高铁概论-基础设施.ppt

高铁概论,主讲：陈瑞霖,引入新闻,【环球网报道记者翟潞曼】据俄罗斯“卫星”新闻网10月19日消息，俄罗斯“斯科尔科沃”基金城市规划委员会成员米哈伊尔布林金接受俄媒采访时表示，中国具有在1-2年内建设莫斯科至喀山高铁的投资潜力。布林金认为：“中国具有投资潜力和生产能力，用1-2年建设季节建成莫斯科至喀山高铁。”他同时强调了建成高铁对俄罗斯摆脱在这个领域落后状况的重要性。据报道，俄罗斯目前没有高铁铁路。高铁建设的试点项目就是莫斯科至喀山段高铁。该段铁路全长770公里，穿越俄罗斯的7个地区。预计建成后莫斯科至喀山将只需3个半小时。中国第一个表示愿意向这条高铁投资。,引入新闻,10月18日上午，兰渝铁路岷县至广元段开通运营动员大会在武都召开。记者了解到，兰渝铁路岷县至广元段将于年底开通运营。据悉，兰渝铁路运营里程873公里，总投资829.16亿元，于2008年9月开工建设，设计时速160250公里，属国铁级双线电气化客货共线快速铁路，沿线主要城市有兰州、陇南、广元、南充、重庆。兰渝铁路年底通车后，兰州与重庆的铁路运输距离将由现在的1466公里缩短至873公里，客车运行时间由现在的22小时缩短为6小时。兰渝铁路是纵跨甘、川、渝三省市的国家重大铁路项目，是深入实施西部大开发战略的标志性工程，是连接丝绸之路经济带和长江经济带的战略新通道。兰渝铁路的开通，对陇南实现跨越发展、打赢脱贫攻坚战具有十分重要的意义。,引入新闻,中国高铁正在加快“走出去”的进程。上月国家主席习近平访美前夕,中美就建设美国西部快线高铁项目达成共识，6家中国企业组成的中方联合体与美国西部快线公司就组建合资公司签署协议，准备筹建连接内华达州和加利福尼亚州的长达370公里的西部快线。中俄合作建设“莫斯科喀山”高铁等项目也取得进展。欧亚评论10日称，已经有30多个国家选择或考虑中方高铁系统。“西方火车去，东方列车来”，“德国之声”专栏作家泽林此前写道，中国总理李克强无论走访到哪里都推销高铁。在高铁项目上，北京为新兴国家准备了“套餐服务”，北京这种“列车加上提供相应贷款方案”的推销方式受到欢迎。在外媒看来，中国国内巨大的高铁网络是中国对外推销的重要优势。德国财经网称，中国高铁近年来迅速发展，已经让其成为全球该行业的领先者。中国已建设运营1.7万公里高铁，也就是说，全世界高铁中的一半以上属于“中国制造”。澳大利亚人报3日在文章中说，短短十多年，从无到有，中国已经承建了世界高铁网络的60%。在此过程中，中国吸收和改进了外国技术，现在处于拥有自主产权和技术出口高铁的地位。高铁产业的发展清楚地表明了中共的动员力量。,人民网北京10月16日电（贾兴鹏）日前，人民财经从中国铁路总公司获悉，雅加达当地时间10月16日，中国铁路总公司牵头组成的中国企业联合体，与印度尼西亚维卡公司牵头的印尼国企联合体正式签署了组建中印尼合资公司协议，该合资公司将负责印度尼西亚雅加达至万隆高速铁路项目的建设和运营，标志着中国铁路特别是高速铁路走出去取得历史性突破。,引入新闻,英国“铁路技术”网16日称，中国的高铁技术无可争议，自从2003年进入高铁市场以来，中国迅速扩张，在数量和里程上成为世界高速铁路的“圣城麦加”。该国高铁技术的主要特点是成本相对低廉。世界银行的数据显示，中国高铁每公里造价在1700万美元至2100万美元之间，而欧洲的造价是2500万美元到3900万美元。英国首相卡梅伦2013年在北京交大演讲时提到中国高铁在世界市场的快速崛起，因为高铁，英国有很多需要向中国学习的地方。,引入新闻,新华社北京10月20日电（樊曦、陆紫薇）记者从中国铁路总公司获悉，20日起，中铁总全面推进高铁快运业务开展，将在全国所有高铁列车经停的505个城市试行，基本实现直辖市、省会城市、中东部地区地级市和经济发达县域全覆盖。今年以来，随着中国高铁运营里程突破2万公里，发达完善的高铁网形成规模，高铁快运业务运作日益成熟。