第一章线路工程.

线路工程兰州交通大学土木工程学院李斌韩峰李良英王保成何越磊2005年RailwayEngineering2第一章绪论3一以铁路为骨干的交通多样化时代目前，世界上比较成熟的现代化运输方式有铁路、公路、水运、航空和管道运输五种，构成的交通运输网总长度大约3000万公里，其中公路约为2100万公里，铁路约为120万公里，内河水运约为60万公里，具有导航设施的航空线约为600万公里，管道约为100万公里。水运、铁路、公路、航空和管道这五种运输方式，是随着工农业生产和科学技术的发展先后出现和发展起来的。水运最早出现，在19世纪以前，工农业和城镇大都是沿着水系发展的。美国的工业首先是在五大湖流域起家的，德国内河沿岸的工业总产值占全国的三分之一以上。同样，我国的工农业也是沿着长江、黄河两大水系和东南沿海发展的。第一节世界铁路基本状况41825年，英国的发明家斯蒂芬逊发明了蒸汽机车开创了铁路运输方式，从而使工农业布局摆脱了水系与沿海，深入到腹地，在工业发达的国家出现了修建铁路的高潮，一直持续到20世纪20年代末。从20世纪30年代开始，出现了公路、航空、管道“三强”，其发展迅猛，使得铁路和水运的处境每况愈下。铁路的货物周转量下降了近三分之一，内河水运的货物周转量更是下降了二分之一。铁路在竞争中处于不利地位，在一些西方国家，出现了封闭或拆除铁路的现象。二战后，各国开始对各种运输方式的盲目竞争感到忧虑。因此，对铁路、公路、内河水运和航空进行了合理分工，使其尽量做到各尽所能，相辅相成，从而形成一个基本平衡、衔接、协调的现代化运输体系，开始进入了交通多样化的综合运输阶段。5但是，从20世纪70年代开始，汽车的盲目发展，使得大气污染、道路阻塞、车祸频繁，航空运输也基本达到了饱和，再加上70年代爆发的世界石油危机，使得工业发达国家不得不重新研究交通政策，铁路以其运量大、安全快递、经济便捷、节约能源、保护环境、线路占地少等优势得到青睐。工业发达国家纷纷投入巨额资金，积极发展高速重载铁路和城市轨道交通。发展中国家也投入巨资，修建铁路，扩大铁路网。现在，从各国的交通运输发展情况来看，世界已经进入了以铁路为骨干的交通多样化时代。6二、世界铁路发展现状2000年，世界铁路营业里程约120万km，其中美洲占42.6%以上，欧洲占33.8%以上，亚洲占13.8%，非洲和大洋洲约占9.8%。但总体来看，世界铁路里程仍在减少，2000年比20世纪80年代末减少了20万km，因为主要北美铁路在路网优化中大幅地关闭铁路，欧洲铁路里程也有小幅减少；俄罗斯、亚洲国家、非洲国家的铁路处在建设和发展之中，但路网密度仍低于欧美国家铁路水平。主要国家铁路按国土面积和人口计算的路网密度见图1—1和图1—2。7102.4965.5459.4453.3624.5419.096.115.04020406080100120德国英国法国日本美国印度中国俄罗斯图1—1主要国家铁路路网密度（面积）(m/km2)88.275.865.54.452.731.590.620.460246810美国俄罗斯法国德国英国日本印度中国)/(万人公里图1—2主要国家铁路路网密度（人口）92000年,世界铁路完成旅客周转量18903.83亿人·公里，完成货物周转量62852.29亿t·km。铁路在运输市场的地位和竞争力增强，主要国家铁路在客货运输市场的份额基本趋于稳定（见表1—1），摆脱了二战后直到20世纪80年代末的持续大幅度滑坡趋势。三、世界铁路大联网随着各国经济的发展和世界经济一体化的趋向，世界各国对外贸易迅速增长，铁路在国际贸易货运方面将起重要作用。国际铁路联盟倡导和组织一系列的国际工程，提高铁路竞争力。与有关各国政府共同组织“洲际走廊”工程，通过铁路——海路联运将美洲、亚洲、中东、欧洲联在一起，简化运输手续，提高运输能力和运输速度，增加铁路收益。