土木工程概论第六章_道路与铁道工程9

道路与铁道工程 交通运输的5种方式 铁路 公路 航空 水路 管道 基础设施建设 铁 公 机 0810土木类 0818交通运输类 081001土木工程 081002建筑环境与设备工程 081003给水排水工程 081004建筑电气与智能化 081005M城市地下空间工程 081006M道路桥梁与渡河工程 交通运输 交通工程 航海技术 轮机工程 飞行技术 交通设备与控制工程 救助与打捞工程 本科专业 研究生专业 0814土木工程 0823交通运输工程 081401岩土工程 081402结构工程 081403市政工程 081404供热 供燃气 通风及空调工程 081405防灾减灾工程及防护工程 081406桥梁与隧道工程 082301道路与铁道工程 082302交通信息工程及控制 082303交通运输规划与管理 082304载运工具运用工程 主要内容 一 道路基本常识二 铁道基本常识三 道路工程四 铁路工程 道路 公路 机场场道 城市道路 供各种无轨车辆和行人通行的基础设施 道路 按其使用特点分为 城市道路 公路 厂矿道路 林区道路 乡村道路 城市道路 马路 通达城市的各地区 供城市内交通运输及行人使用 便于居民生活 工作及文化娱乐活动 并与市外道路连接 负担着对外交通的道路 马路 清朝对于市区道路的叫法 对应于官路 京城通往省会 大路 省会之间的道路 历史上还出现过导路 周朝 驰道 驿道等的叫法 1 城市道路一般较公路宽阔 多划分机动车道 公共汽车优先车道 非机动车道等 适应复杂的交通工具 2 城市道路两侧有高出路面的人行道 绿化带 雕塑艺术和房屋建筑 公路则在车行道外设路肩 边沟排水 行道树等 城市道路 VS 公路 快速路 主干路 次干路 支路 根据道路在城市道路系统中的地位和交通功能 平顺的线型 与一般道路分开 与交通量大的干路采用立体交叉 与交通量小的支路平面交叉时应有交通控制措施 与非机动车有完整的分隔带 横过车行道时 需经由地道 天桥或控制的交叉路口 线形顺捷 交叉口宜尽可能少 平面交叉要有控制交通的措施 机动车道与非机动车道应用隔离带分开 一般情况下快慢车混合行驶 道路两侧应设人行道 可设置吸引人流的公共建筑物 次干路与居住区的联络线 公路 联接城市之间 乡村之间 乡村与乡村之间等 按照国家技术标准修建的 由公路主管部门验收认可的 主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路称 不含田间或农村自然形成的小道 公共交通之路 专供汽车分向 分车道行驶并全部控制出入的干线公路 公路分级 供汽车分向 分车道行驶的公路 一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为15000 30000辆 一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为3000 7500辆 一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为1000 4000辆 一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为 双车道1500车以下 单车道200辆以下 根据使用任务 功能和适用的交通量分为5个等级 高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 机场场道 飞行区铺筑道面 包括跑道 滑行道及机坪 属于特殊的道路 航站楼 靠近跑道一侧中间位置 滑行道 将性质不同的各功能分区 飞行区 候机楼区 飞机停放区 维修区及供应区 连接起来 提供从跑道到候机楼区或由候机楼区进入跑道的通道 使已着陆的飞机迅速离开跑道 提高跑道利用效率 滑行道包括 主滑行道 进出滑行道 联络道 飞机机位滑行通道 机坪滑行道 辅助滑行道 滑行道道肩及滑行带 跑道是机场工程的主体 机场的构形就是指跑道的数目 方位以及跑道与航站区的相对位置 主要内容 一 道路基本常识二 铁道基本常识三 道路工程四 铁路工程 铁路与铁路运输 铁路的发展 高速铁路 城市轨道交通 地铁与轻轨 铁道 路 与铁路运输 铁路 railway railroad rail 是供火车等交通工具行驶的轨道 最初的rail 英国人毕奥莫特 Beaumout 于1630年将木头铺在地上 从矿山往外运煤 车辆阻力小 易于通行 车辆的动力是人力或畜力 