高铁快运是铁路企业依托高铁动车组列车等运输资源，为客户提供的快件物品全程运送服务。中铁快运股份有限公司运营总监黄健表示，高铁快运具有时效快、品质优、标准高的特点，主打产品有当日达、次晨达、次日达、隔日达四个品类，重点将批量小、价值高、时效强的商务文件、电商包裹、生物制剂、医药冷链、应急物品等作为主要目标市场，开发生物医药、生鲜食品类等重点大客户。据统计，2015年，全国快递业务量排名前五位的省份依次是广东、浙江、江苏、上海和北京，其快递业务量合计占全部快递业务量的比重达到69%，这些区域正是高铁网络最发达的地区；2016年上半年，全国快递服务企业业务量累计完成132.5亿件，同比增长56.7%，呈现出爆发式增长势头。黄健表示，扩网之后的高铁快运所面对的市场需求非常大，发展前景看好。中铁总将着力打造“高铁快运”优质品牌，便民利民，服务供给侧结构性改革，服务经济社会发展。,2.3高速铁路轨道结构,和普通轨道结构一样，高速铁路轨道也是由钢轨、轨枕、扣件、道床、道砟等部分组成的。由于列车对轨道结构的作用力与速度密切相关，所以要求高速铁路线路具有更高的安全性、稳定性和平顺性，在部件性能、技术水平和养护维修等方面标准更高、要求更严。,2.3.1高速铁路轨道结构类型,目前应用在高速铁路上的轨道结构大体可分为有砟轨道和无砟轨道两种类型。1.高速铁路有砟轨道有砟轨道就是传统的铺枕木和石子的轨道。这种轨道投资低，但车子跑在上面会有哐当声，车跑不快，乘客也不舒服。传统有碴轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用较大。同时，列车速度受到限制。,有砟轨道,2.高速铁路无砟轨道无砟轨道又作无碴轨道，是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构统称为无砟轨道。其轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境、而且列车时速可以达到400公里以上。无砟轨道平顺性好，稳定性好，使用寿命长，耐久性好，维修工作少，避免了飞溅道砟。,砟(zh)，岩石、煤等的碎片。在铁路上，指作路基用的小块石头。传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在枕木上，之下为小碎石铺成的路砟。路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助钢轨承重的作用，防止铁轨因压强太大而下陷到泥土里。此外，路砟（小碎石）还有几个作用：减少噪音、吸热、减震、增加透水性等。这就是有砟轨道。传统有砟轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易下陷，维修频繁，维修费用较大。同时，列车速度受到限制。无砟轨道由钢轨、扣件、单元板组成，起减震、减压作用。无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，比较舒适而且列车时速可以达到500公里以上。,无砟轨道,2.3.2钢轨,钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。钢轨分类国内我国钢轨以每米大致重量的公斤数，可分为起重机轨（吊车轨）、重轨与轻轨三种：起重机轨分为QU120,QU100,QU80,QU70四种，材质一般为锰钢，单重最大的是QU120可达118kg/m。重轨。按所用钢材钢种分为：普通含锰钢轨、含铜普碳钢钢轨、高硅含铜钢钢轨、铜轨、锰轨、硅轨等。主要有38、43、50kg三种。此外还有用于少数线路上的45kg轨，已计划在运量大和车速高的线路上用的60kg轨。