1、第五章 铁路工程,本章主要内容 6.1 概述 6.2 铁路的基本组成6.2.1 线路6.2.2 路基6.2.3 线路上部建筑 6.3 高速铁路 6.4 城市轨道交通 6.5 磁悬浮铁路,6.1 概述自1825年英国建成了世界上第一条蒸气机车牵引的铁路斯托克顿至达灵顿铁路起，在其后约100年间，许多国家经历了铁路建设的高潮时期。英、法、德、美等国家相继建成了本国四通八达的铁路网。至20世纪80年代，世界铁路总长约130万公里，达到了顶峰，成为垄断陆上运输的主要手段。,我国铁路发展情况 我国的铁路事业，从1876年英国商人在上海修建淞沪铁路开始。到2005年底，全国铁路营业里程已达到75438公里
2、，位居世界第三、亚洲第一，其中，复线铁路25566公里，电气化铁路20151公里。世界上第一条高原铁路青藏铁路已于2005年10月15日全线铺通，这标志着我国铁路已覆盖全国范围内的各省、自治区、直辖市。,我国铁路网格局八纵：京沪、京哈、沿海、京九、京广、大湛、包柳、兰昆八横：京兰（藏）、煤运北、煤运南、陆桥、宁西、沿江、沪昆（成）、西南出海我国铁路运输承担了全国60的旅客周转量和70的货物周转量，成为我国综合运输体系中的骨干。,6.2 铁路的基本组成铁路由线路、路基和线路上部建筑3部分组成，此外，属于铁路工程的还有桥梁、涵洞、隧道、车站设施、机务设备、电力供应等。,6.2.1 线路铁路选线设计
3、是整个铁路工程设计中一项关系全局的总体性工作。其原则如下： 1.根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过地区的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向(即方向)，选定铁路的主要技术标准。,2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，来设计线路的空间位置。3研究布置线路上的各种建筑物，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。,铁路线路平面是指铁路中心线在水平面上的投影，它由直线段和曲线段组成。线路平面设计的基本要求为：1. 为了节省工程费用与运营成本，一般力求缩短线路长度；2. 为了保证行车安全与
4、平顺，应尽量采用较长直线段和较大的圆曲线半径。线路平面的最小半径受到铁路等级、行车速度和地形等条件的限制；3. 为列车平顺地从直线段驶入曲线段，一般在圆曲线的起点和终点处设置缓和曲线。缓和曲线的目的是使车辆的离心力缓慢增加，利于行车平稳，同时使得外轨超高，以增加向心力，使其与离心力的增加相配合。,6.2.2 路基路基是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面结构物。路基可分成路堤、路堑和半路堤半路堑3种基本型式。铁路路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，是保证列车运行的重要建筑物。,路基是一种土石结构，由于处于各种地形地貌、水文地质和气候环境中，有时难免遭受各种灾害，如洪水、泥石
5、流、崩塌、地震等。,6.2.3 线路上部建筑铁路线路上部建筑包括与列车直接接触的钢轨、轨枕、道床和道岔。线路上部建筑的强度和稳定性，取决于钢轨类型、轨枕类型和密度、道床类型和厚度等。,钢轨钢轨起承受车身重力及引导列车运行方向的作用。我国钢轨的标准长度为25m和12.5m两种。两条钢轨间的标准轨距为1435mm，误差不超过6mm或2mm。每根钢轨端部留有3个圆孔，两节钢轨的末端用有6个孔的鱼尾板夹住，并用螺栓拧紧。轨间留有缝隙，以便温度变化时可以自由伸缩。,轨枕轨枕是钢轨的支座，它除承受钢轨传来的力并将其传给道床以外，还起着保持钢轨的方向和轨距的作用。因而，轨枕应具有足够的强度、弹性和耐久性。,
6、道床道床是铺设在路基顶面上的道碴层。其作用有：把轨枕传下的车辆荷载均匀传布到路基面上；阻止轨道在列车作用下产生位移，并缓和列车的冲击作用；便于排水以保持路基面和轨枕干燥；便于调整路线平面和纵断面的作用。,道岔道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称，其作用是使机车车辆由一条线路转向另一条线路，或者越过与其相交的另一条线路。道岔大都设在车站区。,6.3 高速铁路铁路现代化的一个重要标志是大幅度地提高列车的运行速度。一般地讲，铁路速度的分档为：常速：时速100120公里；中速：时速120160公里；快速：时速160200公里；高速：时速200400公里；特高速：时速400公里以上。,高速铁路模式
7、1.日本新干线模式：1966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营运，时速达210公里，突破了保持多年的铁路运行速度的世界记录，从东京到大坂运行3小时10分钟。全部修建新线，旅客列车专用。,2.德国ICE模式：全部修建新线，旅客列车及货物列车混用。,3.英国APT模式：英国铁路公司于1977年开办的行驶在伦敦、布里斯托尔和南威尔士之间的旅客列车，时速高达200公里。既不修建新线，也不大量改造旧线，旅客列车及货物列车混用。,4.法国TGV模式：法国于1981年建成了它的第一条高速铁路(TGV东南线)，列车时速高达270公里。后来又建成TGV大西洋线，时速达300公里。19
8、90年5月13日试验的最高速度已达515.3km/h，可使运营速度达到400km/h。部分修建新线，部分旧线改造，旅客列车专用。目前TGV的总通车里程超过2500公里，承担其法国铁路旅客周转量的50。,我国的高速铁路事业已从计划逐步走向现实，我国第一条高速铁路京沪高速铁路，全长约1300km，实施全封闭、全立交，为客运专线。铁路设计时速为300km，基础设施可满足350km的时速。,客运专线建设,四纵： 北京上海 北京武汉广州深圳 北京沈阳哈尔滨 杭州宁波福州深圳,四横： 徐州郑州兰州 杭州南昌长沙 青岛石家庄太原 南京武汉重庆,三个城际客运系统： 环渤海地区 长江三角洲地区 珠江三角洲地区,
