高铁发展前景与工程质量控制

高铁发展前景与工程质量控制,成都铁路局重庆铁路指挥部二O一O年三月,沪汉蓉快速客运通道,高速铁路运行前的测试车,武汉火车站密集试车,内容提要,高速铁路的概念高速铁路与普通铁路的主要区别高速铁路的主要技术特征高速铁路工程特点及质量控制的难点,高速铁路的概念,列车速度的分档:时速100120km称为常速;时速120160km称为中速或准高速;时速160200km称为快速;时速200400km称为高速;时速400km以上称为特高速。,高速铁路的概念,客运专线定义：客运专线是以客运为主的快速铁路。目前在我国，铁路等级除、级外又增加了“客运专线”等级，时速200350km/h的铁路统称为客运专线，曲线半径一般在2200m以上。,高速铁路的概念,我国客运专线发展规划：“四纵”线路北京上海高速铁路杭州宁波福州深圳客运专线北京武汉广州客运专线北京沈阳哈尔滨客运专线“四横”线路徐州郑州兰州客运专线杭州南昌长沙客运专线青岛石家庄太原客运专线南京武汉重庆成都客运专线,高速铁路的概念,城际铁路高速铁路的一种，是指在人口稠密的都市圈或城市带规划和修建的高速铁路客运专线系统，特点是相对短距离、公交化。我国城际客运系统规划环渤海圈铁路快速客运系统长江三角洲铁路快速客运系统珠江三角洲铁路快速客运系统,高速铁路的概念,城际铁路和客运专线的区别:铁路主要技术政策明确指出：运输紧张的繁忙干线修建四线或多线，实行客货分线运输。在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路，加快形成覆盖我国主要城市的快速客运网。城际铁路：主要是短途而且沿线都是人口密集的。像珠江三角洲中的广州-东莞-深圳，北京天津。客运专线：主要是指长途的大城市之间。像北京-上海。,高速铁路的概念,我国高铁改变世界2008年3月31日，时速350公里的首列国产化CRH3高速动车组在“唐车”下线，进入测试运行。中国第一条京津城际高铁2008年8月1日开通，全长115km，设计350km/h,最高394.3km/h，京津高铁从一问世就站在世界前沿，创造了运营速度、运量、节能环保、舒适度四个世界第一。2009年12月9日，武广铁路客运专线成功试运行，全长995公里，设计350km/h,最高394.2km/h，成功创造了两车重联情况下高速铁路的世界最高运营速度！2009年12月26日正式通车运营。2010年2月6日，中国中西部第一条高速铁路郑西客运专线正式投入运营。全长505km，列车运营速度350km/h，开通后列车直达最短时间由6个多小时缩短至2小时以内。中国仅仅用了5年时间，就跨越了发达国家半个世纪的高速铁路发展历程。中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。,高速铁路的概念,高速铁路类型当前，根据所采用的不同技术，高速铁路分为轮轨接触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；磁悬浮技术又根据所采用的悬浮技术分为超导和常导两种。我国高铁采用轮轨接触技术类型非摆式车体。上海龙阳地铁站到浦东机场唯一采用了磁悬浮列车常导技术，也是世界第一条磁悬浮列车示范运营线。磁悬浮列车实现了正真的零高度飞行，成为当今“陆上最快的交通工具”。（速度：430km/h）,上海龙阳地铁站,山海磁悬浮列车示范线,上海磁悬浮列车示范线工程一角,上海磁悬浮列车示范线工程一角,山海磁悬浮列车示范线,高速铁路与普通铁路的主要区别,在轮轨接触的铁路技术中，随着速度的提高，将会出现一些新的问题。对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求，主要可以归结为两个方面，即：-当速度超过250km/h以后，空气动力特性的显著变化，对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求；-高速运行的列车要求具备持久稳定、高平顺性、能供列车安全舒适运行的轨下基础。,空气动力学特性：列车高速运行时，行车阻力、震动和机械动力噪音有所增加，动车组与空气摩擦噪音的指标亦有所提高。对列车的结构，需要修改头型及外轮廓设计，改善空气流向，优化弓网关系及受电弓的位置，增加减振措施等。,试验证明，高速铁路对车辆的密封性能有很高的要求（这包括对车辆空调、门、窗、排污设施等方面的要求），以满足高速运行的空气动力学特性。此外，还要求具有高性能的制动系统和较高的乘座舒适度。而且，高速行驶的列车在会车时所产生的空气压力波明显高于既有线，因此，高速铁路在进行线路规划时，适当加大了线间距（包括站台安全距离）。通过隧道时，洞口空气阻力与高速列车在瞬间产生的压力，形成巨大的微气压波，对行车安全、乘客舒适度以及环境都产生了明显的影响。因此，要适当加大隧道断面积，改善洞口及辅助结构的设置等。