10货物周转量份额（%）旅客周转量份额（%）国家铁路公路水运管道航空总计铁路公路水运航空总计美国40.329.413.116.80.41000.678.520.9100英国7.463.924.04.71006.592.51.0100德国14.569.612.83.01007.688.24.2100法国21.267.32.59.01007.789.41.21.7100俄罗斯36.30.75.557.40.110030.058.40.211.4100日本4.254.541.10.210032.361.00.46.3100印度40中国54.623.719.12.40.210036.354.80.68.3100表1—1主要国家客货运输市场份额注：表中数据中国为2001年数据，其它为1999年数据。111．欧洲以法、德为首，1980年开行高速列车。1992年欧洲共同体召开全欧高速铁路规划会议，计划开通9000km高速运输网。主要网点是：英国伦敦，法国巴黎、里昂、瑞土洛桑、意大利米兰、罗马、佛罗伦萨、比利时布鲁塞尔、德国科隆、汉堡、慕尼黑、西班牙马德里、巴塞罗纳、荷兰阿姆斯特丹和葡萄牙里斯本，其中从伦敦——巴黎——布鲁塞尔的英、法、比3国高速网称为“欧洲之星”，已于1994年5月开通，时速250km。1996年1月29日开通，6月2日正式运营的新一代高速列车——“泰里斯”(Thalys)最高时速300km，运行于法、比、德、荷4国之间。西班牙、葡萄牙和法国合作发展西南欧高速铁路网，其连接线路是：里斯本(葡)——马德里(西)——巴黎、巴塞罗纳(西)、塞维利亚(西)——纳尔榜(法)。瑞典、丹麦和德国合作形成西欧大陆网：马尔默(瑞典)——哥本哈根(丹麦)——欧登塞(丹麦)——汉堡(德)。12北欧各国改造扩建既有线高速铁路网：奥斯陆(挪威)——斯德哥尔摩(瑞典)——马尔默——哥本哈根。东北欧：赫尔辛基(芬兰)——圣被得堡(俄)联网。欧非大陆桥：1997～2003年投资40亿美元修建直布罗陀海峡隧道，从西班牙塔里法到摩洛哥的丹吉尔。2．亚洲新加坡与马来西亚合作扩建一条准高速铁路：新加坡——吉隆坡——曼谷，采用法国TGV技术。1996年中、缅、老、越、柬、泰六国达成铁路联网协议，修建“泛亚铁路”：13金边—胡志明市—河内—昆明新加坡—吉隆坡—曼谷—仰光万象中亚五国与中俄联网。1995年中亚五国(哈萨克斯坦、土库曼斯坦、吉尔吉斯、乌兹别克和塔吉克斯坦)、中国和俄罗斯7国铁道部长在北京协商，就统一车辆限界、货运运价、运输计划、车辆改造等问题达成协议。143．北美洲美国、加拿大合作扩大运能，积极开发高速重载列车技术，建立美、加、墨三国北美自由贸易区和太平洋沿岸走廊，使铁路运量大增。4．非洲南部联网非洲南部八国(南非、刚果、博茨瓦那、莫桑比克、赞比亚、津巴布韦、安哥拉、坦桑尼亚)合作实行货物列车运行图一体化。由南非为首建立各国的运营管理中心，大大提高了运输效率。从南非约翰内斯堡到刚果伊拉波的列车，过去要40天运达，而今减少为7天。155．欧、亚、北美大陆桥建设以西伯利亚大铁路为中段，向西与欧洲铁路网相联，向东经白令海峡与北美铁路联网。亚洲部分分两期进行，近期，由西伯利亚干线东段分支，向东北经雅库塔楚科奇地区到白令海峡。往西与欧洲铁路网相联；远期，另修一条东西向干线，由白令海峡西岸的乌厄连经雅库茨克往西与欧洲相联。北美部分，大陆桥东段由美国加拿大合作铺设新线到白令海峡，与亚洲相连。俄美两国合作修建白令海峡海底隧道，隧道工程长约75km，深度于海面下不小于110m．列车时速160km。四、高速旅客列车是铁路建设的热点回顾铁路技术发展的历史，即是牵引能力与车速提高过程的历史。各国铁路都把提高速度作为技术发展的目标，也是作为提高竞争能力的重要手段。16而铁路要想生存发展必须提高车速。1825年世界第一条铁路在英国出现时，时速为24km；1829年10月6日在利物浦——曼彻斯特线上“罗克特”号蒸汽机车首创48km/h的世界记录。