高速铁路关键技术New-20190616

高速铁路关键技术概论钱清泉院士2020/7/132主要内容我国交通运输发展的重要性轨道交通发展概述高速铁路发展概述高速铁路关键技术●桥隧●力学和钢轨●道岔●信号●接触网●路基●无渣轨道●高速列车●供电系统●牵引供电自动化系统2020/7/133我国交通运输发展的重要性（一）交通运输在国民经济、社会发展和人民生活中起着重要作用，当今中国迫切需要现代化交通：1）社会稳定的需要2）国家经济发展的重大需要☆缓解运输能力不足的需要运输成为制约国民经济发展的瓶颈☆全面建设小康社会的需要日常出行的要求提高，城市化进程加快2020/7/134我国交通运输发展的重要性（二）☆能源安全和环境保护的需要据统计，我国交通运输装备消耗的石油资源占整个石油资源的70％，而汽车又占其消耗的70％。3）加速产业发展和提高国际竞争力的需要带动信息、材料、能源、制造等高新技术的进步和产业化进程4）建立国家重新体系的需要交通中真正的核心技术是买不来的2020/7/135不同的交通工具轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。传统火车汽车轮船轨道交通飞机旅行者受限太昂贵危险太慢，服务差安全、快捷我国交通运输发展的重要性（三）2020/7/136我国交通运输发展的重要性（四）几种交通运输模式的速度域2020/7/137我国交通运输发展的重要性（四）不同交通方式的能耗与污染对比综合比较，轨道交通具有绿色、环保、安全、便捷、大容量、长距离等优点，国家已做出大力发展轨道交通的战略决策，在已批准的《中长期铁路网规划》中，确定到2020年将建设300km/h及以上的高速客运专线1.2万公里。铁路的能耗和污染不足汽车和飞机的1/42020/7/138轨道交通发展概述（一）干线轨道交通城市轨道交通新型轨道交通高速客运重载货运地铁轻轨单轨电车郊区铁路磁悬浮轨道交通不断涌现出各种新的原理真空高速管道列车轨道交通的分类：三大类2020/7/139轨道交通系统线路与轨道：引导列车前进方向，同时承受列车荷载并将其传至地基。车辆：由悬挂、转向架、车厢等部分组成，是轨道交通系统中的重要组成部分。供电系统：包括变电站、沿线供电线路、开关站及供电设备等。控制系统：整个轨道交通系统的核心，它包括计划调度、设备监控、安全保护、维护管理以及基础信息系统等。构成：可划分为四大要素每一构成要素中均不断应用系列信息技术我国轨道交通的发展概况（二）2020/7/1310干线轨道交通——高速客运因此高速铁路得到快速的发展。社会经济效益好不受气候的影响安全可靠运行准时外部运输成本低对环境污染小能源消耗低土地占用面积小客货运量大旅行时间短高速铁路的优点的高速铁路的优点：2020/7/1311国内外轨道交通发展现状和趋势◆铁路客运高速化1964年世界上第一条高速铁路正式运行目前运行速度达到300km/h以上我国5次提速后，运行速度接近200km/h，与世界先进水平相比，我国高速铁路技术还存在较大差距。◆货运重载化和快捷化澳大利亚、巴西、美国等，重载列车牵引质量超过3万吨，甚至高达5万吨。我国大秦线，开通5000-10000吨级的重载列车，2019年底实现2万吨重载列车的开行。2020/7/1312国内外轨道交通发展现状和趋势◆城际轨道交通公交化铁路发达国家，轨道交通公交化日益成为城际间、中心城市与卫星城市之间旅客运输的发展趋势◆高速磁悬浮交通的崛起磁悬浮列车的研究始于1932年，目前已发展了常导磁悬浮、低温超导磁悬浮和高温超导磁悬浮技术。日本低温超导磁悬浮列车创造581km/h，未商业运行上海浦东引进德国技术磁悬浮列车以430km/h运行◆城市轨道交通蓬勃发展城轨交通成为现代化城市最基本特征，纽约、巴黎、伦敦、慕尼黑、东京、莫斯科城轨里程数达到2500多公里我国:北京、上海、广州、天津、深圳、重庆、武汉、成都2020/7/1313高速铁路发展概述高速铁路是指由新一代列车提供的时速在200～350km甚至更高的铁路快速运营服务。