,高速列车动力学的特性：高速运行出现的高频振动，要求桥梁及建筑物除了满足静态荷载的条件，还必须满足高速列车动力学的特性要求。概括地讲，除了保证“强度”这一基本要求（即使用期不致破坏）以外，更要严格控制其“变形”。因此，保持轨道持续稳定的高平顺性，是对高速铁路工程提出的最基本的功能性要求。但是，轨道的高平顺性又是路基、桥梁、轨道变形的最终表现，要求轨道高平顺性，必须从控制上述工程变形着手。具体表现在：,控制路基工程变形控制路基工程变形将是很重要的一个内容。除了线路平面有较大的曲线半径和适当长度的缓和曲线、夹直线长度以外，设计、施工都要将重点放在控制路基的工后沉降、不均匀沉降及路基顶面的初始不平顺性客运专线铁路设计暂规规定，允许最大工后沉降30mm(无砟轨道的工后沉降15mm)；过渡段差异沉降5mm。一般地基固结系数达到9095%。,桥梁要有足够大的刚度主要控制挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变和结构温差引起的变形。所有这些变形的控制必须以高速列车的动态作用力相耦合为前提。设计暂规虽作了某些规定，但还有待于深化研究。,一次铺成跨区间无缝线路轨道结构无论有砟或无砟均必须严格控制铺轨的初始不平顺，保证精度达到高平顺性的要求。钢轨的物理化学性能都有新的要求。根据高速铁路对轨道平顺性的要求，传统边铺边架的施工组织及方法已不适用。,接触网方面列车高速运行时对接触网作用，导线产生较高频率的波动。为了降低弓网离线率，要求接触网具有较大的张力体系、高度的平顺性，以保证良好的受流供电。,列车及牵引动力高速列车采用动车组的形式，牵引有动力分散、动力集中两种方式，采用大功率交流传动GTO及IGBT或IPM元件，大幅度提高牵引功率。为了提高速度、减小对轨道结构及基础设施的影响，高速铁路要求降低车体重量并限制轴重。这包括：合理的转向架结构、良好的空气动力学性能和气密性、制动装置的特殊要求，降噪措施，车载微机故障监控诊断系统，集便装置的特殊设计等。,通信信号系统以地面信号为主变为机车信号为主，司机制动转变为车载计算机判别、自动控制，并通过超速防护系统自动施行制动。为了提高运营指挥效率，保证正点，高速铁路采用综合调度系统指挥控制；围绕运营指挥所采用的计算机网络及通信系统，需要很高的可靠性和安全保障。高速运动的列车给车地之间的信息传递带来更大的难度，高速铁路要求信息传输误码率低，且更加准确；高速列车装备有大量的计算机检测设备，形成一个车载计算机网络，使得列车控制、维修的效率得到很大的提高。,其他主要区别由于高速行车的特殊情况，高速铁路配置了风、雨、雪、地震等自然灾害告警系统，监测信息经过通信网与调度中心直接相连，以保证高速行车的安全。沿高速线设置的跨线桥需安装坠落物告警装置，高速全线必须封闭，不设平交道口。由于高速行驶中列车与空气摩擦产生了大量噪音，因此，高速铁路途经人口密集的地区时，沿线需采取降低噪音的措施，安装隔音墙。,高速铁路的主要技术特征,采用轮轨技术的高速铁路具有以下四个方面的主要技术特征：1.轮轨方面：持久高平顺性的轨道，轻量化、高稳定性的列车；2.弓网方面：大张力的接触网，高性能的受电弓；3.空气动力方面：流线形、密封的列车，较大的线间距和隧道断面；4.牵引与制动方面：大功率的交-直-交列车和大容量的牵引供电设施，大能力的盘形、再生、涡流列车制动系统和车载信号为主的列控模式。,我国高速铁路的主要技术标准：铁路等级：高速铁路；正线数目：双线；设计速度：列车最高运行速度350km/h，最低运行速度200km/h；运输模式：高中速混跑；线间距：5米；最小曲线半径：一般7000米、困难5500米；最大坡度：1220；到发线有效长度：520700米；牵引种类及列车类型：电力、动车组；列车运行控制方式：自动控制；行车指挥方式：综合调度集中。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,本部分从高速铁路建设、运营的安全性、舒适性、可靠性、经济性、和可施工性的角度对路、桥、隧、轨道工程的特点和质量控制的难点重点结合现阶段施工情况做一些分析。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,总体技术要求路基变形是影响列车运行速度的重要因素之一，控制沉降和纵向刚度的变化是高速铁路路基设计、施工的关键问题。桥梁结构设计强调结构的耐久性和良好的动力特性，严格控制桥梁结构的纵横向刚度、基频和铺轨后的残余(工后)沉降，满足高速列车安全运行和旅客乘座舒适度的要求。隧道设计考虑空气动力学效应，隧道有效断面积目前都采用100m2，并洞口设置了缓冲结构。轨道结构的可靠性、稳定性和高平顺性是高速铁路安全可靠、平稳舒适、经济耐久运行的关键。主要设计特点是采用一次铺设跨区间无缝线路，推广采用少维修的无砟轨道，转线地段采用大号码高速道岔。