1、第一章 高速鐵路概論第一節 高速鐵路的產生及發展一、高速鐵路的產生 1825年，英國人修建了世界上第一條鐵路。鐵路運輸的特點：運量大、可靠性高、全天候。 提高列車速度是鐵路賴以生存和適應社會經濟發展的唯一出路。1903年，德國 時速210KM/H1955年，法國 時速331KM/H1964年10月1日，世界上第一條高速鐵路-日本東海道新干線20世紀80年代，世界鐵路進入“第二發展期”-高速鐵路的大發展期日本新干線上的300及700系高速列車二、高速鐵路的發展 高速鐵路是現代世界鐵路的一項重大技術成就，它集中反映了一個國家鐵路牽引動力、線路結構、車輛技術、制造工藝、列車運行控制、運輸組織和經營管

2、理水平等方面的發展和進步，也集中體現了一個國家科技和工業化發展的水平以及鐵路運輸組織管理的水平。在亞洲，日本，高速鐵路被譽為日本“經濟起飛的脊梁”。在亞洲，臺灣，2003年，臺北-高雄（345KM/H)。在亞洲，韓國，2004年，漢城-釜山（300KM/H)。在歐洲，高速鐵路建設始于法國。臺灣高速鐵路上的700T電聯車三、高速鐵路的概念 一條鐵路是否能稱為高速鐵路，即高速鐵路的定義，它有一個產生、發展、形成的過程。定義:列車在主要區間能以200KM/H以上速度運行的干線鐵道稱為高速鐵路。1985年，聯合國歐洲經濟委員會將高速鐵路的列車最高運行速度規定為：客運專線300KM/H,客貨混線250K

3、M/H。當今世界上，鐵路速度的分檔規定為：時速100-120KM/H稱為常速，120-160KM/H稱為中速，160-200KM/H稱為準高速或快速，時速200-400KM/H稱為高速，時速400KM/H以上稱為特高速。四、高速鐵路的形式（一）按列車的動力配置方式：動力集中性型和動力分散型。（二）按列車的轉向架方式：獨立式和鉸接式（用鉸鏈把兩個物體連接起來的一種形式）。第二節第二節 高速鐵路的技術經濟特征高速鐵路的技術經濟特征 鐵路運輸包括機車車輛、線路橋隧、通信信號、牽引供電、運輸組織及安全保鐵路運輸包括機車車輛、線路橋隧、通信信號、牽引供電、運輸組織及安全保障等系統。障等系統。一、高速鐵路

4、是當代高新技術的集成一、高速鐵路是當代高新技術的集成 高速鐵路的誕生是繼航天事業之后，世界上最龐大、最復雜的現代系統工程。高速鐵路的誕生是繼航天事業之后，世界上最龐大、最復雜的現代系統工程。二、高速鐵路的主要技術經濟特點：二、高速鐵路的主要技術經濟特點：（一）（一）速度快速度快（二）（二）安全性好安全性好（三）（三）運能大運能大（五）（五）污染輕污染輕（四）（四）能耗低能耗低（六）（六）占地少占地少（八）（八）舒適度高舒適度高（七）（七）造價低造價低（九）（九）效益好效益好第三節第三節 我國高速鐵路的規劃與建設我國高速鐵路的規劃與建設一、我國發展高速鐵路的必要性一、我國發展高速鐵路的必要性（一

5、）（一）高速鐵路是我國經濟及社會發展的需要；高速鐵路是我國經濟及社會發展的需要；（二）（二）高速鐵路的比較優勢決定其在運輸市場競爭中的重要地位；高速鐵路的比較優勢決定其在運輸市場競爭中的重要地位；（三）（三）高速鐵路額發展符合我國國情的需要；高速鐵路額發展符合我國國情的需要；（四）（四）高速鐵路的建設符合我國城市化發展戰略的需要高速鐵路的建設符合我國城市化發展戰略的需要二、我國高速鐵路發展的戰略規劃二、我國高速鐵路發展的戰略規劃（一）（一）我國高速鐵路的發展目標我國高速鐵路的發展目標（二）（二）我國高速鐵路的發展模式我國高速鐵路的發展模式1 1、繁忙干線客貨分線，建設大能力客運通道、繁忙干線客