GB258581规定了我国3850kg/m钢轨的技术条件，其尺寸和代号等如表6710所示。2007年我国颁布了新标准GB2585-2007，除3850kg/m外，新增加了60kg/m的重轨和75kg/m的重机轨。国外国际上各个国家都有自己的生产钢轨的标准，分类方式也不尽相同。如：英标：BS系列（有90A,80A,75A,75R,60A等等）钢轨钢轨(4张)德标：DIN系列吊车轨。,国际铁路联盟：UIC系列。美标：ASCE系列。日标：JIS系列。轻轨。品种在“8”的标准（5）中规定。主要有9、12、15、22、30kg/m等不同轨型，其断面尺寸和轨型类别等如6-7-11所示。技术条件详见“8”中标准（3）。轻轨也分为国标（GB）和部标（YB冶金部标准）两种，上面说的是GB的几种型号，YB的型号有：8、18、24kg/m等。（2）制造及用途。钢轨采用平炉、氧气转炉冶炼的碳素镇静钢轧制而成。其用途是承受机车车辆的运行压力及冲击载荷。,2.3.3无砟轨道,说的直观些，有砟就是我们平常所见的普通铁道，有石子；无砟就是没有石子的轨道。世界上大部分的高铁使用的是无砟轨道技术，但是法国却热衷于有砟轨道技术，他的TGV最高实验速度达到578km/h,用的就是有砟轨道。有砟轨道优点是建设周期短，成本低，收效快，但是由于高铁速度快方便，很多国家和地区都有向公交化发展的趋势，发车密度很高，因此导致道砟粉化严重，给维护带来很大的压力和高成本。例如法国早期修建的大西洋线，在运行当中的维护成本非常的惊人，甚至在使用不到10年就要翻新，重新更换道砟，得不偿失，所以法国近几年也在大力发展无砟轨道板技术。无砟轨道的缺点是修建成本较高，但是50年免维护的，或者是维护的成本很低。所以世界上大多数高铁使用无砟轨道技术。另外除了高铁很多城市轨道交通（比如地铁轻轨），还有就是普通铁路的特大桥和长隧道区间也使用无砟轨道，目的就是为了减少维护工作量。总体来讲无砟轨道适用于人口密集车流量大的线路，有砟轨道适用于车流相对较小的线路。都是本着最经济的建设使用原则。,无砟轨道分类：1.长枕埋入式轨道及雷达型无砟轨道长枕埋入式无碴轨道由预应力混凝土轨枕、混凝土道床板和混凝土底座组成。其结构内没有易受环境或温度影响的橡胶、乳化沥青等材料，结构整体性和耐用性较好。混凝土枕制造和现场灌注混凝土的技术和设备均是成熟、配套的。,长枕埋入式轨道及雷达型无砟轨道,2板式（图4-18）板式无碴轨道由预制的轨道板、CA砂浆填充层、混凝土底座和轨道板之间的凸形挡台组成。其轨道结构高度低，自重轻，可减小桥梁的二期恒载。,板式无砟轨道,3弹性支承块式（图4-19）弹性支承块式无碴轨道由弹性支承块（混凝土支承块、块下弹性垫层和橡胶靴套）、混凝土道床板、混凝土底座等组成。,弹性支承块式,2.3.4扣件,钢轨扣件就是轨道上用以联结钢轨和轨枕(或其他类型轨下基础）的零件，又称中间联结零件。其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。包括道钉、轨下垫板以及弹性或刚性的扣压件等。扣件应能长期、有效地保持钢轨与轨枕的可靠联结，并能在动力作用下充分发挥其缓冲减震性能，延缓轨道残余变形积累。因此要求其应具有足够的强度、耐久性和一定的弹性，还应构造简单，便于安装及拆卸。此外，对预应力混凝土轨枕来讲，扣件还应具有足够的扣压力和轨距、水平调整量。,根据轨道交通的要求，新型轨道扣件应具备以下特点：1）有足够的强度和耐久性轨道交通运营时间长、行车密度高、维修条件差，要求钢轨扣件必须具有足够的强度和耐久性，以确保行车安全。2）有一定的轨距和水平调整性能轨道交通多采用整体道床结构，线路曲线半径小，钢轨存在磨耗。这就要求扣件应具有一定的轨距、水平调整性能，以解决曲线钢轨磨耗和结构的不均匀沉降及施工误差所造成的轨距、钢轨水平超限。