20年后法国的车速已经超过了100km/h，在1990年“克洛伯顿”号蒸汽机车时速达143.5km/h。1903年德国车速超过了200km/h。1901年德国首先使用西门子—哈尔斯克和通用电气公司共同制造的电力机车，试验速度为160km/h以上。1931年6月21日德国费兰获·克鲁肯贝格设计的流线型“钢轨策佩林”号机车创230km/h记录。1936年2月17日柴油机车“莱比锡”号在德国的帝国铁路线上运行速度205km/h。171955年5月29日德国波尔多——达克斯线上“BB9004”号机车创331km/h记录。1981年2月26日法国巴黎一里昂线TGV高速机车时速380km。1988年5月1日德国ICE高速列车，在富尔达——维尔茨堡区段上时速409km。1990年5月18日德国TGV—A高速列车创试验速度515.3km/h记录。1996年7月26日日本X300系列高速列车时速443km。2003年11月19日，日本MLX01型磁悬浮列车创造了558km/h的的世界纪录。1964年日本建成东京到大阪的东海道高速铁路新干线，实现了与航空竞争的预期目的，客运量逐年增加，利润逐年提高。对亏损严重的各国铁路，提供了解脱困境和可以借鉴的出路。于是，从60年代末期开始，许多资金充裕、科技先进的国家，纷纷兴建新线和改建既有线路，实现250~300km/h的最高时速。日本、韩国、英国、法国、德国、瑞士、比利时、瑞典、美国、意大利、西班牙、澳大利亚、印度和中国都已修建或正在修建高速铁路。我国更是于2003年在上海开通了世界上首条投入商业运营的磁悬浮铁路，最高时速高达460km/h。18高速铁路的特征：运能大速度快能耗省污染少占地少安全性高经济效益好19五、我国重载铁路1、组合式重载列车（第一阶段85－90）大秦线等繁忙干线。到发线850→17002、单元式重载列车（第二阶段92－）大秦线是我国按重载单元列车设计和修建的第一条双线重载电气化运煤专用一级铁路，全长653双线公里。铺设线路为60kg/m单根长度为25m钢轨普通线路，线路设计最大坡度12‰，曲线半径最小为500m，设计远期年运量100Mt，近期60Mt，日通过能力135对。一期工程韩家岭—茶坞—大石庄区段1985年开工，1988年12月28日试运开通：二期工程大石庄—秦皇岛—港口区段1989年开工，1992年12月1日试运开通。2002年大秦线年运量已达到10340万吨，自开通以来至2002年底运量累计达到82222万吨。3、整列式重载列车（第三阶段92－）京沪、京广等繁忙干线。到发线850→105020一、我国铁路建设回顾1881年，我国建成第1条自己设计施工的铁路——唐胥铁路，不久，又制造出第1台蒸汽机车——“龙号”。从此，拉开了中国铁路建设的序幕。一百多年来，我国特定的国情使得铁路成为最重要的基础设施之一，在国土开发、区域经济发展、促进国民经济整体水平提高以及形成全国统一市场等方面发挥了重要推动作用，在国家综合运输体系中始终处于骨干地位。第二节我国铁路建设概况211881～1949年的68年间，旧中国仅修建了21810km铁路，其中复线只有867km，电气化铁路为零。相当一部分铁路因年久失修和战争破坏无法运营。铁路网的分布也极不平衡，东北地区铁路占全国铁路总营业里程的40％，而国土面积占全国55％的西南和西北地区铁路仅占全国总营业里程的5％。1949年中华人民共和国成立后，我国铁路建设步入了加速发展的快车道。党中央、国务院把铁路摆在基础设施的重要位置，对铁路建设给予高度重视，一方面大力加强既有线改造，另一方面加快新线建设步伐，铁路建设高潮迭起，在路网建设、线路状况、技术装备和运输效率上，都取得了巨大的成就。22路网建设：建国以来，铁路建设坚持新线建设与旧线改造并举方针，新建了一大批干线铁路，加快了复线建设和电气化铁路建设，路网规模不断扩展，综合运输能力迅速提高．对加快国民经济发展起到了积极的促进作用。1949～2002年，我国(不包括台湾省和香港特别行政区