行） 规定：实设最大超高：无砟轨道 175mm、有砟轨道 170mm， 欠超高为 40mm、80mm，过超高为 40mm、80mm。由于，我国高速铁路规定的超高参数数值小、标准 高，据此计算得出的最小曲线半径较大。350km/h 线路的曲线半径一般为 800010000m，最小为 7000m；300km/h 线路的曲线半径一般为 60008000m，最小为 5000m；250km/h 线路的曲线半径一 般为 45007000m，最小为 3500m；200km/h 线路则一般为 2200m，最小为 2000m。而德国科隆法 兰克福的最高速度 300km/h，规定最大超高 170mm，最大欠超高 150mm，最小曲线半径 3320m。 此外，我国高速铁路规定的缓和曲线、夹直线的长度和最小坡段长度等纵断面标准都较高，从 而为高速列车的平稳、舒适地运行提供了良好基础。 （4）精密测量控制网 高速铁路工程测量体系必须要保证高速铁路工程建设高质量地满足设计要求，为满足测量控 制网的质量满足勘测、施工和运营维护三个阶段测量的要求，以使高速铁路勘测设计阶段的测量数 据和施工测量成果能够在运营维护阶段继续发挥作用，保证线路的线性的绝对位置，三个阶段的工 程测量基准、坐标系统和技术标准必须一致，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准。 为此，采用了基础平面控制网（CP） 、线路平面控制网（CP）和轨道控制网（CP）等勘测设 计、工程施工、运营维护“三网合一”的精密测量控制网。 2.1.2 路基 路基是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，是铁路线下工程的重要组成部分。高速铁路路基 除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高平顺性、高稳定性轨道对基础提出的新性能 要求：即强度高、刚度大的路基基床，沉降很小的地基以及沿线路方向平缓变化的刚度。 11 （1）基床采用层状结构、提高压实标准、强化路基结构 有砟轨道基床由表层和底层组成，表层厚度为 0.7m，底层厚度为 2.3m，总厚度为 3.0m。一般 情况下，基床表层由 510cm 厚的沥青混凝土和 6560cm 厚的级配碎石组成。 无砟轨道路基表层厚度与无砟轨道的混凝土支承层或混凝土底座的总厚度不应小于 0.7m，底 层厚度为 2.3m。混凝土支承层或混凝土底座以外的路基面应设防排水层。 同时，采用压实系数 K、地基系数 K30和动态变形模量 Evd等指标控制基床和路堤质量。 图 3 路基结构示意图 （2）严格控制路基工后沉降 有砟轨道一般地段工后沉降量，300350km/h 线路不应大于 5cm，沉降速率应小于 2cm/年， 桥台台尾过渡段工后沉降量不应大于 3cm；250km/h 线路分别不应大于 10cm 、3cm/年、5cm。 无砟轨道地段路基在无砟轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。 工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量 15mm；路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的差 异沉降不应大于 5mm，不均匀沉降造成的折角不应大于 1/1000。 （3）保证路基刚度的均匀性 在路桥，路堤与横向结构物（框构、箱涵） ，路堤与路堑和土质、软质岩、硬质岩的路堑与隧 道，有砟轨道与无砟轨道、不同的无砟轨道类型等连接处设置过渡段，以使路基刚度变化平缓 1:n41:m.041:.0mLa hH- 图 4 路桥过渡段 2.1.3 桥梁 高速铁路桥梁的梁体必须具有足够大的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，限制温差和混凝土徐 变产生的上拱变形，以保证线路的高平顺性和避免不良的车、桥动力响应；墩台必须具有足够大的 纵向刚度，以限制桥上无缝线路轨道的附加应力和制动时梁轨相对位移，保证线路的稳定；桥梁结 构及构造布置应符合耐久性要求，并便于检查和维修。因此，采用了刚度大、整体性能好的结构， 12 如简支梁、连续梁、组合梁、刚架及拱等；优先选用双线整孔箱形梁桥。 （1）高速铁路列车设计活载 设计活载图式是桥梁设计的重要参数之一。高速铁路桥梁取用 ZK 标准活载(0.8UIC)作为高速 铁路设计活载图式，其能涵盖各类运行列车荷载，比 UIC 荷载图式可节省材料用量约 10%(跨度 24m 混凝土梁)。城际铁路设计活载有的采用 0.6UIC，如成灌、广珠。 图 5 ZK 标准活载图式（左图） 、ZK 特种活载图式（右图） （2）桥梁变形控制 列车高速通过桥梁时，若出现较大的挠度或结构自振频率与列车周期性激励荷载频率相近时， 列车与桥梁均会产生较大的动力响应，造成桥上轨道不平顺、乘坐舒适度降低、结构活载效应增大， 甚至列车走行性能恶化，严重影响车辆运行和结构安全。因此，高速铁路桥梁必须具备足够大的刚 度和良好的整体性。故对桥梁的结构变形、变位和自振频率的提出严格要求。 