交通运输工程学-第二章铁路运输系统

交通运输工程学2015年9月周和平长沙理工大学研究生学位(xuéwèi)课程共四十八页22第二章铁路运输系统(xìtǒng)交通运输工程学共四十八页1.铁路运输概述(ɡàishù)铁路运输发展简史铁路运输技术经济特征当前世界(shìjiè)铁路发展方向共四十八页1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史（1）世界铁路发展史1825年，用机动车牵引车列在轨道上行驶于城市之间以输送货物或旅客的运输方式在英国出现，这就是铁路史的开始。1825年以前，也曾有过马拉车在轨道上行驶或把蒸汽机装在车辆上以驱动车辆在道路(dàolù)上行驶，但是这些都并非铁路运输方式。1.铁路运输概述共四十八页开创时期

一般认为1825～1850年为铁路发展的开创时期。这个时期正值产业革命后期，钢铁工业、机器制造业等已达到一定水平，同时工业发展又有原材料和产品(chǎnpǐn)的输送问题需要解决，铁路迅速地兴起。1825年9月27日，世界第一条铁路（斯托克顿-达灵顿）建成，由史蒂文逊设计，列车由12节货车和22节客车组成，可搭乘旅客450人，最初时速4.5km/h，后达到24km/h.美国(měiɡuó)、德国等相继开始修建铁路。到1850年止，世界上有19个国家建成铁路并开始营业。1.1铁路运输发展简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史共四十八页

发展时期：一般认为1850～1900年为铁路的发展时期，这个时期内有60多个国家和地区建成铁路并开始营业。1863年-1869年，太平洋铁路建成，全长3000多公里，被BBC誉为“七大工业奇迹”之一。14000华工，占工人(gōngrén)总数的90%。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史铁路建筑技术和铁路机车制造技术方面获得了新的发展，如铁路隧道开凿技术方面，1872～1881年建成的圣哥达隧道，长15公里，首次采用上导坑先拱后墙法施工。在铁路机车制造方面，蒸汽机车的性能日趋完善，同时电力机车和内燃机车先后于1879年和1892年研制成功。共四十八页成熟时期：一般认为1900～1950年是铁路发展的成熟时期。又有28个国家和地区建成铁路并开始营业。这些新建铁路大部分建在非洲和中东地区，而且(érqiě)大多建成于第二次世界大战以前。因公路和航空等运输方式与铁路开展剧烈竞争，促使铁路提高速度，开始采用内燃机车和电力机车来代替落后的蒸汽机车。由于铁路运输难以同公路运输的方便和航空运输的快速相竞争，逐渐出现萧条景象，如美国在1920～1950年拆除9万多公里铁路。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史共四十八页新发展时期

一般认为1950年至今为铁路的新发展时期。这个时期原来是殖民地的国家纷纷独立，取得了修建铁路的自主权。铁路的技术改造也获得重大进展，如美、英、法、日本和苏联等国的铁路，牵引动力几乎全部采用内燃机车和电力机车，这些新型机车的优点是能源省、污染少。随着铁路能源形势的变化以及各种新技术的采用，铁路的经济效益有了新的提高。60年代后期，各国铁路建设又有走向(zǒuxiàng)兴旺的趋势。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史共四十八页1985年东北新干线通车(tōngchē)营业，列车最高时速240公里；1982年上越新干线通车营业，列车最高时速240公里；1997年长野新干线通车营业，列车最高时速260公里2011年九州新干线通车营业，列车最高时速260公里日本是世界上第一个建成实用高速铁路的国家。1964年10月1日东海道新干线正式开通营业，高速列车运行速度达到210公里/小时，从东京至大阪间旅行时间由6小时30分缩短到3小时。1971年日本国会审议并通过了《全国铁道新干线建设法》，掀起了高速铁路建设的浪潮(làngcháo)。1975年山阳新干线通车营业，列车最高时速270公里；

1.1铁路运输发展简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史日本新干线铁路共四十八页

1993年，第三条高速铁路TGV北线开通运营。北线也称北欧线，由巴黎经里尔，穿过英吉利海峡隧道通往伦敦，并与欧洲北部比利时的布鲁塞尔、德国的科隆、荷兰的阿姆斯特丹相连。由于在修建高速铁路之初，就确定TGV高速列车可在高速铁路与普通铁路上运行(yùnxíng)的技术政策和组织模式，所以目前法国高速铁路虽然只有1282公里，但TGV高速列车的通行范围已达5921公里，覆盖大半个法国国土。