3）有良好的绝缘性能轨道交通一般均利用走行轨作为回流轨，这就要求扣件必须具备良好的绝缘性能，防止电流通过扣件泄漏，造成结构钢筋和市政管线的电腐蚀。4）有良好的减振弹性地铁等城市轨道交通穿行于居民区内，对减振降噪的环保要求很高，钢轨扣件必须具有良好的减振性能，衰减轨道振动，降低噪声传播。5）有一定的通用互换性扣件结构应力求简单，零部件少，具有一定的通用互换性，造价低，施工和维修方便。,轨枕又称枕木，也是铁路配件的一种。只不过现在所用材料不仅仅是木材，因此叫轨枕更加科学。别看轨枕的模样单调划一，貌不惊人，它的作用可不小。轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。它必须具备一定的柔韧性和弹性，硬了不行，软了也不行。列车经过时，它可以适当变形以缓冲压力，但列车过后还得尽可能恢复原状。,钢筋混凝土轨枕使用寿命长，稳定性高，养护工作量小，损伤率和报废率比木枕要低得多。在无缝线路上，钢筋混凝土轨枕比木枕的稳定性平均提高1520%，因此，尤其适用于高速客运线。如日本的新干线、俄罗斯的高速干线都铺设它。当然，钢筋混凝土轨枕也有缺点，尤其是重量比木枕大得多。比如，矿用水泥轨枕英国的钢筋混凝土轨枕每根重达285公斤，美国的重达280公斤，德国的较轻也有230公斤。所以，在不稳固的路基及新填路基等处不宜采用；在冬季有冻胀的地段，一般不允许采用；在大量运输煤炭和矿石及线路道床严重脏污的地段，最好不采用。使用木枕最多的美国如今使用一种塑料轨枕。这种采用回收的聚乙烯制造的塑料轨枕的耐腐蚀性高于木枕三倍以上，而且在加工时更容易使其表面变“毛”，安装在路基上不会滑动。第三个优点是安装方便，可以直接使用与木枕相同的设备和紧固件。当然，塑料轨枕就是成本要大于木枕，一旦成本降下来，将会迅速推而广之。轨枕因应用范围不同，长度也不同。在我国，普通轨枕长度为2.5m，道岔用的岔枕和钢桥上用的桥枕，长度有2.64.85m多种。每公里线路上铺设轨枕的数量是根据铁路运量和行车速度等运营条件来确定的，一般而言，在15201840根之间。不言而喻，轨枕数量越多，轨道强度越大。,2.3.6砕石道床,高速铁路有砟轨道对道砟材质的要求十分严格，要求具有良好的抗磨、抗冲击、抗压碎性能，同时对道砟颗粒的形状和清洁度也有较高的标准，道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。道床通常指的是铁路轨枕下面，路基面上铺设的石碴（道碴）垫层。主要作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对对钢轨的冲击，便于排水。,2.3.7道岔,道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、编组站大量铺设。有了道岔，可以充分发挥线路的通过能力。即使是单线铁路，铺设道岔，修筑一段大于列车长度的叉线，就可以对开列车。,高速铁路道岔分类：1.直向高速道岔2.直向和侧向都允许高速度通过的大号吗高速道岔。高速道岔的平面结构特征1.转辙器部分2.辙叉部分3.转换设备4.无缝道岔5.轨下基础6.导曲线平面特征,2.3.8跨区间无缝线路,跨区间无缝线路是指轨条长度跨越多个区间甚至全区间，且与无缝道岔相焊联的铁路无缝线路。我国铁路学者李思杨先生指出，跨区间无缝线路优势明显，是我国乃至全世界未来一段时间铁路发展的必然趋势。应用发展各种轨道结构的应用和发展，主要取决于运营的效果。现代铁路为实现重载、高速运输，而改善轨道结构的最佳措施，当属超长无缝线路的发展与应用。在二十世纪的5060年代，无缝线路开始在干线上大量应用，当时主要采用50kg/m级的钢轨，其中50%铺设在木枕和钢枕上。焊接和铺设技术都不够完善，因而长轨条的长度不可能很长。