铁道工程讲座

Railway Engineering,第6章 铁道工程,第6章 铁道工程学习提示,【教学要求】了解铁路工程的基本体系和组成，了解高速铁路、地铁和城市轻轨的相关知识。【教学重点】 铁路基本体系和组成，铁路的线型设计标准。【教学难点】 铁路的线型设计标准。,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成,铁路由线路、路基和轨道三部分组成。铁路的典型断面见下图： 铁路工程既指铁道各种土木工程设施，也指修建铁路的各个阶段(勘测、设计、施工、养护、改建等) 所运用技术和管理的总称。,属于铁路工程设施的还有桥梁、隧道、排水系统、车站设施、机务设备、电力供应等。,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成,1.线路 概念：是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面状况。, 线路组成：铁路线路由直线和曲线组成，曲线采用圆曲线,并在圆曲线和直线间插入缓和曲线，使作用在列车上的离心力平稳过渡。,直线,缓和曲线,园曲线,共83张 第46张,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成, 最小园曲线半径 列车在曲线上行驶会受到离心力作用，离心力的大小同速度的平方成正比，与曲线半径成反比。不同等级的铁路均规定了最小园曲线半径，列车在曲线上须限速行驶。,列车在弯道上的行驶状态,直线行驶路基横断面 曲线行驶路基横断面,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成, 关于限制坡度的概念：铁路线路在某区段上限制货物列车重量的坡度，称作限制坡度。 线路在纵断面上设置上坡、下坡、平道。 限制坡度定得越小，则所能牵引的列车重量越大，线路的运输能力越大。,铁路等级和主要技术标准,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成,2.路基 概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。 基本型式：路堤、路堑、半路堤半路堑三种型式。,路堤,路堑, 路基顶面宽度的确定：由铁路等级、轨道类型、道床标准、路肩宽度、线路间距等因素确定。,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成,3.轨道：包括钢轨、轨枕、道床、道岔。,轨枕是钢轨的支座，并保持钢轨的方向和轨距。轨枕长度为2.5m,道床：作用传力均匀，阻止轨道位移，缓和列车冲击作用，并便于排水,钢轨：承受车重、引导车行方向。标准长度25、12.5m，标准轨距1435mm,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成, 正线轨道类型：正线指连接区间(主要是城市)并且贯穿车站的股道，在车站中是引出到发线、越行线的母线。,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.1 铁道的基本组成, 道 岔,道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称。作用是控制线路转向或越过与其相交的另一条线路。大都设在车站区。 最常用、最简单的线路连接设备是普通单式道岔。,道岔透视图,铁道线上的道岔,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.2 世界铁路发展简史,1.初建时期：1825年9月27日，世界上第一条行驶蒸汽机车的永久性公用运输设施，英国斯托克顿达灵顿的铁路正式通车了。 2.筑路高潮时期:1870年1913年第一次世界大战，盲目修建、剧烈竞争阶段。 3.基本稳定期：第一次世界大战至20世纪60年代末期，主要资本主义国家的铁路基本停止发展。 4.现代化时期： 20世纪60年代末期至今，先进技术得到应用、高铁的发展。,第6章 铁道工程 6.1 铁道的基本组成与发展 6.1.3 中国铁路的发展,1.开创时期（18761893） 1876年修建吴淞铁路，1909年建成的京藏铁路。 2.缓慢发展时期（18941948） 3.抢修和恢复铁路运输生产时期（19491952） 4.中国网铁路骨架形成期（19531978） 5.改革开放新的发展时期（1979以来）,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.1 高速铁路主要优势,概念 铁路速度的分档： 常速：时速100120 km ； 中速：时速120160 km ； 快速或准高速：时速160200 km ； 高速：时速200400 km ； 特高速：时速400 km 以上。 高速铁路是指客运列车以超过200km/h的速度高速运行的铁路。,台湾高铁,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.1 高速铁路主要优势, 优点：节省能源(平均每位乘客耗能仅为航空乘客的1/3)；保护环境；安全；舒适(宽松的座位和较大的活动空间比汽车或飞机更感舒适)；省时(汽车无法相比，在500800km的中长距离可与飞机竞争)。 与常规铁路的区别： 弯道处曲线半径大，在4000m以上。 发展情况：1964年10月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.2 世界高速铁路的发展,日本、法国、德国和英国 是高速铁路技术水平最高的国家。,法国的TGV高速列车,德国的ICE高速列车,日本 新干线,英国 欧洲之星,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,1994年12月22日，我国第一条准高速铁路 广深高速铁路建成通车。时速为160km。,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,北京至天津的城际高速铁路08年8月1日正式开通运营。京津城铁长120km，列车最高运营速度达350km/h，北京到天津直达运行时间在30分钟以内。,我国首条城际高铁 建设中的京津城际高铁,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,我国目前有京沪高铁、武广客运专线等多条高速铁路已建设完成，时速高达300km。