表 2 ZK 竖向静活载作用下的梁体的竖向挠度限值 跨度 设计速度 L40m 40m80m 250km/h L/1400 L/1400 L/1000 300km/h L/1500 L/1600 L/1100 350km/h L/1600 L/1900 L/1500 表 3 ZK 竖向静活载作用下的梁端转角限值 桥上轨道类型 位置 限值(rad) 备注 桥台与桥梁之发间 2.0 有砟轨道 相邻两孔梁之间 1 + 2 = 4.0 1.5 梁端悬出长度0.55m 桥台与桥梁之间 1.0 0.55梁端悬出长度0.75m无砟轨道 相邻两孔梁之间 1 + 2 = 3.0 梁端悬出长度0.55m 13 桥上轨道类型 位置 限值 (rad) 备注 1 + 2 = 2.0 0.55梁端悬出长度0.75m 墩台基础工后沉降限值如下： 墩台均匀沉降量： 有砟轨道桥梁 30 mm； 无砟轨道桥梁 20 mm 静定结构相邻墩台沉降差：有砟轨道桥梁 15 mm； 无砟轨道桥梁： 5 mm 2.1.4 隧道 高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应随列车速度的提高而加大，因此会产生一系列负面 影响，主要表现在三个方面，即瞬变压力、洞口微气压波和行车阻力。高速铁路隧道工程设计必须 考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、车辆结构强度和环境等方面的不利 影响。根据研究，隧道内气动力效应与隧道净空面积、长度，列车横断面、头部形状、密封性，以 及道床类型、竖井和横洞位置等因素有关。我国高速铁路隧道设计特点：加大了隧道净空面积，采 用斜切式、明洞扩大式等不同形式洞门，必要时设置洞口缓冲结构，减缓隧道内空气动力学效应的 不利影响。各国高速铁路隧道净空面积见表 3。 表 3 隧道内轨面以上净空横断面面积 国 别 中国 日本 德国 法国 韩国 列车速度 （km/h） 200 250 300350 300 300 300 300 单线隧道（m 2） 50 58 70 60 70 双线隧道（m 2） 80 90 100 64 92 100 107 2.1.5 轨道 高速铁路对轨道结构的技术要求主要是保证轨道高平顺性、高可靠性、长寿命和高稳定性。高 平顺性是消除轮轨接触面上的短波不平顺和中、长波不平顺，保持轨道弹性的均匀性；高可靠性主 要是指轨道结构保持平顺性，维持线路正常运营的能力；长寿命指的是轨道结构有较长的维修和大 修周期；高稳定性是要提高轨道结构的纵、横向阻力，保持轨道结构的稳定性。 我国高速铁路轨道的主要技术特点是采用 60kg/m 的 100m 长定尺钢轨、跨区间无缝线路、大号 码道岔和无砟轨道。借鉴国外先进技术与成熟经验，逐步实现自主知识产权的无砟轨道技术体系和 高速道岔的国产化及创新。 （1）无砟轨道 我国高速铁路设计规范规定；200250km/h 线路主要采用有砟轨道，大于等于 6km 的隧道采 用无砟轨道；300350km/h 线路主要采用无砟轨道。引进吸收国外先进技术的无砟轨道有： CRTS型板式无砟轨道（沪宁、哈大） ，CRTS 型板式无砟轨道（京津、沪杭、京沪） ，CRTS型 14 双块式无砟轨道（武广）和 CRTS 型双块式无砟轨道（郑西）等。 我国自主研究开发的 CRTS 型板式无砟轨道，主要由钢轨、扣件系统、轨道板、自密实混凝 土、支承层或底座、板间连接系统等部分组成。已用于成灌线，并在盘营、沈丹、武黄等高速铁路 推广使用。 （2）高速道岔 18 号可动心轨单开道岔：客专线（07）004 有砟 V 直=250km/h、V 侧=80km/h，石太、温福、 福厦；客专线（07）009 无砟 V 直=350km/h、V 侧=80km/h，武广、沪宁、沪杭。 42 号可动心轨单开道岔：客专线（07）006 无砟，V 直=350km/h，V 侧=160km/h，沪宁、沪 杭、哈大、京石武； 62 号可动心轨单开道岔：客专线（08）013 无砟 V 直=350km/h、V 侧=220km/h，哈大。 2.2 牵引供电技术特点 高速铁路牵引供电系统主要由牵引供电系统和电力系统组成。其技术要求为:满足高速运行的 弓网关系；满足可靠稳定的供电要求；满足免维护、少检修、抵御自然环境侵害的要求；动车组自 动过分相；供电能力适应高速度、高密度、大功率；具有综合一体化远程监控能力。 2.2.1 供变电 外部电压：牵引变电所外部电压等级采用 220kV 双电源供电，互为备用。其特点是输送能力高， 电压损失小，保证较高的供电质量；改善对电力系统的负序和谐波影响，系统具有更大的负序承受 能力，电压畸变小；安全可靠，能保证高速列车稳定运行。 供电方式：采用先进的 AT 供电方式，供电能力大、电分相少、节能环保、电磁污染低、外部 电源投资低。 2.2.2 接触网 国外高速铁路接触网有不同的悬挂方式，日本采用复链形悬挂（300km/h 线路采用简单链形悬 挂） 、德国采用弹性链形悬挂、法国采用简单链形悬挂。 我国 200250km/h 高速铁路一般采用简单链形悬挂(合武铁路、长吉城际采用弹性链形悬挂), 300350km/h 线路一般采用弹性链形悬挂(京津城际、广深港客专采用全补偿简单链形悬挂)。