1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史法国TGV铁路

1971年，法国政府批准修建TGV东南线（巴黎至里昂，全长417公里，其中新建高速铁路线389公里），1976年10月正式开工，1983年9月全线建成通车。TGV高速列车最高运行时速270公里，巴黎至里昂间旅行时间由原来的3小时50分缩短到2小时。

1989年和1990，建成巴黎至勒芒、巴黎至图尔的大西洋线，最高时速达到300公里。共四十八页德国的高速铁路，一条是1991年建成通车的曼海姆至斯图加特线；一条是1992年建成的汉诺威至维尔茨堡线。高速铁路上开行(kāixíng)的ICE城际高速列车，时速250公里。1993年以来，ICE高速列车已进入伯林，把德国首都纳入ICE高速运输系统。ICE也穿过德国与瑞士的边界，实现了苏黎士至法兰克福等线路的国际直通运输。2002年科隆至法兰克福高速铁路通车，时速300公里。德国的高速铁路技术发达，1988年他们电力牵引的行车试验速度突破每小时400公里大关，达到406.9公里。但是德国的实用性高速铁路直到20世纪90年代(niándài)初才开始修建，原因是德国客运量最集中的地区城市密布，高速公路已经发达完善，再修建高速铁路显然达不到吸引客流的目的。因此，虽然高速铁路的优越性无论从东方的日本还是从近邻的法国已经被证明，他们对发展高速铁路的争论还是持续了十几年。

1.1铁路运输发展简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史德国ICE铁路共四十八页1992年4月，西班牙在巴塞罗那奥运会前夕开通了从马德里至塞维利亚的高速铁路。西班牙高速列车简称(jiǎnchēng)AVE，采用法国技术。AVE还创造了一天客运量达到12338人次的记录。在第一条高速干线运营成功以后,西班牙继续加快高速列车的发展，相继建成马德里-托莱、马德里-莱里达等线路，后者最高运行时速350公里。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史西班牙AVE铁路共四十八页1992年意大利第一条高速铁路：罗马至佛罗伦萨线。1994年正式开始高速铁路网工程。1998年对米兰—博洛尼亚段180公里铁路进行改造升级，车速提高至每小时300公里。这是继罗马—那不勒斯、博洛尼亚—佛罗伦萨和佛罗伦萨—罗马段之后，第4条升级铁路，标志着意大利的高速铁路网计划(jìhuà)已完成一半。2000年都灵—博洛尼亚高速铁路于完工；2001年米兰—威尼斯高速铁路于完工；2003年米兰—热那亚高速铁路于完工。意大利高速铁路采用最新型的ETR500高速列车，称之为“意大利欧洲之星”。2012年私人豪华高铁法拉利高铁（Italo）运营。

1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（1）世界铁路发展史意大利Italo列车共四十八页磁悬浮列车

目前世界上的磁浮列车大致为两种：一种以德国为代表，利用磁体吸引力的电磁悬浮；一种以日本(rìběn)为代表，利用磁体排斥力的电动悬浮。磁浮列车从严格(yángé)意义上说，是介乎于火车和飞机之间的一种特别的运输工具。说它是火车，它不靠车轮在地上跑；说它是飞机，它不靠翅膀在空中飞。它是依靠磁体的吸引力或排斥力浮在轨道上运行的列车，因此，人们习惯把它纳入陆上有轨交通系统。共四十八页高速铁路(ɡāosùtiělù)速度世界纪录共四十八页开创时期（1876-1893）1840年鸦片战争前后，爱国有识之士如，林则徐、魏源、徐继畲等人先后著书立说，介绍铁路知识。1865年，英商在北京宣武门外修建了一条长约0.5公里的展览铁路，由于北京人视之为“怪物”，慈禧命令步兵衙门拆除。1876年，英商假借修普通道路为名，铺设(pūshè)吴淞至上海长约14.5KM铁路。这条铁路经营了一年多时间，就被清政府用28.5万两白银赎回拆除。吴淞铁路为我国第一条运营铁路。1881年，开始修建唐山至胥各庄铁路，全长9.7KM，为我国自主修建的第一条铁路。此后又在台湾修筑了台北到基隆港和到新竹的铁路。由于清政府的昏庸愚昧和闭关锁国的政策，早期修建铁路的阻力很大，到1894年中日甲午战争前夕，近二十年的时间里仅修建约400多公里铁路。吴淞铁路“天朝(tiāncháo)号”蒸汽机车李鸿章主持唐胥铁路通车仪式1.1铁路运输发展简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页缓慢发展时期(1894-1948)