6、貨分線，建設大能力客運通道2、中心城市間建設客運專線，實現旅客運輸高速化；3、繁忙單線客貨分線，全面提升旅客運輸質量；三、我國高速鐵路的布局原則四、我國高速鐵路的布局規劃 第一次：97年4月1日，京滬、京廣、京哈三大干線，列車開行最高時速達140公里。 第二次：98年10月1日，京廣、京滬、京哈三大干線,區段最高時速達到140-160公里。 第三次：2000年10月21日，重點是隴海、蘭新線、京九線和浙贛線。 第四次：2001年10月21日，重點京廣通道（南段）、京九通道、武昌成都、重慶通道、浙贛線、哈大線。 第五次：2004年4月18日，全國鐵路實施第五次大面積提速，時速160公里及以上提速

7、線路達到7700多公里。 第六次：2007年4月18日，中國鐵路第六次大面積提速在京哈、京滬、京廣、京九、隴海、浙贛、蘭新、廣深、膠濟等干線展開。 改革開放后我國客貨列車提速：其他國家其他國家日本：作為世界上最早開始發展高速鐵路的國家，日本政府在1970年發布第71號法令，為制定全國新干線鐵路發展的法律時，對高速鐵路的定義是，凡一條鐵路的主要區段，列車的最高運行速度達到200公里/小時或以上者，可以稱為高速鐵路。 美國：美國聯邦鐵路管理局對“高速鐵路”的官方定義為最高營運速度高于145公里/小時(90 mph)的鐵路。但從社會大眾的角度，“高速鐵路”一詞在美國通常會被用來指營運速度高于160公

8、里/小時的鐵路服務，這是因為在當地除了阿西樂快線(最高速度240公里/小時)以外并沒有其他營運速度高于128公里/小時(80mph)的鐵路客運服務。 中國:中國鐵道部對“高速鐵路”的定義分為兩部分：既有線改造達到200公里/小時和新建時速達到200250公里/小時的線路，在這部分線路上運營的時速不超過250公里/小時的列車稱為“動車組”；以及新建的時速達到300350公里/小時的線路，這部分線路上運營的時速達到300公里/小時及以上的列車稱為“高速動車組”。 第四節第四節 高速鐵路線路高速鐵路線路 一、概述 高速鐵路線路是保證高速列車按規定的最高速度安全、平穩和不間斷運行的基礎和前提。因此，高

9、速鐵路線路都應當具有一定的堅固性和穩定性。 高速鐵路要求軌道具有穩定性、可靠性、良好的彈性和便于維修等特征，傳統的砟軌道結構難以滿足這些要求，因此，我國高速鐵路主要采用無砟軌道結構。 有砟軌道是指在路基上面使用石渣作為道床，石渣就是石頭子，有砟軌道是指在路基上面使用石渣作為道床，石渣就是石頭子，其要求是構造均勻，堅硬，耐風化，沖擊韌性好，富有彈性，有利其要求是構造均勻，堅硬，耐風化，沖擊韌性好，富有彈性，有利于排水等特點。無砟軌道是指在路基上面沒有石子，而采用整體式于排水等特點。無砟軌道是指在路基上面沒有石子，而采用整體式道床板，道床板是在后方工廠預制好的。一般是道床板，道床板是在后方工廠預制

10、好的。一般是3米寬米寬5米長。鋼筋米長。鋼筋混凝土結構。預制時會將鋼軌的扣件預埋在其中。無砟軌道在中國混凝土結構。預制時會將鋼軌的扣件預埋在其中。無砟軌道在中國一般應用于客運專線。也就是高速鐵路。特點是構造時速高，鋪設一般應用于客運專線。也就是高速鐵路。特點是構造時速高，鋪設速度快。列車運行更平穩。但同時造價高速度快。列車運行更平穩。但同時造價高 。 鐵路線路是機車車輛和列車運行的基礎。 鐵路線路是由路基、橋隧建筑物和軌道組成的一個整體工程結構。道床是道床是軌道軌道的重要組成部分，是軌道框架的基礎。道床通常指的是的重要組成部分，是軌道框架的基礎。道床通常指的是鐵路鐵路軌軌枕枕下面，下面，路基路