9、6.4 城市轨道交通城市轨道交通的诞生和发展已有100多年历史。20世纪下半叶以来，城市经济日益发展，由于流动人口以及道路车辆的增加，城市交通量呈急骤增长的态势，随之，交通阻塞、车速下降、事故频繁等一系列问题大量涌现。在这样的背景下，世界各国纷纷开始采用立体化的快速轨道交通来解决日益恶化的城市交通问题。大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通类型（城市轻轨）并存的现代城市轨道交通新格局。,地铁和轻轨这两种制式可以建在地下、地面或高架桥上，二者的主要区别是单向最大高峰每小时客流量的区别。地铁的铁路能适应的单向最大高峰客流量每小时为 3 6 万人次，轻轨铁路每小时 13 万人次。城市轻轨
10、和地下铁道一般具有如下特点：1.线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求采取相应的措施。 2.行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而须采用较强的轨道部件，一般用混凝土道床等少维修轨道结构。 3.曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小的多，一般为100m左右，因此要解决好曲线轨道构造问题。,6.4.1 地下铁道世界上第一条地下铁道于1863年1月10日首先在伦敦建成，开始是采用蒸汽机车牵引，经过27年到1890年改为电力牵引。第一条地铁线路采用了“挖盖”的工序来建造，即挖掘一条深沟，然后封盖其上面。据有关资料统计，从186
11、3年到1899年有7个城市修建了地下铁道，从1900年到1949年，世界上又有13个城市修建了地下铁道。二次世界大战后，伴随着各国城市的快速发展，地下铁道发展极为迅速。据日本地下铁道协会统计，到1999年全世界已有115个城市建成了地下铁道，线路总长度超过了7000km。,广州地铁广州地铁一号线全线长18.48公里，设有16个车站，西南起芳村区的西朗，东至天河区的广州火车站东站。 1999年6月28日，正式投入商业运营。按广州市城市快速轨道交通系统长远规划 ，除地铁一号线外，到2004年地铁二号线建成通车，到2029年地铁三号线将全线建成。,北京地铁北京地铁一期工程于1965年7月1日开工建设
12、，其线路沿长安街与北京城墙南缘自西向东贯穿北京市区，连接西山的卫戍部队驻地和北京站，采用明挖填埋法施工。全长23.6公里，设17座车站和一座车辆段，1969年10月1日建成通车。截至2007年，北京地铁已开通的线路包括1号线，全长31.04公里，23座运营车站；2号线，全长23.61公里，18座运营车站； 13号线，全长40.85公里，16座运营车站；八通线，全长18.9公里，13座运营车站；5号线，全长27.6公里，23座运营车站。,6.4.2 城市轻轨20世纪60、70年代在地下铁道建设高潮发展时期，由于地下铁道造价昂贵，西方大城市在建设地下铁道的同时，又重新把注意力转移到地面轨道上来。利
13、用现代高科技开发了新一代噪声低、速度高，走行部转弯灵活，乘客上下方便的新型有轨电车。 1978年3月国际公共交通联合会在比利时首都布鲁塞尔会议上，确定了新型有轨电车交通的统一名称，英文为Light Rail Transit，简称轻轨交通。80、90年代，环保问题、能源结构问题突出，在经济可持续发展战略方针指导下，全世界又掀起了新一轮的轻轨交通系统的建设高潮。,城市轻轨的特点城市轻轨一般有较大比例的专用道，大多采用浅埋隧道或高架桥的方式，车辆和通信信号设备也是专门化的，克服了有轨电车运行速度慢，正点率低，噪声大的缺点。城市轻轨比公共汽车速度快、效率高、省能源、无空气污染等。而且具有投资省、见效快
14、、适用范围广等优点。,上海明珠线轻轨 上海明珠线轻轨交通一期工程全长约25公里，自上海市西南角的徐汇开始，贯穿长宁、普陀、闸北、虹口，直到东北角的宝山区，沿线共设19座车站。全线无缝线路，除了与上海火车站连接的轻轨站以外，其余全部采用高架桥结构形式。,大连轻轨,6.5 磁悬浮铁路磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力和排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力进行导向，并利用直流电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进。,磁悬浮铁路发展概况关于磁悬浮铁路研究，德国和日本起步最早。德国从1968年开始研究磁悬浮列车，1983年在曼姆斯兰德建设了一条长32公里的试验线，已完成
15、了载人试验。经过30多年来的研究与试验，各国已公认它是一种很有发展前途的交通运输工具。,我国对磁悬浮铁路的研究起步较晚，1989年我国第一台磁悬浮实验铁路与列车，在湖南长沙的国防科技大学建成，试验运行速度为10米/秒。世界上首条投入商业运行的磁悬浮列车线（上海浦东龙阳路至浦东机场）已投入运行，全长31公里，总投资约89亿元人民币，设计最高时速430公里/小时，运行时间7分钟。,磁悬浮铁路的不足之处：1.由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。2.常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。3.超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。,
