铁道工程技术毕业设计.doc

目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外研究现状2第2章 高速铁路技术概况42.1 高速铁路发展概况42.2 高速铁路关键技术72.2.1 高速铁路路基72.2.2 高速铁路桥梁102.2.3 高速铁路隧道122.2.4 高速铁路轨道132.2.5 高速铁路信号与通信152.2.6 高速列车162.3 高速铁路经济优势172.4 中国高速铁路发展模式18第3章 无砟轨道选型213.1 无砟轨道概述213.1.1 无砟轨道主要技术条件213.1.2 世界各国无砟轨道的发展历程243.1.3 无砟轨道和有砟轨道技术经济对比分析283.2 国外无砟轨道类型及特点303.2.1 博格板式无砟轨道303.2.2 雷达型无砟轨道353.2.3 日本板式无砟轨道403.2.4 弹性支承块型（LVT）无砟轨道423.2.5 旭普林型无砟轨道443.2.6 其他类型无砟轨道453.3 我国无砟轨道主要类型483.3.1 板式无砟轨道轨道483.3.2 双式无砟轨道503.3.3 长枕埋入式无砟轨道513.4 适合中国国情和路情的无砟轨道轨道主要类型52第4章 京津城际客运专线CRTS型板式无砟轨道施工技术554.1 无砟轨道发展概况554.2 系统技术的构成564.3 系统技术的主要特点584.4 主要施工工艺法594.4.1 板厂概况594.4.2 重难点工程介绍594.4.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺604.5 轨道板铺设工艺62第5章 结束语70参考文献71致 谢72附录A 外文资料翻译73石家庄铁道大学毕业论文第1章 绪论铁路是一个国家重要的基础设施，国民经济的大动脉和大众化的交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。但是，速度的劣势一度使这一传统行业处于竞争危机之中。因此，自有铁路以来，人们就不断致力于提高列车的运行速度，为此，许多优秀的铁路技术人员付出了艰苦卓绝的努力。1964年，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，达到当时最高运行速度240Km/h，从此高速铁路在世界发达国家迅速崛起，获得蓬勃发展，在世界范围内引发一场深刻的交通革命。1.1 课题研究背景和意义高速铁路是20世纪交通运输领域的重大成果，是一个专业面极广、技术先进成熟的庞大系统工程，是人类共有财富。高速铁路具有深刻的社会价值和巨大经济价值，相对传统铁路交通它具有速度快、运能大、安全性高、准确性高、能耗少、占地少、工程投资低、污染环境轻、舒适度高、效益好十大显著优势。20世纪60年代以来，世界各国大力研究高速铁路技术，到目前为止已经取得了丰硕成果，从中总结了许多宝贵的经验，并从中获得巨大的经济效益。在全球经济一体化的今天，大力发展经济已经成为世界各国的共识，2020年前中国将全面建设小康社会，这一时期经济将飞速发展，运输需求必将飞速增加，人口的增长，城市化进程的加快，人民物质文化生活水平的提高，人际交流的频繁，这些现状都使得中国大力发展新型交通系统成为必然。对我国而言，土地、能源、环境方面的压力远远大于其他国家，加之我国运量大、集中度高、行程长的客流特点和客货分线决策也使得发展高速铁路成为必然。国务院于2004年批准中长期铁路网规划，确立了我国铁路宏伟的建设蓝图：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，复线率和电气化达到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。根据中长期铁路网规划，我国铁路主要通道将建设客运专线1.2万Km以上，环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区将建设城际客运系统，同时既有线提速改造达到2万Km，形成我国铁路快速客运网，将建成以京沪、京广、高哈、沪甬深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”客运专线网络。高速度必将带来巨大的技术难题，尤其对铁路轨道将提出更高的要求，传统的有砟轨道很难满足高速铁路机车运行所要求的高稳定性和高舒适度，发展新型轨道结构，使之有效提高机车速度，保证运行要求，是世界各国的研发目标，而无砟轨道恰恰具备稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久性强、维修工作量显著减少和技术相对成熟的突出特点。所以，发展无砟轨道技术是铁路加快提高装备水平，实现铁路跨越式发展的重要举措之一。1.2 国内外研究现状1825年出现在英国的第一条铁路，其速度只有24Km/h，随着科技的进步铁路运行速度有了质的飞跃，1955年法国电力牵引机车的试验车组最高运行速度突破了300Km/h，1964年世界上第一条高速铁路-日本东海道新干线最高运行速度达到210Km/h，旅行速度达到160Km/h。