11、基面上鋪設的石碴（面上鋪設的石碴（道碴道碴）墊層。主要作用是支撐軌枕，把軌）墊層。主要作用是支撐軌枕，把軌枕上部的巨大壓力均勻地傳遞給路基面，并固定軌枕的位置，阻止軌枕縱枕上部的巨大壓力均勻地傳遞給路基面，并固定軌枕的位置，阻止軌枕縱向或橫向移動，大大減少路基變形的同時還緩和了機車向或橫向移動，大大減少路基變形的同時還緩和了機車車輛車輛輪對對輪對對鋼軌鋼軌的的沖擊，便于排水。沖擊，便于排水。一、一、 高速鐵路軌道高速鐵路軌道（一）（一）高速鐵路對軌道的要求高速鐵路對軌道的要求 1 1、穩定的軌道結構：高速鐵路對軌道結構的設備和材質都有、穩定的軌道結構：高速鐵路對軌道結構的設備和材質都有比較大的

12、加強，軌道各部件的靜力強度已不是對軌道整體結構承載比較大的加強，軌道各部件的靜力強度已不是對軌道整體結構承載能力起控制作用的因素。能力起控制作用的因素。 2 2、平順的運行表面：為保證列車高速運行的需要，要求軌道、平順的運行表面：為保證列車高速運行的需要，要求軌道必須提供平順的運行表面。必須提供平順的運行表面。 3 3、良好的軌道彈性：高速鐵路軌道結構能否具有良好的彈性、良好的軌道彈性：高速鐵路軌道結構能否具有良好的彈性十分重要，軌道具有良好的彈性，不僅可以使軌道具有較強的抗振十分重要，軌道具有良好的彈性，不僅可以使軌道具有較強的抗振動與抗沖擊能力，而且有利于減少噪聲干擾，因此，軌道結構具有動

13、與抗沖擊能力，而且有利于減少噪聲干擾，因此，軌道結構具有良好的彈性是各國高速鐵路追求的目標。良好的彈性是各國高速鐵路追求的目標。 4 4、可靠的軌道部件、可靠的軌道部件 5 5、便利的養護維修、便利的養護維修（二）高速鐵路軌道結構（二）高速鐵路軌道結構 高速鐵路軌道結構的主要類型有高速鐵路軌道結構的主要類型有有砟軌道有砟軌道和和無砟軌道無砟軌道。 有砟軌道具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特性有砟軌道具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特性好等優點。好等優點。 無砟軌道具有維修費用少、使用壽命長、線路狀況良好、不易脹無砟軌道具有維修費用少、使用壽命長、線路狀況良好、不易脹軌跑

14、到、高速行車時不會有石砟飛濺等優點。軌跑到、高速行車時不會有石砟飛濺等優點。 無砟軌道由鋼軌、道岔、扣件和軌下基礎組成。無砟軌道由鋼軌、道岔、扣件和軌下基礎組成。無砟軌道的優點和缺點：優點：1、消除了由于散粒體道砟的破碎、粉化、道床的形變而導致軌道幾何形態惡化和日益增加的軌道維修工作量。2、整體化軌下基礎給軌道提供了更為強大的縱、橫向阻力，提高了軌道的穩定性。3、在剛性整體混凝土底座上，安裝橡膠墊板，橡膠靴套或現場澆注的CA砂漿墊層等彈性元件提供的軌道彈性，比在土路基上的碎石道床提供的軌道彈性更具均勻性。缺點：1、散粒體碎石道床可通過起、撥、搗作業，方便地對軌道幾何形態的變化進行整治和修理。2