直至70年代以前，欧美等国无缝线路的长轨条长度如下图所示：70年代以前欧美等国无缝线路长轨条长度(m),7080年代多使用60kg/m级钢轨焊接长轨条。高强度合金轨、耐磨轨的问世，提高了无缝线路在重载、高速铁路上的应用效果。世界各国基地焊接基本上以接触焊为主，焊接接头的各项机械性能和外观检查均能达到钢轨母材的检查标准。铺设与养护技术也日臻完善。这一时期，无缝线路的结构型式以温度应力式为主，长轨条长度等于自动闭塞分区的长度，约为10002000m，相邻长轨条之间设置缓冲区或伸缩调节器联接。80年代以来，高强度、高韧性、长寿命的胶接绝缘接头在国外铁路上广泛应用。同时，法国在巴黎东南高速铁路和大西洋沿岸高速铁路使用感应式无绝缘轨道电路，德国在汉诺威维欠茨堡和曼海姆斯图加特两线使用音频式无绝缘轨道电路，为取消(或减少)缓冲轨，发展超长无缝线路创造了条件。目前欧洲铁路无缝线路的轨条设计，除了临近小半径曲线或桥隧建筑物，轨条不得不断开外，一般区间都焊联成一体。就文献资料介绍，英、法、德及日本的无缝线路最长长度如下：英国最长的一段无缝线路从尤斯敦至格拉斯哥645km;法国在巴黎里昂马赛，巴黎勒芒，巴黎莫城高速铁路上，大量无缝线路贯穿区间，其中最长的一段无缝线路长达50km;德国区间无缝线路与车站道岔焊接，与无缝线路直接焊联的道岔达11万组;日本在全长53.83km的青函隧道内12的坡度上，铺设了一段轨条长度达53.78km的无缝线路。各国铁路铺设超长无缝线路大多是客运为主的铁路线上，俄罗斯铁路在货运密度110Mtkm/km货运为主的干线上也铺有超长无缝线路。在国内，60年代曾在广深、胶济线试铺长度8km的无缝线路，1980一1981年北京铁路局在京山线试铺两段长度各为7.68km和7.64km的无缝线路，后因焊接接头折断数量太多，胶接绝缘接头短期失效，不得不终止试验。近年来，随着我国铁路现代化的发展，铁道部有关单位在经过较长时间技术准备后，我国主要干线加快了铺设超长无缝线路的步伐。,关键技术1、胶接钢轨绝缘接头铺设跨区间无缝线路时，轨道电路中的绝缘接头必须能适应无缝线路取消缓冲区的要求。随着轨道结构现代化的发展，为满足铺设跨区间和整区间无缝线路的需要，胶接绝缘接头应运而生。2、胶接绝缘夹板对绝缘接头的处理除了采用厂制胶接轨外，还可采用胶接绝缘夹板。技术要求：（1）在安装前，应对线路进行整修，达到接头区几何尺寸符合维修标准，轨枕及扣件状态良好，轨枕位置及间距符合规定，道床清洁饱满，无空吊板，无低接头。（2）钢轨状态良好，接头无伤损、掉块、飞边，接头错牙大修时不大于0.2mm，既有线不大于lmm，非厂制钢轨接头要求轨端偏斜量不大于0.5mm，螺栓孔位置及间距偏差不大于0.5mm。（3）安装前对轨端及螺栓孔进行倒角，达到无毛刺。对轨腹及上、下1：3斜面进行打磨除锈，金属光泽面积不少于80%，并清扫干净。（4）在安装时螺栓扭力矩应达到1200Nm，螺栓应为无油、无锈，并涂抹厌氧胶锁固。（5）为提高无缝线路中冻结接头的阻力，对长轨条与长轨条或长轨条与无缝道岔联结的绝缘接头，在轨腹包括1：3斜面与胶接绝缘夹板之间用粘接胶粘接。（6）轨端绝缘板不得超出轨头顶面及侧面，顶面可低于轨面0.5mm。,3、无缝道岔跨区间无缝线路中的道岔，把道岔中所有的钢轨接头都焊接(或胶接)起来，道岔两端也与区间无缝线路的长轨条焊联(或胶接)在一起，使无缝道岔成为跨区间无缝线路的一部分。跨区间无缝线路中的道岔钢轨不但承受巨大的温度力，而且里侧轨线两端的受力状况不同，一端承受温度力，另一端没有温度力。这种温度力的不平衡状态将使无缝道岔钢轨的受力与变形。位移发生变化，这一特点成为无缝道岔设计、铺设和养护的难点，也是铁路线路提速的技术难点之一。,2.3.9高速铁路轨道平顺性管理和信息化,轨道不平顺是指轨道的几何形状、尺寸和空间位置相对其正常状态的偏差。凡是直线轨道不平、不直，对轨道中心线位置和高度、宽度正确尺寸的偏