以机车牵引列车在两条平行的铁轨上行走 狭义铁路运输 广义铁路运输 包括磁悬浮列车 缆车等非钢轮行进的方式 也称轨道运输 铁路运输 运行速度快 时速一般在80到120公里 运输能力大 一般每列客车可载旅客1800人左右 一列货车可装2000到3500吨货物 重载列车可装20000多吨货物 单线单向年最大货物运输能力达1800万吨 复线达5500万吨 运行组织较好的国家 单线单向年最大货物运输能力达4000万吨 复线单向年最大货物运输能力超过l亿吨 铁路运输过程受自然条件限制较小 连续性强 能保证全年运行 通用性能好 既可运客又可运各类不同的货物 发时间准确性较高 运行平稳 安全可靠 铁路运输的优点 技术性能 铁路运输成本较低 1981我国铁路运输成本分别是汽车运输成本的1 11 1 17 民航运输成本的1 97 1 267 能耗较低 每千吨 公里耗标准燃料为汽车运输的1 11 1 15 为民航运输的1 174 但是这两种指标都高于沿海和内河运输 经济指标 铁路运输的缺点 投资高 单线铁路每公里造价为100 300万元之间 复线造价在400 500万元之间 建设周期长 一条干线要建设5 10年 而且 占地太多 随着人口的增长 将给社会增加更多的负担 综合考虑铁路适于在内陆地区运送中 长距离 大运量 时间性强 可靠性要求高的一般货物和特种货物 从投资效果看 在运输量比较大的地区之间建设铁路比较合理 牛顿的蒸汽机车 英国科学家牛顿 IsaacNewton1642 1727 1680年最早设想将蒸汽机用于运输 铁路的发展 史蒂芬逊 铁路之父 1914年史蒂芬逊造出了第一辆实用的火车头 史蒂芬逊蒸汽机车 1825年9月27日 由史蒂芬逊亲自指挥修建的世界上第一条铁路 在英国的斯托克顿 Stockton 和达灵顿 Darlington 之间建成 长度31 8km 最初的速度为4 5km h 后来达到24km h 标志着铁路时代的来临 英国 世界铁路运输的诞生地 Stockton和Darlington之间铁路开通的庆祝场面 世界铁路标准轨距 1435mm 1937年国际铁路协会作出规定 1435毫米的轨距为国际上通用的标准轨距 1520毫米以上的轨距为宽轨 1067毫米以下的轨距为窄轨 1825年 斯蒂芬森设计制造了最原始的蒸汽机车 运动 号 这是世界上正式启用的第一列旅客列车 这条铁路的轨距是4 85英尺 折合公制为1435毫米 轨距 钢轨头部踏面下16mm范围内两股钢轨工作边之间的最小距离 中国铁路发展简史 中国历史上第一条铁路 吴淞铁路 上海 吴淞镇 英商怡和洋行采取欺骗手段擅自修建 全长14 5公里 轨距762毫米 轨重13kg m 1874年12月开工 1876年7月1日全线建成并投入运营 火车仅运行了一个多月就轧死了一名过路行人 当地民众抗议阻止火车开行 英国人不甘 损失 于1876年10月 与中方议定 由清政府用28 5万两白银买下这条铁路 款项在一年半内分三次付清 末付清前允许照常营业 款项如期付清后 清政府决定拆毁线路 拆下的钢轨连同机车车辆 送往台湾 准备修筑台湾铁路 后因种种原因 台湾铁路未能即时开工成 吴淞铁路的这些设备锈蚀成为一堆废铁 唐胥铁路 揭开中国自主修建铁路的序幕 1876年11月 直隶总督兼北洋事务大臣李鸿章在唐山开平一带创建开平矿务局 采煤 并自修铁路 1881年11月工程竣工 唐胥铁路全长9 7公里 采用1435毫米的轨距和每米15公斤的钢轨 为中国自办的第一条铁路 清廷怕机车震惊了东陵的先王神灵而用骡马拖拉车厢 所以被世人称为 马车铁路 中国人自己设计建造的第一条铁路 詹天佑为京张铁路局会办兼总工程师 京张铁路自北京丰台到张家口 全长201 2公里 最大坡度为33 最小曲线半径182 5米 隧道4座 计长1 644米 采用 之 字形线路 工程非常艰巨 1905年 1909年9月全线提前胜利完工 京张铁路 中国人的骄傲 詹天佑 各出所学 各尽所知 使国家不受外侮 足以自立于地球之上 孙中山视察京张铁路 1912年 世界铁路网的分布 全世界117个国家和地区拥有铁路约130 余万公里 其中美国铁路20多万公里 俄国铁路10多万公里 中国铁路突破11万公里 2012年底 印度 加拿大的铁路6万多公里 截止到2010年底 高铁投入运营里程达8358公里 高速铁路运营里程高居世界第一 中国铁路现状 根据在铁路网中的作用 性质和远期的客货运量 中国铁路建设标准共划分为四个等级 即 级 级 级 铁路等级 级铁路 在路网中起骨干作用的铁路 