15、、無砟軌道為剛性基礎，其軌道整體彈性差。3、無砟軌道的基礎一旦出現變形或破壞，其整治和修復相對困難。4、無砟軌道的工程費用比有砟軌道高。無砟軌道的類型：1、板式無砟軌道：由鋼軌、扣件，預制混凝土軌道板、乳化瀝青水泥砂漿調整層（簡稱CA砂漿調整層）、混凝土凸形擋臺及混凝土底座等部分組成。2、雙塊式無砟軌道：由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板、底座等部分組成。3、長枕埋入式無砟軌道：由整體式混凝土枕和現場澆注的混凝土道床組成。他包括鋼軌、扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座。（三）高速鐵路軌道檢測與維護 高速鐵路軌道不平順的維修管理工作，仍應堅持預防為主，管小防大的原則。 1、高速鐵路軌道不平

16、順的安全管理（緊急補修和限速管理）（1）、緊急補修和限速管理標準；（2）、緊急補修和限速管理的實施； 2、軌道不平順的預防性計劃維修管理 3、軌道不平順的日常養護管理 4、高速軌道幾何狀態檢測車及輔助檢測設備 （1）、高速軌道檢查車 （2）、輕型軌道不平順檢測小車 （3）、車體振動加速度檢測 （4）、軌面短波不平順檢測 （5）、長波不平順的檢測 四、高速鐵路道岔的養護維修與管理 1、初期養護 2、經常養護高速鐵路要求嚴格控制路基工后沉降，不均勻沉降和路基的初始不平順。高速鐵路的高速度、高舒適性、高安全性、高密度連續運營等特點對高速鐵路橋梁結構的剛度和整體性提出了嚴格的要求。二、 高速鐵路線路的

17、平面及縱斷面（一）（一）高速鐵路線路的特征高速鐵路線路的特征 1、高平順性：是設計、建設高速鐵路的控制性條件，也是高速鐵路有別于中、低速鐵路的最主要特點之一。因此，必須從線形、路基、道床、鋼軌、橋梁等各方面采取保證措施，才能實現高平順性要求。 2、高穩定性：穩定、沉降小且沉降均勻的平順路基是高平順性軌道的基礎。路基的穩定性主要靠控制路基工后沉降、不均勻沉降以及路基頂面的初始不平順來保證。 3、高精度、小殘變、少維修：嚴格控制軌道鋪設精度是實現軌道初始高平順的保證。 4、寬大、獨行的線路空間 5、高標準的環境保護 6、開通運營之日，列車即以設計速度運行 7、運營中，實行科學的軌道管及嚴密的防災安

18、全監控（二）高速鐵路對線路平面的要求 線路平面是由直線和曲線組成。曲線一般能較好的適應地形變化，減少施工工作量。 軌道的高平順性，要求其空間線路曲線盡可能平滑，即線路平縱斷面的變化盡可能平緩。 正線線路的平面圓曲線半徑應因地制宜，合理選用。優先選用常用曲線半徑，慎用最小和最大曲線半徑。必要時刻采用最大與最小曲線半徑間100m整倍數的曲線半徑。注解：因列車在高速通過彎道時由于離心力作用向彎道的外側產生橫向力，會對鋼軌產生擠壓，外翻。（參看：2008年膠濟鐵路列車相撞事故），為了保證列車的行駛安全，在鐵路的設計和建造時，國家修規對不同速度等級的鐵路規定了車輛可以安全通過的圓曲線的最小半徑，就是線路

19、的最小曲線半徑最小曲線半徑。高速鐵路和平原地區干線鐵路一般比較平直，用較大的曲線半徑；山區鐵路、工廠支線、車輛段道岔的咽喉區、編組站、城市地鐵等受地形的制約較大的地段，只能使用較小的曲線半徑，列車必須限速通過。 （三）線路縱斷面要求 坡度的設計應適應地形，合理選用。 區間正線的最大坡度應根據地形條件和動車組功率，經牽引計算驗算并經技術經濟比選分析后確定。 豎向離心力和豎向離心加速度對列車運行的安全性和旅客舒適性有影響，因而，豎曲線半徑決定于列車運行的安全性和旅客乘坐的安全性和旅客乘坐的舒適性要求。區間正線的最小豎曲線半徑應根據所處區段設計最高速度按表2-3選用，但最大豎曲線半徑不得大于4000