此后无砟轨道这种新型铁路轨道结构得到应用，列车试验速度不断刷新：1988年5月德国ICE最高速度达406.9Km/h，法国TGA-A型高速列车速度达515.3Km/h，2007年法国再次刷新纪录，TGA最新型V150超高速列车试验行驶速度达574.8Km/h。可以说，无砟轨道的应用与发展使得高速铁路运行速度不断创造奇迹，使之适应了社会发展的需要及提高了竞争力。自上世纪60年代开始，世界各国对无砟轨道的研究已经取得明显成果，从最初的室内试验、现场铺装试验，到在高速铁路上普及推广，历经40余年，形成了具有各国特色的系列化、标准化产品。无砟轨道技术发展比较成熟的主要国家是德国和日本，而它们的发展道路又不相同。目前，无砟轨道的优越性已经被世界许多建设高速铁路的国家和地区所认可。德国、法国、西班牙、意大利、日本、英国、韩国、印度、荷兰、中国大陆以及台湾地区修建的许多高速铁路都成段、成线地采用无砟轨道技术。近年来，由于国民经济的发展和人民生活水平地不断提高，我国已经开始重视提高旅客列车的运行速度，并为此采取了一系列行之有效的措施，先后多次进行火车提速，2002年最高试验速度达到321.5Km/h。世界高速铁路建设方兴未艾，中国高速铁路奋力崛起。我国现已有多条客运专线如秦沈、京沪、武广、石太、京津、桂广等已建成投入运营或正在建设即将投入运营，这将有效地优化和提升我国交通运输结构，大幅度提升旅客的运输能力，满足国民经济和社会发展的需要，同时也为我国铁路技术发展提供广大的空间。第2章 高速铁路技术概况2.1 高速铁路发展概况高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。目前国际上公认的列车最高运行速度达到200Km/h及其以上的铁路为高速铁路。随着科学技术的发展和客观条件的变化，有关高速铁路的定义还在不断更新。高速铁路运行速度是一项重要的技术指标，也是铁路现代化水平的重要体现。20世纪70年代，日本把列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。随着高速铁路技术的发展，欧洲铁路联盟于1996年9月发布的互通运营指导文件(96/0048/EC)对高速铁路有了更确切的规定：新建铁路运营速度达到或超过250km/h；既有线通过改造使基础设施适应速度200km/h；线路能够适应高速，在某些地形困难、山区或城市环境下，速度可以根据实际情况进行调整。自以日本新干线、法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国、日本、中国内地和台湾。在亚洲，1964年10月1日，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。2004年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，2020年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止2002年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。法国1981年开通了TGA东南线，1989年开通了TGA大西洋线，1993年开通了TGA北方线，1994年开通TGA东南延伸线，1996年开通了TGA巴黎地区联络线，2001年6月，TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于1991年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于1998年投入运营。2002年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/m，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。2003年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。意大利1987年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型全长1300Km的高速铁路骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东海岸铁路的轮轨高速进行论证。自有铁路以来，人们就在不断致力于提高列车的运行速度。1825年出现在英国的第一条铁路，其列车最高运行速度只有24km/h，1829年“火箭号”蒸汽机车牵引的列车最高运行速度就达到了47km/h，几乎提高了1倍。19世纪40年代，英国试验速度达到120km/h，1890年法国将试验速度提高到144km/h，1903年德国制造的电动车组试验速度达到了209.3km/h。这时期英国西海岸铁路用蒸汽机车牵引的列车旅行速度达到了101km/h。1955年法国电力机车牵引的试验车组最高运行速度突破了300km/h，达到了311km/h。1964年10月日本东海道新干线最高运行速度达到了210km/h，旅行速度也达到了160km/h。