远期年客货运量 20百万吨 级铁路 1 在路网中起骨干作用的铁路 远期年客货运量 20百万吨 2 在路网中起联络 辅助作用的铁路 远期年客货运量 10百万吨 级铁路 为某一区域服务 具有地区运输性质的铁路 远期年客货运量 10百万吨 IV级铁路 为某一区域服务 具有地区运输性质的铁路 远期年客货运量 5百万吨 中国铁路的未来 到2020年之前在中国大规模扩建铁路 建立起 八纵八横 大通道 八纵 铁路通道为 京哈通道 沿海通道 京沪通道 京九通道 京广通道 大湛通道 包柳通道 兰昆通道 八横 铁路通道为 京兰通道 煤运北通道 煤运南通道 太原至青岛通路 陆桥通道 宁西通道 沿江通道 沪昆 成 通道 西南出海通道 高速铁路 常速 100 120km h 中速 120 160km h 准高速或快速 160 200km h 高速 200 400km h 特高速 400km h以上 1 近中期 从2010年起至2040年 五纵六横七连线 将全国主要省市区连接起来 形成国家网络大框架 2 远期 从2040年起至2070年 八纵 高速铁路规划 世界上第一条铁路 英国 最初的速度为4 5km h 后来达到24km h 日本旅客列车运行速度在1965年曾经是世界上最高的速度 1964年10月1日 世界上第一条高速铁路 日本的东海道新干线正式投入运营 速度达210km h 突破了保持多年的铁路运行速度的世界记录 从东京到大阪运行3小时10分钟 由于速度比原来提高一倍 票价比飞机便宜 因而吸引了大量旅客 使得东京至大阪的飞机不得不停运 这是世界上铁路与航空竞争中首次获胜的实例 法国的高速铁路后来居上 于1981年建成了它的第一条高速铁路 TGV东南线 列车速度高达270km h 后来又建成TGV大西洋线 速度达300km h 1990年5月13日试验的最高速度已达515 3km h 传统轮轨式 可使运营速度达到400km h 在一些技术和经济指标上超过日本而居世界领先地位 日本的磁悬浮列车在2003年的实验中 创下了时速581公里的世界最高记录 日本2005年开始运行的新干线列车 子弹头 轮轨式 Fastech360S创下世界最快列车记录 360公里 小时 铁路速度的变化 中国铁路的六次大提速 1997年4月1日零时 铁路第一次大面积提速 京广 京沪 京哈三大干线 提速列车最高运行时速达到了140公里 1998年10月1日零时 中国铁路第二次大面积提速 快速列车最高运行速度达到了时速160公里 非提速区段快速列车最高速度达到了时速120公里 2000年10月21日零时 第三次大面积提速 全国铁路提速线路延展里程接近一万公里 初步形成了覆盖全国主要地区的 四纵两横 提速网络 2001年10月21日零时 第四次大面积提速 提速的重点区段为京九线 武昌 成都 汉丹 襄渝 达成 京广线南段 浙赣线和哈大线 提速范围进一步扩大 铁路提速延展里程达到13000公里 使提速网络覆盖全国大部分省区 2004年4月18日零时 第五次大面积提速 几大干线部分地段达到时速200公里 提速网络总里程16500多公里 其中时速160公里及以上提速线路7700多公里 全国铁路旅客列车平均旅行速度达到时速65 7公里 比2001年运行图提高4 3公里 其中直达特快列车时速119 2公里 特快列车时速92 8公里 2007年4月18日零时 第六次大提速 时速200公里以上的212对城际间动车组将开行在环渤海 长三角 珠三角城市群和华东 中南 西北 东北地区的重点城市间 形成以北京 上海为中心的快速客运通道 2012年7月25日 速度超过500公里的试验列车在位于青岛的中国南车四方股份公司建成 以后动车平均载人速度将介乎300至350公里 世界NO1 轮轨式 国际铁路公报对世界上旅客列车速度调查结果 2007 9 4 列车速度有无极限 传统的轮轨式列车速度极限 350 400公里左右 车轮与钢轨之间的粘着系数随列车速度的增加而减小 走行阻力却随列车速度的增加而增加 当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时 就达到了极限 解决办法 磁悬浮铁路 铁轨不复存在 运行时列车在离轨道10厘米的高度 飞行 普通磁悬浮列车时速轻松达到500公里 小时以上 研究认为可以达到1000公里 小时 超越飞机 磁悬浮列车 悬浮 推进 导向 EMS系统 德 EDS系统 日 利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理 