世界上最早开始高速铁路建设和运营的是日本，法国和德国等欧洲国家在高速铁路建设和运营方面取得商业上的成功。●日本1964年开始，新干线总长度达1835公里，高速列车客运量为世界之最，2000年客运周转量为712亿人公里●法国1983年开通第一条现代化高速铁路，现已建成1281公里，高速列车TGV运行速度为300～350km/h，最高试验速度为515.3km/h●德国1985年开始研究ICE高速列车，1991年投入运营，有高速铁路700多公里，高速列车最高运行速度达330km/h2020/7/1314我国和世界铁路最高运营速度和试验速度的增加对比2020/7/1315我国对高速铁路的规划在“十五”期间，国家加大了对铁路的投资力度，国家修建新线6000公里，复线3000公里，地方铁路1000公里；总投资3500亿。将筹建京沪高速铁路；将在全国建立“八纵八横”铁路网主骨架，形成以北京、上海、广州为中心的提速客运网，做到：●300－500公里范围内实现“朝发夕至”●1200－1500公里范围内实现“夕发朝至”●2000－2500公里内实现“一日到达”高速列车的运行速度达到200－300km/h，试验速度将达到350km/h以上。“十一五”期间，国家将建9800公里高速客运专线铁路。2020/7/1316我国客运专线及城际铁路的发展规划简介“四纵”客运专线北京-上海客运专线；北京-武汉-广州-深圳客运专线；北京-沈阳-哈尔滨(大连)客运专线；杭州-宁波-福州-深圳客运专线“四横”客运专线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、珠江三角洲地区高速铁路隧道的关键技术隧道的空气动力学效应与隧道设计隧道仰拱及铺底的设计隧道工挖技术大跨铁路隧道塌方预防隧道防排水特长隧道的地质工作2020/7/1318隧道的空气动力学效应与隧道设计空气动力学效应：隧道内压力波动、出口微气压波、隧道内行车阻力等随列车速度和阻塞比增大而增大。隧道空气动力学的研究成果为高速铁路隧道设计参数的选择和列车外形、结构强度的设计提供了重要的依据。2020/7/1319缓解和消减空气动力学效应负面影响的措施合理加大隧道净空断面改善列车形状、加大车辆密封性选择合理的道床类型修建竖井和横洞等研究微压波和洞口缓冲结构列车速度低于300km/h：不需设置洞口缓冲结构需预留洞口缓冲结构中国在高速铁路隧道空气动力学方向进行的研究2020/7/1320隧道仰拱及铺底设计总体目标保证隧道基底质量，避免基底“翻浆冒泥”现象。关键技术实施仰拱铺底的限裂设计设计隧道基底特殊部位改进传统仰拱铺底工艺2020/7/1321隧道工挖技术注重施工方法选择的多样性特长隧道：TBM法中长或短隧道：矿山法特长大断面隧道：宜采用小直径TBM(直径3～4m)加钻爆法扩大利用辅助坑道实现长隧短打高速铁路特长、长隧道较多，为了工期和消防救援以及维护管理的需要,需要通过辅助坑道来实现长隧短打合理确定开挖进度指标2020/7/1322大跨铁路隧道塌方预防选择合理的大跨铁路隧道支护手段及时封闭断面选择合理的大跨隧道衬砌时机建立量测体系实现信息反馈推广无尺量测技术2020/7/1323隧道的防排水防排水设计是高速铁路隧道的设计的基础防水方法为“以堵为主,限量排放”防水技术选择合理的防水材料充分考虑辅助导坑防排水合理设置中心水沟引进分区防水技术对软弱围岩地段,预制排水沟纳入设计重视支护背后注浆技术2020/7/1324特长隧道的地质工作重视和加强勘察设计阶段的地质工作重视地质钻孔，特别是特殊地质地层分界的定位做好设计阶段的地质勘察工作掌握地层构造的三维技术和掌握高精度的地层物性技术建立分层次的施工阶段地质预报工作根据隧道长度、工程地质的特性和地质灾害情况来确定所应采取的地质预报方法对长隧道、地质灾害地段隧道、大地电磁异常区要重点开展地质预报根据目标要求,采取多种预报手段相结合的综合超前预报方法高速铁路桥的关键技术桥梁结构高性能混凝土桥梁架设设备2020/7/1326桥梁结构桥梁结构不同于普通I级铁路的特殊要求由于一次性铺设跨区间无缝线路,考虑桥上线路的安全,为了使钢轨受力不超过规定值,桥梁下部结构的纵向水平刚度必须要满足一定的限值。