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基设计理念新为保证轨道具有持久的平顺性，路基结构设计采用了变形与强度结合控制的原则。目的为轨道提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、长久稳定、顶面平顺的弹性基础。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基结构标准高路基基床由表层和底层组成,表层厚度应为0.7m，底层厚度应为1.92.3m，总厚度为2.53.0m。其中：基床表层由510cm厚的沥青混凝土防水层和6560cm厚的级配碎石或级配砂砾石组成；基床底层填筑A、B组填料。路基与桥台及横向结构物间均设置过渡段（刚度过渡、沉降过渡），以满足轨道平顺性要求。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基工后沉降和沉降率需严格控制规定路基铺轨后的残余(工后)沉降：有砟轨道路基（含软土路基）5cm，年沉降率2cm；过渡段，工后沉降3cm；无砟轨道路基残余沉降10mm/10m或15mm/20m。对沉降控制较困难的软土、松软土及新黄土地质地段的路基均采取了地基加固措施。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基填料标准高，路基结构所使用的材料质量必须先期选择和确定基床表层所采用的级配碎石或级配砂砾石等材料，基床底层采用的A、B组填料均有严格的材质、粒径和级配要求。为保证达到设计标准，设级配碎石拌合站或填料改良场，对填料进行集中拌合或改良。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基路堤施工的工期长根据国外及国内秦沈客运专线、京沪高速铁路昆山试验段的施工经验，良好地基的有砟轨道路堤填筑后一般放置1个月以上，地基不良地段路堤放置6个月以上；黏土地基上的路堤支承板式轨道时放置6个月以上，其他地基放置3个月以上；同时要进行详细地基地质勘察，进行必要的沉降观测，并测算沉降稳定时间，以保证沉降时间，满足稳定和沉降要求（施工工期、固结工期）。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基要建立先进、可靠、精确、完整、有效的质量控制与检测体系，保证：1）地质勘察深度及所采用的设计方法和计算参数正确；2）填料特性、工程措施及适用范围全过程受控。3）路基均匀或不均匀沉降及其沉降值得到持续正确的检查。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,路基施工前路基试验段主控考察因素：.一般地基、处理后地基在填筑过程中沉降量随时间变化关系曲线；.填筑路堤沉降量随时间变化关系曲线，并分析测算路基达到稳定或达到要求工后沉降量；.在符合要求的机械组合下，确定某材料最佳松铺厚度和碾压变数。,客专路基施工质量控制讲座,路基施工前质量控制探讨,路基填料室内试验,试验检测工作交流,现场路基压实质量Evd检测,现场路基压实质量Evd检测,路基质量检测（EV2和K30）,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁刚度大除控制挠度，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。并进行车桥耦合动力响应分析。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁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等（设计、施工、维护三个阶段共同来保障）。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁墩台基础的沉降控制严格其铺轨后(工后沉降)残余沉降不应超过下列容许值：墩台均匀沉降量：对于有砟桥面桥梁：30mm对于无砟桥面桥梁：20mm静定结构相邻墩台沉降量之差：对于有砟桥面桥梁：=15mm对于无砟桥面桥梁：=5mm因此，在施工中要严格按照程序检查控制桩基基底质量和桩基浇筑质量，对于检测不合格的桩基坚决给于返工处理。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁上部结构优先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。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁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。