把列车吸引上来 悬空运行 悬浮的气隙较小 一般为10毫米左右 常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400 500公里 悬浮 EMS系统 德 EDS系统 日 利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力 使车体悬浮于轨道上方 推进 列车头部的电磁体 N极 被安装在靠前一点的轨道上的电磁体 S极 所吸引 并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体 N极 所排斥 直线电机 德国磁悬浮列车 德国磁悬浮列车在技术上要比日本领先一步 相比之下 日本的磁悬浮列车能耗大 车厢内的磁场强 带心脏起搏器的人不能搭乘 在时速未达到100公里时 它仍需要靠轮子支撑 还不能做到无机械接触 舒服度要差一些 德国磁悬浮列车的驾驶室和车厢内部 日本磁悬浮列车 时速达到558公里 日本磁悬浮列车 中国的磁悬浮列车 地铁2号线龙阳路站 至浦东国际机场 采用德国技术建造 全长约33km 设计最大速度为430km h 单向运行时间为8min 平均运行速度达到每秒60 70米 2003年1月4日商业运行运行 上海浦东磁浮列车 上海磁悬浮始发站 龙阳路车站 城市轨道交通 解决城市交通 公交 轨道交通 城市内的铁路 地下 地铁 高架 轻轨 轨道交通优点 运量大 速度快 能耗低 污染小 可靠性强 安全准点 舒适性佳 相对 占地面积小 缺点 投资大 地铁 轻轨 地铁 世界上第一条载客的地下铁道是1863年首先通车的伦敦地铁 目前中国已有20个城市拥有地铁 北京 香港 天津 上海 台北 广州 深圳 南京 高雄 沈阳 成都 佛山 重庆 西安 苏州 杭州 武汉 大连 昆明 长春 有15个城市地铁在施工 11个城市在规划中 2012最新中国各城市地铁通车里程排行榜 轻轨 每米公称质量小于30kg的钢轨 城市轻轨是城市客运有轨交通系统的又一种形式 大多采用浅埋隧道或高架桥的方式 比公共汽车速度快 效率高 省能源 无空气污染等 轻轨比地铁造价低 见效快 天津津滨轻轨 2004年3月28日 当时国内最长的轻轨 天津津滨轻轨投入试运营 津滨轻轨一期工程全长45 409公里 其中高架线39 915公里 地面线5 494公里 共设19站 总投资65亿元 规格最高的天津轻轨列车 主要内容 一 道路基本常识二 铁道基本常识三 道路工程四 铁路工程 道路是带状的三维空间人工构造物 包括路基 路面 桥梁 涵洞 隧道等工程实体 道路工程是土木工程的一个分支 从事道路规划 勘测 设计 施工 养护等的一门应用科学和技术 道路规划 道路设计 道路工程的内容 道路施工 道路养护 交通调查和分析 OD调查 经济调查分析与预测 交通量预测等 道路规划 道路设计 是伴随道路全部设计和施工的基础 决定了车辆行驶的安全性 舒适性及道路建设与运营的经济性 决定了道路的等级与规模 几何设计 结构设计 用最小的投资 尽可能少的外来材料及养护力量 使道路在自然力及车辆荷载的共同作用下 在使用年限内保持良好状态 满足使用要求 道路宽度构成 线形的几何构成 结构层组成及厚度 道路勘测 平面设计 选线定线 纵断面设计 横断面设计 平面交叉设计 立体交叉设计 几何设计 各级公路路基宽度 结构设计 路基设计 边坡支挡结构设计 桥隧设计 结构层组合设计计算 排水设计 路堑与高路堤边沟出口布置 道路施工 桥隧施工 土质路基挖填 压实 石质路基爆破 填压 边坡工程施工 护坡 支护 道路养护 道路卫生 平整路面及路肩坑槽 整修绿化带及边坡 保持沟涵排水通畅 标志牌维护 道路检测与评价 道路维修 主要内容 一 道路基本常识二 铁道基本常识三 道路工程四 铁路工程 铁路上的各种土木工程设施 同时也指修建铁路勘测设计 选线 定线 施工 养护 改建所运用的技术 铁路选线与定线 路基及路堑工程 铁路工程的内容 轨道工程 轨道施工及桥 隧施工 铁路选线与定线 规划线路的基本走向 根据国家政治 经济和国防的需要 结合线路经过的自然条件 资源分布 工农业发展等情况 设计线路的空间位置 布置线路上的各种建筑物 根据沿线的地形 地质 水文等自然条件和村镇 交通 农田 水利设施 如车站 桥梁 隧道 涵洞 路基 挡墙等 并确定其类型和大小 使其总体上互相配合 全局上经济合理 目的 在复杂的自然条件和人文地理条件下 选出既能以最少的人力 物力 财力 尽量少改变自然状态 又能安