接 触线悬挂点高度一般为 5300mm，最低点不小于 5150mm；结构高度宜采用 1600mm，特殊情况下， 300350km/h 区段不得小于 1100mm；设计坡度，速度大于 250km/h 时应为 0、250km/h 时应小于等 于 1、坡度变化率小于等于 0.5；接触线采用铜合金 150m时的张力，250300km/h 时不小于 25kN，350km/h 时不小于 28.5kN ；承力索张力不小于 20kN。 2.2.3 远程监控系统（SCADA） 高速铁路综合监控子系统采用 SCADA 系统，提供用户监控的人机界面以及牵引供电设备和电力 供电设备的监测、手动或自动控制。远程监控系统集通信、信号、牵引供电、电力远程监控一体化 设计。采用分层分布式系统结构，控制中心采用独立的监控网络及设备，通过网络安全隔离措施与 15 其他系统进行接口。系统监控范围包括 220V220kV 的通信、信号、牵引供电、电力供电设备在线 实时监控。 2.3 列车运行控制系统 列控系统是确保行车安全的信号系统。利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态， 列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时 进行控制。各国采用不同的列控系统，德国的 LZB 系统采用轨道环线电缆传送列控信息；日本 DS- ATC 系统采用有绝缘数字轨道电路传送列控信息；法国 UM2000+TVM430 系统采用无绝缘数字轨道电 路传送列控信息。 2.3.1 中国列车运行控制系统（CTCS） CTCS-0/1 级：基于轨道电路传输信息，车载设备由机车信号和列车运行监控装置（LKJ） 构成。 CTCS-2 级：基于轨道电路（ZPW-2000）和应答器传输列车行车许可信息,采用目标距离连 续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。 CTCS-3 级：基于 GSM-R 无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行 车 许可，轨道电路（ZPW-2000）实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备 CTCS-2 级功能的 列车运行控制系统。 CTCS-4 级：完全基于无线传输信息的列控系统，地面可取消轨道电路，由 RBC 和车载验 证 系统共同完成列车定位和完整性检查，点式应答器提供列车用于测距修正的定位信息，实现移动闭 塞。 我国高速铁路 200250km/h 等级采用 CTCS-2 级列控系统，300350km/h 等级的采用 CTCS-3 级列控系统，均由车载设备（ATP）和地面设备组成。其中，列控车载设备由车载安全计算机，轨 道电路信息读取器、接收天线，应答器信息接收单元、接收天线，列车接口单元，纪录单元，人机 界面，速度传感器和 GSM-R 无线通信单元、接收天线等组成；列控地面设备由列控中心、 ZPW- 2000（UM）系列轨道电路、应答器、临时限速服务器和无线闭塞中心、GSM-R 接口设备等组成。 2.4 通信系统 我国高速铁路的通信系统包括：光传输系统、数据网、电话交换系统、调度通信系统、GSM- R、会议电视系统、应急通信系统、综合视频监控、时钟同步、综合网管、监测系统、防雷与接地 系统、通信电源及线路等等。其与行车和运营秩序关系更加密切，如列车控制、票务、旅客服务； 与既有铁路通信网统一：具有设备冗余、系统冗余、业务保护等高可靠设计；监测和管理手段加强， 如电源监控、机房环境监控、视频监控、通信网管、GSM-R 接口监测、光纤监测、漏缆监测等。 高速铁路通信系统的主要技术特点是采用数字移动通信系统（GSM-R） ，其场强覆盖、服务质量 标准（QoS）必须符合要求。特别是 CTCS-3 列控信息区段，必须采用系统冗余设计设计，以满足调 16 度指挥、公务通信、信息传输和列车运行控制的需要。 2.5 动车组 日本新干线一直采用动力分散型动车组；德、法则大多采用动力集中型动车组，但 300km/h 及 以上则也采用动力分散型动车组，如德国的 ICE3 为 4M+4T、330km/h，法国的 AGV 为 9 辆编组、 3（1M+3T） 、360km/h。 由于动力分散动车组具有轴重小、牵引功率大、启动加速性能好、可靠性高和编组灵活、列车 利用率高等优点，已成为当今世界高速动车组技术发展的方向。我国明确发展动力分散型动车组。 我国 CRH 系列动车组类型如下： CRH1 型动车组为南车集团青岛四方庞巴迪公司（BST）生产、轴重 16t，最高运营速度 250km/h。 CRH2 型动车组为南车集团四方股份公司生产，轴重 14t，分 250km/h 和 350km/h 两种速度。 CRH3 型动车组为北车集团唐山厂生产、轴重 17t、最高运营速度 350km/h。 CRH5 型动车组为北车集团长客股份公司生产、轴重 17t（动） 、16t（拖） ，最高运营速度 250km/h。 新一代高速动车组 CRH380，持续运行速度 350km/h、最高运行速度 3