1894年，清政府在中日甲午战争中战败后，割地赔款，国力大损，英、俄、法、日、德、比、美等帝国主义国家乘机对清政府施加压力，攫取中国的铁路权益。他们或强行擅筑，或假借“合办”，或通过贷款控制，一万多公里的中国路权被吞噬和瓜分，形成帝国主义掠夺中国路权的第一次高潮。随后，他们按照各自的需要，分别设计和修建了一批铁路，标准不一，装备杂乱，造成了中国铁路的混乱和落后局面。1909年9月24日，由詹天佑设计并主持施工的京铁铁路建成通车，由北京丰台至河北(héběi)张家口，全长约200KM，此为中国人主持设计建设的第一条铁路。在清政府时期（1876~1911）共修建铁路约9400公里。其中帝国主义直接修建经营的约占41%；帝国主义通过贷款控制的约占39%；国有铁路，包括中国自力更生修建的京张铁路和商办铁路及赎回的京汉、广三等铁路仅占20%左右。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页缓慢发展时期(1894-1948)

1911年，辛亥革命推翻了清政府，建立了中华民国。但革命果实被大地主、大买办阶级的代表北洋军阀袁世凯篡夺。他在1912年宣布“统一路政”，解散了各省商办铁路公司，把各省已经建成和正在兴建的铁路全部收归国有，用以抵借外债，因而形成了帝国主义掠夺中国路权的第二次高潮。从1912年到1916年各国夺得的路权共达13，000多公里，只是由于当时帝国主义正在进行世界大战，他们没有力量把得到手的路权变为现实。北洋政府时期（1912~1927），在关内(Guānnèi)修了约2，100公里铁路，大都是原有铁路的展筑和延续；在东北修了约1，800公里铁路，多数是日本帝国主义采用借款、垫款或“合办”等方式修建和控制的，还有一些是官商合办的铁路。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页缓慢发展时期(1894-1948)

1928年，南京国民党政府(zhèngfǔ)执政以后，主要是以官僚买办资本与帝国主义垄断资本“合资”方式修建铁路，从而出现了帝国主义掠夺中国路权的第三次高潮。从1928年到1937年在关内修建了约3，600公里铁路；在东北以官商合营方式修建约900公里铁路（1928~1931）。从1927年到1945年抗日战争期间，在西南、西北“大后方”修建约1，900公里铁路。在这期间，日本帝国主义妄想独霸中国，1931年发动了“九。一八”事变，侵占了整个东北地区，成立了伪满政府。继而于1937年又发动了“七七”事变，掀起了全面的侵华战争，中国铁路大部沦于敌手。从1931到1945年，日本侵略者在东北共修建了5，700公里铁路；从1937到1945年，在华北、华中和华南的占领区修建了月900公里铁路。南京国民党政府时期（1928~1948），在中国大陆上共修建铁路约13，000公里。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页抢修和恢复铁路运输生产时期(1949-1952)1946年7月在东北地区成立了东北铁路总局，同意管理全区约5，000多公里铁路。以后随着解放战争的逐步发展，先后居间铁道团、游击纵队，同铁路职工一起抢修了大量铁路。1949年1月，成立了中国人民革命军事委员会铁道部，统一管理全国各解放区铁路，5月有组建了中国人民解放军铁道兵团，作为抢修铁路的突击力量，加快抢修速度，有力地支援了解放全中国的战争。

1950年开始，国家进入三年经济恢复时期。在这期间，全国对战时临时修复通车的线路、桥梁(qiáoliáng)、隧道，特别是京汉、粤汉两大干线，进行了大规模的复旧工程。津浦铁路坏和大桥，京汉铁路黄河大桥相继修复。“南京号”渡轮也在1950年5月复航。1952年6月18日，满州里至广州间开行了第一列直达列车，全程4，600多公里畅通无阻。与此同时，全路开始了新线建设工程，一些主要干线和关键区段相继开工，并且部分竣工通车。1952年7月1日，成渝铁路全线通车，成都至重庆，全长530公里。此为建国后新建的第一条铁路。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页

铁路网骨架基本形成时期(1953-1978)