此后列车试验速度不断刷新：1981年2月法国TGV试验速度达到380km/h，1988年5月德国ICE把这一速度提高到406.9km/h，半年后法国人创造了482.4km/h的新纪录，1990年5月18日法国TGV-A型高速列车把试验速度提高到515.3km/h，2007年4月3日法国再次刷新了自己的纪录，TGV最新型“V150”超高速列车行驶试验速度达到574.8km/h，创下了有轨铁路列车行驶的世界纪录。自以日本新干线 法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国 日本、中国内地和台湾。在亚洲，1964年10月1日，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。2004年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，2020年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止2002年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。法国1981年开通了TGA东南线，1989年开通了TGA大西洋线，1993年开通了TGA北方线，1994年开通TGA东南延伸线，1996年开通了TGA巴黎地区联络线，2001年6月，TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于1991年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于1998年投入运营。2002年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/h，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。2003年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。意大利1987年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型、全长1300Km的高速铁路骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东海岸铁路的轮轨高速进行论证。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国也开始重视提高旅客列车的速度。2002年秦沈客运专线铁路最高试验速度达到了321.5km/h，2008年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3km/h，2009年12月武广铁路客运专线列车跑出394.2km/h，创造了两车重联情况下的世界高速铁路最高运营速度。图1-1为在京津城际铁路上运行的时速350km“和谐”号动车组。图2-1 时速350 km“和谐”号动车组2.2 高速铁路关键技术高速铁路在不长时期内之所以能取得如此发展势头，根本原因是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又实用的特点，特别是在中长距离的交通中的独特优势。实践表明，高速铁路已是当代科学发挥技术进步与经济发展的象征。高速铁路虽源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破了常速铁路的概念，已形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统。(1)高速铁路是当代高新技术的集成。(2)高速度是高速铁路高新技术的核心。(3)系统间相互作用发生了质变。高速铁路从可行性研究、规划、设计、施工、制造到运营管理，都要超前、系统地进行研究才能付诸实践。随着速度的提高，个子系统原有的规律和相互间关系将转化为强作用而需要重新认定。(4)系统动力学问题更加突出。高速列车的振动与冲击问题更加突出；高速列车运行中的惯性问题更加突出；列车空气动力学问题更加突出。(5)对高速铁路主要子系统的基本要求更加严格。高速铁路的优势不仅体现在整体的强大，而且其每个分项都是高科技的集成。2.2.1 高速铁路路基路基是轨道的基础，也叫线路下部结构(2-1)。高速铁路的出现对传统铁路的设计施工和维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计方法理念。高速铁路路基按照土木结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设计等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，使之能抵抗各种自然因素作用的影响，确保列车高速、安全和平稳运行。与普通铁路路基相比，高速铁路路基主要表现一下特点：(1)高速铁路路基的多层结构系统高速铁路线路结构，已经突破了传统的轨道、道床、土路基这种结构形式，既有有砟轨道也有无砟轨道(图2-2和2-6)。对于有砟轨道，在道床和土路基之间，已抛弃了将道砟层直接放在土路基上的结构形式，做成了多层结构系统。