20、0m。 四、高速鐵路路基四、高速鐵路路基（一）高速鐵路路基的結構和特點 1、高速鐵路路基的結構 路基是軌道的基礎，也叫線路下部結構，承受軌道和機車車輛荷載，主要由以下三部分組成。 （1）路基本體：在各種路基形式中，為了能按線路設計要求鋪設軌道而構筑的部分，稱為路基本體。路基本體由路基頂面、路肩、基床、邊坡、基底幾部分構成，路基本體是直接鋪設軌道結構并承受列車荷載的部分，如路堤、路塹等。 （2）路基防護和加固建筑物：它屬于路基的附屬建筑物，是為確保路集體的穩固性而采用的必要的經濟合理的附屬工程措施。路基防護設備用于防止或削弱風霜雨雪、氣溫變化及流水沖刷等各種自然因素對路基體所造成的直接或間接的有

21、害影響。常用的防護設備是坡面防護和沖刷防護。路基加固設備是用于加固路集體或地基的工程設施。 （3）路基排水設備：它屬于路基的附屬建筑物，路基的排水設備分地面排水設備。和和地下排水設備地下排水設備兩種。地面排水設備用以攔截地面徑流，匯集路基范圍內的雨水兩種。地面排水設備用以攔截地面徑流，匯集路基范圍內的雨水并使其暢通的流向天然排水溝谷，以防止地面水對路基的浸濕、沖刷而影響其良并使其暢通的流向天然排水溝谷，以防止地面水對路基的浸濕、沖刷而影響其良好狀態。地下排水設備用以攔截、疏導地下水和降低地下水位，以改善地基土和好狀態。地下排水設備用以攔截、疏導地下水和降低地下水位，以改善地基土和路基邊坡的工作

22、條件，防止或避免地下水對地基和路集體的有害影響，如排水溝，路基邊坡的工作條件，防止或避免地下水對地基和路集體的有害影響，如排水溝，側溝，天溝等。側溝，天溝等。2、高速鐵路路基的特點、高速鐵路路基的特點（1）高速鐵路路基的多層結構系統高速鐵路路基的多層結構系統;（2）控制變形是軌下系統（路基）設計的關鍵；控制變形是軌下系統（路基）設計的關鍵；（二）（二）高速鐵路對路基的要求及處理措施高速鐵路對路基的要求及處理措施 1、對路基的要求、對路基的要求（1）路基要達到高速鐵路軌道高平順的要求。路基要達到高速鐵路軌道高平順的要求。（2）路基必須滿足高速鐵路對工后沉降的要求。路基必須滿足高速鐵路對工后沉降的

23、要求。（3）必須嚴格控制路基的不均勻沉降。必須嚴格控制路基的不均勻沉降。（4）必須控制路基的初始不平順。必須控制路基的初始不平順。 2、處理措施、處理措施（1）提高路基填筑標準且強化基床結構；提高路基填筑標準且強化基床結構；將路基作為土工機構物來進行設計與施工，對填筑材料、壓實標準、變形控制、將路基作為土工機構物來進行設計與施工，對填筑材料、壓實標準、變形控制、檢測要求等較現行鐵路標準有很大提高，同時強化基床結構，特別是基床表層。檢測要求等較現行鐵路標準有很大提高，同時強化基床結構，特別是基床表層。（2）嚴格控制路基沉降變形嚴格控制路基沉降變形高速行車需要高度平順和穩定的軌下基礎，控制變形是高

24、速鐵路路基設計的關鍵。高速行車需要高度平順和穩定的軌下基礎，控制變形是高速鐵路路基設計的關鍵。路基沉降變形主要包括三個方面：列車行駛中路基面產生的彈性變形，長期行車路基沉降變形主要包括三個方面：列車行駛中路基面產生的彈性變形，長期行車引起的機床累積下沉（塑性變形），路基本體填土及地基的壓縮下沉。引起的機床累積下沉（塑性變形），路基本體填土及地基的壓縮下沉。客運專線路基設計暫行規定客運專線路基設計暫行規定中規定：中規定：“路基工后沉降量一般地段不應大于路基工后沉降量一般地段不應大于5 5cm, ,沉降速率應小于沉降速率應小于2 2cm/ /年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不應大于年，橋臺臺尾過渡