从1953年开始，国家进入有计划发展国民经济的时期。1961年8月15日，宝成铁路宝鸡至凤州段电气化铁路交付运营。1975年7月1日，宝鸡至成都全长676公里的宝成电气化铁路全线建成通车。此为中国(zhōnɡɡuó)第一条电气化铁路。到1980年铁路经过了五个五年计划的建设，取得了辉煌的成绩，铁路网骨架基本形成。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页铁路发展的新时期（1979-1998）中国共产党十一届三中全会以来，国民经济开始了新的发展时期。1982年中国共产党十二届代表大会提出到本世纪末工农业生产总值要翻两番的伟大目标。并指出“铁路运输已成为制约国民经济发展的一个重要原因，运输能力同运输量增长的需要很不适应。为了改变这种局面，铁路必须进行一系列的重点建设，加快发展速度，提高运力。”根据这个精神，铁路把基本建设的重点放在加强既有铁路的技术改造上，并适当的安排一些必要的新线建设，提出“北战大秦，南攻衡广，中取华东”的战略。同时加速牵引动力的改造，提高机车车辆的修造能力，着重铁路各项运输设备的配套(pèitào)，以提高运输能力，解决运输薄弱环节。1.1铁路运输发展(fāzhǎn)简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史共四十八页铁路发展的新时期(shíqī)（1999至今）1999年兴建秦沈客运专线，2003年建成开通。2004，中长期铁路网规划，宣布建设12000公里客运专线。2007年实行中国铁路第六次大提速，大规模开行时速(shísù)在200-250公里动车组列车。2008年，中长期铁路网规划（2008年调整），客运专线扩大到16000公里。1.1铁路运输发展简史1.铁路运输概述（2）中国铁路发展史2009年，武广客运专线建成通车2010年，郑西客运专业建成通车2011年，京沪高速铁路通车2012年，石武（郑武）、合蚌、哈大、京石、石武（石郑）高铁通车2013年，宁杭、杭甬、盘营、津秦、西宝客运专线通车2014年，沪昆客运专线湖南段通车2015年，沪昆高铁贵长段通车至2014年底，全国高速铁路运营里程已经超过1.6万公里，位居世界第一。共四十八页（1）铁路运输特点：

优点：巨大的运送能力，廉价的大宗运输；较少受气象，季节等自然条件的影响，能保证运行的经常性和持续性；计划性强，运输能力可靠，速度快，比较安全，一般情况下准时性强；对生态环境影响小；电气化自动化程度高。

缺点：始建投资大，建设时间长；受轨道线路限制，灵活较差；直接(zhíjiē)“门到门”的运输量小，必须有其他运输方式为其集散、接运客货；始发与终到作业时间长，不利运距较短的运输业务；运输总成本中固定成本所占的比重大(一般占60％)，大量资金、物资用于建筑工程，如路基、站场等一旦停止营运，不易转让，损失较大。1.2铁路运输技术经济(jīngjì)特征1.铁路运输概述共四十八页（2）技术经济特征铁路运输的技术经济特征，可以用运营技术指标、实物指标和价值指标来反映运营技术指标包括：运输的经常性、通过能力和输送能力；货物送达和旅客(lǚkè)运送的速度和时间，运输货物的完好程度和旅客(lǚkè)的舒适程度；运输的安全性、可靠性和机动性。实物指标包括：劳动生产率和劳动力需要量；燃料和电力(能量)、金属和其他材料的单位需要量等。价值指标包括：运营支出和运输成本；基建投资需要量以及运输生产基金需要量；在途货物所需要的国民经济流动资金，与运送时货差、货损有关的损失及非生产性支出等。1.2铁路运输技术经济(jīngjì)特征1.铁路运输概述共四十八页铁路运输市场化客货运输服务分离服务提供(tígōng)多元化发展高速铁路已成为世界潮流重载货物运输新型大功率机车先进的信息控制技术和指挥系统1.3铁路运输发展(fāzhǎn)方向1.铁路运输概述共四十八页铁路机车(jīchē)铁路线路与轨道铁路车站与枢纽2.铁路(tiělù)运输设备共四十八页282.1铁路(tiělù)机车2.铁路(tiělù)运输设备铁路机车（或称作火车头、机关车、机车头）：是一种用来提供铁路列车动力的铁路车辆。一辆铁路机车本身并不包含载重量，而它惟一的作用就是在轨道上拉动列车。有些列车已包含自力推进、能载重的车组；但它们通常不会被视为“铁路机车”，而是被形容为“动力分散式列车”、“动力组”等。共四十八页292.1铁路(tiělù)机车2.铁路(tiělù)运输设备蒸汽机车内燃机车燃汽机车电力机车形式蒸汽机车内燃机车燃汽机车电力机车构造与造价简单低廉复杂较高复杂较高复杂较高速度最小较高较高最高马力最小较大较大最大热能效率最低较高较高最高空气污染严重轻微轻微没有维护难度容易困难困难容易共四十八页铁路线路分类