无砟轨道放弃了道砟，直接在路基上铺设轨道。表2-1 路基面标准宽度轨道类型设计最高速度(km/h)双线线间距(m)路基面宽度单线(m)双线(m)无砟轨道2504.68.613.23004.813.43505.013.6有砟轨道2504.68.813.43004.813.63505.013.8图2-2 无砟轨道双线路堤标准横断面示意图图2-3 无砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图图2-4 无砟轨道单线路堤标准横断面示意图图2-5 有砟轨道双线路堤标准横断面示意图图2-6 有砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图(2)控制变形是路基设计的关键控制变形是路基设计的关键，采用各种不同路基结构形式的首要目的是为了给高速铁路线路提供一个高平顺、均匀和稳定的轨下基础。由散体材料组成的路基是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源。它在多次重复荷载作用下所产生的累积永久下沉将造成轨道的不平顺，同时其刚度对轨道面的弹性变形也起关键性作用，因而对列车高速行走有重要影响。高速行车对轨道变形有严格要求，因而，变形问题便成为高速铁路设计所考虑的主要控制因素。就路基而言，过去多注重设计强度，并以强度作为轨下系统设计的主要控制条件。现在强度已经不成问题，一般在达到强度破坏之前，可能出现过大的有害变形，所以控制变形成为路基设计重中之重。(3)在列车、线路这一整体系统中，路基是重要组成部分变形问题相当复杂，这是世界性难题。日本及欧洲等国虽然实现了高速，但他们都是采用高标准的昂贵的强化线路结构和高质量的养护维修技术来弥补这方面的不足。所以，变形时轨下系统设计的关键。由于普通铁路行车速度慢、运量小，因此在以往的设计中，只孤立地研究轮、轨的相互作用，并把这种作用狭义理解为轮、轨接触部位的几何学、运动学、动力学的关系，而忽略了路基的影响，其中各部位的设计也只局限于本专业范围内。对于高速铁路，轮轨系统应该是车轮、钢轨、道床、路基各部分相互作用的整体。因为包括路基在内的轨下系统的垂向变形集中反映在轨面上，而且又直接影响着轮轨作用力的大小。所以，在轮轨系统的研究中，必须把各部分作为一个整体来分析，建立适当的模型，着眼于各自基本参数和运用状态，进行系统最佳设计，实现轮轨系统的合理匹配，尽可能降低轮轨作用力，以保证列车的高速安全运行。2.2.2 高速铁路桥梁由于高速铁路列车的运营特点，对桥梁结构的动力作用提出了更高要求。桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至会影响行车安全。高速铁路桥梁具有以下工程特点：(1)刚度大：除控制挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变、不均匀温差引起的结构变形，使其满足轨道稳定性、平顺性的要求，符合高速列车运行安全性和旅客乘座舒适度的要求。(2)耐久性要求高：主要承重结构按100年使用要求设计，统一考虑合理的结构布局和构造细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用(设计、施工 维护三个阶段共同来保障)。(3)墩台基础的沉降控制严格。(4)上部结构宜采用预应力混凝土结构：预应力混凝土结构刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小。(5)大跨度的特殊孔跨结构多：跨越主要交通干线或通航河流大量采用钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等特殊结构的大跨度梁式，技术复杂，施工难度大。(6)双线简支箱梁制、架需特殊的大型施工装备：32 m跨度的双线简支箱梁重约900 t，制、运、架需专门的大型施工设施与装备。根据高速铁路桥梁(图2-7、2-8)的这些工程特点，为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形，这些都对高速铁路桥梁的刚度和整体性提出了严格要求。各国高速铁路桥梁设计基本遵循以下原则：1)采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分卡制造整体连接。双线桥梁一方面可提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，其竖向刚度也比单项桥梁增大一倍。2)除了小跨度桥梁之外，大都采用双线单室箱型截面。3)增大梁高，各国高速铁路预应力混凝土简支梁高跨比在1/91/12之间。4)尽量选用刚度大的结构体系如简支梁、连续梁、连续钢构、斜拉桥、拱及组合结构等。5)桥梁不宜过大。按照不同不同用途，高速铁路桥梁可以分为以下三类：高架桥用以穿越既有交通网、人口稠密地区及地质不良地区，高架桥通常墩身不高，跨度较小，但桥梁很长，往往可以伸展达十余公里。谷架桥用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高。跨越河流的一般桥梁。