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,桥梁双线简支箱梁制、架需特殊的大型施工装备32米跨度的双线简支箱梁重约900t、梁宽13.4m，制、运、架需专门的大型施工设施与装备。,修建中的温福海上大云特大桥,修建中的温福白马河特大桥,温福铁路宁德海上特大桥（8km长）,铁路桥梁施工过程,铁路桥梁施工过程,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道.三大空气动力效应A.瞬变压力。B.洞口微气压波C.行车阻力解决三大空气动力效应的措施A.采用大断面（A=100m2），低阻塞比，洞口设缓冲结构。以减轻高速行车条件下瞬间气压变化对车内旅客带来的舒适度降低和微气压波给环境带来的噪声污染。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道B.重视构造设计由于隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，维修有一定的时间限制。隧道结构按二次衬砌设计，中间设防水板，隧道边墙与仰拱的连接方式采用顺接（必要时需做特殊加固）。二衬、仰拱、仰拱填充及底板混凝土强度等级均较一般铁路有所提高。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点A.隧道洞门易忽视的问题隧道洞门各结构物(端墙、翼墙、挡土墙)基底的地基承载力是结构安全的重要环节,基底开挖至工程设计高程后必须进行验收和地基承载力检测,质量检测合格后方可进行下一步施工。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点B.洞身开挖控制欠挖问题突出隧道开挖的质量控制有两个方面的因素要考虑,一是爆破开挖时应尽量避免或减少爆破对围岩的扰动;二是隧道开挖轮廓尺寸、中线、高程要符合工程设计要求。对欠挖可按三个层次处理,首先应确保隧道不应欠挖;其次是当围岩完整、石质坚硬时,允许岩石个别突出部分(每m2不大于0.1m2)侵入衬砌不应大于5cm;最后控制拱脚和墙脚以上1m内断面的欠挖。隧底开挖质量控制重点有两点:一是边墙基础及隧底的开挖高程要符合工程设计要求,尤其是边墙基础深度宁超勿欠,避免边墙基础嵌入深度不够影响隧道结构的整体受力情况;二是要求浇筑边墙基础及隧底混凝土时,必须清理干净无积水浮渣,保证结构与围岩紧密结合。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点C.湿喷混凝土施作控制难度大因湿喷混凝土所用水、水泥、粗细骨料、外加剂等材料喷射前经过正确的计量和充分拌和,水灰比能准确控制,有利于水泥的水化,因而施工中其喷射质量容易控制且回弹率低,混凝土均质性好,强度也较高。所以,应采用湿喷方式。喷射混凝土施工需分段分层作业。自下而上可避免先喷上部时松散回弹物污染下部未喷射混凝土的基面,且喷好下部的混凝土可对上部喷射的混凝土起到支托的作用。但在实际施工中，湿喷工艺推行难度特别大，干喷砼强度又难以达到，值得深思和研究。,隧道施工中质量控制的重点难点D.二衬厚度和超挖回填控制衬砌厚度的检验要求进行两次,一次是支立模板时,测量开挖面与模板之间的净距,第二次是衬砌完成后且回填注浆前用无损检测法进行检测;隧道超挖回填控制,规定墙脚以上1m范围内和整个拱部超挖部分应采用同级混凝土进行回填。超挖回填时应有专人监控检验。保证二衬厚度要从掌子面开挖断面及断面量测开始控制，后续二衬时控制又费时又费力。不然二衬厚度会非出问题不可。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点E.仰拱、仰拱填充一同浇筑的现象时有发生底板、仰拱、仰拱填充分别独立检验,一是为了体现过程控制,二是通过将仰拱与仰拱填充分别进行检验,达到仰拱与仰拱填充分开施工的目的。底板、仰拱都属于混凝土结构,控制的关键是灌筑混凝土前必须对基底进行检查,隧底虚碴、杂物和积水必须清除干净。当隧底有超挖时,仰拱的超挖部分用同级混凝土回填。按施工标准规定底板、仰拱、仰拱填充混凝土应分段连续浇筑,一次成型,不留纵向施工缝。特殊情况下可按设计要求分部施工。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点F.施工缝和变形缝的质量控制:一是应对原材料的各种性能指标进行现场检验;二是对施工缝和变形缝的细部做法进行检验;三是对防水效果进行检查;四是对用做沉降的变形缝应按设计要求设置沉降观测点并进行施工期间的沉降观测。边墙纵向施工缝应留置在高处地板顶面30cm,且宜在水沟盖板底面以下的位置上。,高速铁路工程特点及质量控制的难点,隧道施工中质量控制的重点难点G.防水板防水的质量控制重点:一是检查防水板的厚度、耐久性、耐水性、耐腐蚀性及物理力学性能指