,高速铁路的路基要“零沉降”,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,高速铁路使用的无砟（zh）轨道道床,双块式轨枕生产线,无砟轨道道床安装,无砟轨道道床板砼浇筑,无砟轨道道床精调,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,跨度32m、重900t的预应力砼箱梁制安桩,吊 梁 运 梁 喂 梁 落 梁,箱梁装车 箱梁运输,第6章 铁道工程 6.2高速铁路 6.2.3 中国高速铁路的发展,中国高速铁路的新篇章,中国 CRH-2高速动车组,上海虹桥站夜景图,武广客运专线的 新长沙站,北京南站,第6章 铁道工程 6.3 重载铁路 6.3.1 重载铁路标准,重载铁路是除高速铁路以外，铁路现代化的又一个标志。重载铁路是指在先进的铁路技术装备条件下，扩大列车编组，提高列车重量的运输方式。国际重载协会认为，重载铁路必须满足以下三条标准中的至少两条： （1）经常、定期开行或准备开行总重至少为5000吨的单元列车或组合列车； （2）在长度至少为150公里的线路区段上，年计费货运量至少达2000万吨； （3）经常、正常开行或准备开行轴重25吨以上的列车。,第6章 铁道工程 6.3 重载铁路 6.3.1 重载铁路标准,世界上开展重载运输的国家还不是很多，只有澳大利亚、加拿大、中国、南非、美国、俄罗斯、巴西等国土幅员辽阔、资源丰富、铁路较为发达、大宗货物运输较多的国家。当然，更主要的原因还在于重载运输对铁路线路、机车车辆、行车组织等方方面面的要求比较高，一般国家目前还难以达到。正因为如此，重载运输才算得上未来铁路发展的方向之一。,第6章 铁道工程 6.3 重载铁路 6.3.1 重载铁路标准,重载运输对铁路线路的特殊要求：由于重载运输的列车重量往往在5000吨以上，按目前每节车载重60吨计算，大约需要80多节，连接起来有1公里多长。所以停靠重载列车的车站站线有效长度基本要达到1050米，最好达到1700米。 重载列车拉得多，爬坡自然困难，线路的最大坡度不能超过89。 因为载重量大，一般的轨道无法承载，必须铺设或更换每米重60公斤以上的高强度钢轨，并配套同等强度的其它轨道构件。在有条件的线路地段，尽可能地铺设全断面淬火钢轨无缝线路，钢筋混凝土轨枕以及强化路基等。,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,城市轨道交通分为地铁和轻轨两种制式，地铁和轻轨都可以建在地下、地面或高架。地铁和轻轨都选用轨距为1435mm的国际标准双轨作为列车轨道，与国铁列车的轨道规格相同，并没有所谓的钢轨重量轻重之分。 （1）地铁的概念,地铁，即地下铁路。是以地下运行为主的城市铁路捷运系统,为配合修筑的环境，地铁也会有地面化的路段存在，因此地铁涵盖了城市地区各种地下与地面上的高密度有轨交通运输系统。,上海地铁,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,（2）地铁的优缺点 优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源；缺点：建造成本高，建设周期长，对地震、水灾、火灾和恐怖主义的抵御能力弱。,北京地铁,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,（3）城市轻轨,是城市客运有轨交通的又一种形式,大多采用浅埋隧道或高架桥的方式，它比公共汽车速度快、效率高、省能源、无空气污染。轻轨比地铁造价更低、见效更快。,武汉轻轨 大连轻轨,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,（4）地铁和轻轨的区别 国际标准：城市轨道交通列车分为A、B、C三种型号，分别对应3m、2.8m、2.6m的列车宽度。凡是选用A、B型列车的称为地铁，采用58节编组列车；选用C型列车的称为轻轨，采用24节编组列车。 B、C型列车的造价和技术含量要小于A型车，列车的车型和编组决定了车轴重量和站台长度。 我国规范：轴重相对较轻，单向输送能力在13万人次的轨道交通系统称为轻轨；每小时客运量38万人次的轨道交通系统称为地铁。,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,（5）地铁和城市轻轨特点 线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严， 除对车辆结构采取减震措施及修筑隔声屏障外，对 轨道结构也要求采取相应的措施。 行车密度大，运营时间长，须采用较强的轨道部件，一般用砼道床等少维修轨道结构。 采用直流电机牵引，以轨道作供电回路。为减少泄漏电流的电解腐蚀，钢轨与基础间应有较高的绝缘性能。 曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小，一般为100m左右，因此要解决好曲线轨道构造问题。,隔声屏障,第6章 铁道工程 6.4 城市轨道交通 6.4.1 城市轨道交通的分类,天津轻轨,第6章 铁道工程 6.5 磁悬浮铁路 6.5.1 发展概况,磁悬浮列车 磁悬浮列车是利用电磁学中磁极间产生吸引力、排斥力的作用原理，以直线电动机为推动力的新型交通工具。磁悬浮列车运行时悬浮于轨道上面，保持一定的间隙，因而没有轮轨摩擦及粘着极限速度等问题。 磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。,第6章 铁道工程 6.5 磁悬浮铁路 6.5.2 悬浮导向原理,磁悬浮列车的发展方向 磁悬浮列车技术有两个发展方向：一是以德国为代表的电磁悬浮系统（EMS），又称常导型；二是以日本为代表的电力悬浮系统（EDS），又称超导型。,磁悬浮列车悬浮系统的组成示意图,常导型（德国）,超导型（日本）,第6章 铁道工程 6.5 磁悬浮铁路 6.5.2 悬浮导向原理,常导中低速磁浮原理图,第6章 铁道工程 6.5 磁悬浮铁路 6.5.2 悬浮导向原理,日本山梨县磁悬浮试验线路上的导轨,磁化线圈沿着轨道铺设，称为导轨。它们排斥列车底盘上的大型磁体，使得列车可以悬浮在导轨上方1到10厘米的位置。,玩过磁铁的人都知道异极相吸、同极相斥的道理。这就是电磁推进背后的基本原理。,