图2-7 设计时速350 km有砟桥面布置示意图（单位：mm）图2-8 设计时速350 km无砟桥面布置示意图（单位：mm）2.2.3 高速铁路隧道(1)空气动力学效应高速铁路隧道与常规铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应(瞬变压力、微压波、行车阻力、列车风等)对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的将产生十分不利的影响。当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流。于是，列车前方的空气受压缩，列车后方则形成一定的负压。这就产生一个压力波动过程，这种压力波动又以声速传播至隧道口，形成反射波Mach波，回传，叠加，诱发对运营产生一系列负面影响的空气动力学效应。主要是：由于瞬变压力，造成旅客不适，并对铁路员工和车辆产生危害；高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微压波，引起爆破噪声并危及洞口建筑物(如图2-9所示)；行车阻力加大，引起对列车动力和能耗的特殊要求；列车风加剧，影响在隧道中待避的作业人员；其它，如隧道内热量的积聚，空气动力学噪声等。图2-20 隧道微气压波的产生过程图2-9 隧道微压波的产生过程高速铁路进入隧道的空气动力学效应受多种因素影响，包括：1)机车车辆方面：行车速度，车头和车尾形状，列车横断面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度，车辆的密封性等。例如，计算结果表明，车辆对压力波动的影响可以归结为车内压力波动相应于车外压力的“缓解”和“滞后”。德国在Einmalberg隧道实测的结果证实了这一点(图2-10)。图2-11 德国Einmalberg隧道的实测结果图2-10 隧道机车压力图2)隧道方面：隧道净空断面面积，阻塞比，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。3)其它方面：列车在隧道中的交会等。因此，在高速铁路设计时，应从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。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。2.2.4 高速铁路轨道高平顺性是高速铁路对轨道的最根本要求，也是建设高速铁路的控制性条件。这是因为轨道不平顺是引起车辆震动、轮轨作用力增大的主要原因。在高平顺的轨道上，高速列车的列车震动和轮轨作用力较小，行车相对安全、舒适，轨道和机车车辆部件的使用寿命和维修周期也较长(表2-2 2-3 2-4)。高速铁路轨道的高平顺性主要体现在以下几个方面：钢轨的原始平直度公差小；焊缝几何尺寸公差小；道岔区不能有接头轨缝、有害空间等不平顺；高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值要小；敏感波长和周期不平顺的幅值要小；轨道不平顺的波长功率谱密度要小。表2-2 有砟轨道静态铺设精度标准序号项目容许偏差备注1轨距1 mm相对于标准轨距1435 mm1/1500变化率2轨向2 mm弦长10 m2 mm/5 m10 mm/150 m基线长30 m基线长300 m3高低2 mm弦长10 m2 mm/5 m10 mm/150 m基线长30 m基线长300 m4水平2 mm不包含曲线 缓和曲线上的超高值5扭曲2 mm基长3 m包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量6与设计高程偏差10 mm站台处的轨面高程不应低于设计值7与设计中线偏差10 mm 表2-3无砟轨道静态铺设精度标准序号项目容许偏差备注1轨距1 mm相对于标准轨距1435 mm1/1500变化率2轨向2 mm弦长10 m2 mm/测点间距8a（m）10 mm/测点间距240a（m）基线长48a（m）基线长480a（m）3高低2 mm弦长10 m2 mm/测点间距8a（m）10 mm/测点间距240a（m）基线长48a（m）基线长480a（m）4水平2 mm不包含曲线 缓和曲线上的超高值5扭曲2 mm基长3 m包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量6与设计高程偏差10 mm站台处的轨面高程不应低于设计值7与设计中线10 mm表2-4 道岔（直向）静态铺设精度标准项目高低轨向水平扭曲（基长3 m）轨距幅值（mm）22221变化率1/1500弦长（m）10要达到高速铁路轨道的高平顺性，必须满足以下条件：(1)路基设计和施工必须满足路基的工后沉降小、不均匀沉降小，在动力作用下变形小、稳定性高等要求。(2)桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺性要求。(3)道床必须选用硬质、耐磨的道砟，并在铺枕前整平压实。选用硬质 耐磨道砟，并压实道床，对保证高平顺性、提高开通速度、减少道床残余变形累积、降低轨道的养护维修工作量非常有效。