为了满足列车运行平稳和旅客乘坐舒适度的要求,桥跨结构的纵横向刚度要求较一般铁路有较大的提高。为了保证线路的平顺性和高速行驶列车的安全与舒适,对桥梁的结构形式、桥与路之间的刚度平稳过渡、桥梁结构的工后沉降等,需要更加严格的要求。以上因素引起桥梁结构形式的变化,对于桥梁工程的施工组织和施工工艺都需要新的要求,这些施工要求反过来影响了桥梁的结构形式。2020/7/1327桥梁新的结构形式张法预应力混凝土箱形简支梁配式双向预应力混凝土T形简支梁钢筋混凝土刚构连续梁钢与混凝土结合连续梁钢筋混凝土矩形双柱式桥墩钢筋混凝土圆形双柱式桥墩钢筋混凝土圆端形板式桥墩双线错置钢筋混凝土圆形桥墩钢筋混凝土耳墙式桥台2020/7/1328新的桥梁结构形式研究进一步丰富桥梁结构形式开发一些适合于特殊工点（如斜交道路、沟渠较多和道路群较多的工点）的桥涵结构研究一些更适宜于斜交河流的桥墩形式，减少阻水面积研究简支箱梁设计和检测适当提高箱梁设计预应力度进一步研究箱梁的抗裂性计算办法研究更加科学经济的检测办法优化设计刚构连续梁及钢混结合连续梁2020/7/1329高性能混凝土高性能混凝土是在传统混凝土中加入适量的超细矿物掺合料，如硅灰、超细粉煤灰和磨细矿渣等,并掺入适宜的高效复合减水剂,采用低水胶比配制而成。高性能混凝土应用于高速铁路桥梁工程是技术发展的必然趋势具有优良的抗压、抗折和抗拉等力学性能具有很好的抗渗、抗冻、抗碳化和抗化学侵蚀等耐久性能2020/7/1330桥梁架设设备桥梁架设设备是架设的关键,架设设备的架设能力制约着桥梁结构型式的发展。国外高速铁路发展较早,架桥设备的发展较快,种类亦多。设计过的架桥机架设能力在20～850吨,走行方式有迈步式、悬臂式、桁架铰接式、导梁式以及运架一体式。运梁方式有轮轨式及轮胎式。架设设备需要自主创新，以减少对国外设备的依赖性,降低工程造价。架设设备应朝着大跨度、大吨位和机械化的方向发展,以满足架设大吨位桥梁类型(至少32m双线箱梁)的需要。架设设备需要研制开发先简支后连续的工艺,提出工艺原则和验收标准。2020/7/1331JQ600型架桥机JQ600型架桥机全貌研制单位：武汉机械研究所使用范围：20、24m双线箱梁走行方式：迈步式架设吨位/t：600外型尺寸/m：57.45×12.30×14.42支腿横向间距/m：5.95运梁车类型：TE/600轮胎式运梁车轮胎总数：40运梁车轴数：20运梁车轴重/t：34运梁车纵向最小轴距/m：1.8运梁车横向两组轴距/m：5.32020/7/1332JQ600下导梁式架桥机JQ600下导梁式架桥机全貌研制单位：铁道部大桥工程局研制使用范围：20、24m双线箱梁走行方式：下导梁式架设吨位/t：600外型尺寸/m：60×15×3支腿横向间距/m：6.4运梁车类型：论轨式运梁车轮胎总数：64运梁车轴数：32运梁车轴重/t：22运梁车纵向最小轴距/m：1.0运梁车横向两组轴距/m：4.02020/7/1333DF450型双悬臂桁架式架桥机DF450型双悬臂桁架式架桥机全貌研制单位：大方实业公司研制使用范围：20、24或32m单线箱梁走行方式：迈步式架设吨位/t：450外型尺寸/m：68.6×8.9×9.8支腿横向间距/m：腹板中心线上运梁车类型：轮胎式运梁车轮胎总数：112运梁车轴数：28运梁车轴重/t：19.3运梁车纵向最小轴距/m：1.55运梁车横向两组轴距/m：4.452020/7/1334SPJ450/32拼装式架桥机SPJ450/32拼装式架桥机全貌研制单位：石家庄铁道学院研制使用范围：24、3