25、段路基工后沉降量不應大于3 3cm. .無無砟軌道路基工后沉降量一般地段不應大于砟軌道路基工后沉降量一般地段不應大于2 2cm。（三）（三）高速鐵路軟土地基的處理高速鐵路軟土地基的處理 我國軟土絕大部分分布于東部沿海地區，主要集中在濱海平原、河口三角洲、我國軟土絕大部分分布于東部沿海地區，主要集中在濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍，多為河相、海相或泄湖相沉積層，多處于飽和的正常壓密固結狀態，湖盆地周圍，多為河相、海相或泄湖相沉積層，多處于飽和的正常壓密固結狀態，土的類別多為淤泥、淤泥質黏土、淤泥質亞黏土，在南方少數地區也有淤泥質混土的類別多為淤泥、淤泥質黏土、淤泥質亞黏土，在南方少數地區也有淤

26、泥質混砂層存在。軟土的主要特點：含水量高，孔隙比大、低干密度、高壓縮性、低透砂層存在。軟土的主要特點：含水量高，孔隙比大、低干密度、高壓縮性、低透水性、中等靈敏度。軟土地基在工程上主要表現為壓縮量大，排水固結緩慢，地水性、中等靈敏度。軟土地基在工程上主要表現為壓縮量大，排水固結緩慢，地基穩定性差等特性。基穩定性差等特性。1、換填法 當軟土地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟土層的厚度又不是很大時，將路基地面下處理范圍內的軟弱土層部分或全部挖去，然后分層換填強度較大的砂（碎石、素土、灰土、二灰土等）或其他強度較高、性能穩定、無侵蝕性的材料，并用人工或機械方法壓實至要求的密實度為止，這種地基處

27、理的方法稱為換填法。換填土法適用于淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層和低洼區域處理，還適用于處理濕陷性黃土、膨脹土和季節性凍土等一些區域性特殊土。換填土法的處理深度通常宜控制在3m以內，但也不宜小于0.5m，因為墊層太薄，換土墊層的作用不顯著。對軟土地基有以下處理方法：2、排水固結法： 排水固結法處理軟基是在路基施工前，對天然路基或已設置豎向排水體的路基上加載預壓，使土體固結沉降基本完成或大部分完成，從而提高地基土強度，減少地基工后沉降的一種地基加固方法。 排水固結法由排水系統和加壓系統兩部分共同組成。換填土法的墊層常用材料為砂、砂石、素土、灰土、二灰土等無黏性土，因為這類土

28、的強度大，壓縮性小，透水性好，比較容易使之密實，且在不少地區料源豐富，因而廣泛使用。 排水固結系統由豎向排水體和水平排水體構成，主要作用是改變地基的排水排水固結系統由豎向排水體和水平排水體構成，主要作用是改變地基的排水邊界條件，縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當軟土層靠近地表且較薄或邊界條件，縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當軟土層靠近地表且較薄或土的滲透性好且施工周期較長時，可在地面鋪設一定厚度的砂墊層，不設豎向排土的滲透性好且施工周期較長時，可在地面鋪設一定厚度的砂墊層，不設豎向排水通道。土中的孔隙水在外荷載作用下排至砂墊層，從而產生固結。若軟土層較水通道。土中的孔隙水在外荷載作用下排至砂墊層，從而產生固結。若軟土層較厚時，為加快排水固結，應在地基中設置砂井等豎向排水體，與水平砂墊層一起厚時，為加快排水固結，應在地基中設置砂井等豎向排水體，與水平砂墊層一起構成排水系統。構成排水系統。 加壓系統是指對地基施加的荷載布置。排水系統與加壓系統總是聯合使用。加壓系統