(4)严格控制轨道出事不平顺。2.2.5 高速铁路信号与通信铁路信号技术是随着百年铁路的发展以及继电器、半导体、电子信息技术的变化而不断演进的。随着运行速度的提高，列控系统、超高速防护系统以及综合调度系统等成为高速铁路必不可少的信号技术。高速铁路与普通铁路不同之处主要有：(1)高速铁路设置综合调度系统，对列车运营指挥实行集中控制方式；(2)取消传统的地面信号机，采用卫星列控系统；(3)采用计算机网络传输和交换与行车 旅客服务相关信息。高速铁路信号系统由综合跳读系统、列控系统、计算机连锁系统等几部分组成，各部分之间具有保护功能的广域网连接，并传输信息。传统的话音 信号凭证指挥方式不再适用于高速铁路。高速铁路通信系统概况如表2-5所示。表2-5 高速铁路通信信号系统列控系统地面设备信号室 道旁设备（轨道电路 应答器等）车载设备接受线圈 司机室显示器 测速传感器 车载主机 车-地通信设备调度系统调度中心运行管理计算机 表示盘 控制终端设备 通信终端设备信号室通信终端设备 列车车次核查装置 安全监控设备终端车辆段 维修基地等表示终端联锁系统信号室计算机联锁设备 控制盘/控制终端 道旁设备信 号 地面固定信号 线路标志其 他 列车防护设备 隧道报警设备2.2.6 高速列车高速列车是高速铁路的核心，它涉及许多方面新的技术问题，对它的基本要求是启动快、速度高、停得住、运行平稳、振动与噪声小。为满足上述基本要求，必须采用相应的高新技术。高速铁路的技术水平和技术难度集中反映在高速列车上。(1)以交直交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术高速列车要求启动快，使其在最短时间和距离内达到额定最高速度。为此必须加大牵引功率，以增加其启动牵引力。同时当列车速度达到额定最高运行速度后，为保持其恒速运行，必须要有足够的持续牵引力来克服列车运行阻力。高速列车对牵引动力的基本要求就是功率大、轴重轻、自重小、黏着性好、整体控制好。所以高速列车采用交直交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术，不但可以提供大功率牵引，而且电机重量轻、体积小、维修量小、环境适应性强等突出优势。(2)复合制动技术制动系统的可靠性是高速列车行车安全的基本保证。在高速行车条件下制动系统失灵后果将不堪设想。制动系统的可靠性应该通过符合制动系统的科学设计来保证。高速列车采用由微机控制和计算机网络控制的电器指令制动方式。整个控制过程只需要大量的输入信息、指令，就可以发挥良好的制动动效果。(3)高速转向架系统机车转向架直接参与轮轨相互作用，并决定列车行走性的能的最关键部位。高速列车转向架系统的主要技术除稳定外，还有舒适性、曲线通过性能、轻量化、动力转向架的牵引电机悬挂和传动技术等。(4)高速受流技术采用电力牵引的高速列车必须采用弓网受流系统不间断的从接触网上获取电能。弓网受流良好的受流质量保证了高速行车中的电力供应。(5)高速列车车体结构及轻量化技术采用优化金属，使车体重量减轻，速度提高。(6)高速列车的车辆连接技术高速列车车辆连接包括机械连接、风管连接、电器连接和通过台风挡连接。车辆间的缓冲装置可以使列车的连接更稳固，行车更安全。(7)高速列车新材料技术高速铁路的发展除了当今信息技术，轨道动力学和轮轨关系等一系列理论有所突破，采用新材料、新工艺也在推动着高速铁路的发展。(8)高速铁路列车控制及诊断技术2.3 高速铁路经济优势(1)速度快速度是高速铁路的技术核心，也是其主要技术经济优势所在。迄今，高速铁路是陆地上运行距离最长、运行速度最高的交通运输方式。近几年相继建成的高速铁路，其最高运行速度都在300Km/h左右，其中京津城际客运专线的最高时速应经达到350Km/h。这大大提高了高速铁路的竞争力和经济使用价值。(2)运能大高速铁路旅客列车行车间隔小，行车密度达，每次载客数量比较多，输送能力是高速公路和民用航空等现代交通运输方式不可比拟的。(3)安全性高安全性是人们出行选择交通运输方式最关心的因素。尽管各种现代交通运输都竭力提高自身安全性能，但交通事故仍有时有发生。高速铁路采用了先进的列车运行控制系统，能保证前后两列车有必要的安全距离，防止列车追尾及正面冲撞事故。几乎与行车有关的固定设施与移动设备，都有信息化程度很高的诊断与检测设备，并有科学的养护维修制度。对一些有可能危及行车安全的自然灾害，设有预报预警装置，所有这些构成了高速铁路现代化的、完善的安全保障系统。(4)准确性高高速铁路安全保障系统不但保证了高速列车行车安全，也使得铁路运输全天候的优势得到了更充分的发挥。除了可能危及行车安全的自然灾害，几乎不受大气和气候条件影响。(5)能耗少高速铁路在能源的使用方面具有绝对优势。(6)占地少铁路是占地比例最少的交通运输方式。(7)工程投资低高速铁路在工程投资在高速交通中是比较低的。(8)污染环境轻高速铁路相对公路、航空可大大减少对环境的污染。(9)舒适度高高速铁路线路平顺、稳定，列车运行平稳，振动和摆动幅度很小。(10)效益好高速铁路可以带来巨大的经济效益。2.4 中国高速铁路发展模式中国高速铁路发展几乎与世界发达国家同步,在几十年的发展过程中,通过不断的探索与学习,截至目前为止，中国的高速铁路已经取得了相当不错的成绩，2020年中国即将全面建设小康社会，高速铁路将承担着经济大动脉的角色，为中国的现代化建设贡献力量。