铁路线路分为正线、站线、段管线、岔线及特别用途线。正线是指连接车站并贯穿或直股伸入车站的线路。正线在通过型车站比较好辨认，其一，由于它贯穿车站，通过列车多，所以通常很光亮(ɡuānɡliànɡ)，磨损也很大。其二，它直接与站外区间线路连接，一般不用道岔。站线是指站内除正线以外的到发线、调车线、牵出线、货物线及站内指定用途的其他线路。段管线是指机务、车辆、工务、电务等段专用并由其管理的线路。岔线是指在区间或站内接轨，通向路内外单位的专用线路。特别用途线是指安全线和避难线。2.铁路(tiělù)运输设备2.2铁路线路与轨道共四十八页铁路等级I级铁路：在路网中起骨干作用(zuòyòng)的铁路，远期年客货运量≥20百万吨；II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；III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。2.铁路(tiělù)运输设备2.2铁路线路与轨道共四十八页铁路建设标准各级铁路的建设标准，主要是其区间线路的最小曲线(qūxiàn)半径和最大限制坡度铁路等级牵引种类电力机车内燃机车Ⅰ

一般路段

6.06.0

困难路段15.012.0Ⅱ一般路段6.06.0困难路段20.015.0Ⅲ一般路段9.08.0困难路段25.018.0铁路等级路段设计行车速度(km/h)最小曲线半径(m)一般路段困难路段Ⅰ16020001600

120

1200

800

80500

450Ⅱ

120

100080080450400Ⅲ10060055080400

2.铁路(tiělù)运输设备2.2铁路线路与轨道共四十八页车站的作用与分类按照(ànzhào)车站所担负的任务量，以及它在国家政治、经济方面的地位来划分，车站可分为特等站、一等站、二等站、三等站、四等站、五等站共六个等级。北京站、上海站、郑州站是特等站。按车站技术作业的不同来划分，可分为编组站、区段站和中间站。编组站和区段站又统称为技术站。按业务性质来划分，可分为客运站、货运站和客货运站。2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页中间站主要作业(zuòyè)：(1)列车的接发、通过、会让和越行；(2)旅客的乘降和行李、包裹的收发和保管；(3)货物的承运、交付、装卸和保管；(4)零担、摘挂列车向货场甩挂车辆的调车作业。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页中间站中间站除了同区间直接连通的正线外，一般设有下列设备：(1)供办理列车接发、会让、待避和零摘作业的到发线；(2)客运(kèyùn)设备，包括站台、跨线设备（天桥或地道等）、旅客站房、站前广场等；(3)货运装卸作业设备；(4)牵出线；(5)机车整备设备。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页中间站中间站的布置，按到发线的相互位置可分为两类：（1）横列式：其特点是到发线横向排列。采用较为广泛。（2）纵列式：其特点是到发线纵向排列，并向逆运转方向错移一个货物(huòwù)列车到发线的有效长度。较少采用。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页区段站

区段站是路网上各牵引区段的分界点。

主要作业：（1）旅客运转和业务(yèwù)；（2）货物运转和业务；（3）机车业务；（4）车辆业务。2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页区段站设备：（1）客运设备；（2）货运设备；（3）货物装卸作业(zuòyè)设备；（4）机务设备（机务段）；（5）车辆设备。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页区段站类型：

根据(gēnjù)上下货物列车到发（线）和客货运转设备的相互位置，可将布置形式分为三种：横列式、纵列式和客货纵列式。

(1)单线或双线铁路横列式。

(2)纵列式。

(3)客货纵列式2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页编组站主要作业编组(biānzǔ)站主要办理大量货物列车的解体和编组(biānzǔ)作业。除了办理通过列车车流外，主要办理大量改编车流，解体和编组(biānzǔ)各种直达、直通、区段、沿零摘挂以及小运转列车。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页主要(zhǔyào)设备（1）改编列车到发设备；（2）改编列车调车设备；（3）无改编通过列车作业设备；（4）机车设备；（5）车辆设备；（6）站内外联接线路设备。

2.铁路(tiělù)运输设备2.3铁路车站与枢纽共四十八页编组站可划分为三类：（1）在整个铁路网上具有重大作用的路网性编组站，它分布在若干主要(zhǔyào)铁路干线的交会点上，其间距一般在1000km左右；（2）在局部铁路网上具有重大作