中国需要高速铁路，这一点体现在其必要性上，众所周知，任何一种运输方式的传输量和成本都不可能和铁路相比，尤其是速度方面相对传统铁路具有极大优势的高速铁路。高速铁路在中国几十年的发展过程中已经充分体现其可行性，尤其近年来中国多条客运专线的成功运营，实践证明高速铁路的应用在中国取得的巨大的效益。几十年的发展，中国高速铁路通过不断整合，取利除弊，不断吸取世界各国的高速铁路发展中的经验教训，价值对自身情况的深入探索，研究出了一套适合中国国情和路情的发展模式。中国目前的最佳发展模式是在不断改造既有线的前提下，根据需要建设一些新的高速铁路线路，并实现客货分运，是铁路线路资源得到最大程度的利用，实现价值的最大化。但是中国的发展模式尚不十分成熟，有的地方尚需改进，下面根据世界高速铁路的发展模式进行具体研究。世界上有许多国家拥有高速铁路，而高速铁路的建设管理模式，各国因国情不同而已，大致有四种类型：一是新建高速铁路双线，专门用于旅客快速运输，如日本新干线和法国高速铁路；二是新建高速铁路双线，实行客货共线运营，如意大利罗马-佛罗伦萨高速铁路；三是部分新建高速线与部分既有线混合运营，如德国柏林-汉诺威线，承担着客运和货运任务；四是在既有线上使用摆式列车运行，这在欧洲国家多见，在美国“东西走廊”行驶的摆式列车速度为240Km/h。根据所采用的不同技术，高速铁路分为轮轨技术类型和磁悬浮技术类型。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种；磁悬浮技术有超导排斥型和常导吸引型两种。非摆式车体的轮轨技术是目前世界高速铁路的主流。中国在高速铁路发展模式方面曾进行过大量探索，但是根据经济技术实力不足的现实情况，在既有线上使用摆式列车这种运行模式并不适合中国国情。这种模式比较著名的是瑞典等国采用的ATP摆式列车模式，它的主要原理是对机车进行改良，使列车根据线路不同情况自动调节倾斜度等运营参数，从而实现高速运行，种种模式下的铁路系统对轨道的要求不是很高，但却对线路的信号系统有极高要求，加之复杂的地理情况，中国目前的科技尚不能满足需，所以这种模式并不适合在中国普及使用。截止到2010年5月，中国已经有武广、石太、京津城际客运专线等多条高速铁路建成投入运营，其中京津城际客运专线的最高时度达到350Km/h，达到了世界最高运营速度，这些承载着世界尖端技术和自主研发新成果的高速铁路，带来了良好的经济效益和社会效益，为中国2020全面建设小康社会打下了坚实的交通基础。中国地域辽阔，地理条件复杂多样，在高速铁路的建设过程中，通过不断吸收国外先进经验技术结合自主研发等诸多过程，中国整合了一套适合国情和路情的高速铁路发展模式。中国有大量的既有线，因为建成时代较早，加之当时的社会需要和科学技术的不足使得这些铁路大多数并不适合高速列车的运营，随着社会的发展，人民物质文化生活需求的不但增加，发展高速铁路已经势在必行，而新建高速铁路不但需要大量资金投入，而且需要使用大量的土地资源，尤其是农用耕地的征用，而既有线改造则可以有效地节约这些资本投入，所以既有线改造是一种很好的发展模式，通过一系列的改造，使其运营条件得到提高从而能够满足高速列车的运营需求，既节约了成本，又节省资源，最重要的使可以大大缩短工程建设时间，所以一般情况下中国的铁路可以采用这种模式。但是有些线路本身的特点使其不适合进行改建，例如地势较复杂的既有线，对其进行改造的成本很大程度上会超过新建线路，在这种情况下，为适应国家的现代化建设和经济发展，就要建设一些新的高速铁路，中国目前新建的客运专线就属于这种情况，对不适合改造的线路，采用货运列车专营的运营方式，使其自身价值的得到最大程度的发挥，从而创造出最大的价值。例如，已经建成投入使用的京津城际客运专线，该线将采用公交化城际列车和跨线列车混合开行的运输组织模式，全长约120Km，连接首都北京和天津两大直辖市，铁路设计最高时速为350Km，全程直达运行时间约为30min，使得许多在北京工作的可以在其他城市居住，大大减小了北京的人口压力，在一定程度上缓解了社会矛盾。京津城际客运专线，不仅是中国最早开工建设并最先建成的第一条高标准铁路客运专线，而且代表着中国高速在发展模式上树立了新的里程碑。综上所述，目前适合中国国情和路情的高速铁路发展模式是在最大程度上进行既有线改造，并根据需要建设新的高速线路，实现客货分运，有效地提高列车的运营速度，在此基础上还要不断加大包括机车在内的高速铁路附属工程科研力度，努力提高本国铁路系统的的科技装备水平，争取在其他模式上有新的突破。第3章 无砟轨道选型3.1 无砟轨道概述无砟轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道砟道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点，对于高速铁路较传统的有砟轨道有更好的适应性。3.1.1 无砟轨道主要技术条件(1)良好的结构连续性和平顺性有砟轨道采用均一性较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支承状态相对易于变化，并导致轨道几何形变。无砟轨道可以保证其性能有较好的均一性。由此组成的轨道整体结构与有砟轨道相比具有更好的结构连续性和弹性均匀性，为提高轨道的平顺性，改善乘车质量提供了有利条件。(2)良好的结构恒定性和稳定性无砟轨道结构中，作为无缝线路稳定性计算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依赖于材质和状态多变的有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更恒定的轨道纵、横向阻力，具有更好的耐久性和更长的使用寿命。(3)良好的结构耐久性和少维修性能无砟轨道维修工作量大大减少，被称为“省维修”轨道，为延长线路的维修周期以及客运专线列车的高密度 准点正常运行提供重要保证。客运专线的行车速度高、密度大，所有线路地面检查、维修作业都必须在“天窗”时间内进行。我国客运专线由于跨线列车多，自身的行车密度又大，不可能完全像国外高速铁路那样白天行车、夜间轨道维修作业。要在白天、夜间均行车的条件下，安排“天窗”作业就更加困难。减少线路维修工作量是保证客运专线列车准点正常运行的前提条件。无砟轨道采用整体式轨下基础。与采用散粒体结构的有砟道床基础相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，减少养护维修工作量，延长维修周期和轨道使用寿命。(4)工务养护、维修设施减少由于维修工作量减少，可以延长每个综合维修中心和维修工区的管辖范围，从而减少上述维修部门的数量。同时也可相应减少每个部门配置的维修机械、停车股道数量和房屋等设施。(5)免除高速条件下有砟轨道的道砟飞溅我国秦沈客运专线在线路开通之前进行的行车试验表明：行车速度达到250kmh-1时，道心道砟出现飞砟现象，造成车辆转向架部分的车轴、制动缸等被道砟打击的现象(这种飞砟现象与线路开通前道床表面细砟、粉尘较多也有一定的关系)。根据法国TGV铁路的运营经验，有砟轨道在列车速度达到350kmh-1时，出现较严重的道砟飞溅现象。后将速度降到320kmh-1时，飞砟现象才有所改善。此外，在严寒冬季，冻结在车体下部的冰块融化时，冰块打在道砟上，溅起的道砟会打坏钢轨踏面。另外，在进行道床维修施工作业后，由于表层道砟松散，粉粒较多，也会产生飞砟，此时要求限速170kmh-1时行车。法国TGV铁路在严寒多雪地区，为了防止下雪天因道砟表面裹雪被列车风吹起，曾采取过在道床表面喷撒乳胶和雪天降速运行等措施。采用无砟轨道之后，就可以完全免除道砟飞溅的顾虑。(6)有利于适应地形选线，减少线路的工程投资无砟轨道的纵 横向稳定性较之有砟轨道大大增加。在选线困难的地段可以利用无砟轨道能承受较大轮轨横向力的有利条件，在保证舒适度的前提条件下，适当放宽曲线允许超高 欠超高的限制，减小最小曲线半径，从而有利于选线，减少工程量。(7)减少客运专线特级道砟的需求为了延缓客运专线有砟道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用为客运专线专门制定的特级道砟标准。我国特级道砟标准与国外高速铁路道砟标准相比，尽管在性能指标上仍有一定的差距，但符合这种性能要求的岩葳资源在我国，特别是中南和西南地区仍相当稀少，可能难以满足我国新建客运专线的需求。发展无砟轨道可以减少客运专线建设对特级道砟的需求量(8)无砟轨道弹性较差日本、德国开发无砟轨道的初衷是力求无砟轨道的轨道弹性等于或接近于有砟轨道的轨道弹性。但实际开发的结果却是无砟轨道的弹性仍低于有砟轨道。轨道弹性的降低会增加轴重对轨道破坏、失效和轨道状态恶化的影响，也会随着轴重的增加加剧环境振动和噪声。因此，在轴重较大的客货共线铁路以及轴重更大的重载铁路，国内外规模铺设无砟轨道的范例尚属罕见。高速列车的轴重较轻、车辆转向架悬挂性能改善、簧下质量减少，为在高速铁路上采用无砟轨道创造了有利条件。(9)建设期工程总投资大于有砟轨道与有砟轨道相比，尽管无砟轨道的结构高度低、自重轻，无砟轨道在隧道中铺设时，轨顶面以下的隧道开挖面积可适当减当；在桥上铺设时，由于其二期恒载相应减轻，从而降低桥、隧工程费用。但无砟轨道结构本身的工程费用高于有砟轨道，特别是在对振动和噪声等环境要求较高的地段，用于减振降噪措施的费用比有砟轨道要高。总体来说，无砟轨道建设期投资大于有砟轨道。(10)对地震和环保的适应性日本是多地震国家。根据日本的经验，无砟轨道在低等级地震条件下，比有砟轨道具有更好的稳定性，从而提高行车的安全性；但在大地震情况下，有砟、无砟轨道都会遭到破坏，而无砟轨道的修复更为困难。和有砟轨道相比，无砟轨道的弹性较差、环境振动和噪声的量级较高。在靠近人口居住区及诸如学校、医院、办公区、度假区等环保要求较高的地段，其减振降噪措施及相应的工程费用也会增加。(11)关于线下工程的“工后零沉降”建设理念无砟轨道的永久变形只能通过扣件进行调整以恢复其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量非常有限，因此对于无砟轨道的变形，特别是由于线下工程的沉降所引起的轨道永久变形必须做出严格的限制。线下工程工后沉降能否控制在规定范围之内，是无砟轨道能否在线路上进行