高速鐵路概論2018-2019年第2學期講課人：王睿第一部分：高速鐵路線路平面和縱斷面

第二部分：高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)ONTENTSC目錄第三部分：

高速鐵路路基第四部分：高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)第二章高速鐵路基礎設施第二章高速鐵路基礎設施YOURSITEHERE列車在鋼軌上運行時，高速鐵路列車的運營速度達到了200~350km/h，甚至更高，若要保證列車的高速度性、高舒適性和高安全性，對線路結(jié)構(gòu)如鋼軌、路基、橋梁和隧道都有較于常速鐵路更高的要求；在線路設計建造時，對線路的平縱斷面參數(shù)更加嚴格。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE鐵路線路的縱斷面及縱斷面圖研究表明：線路的平縱斷面對列車速度的影響很大，在高速條件下，列車各種振動的衰減距離延長，從而各種振動疊加的可能性提高，相應的旅客乘坐舒適性在高速條件下更為敏感。所以要求線路的標準相應提高，平縱斷面的變化要盡可能的平緩和舒適，保證線路高速度行車的安全、穩(wěn)定和舒適性。線路平面主要技術參數(shù)：外軌超高、最小曲線半徑、緩和曲線、線間距線路縱斷面主要技術參數(shù)：坡度值、豎曲線。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE高速鐵路曲線理想的鐵路應是直線，線路中心線在水平面上的投影（即線路平面）沒有曲線，但這樣做既不經(jīng)濟，也不合理。為了根據(jù)地形繞避山川及地面建筑物，往往要使鐵路走的路線拐彎，以節(jié)省工程量和工程費用，這就形成了鐵路曲線：第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE超高車輛在曲線運動時，會產(chǎn)生離心力；這種離心力會將車輛推向外股軌道，加大外股鋼軌的壓力；造成兩股鋼軌磨耗不均勻；會使旅客感到不舒適，嚴重時會造成翻車事故；離心力第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面離心加速度第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE超高與最大超高列車運行在圓曲線上，必須形成一個向心力以平衡列車做圓周運動的離心力，才能順利的通過。因此，列車要向內(nèi)側(cè)傾斜一定的角度，即圓曲線上的外股鋼軌要比內(nèi)股鋼軌高出一定值（h值），這個值就叫做圓曲線的超高。超高的作用是保證列車安全的通過曲線。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面欠超高和過超高理想狀態(tài)：離心力=向心力實際狀態(tài)：離心力≠向心力離心力第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE欠超高和過超高在一條線路上，外軌超高是一個定值。當速度較快的列車通過曲線時，實際的超高形成的重力橫向分力不足以平衡離心力的橫向分力，就產(chǎn)生了一個欠缺的超高值，即欠超高。反之，當速度較低的列車通過曲線時，實際的超高高于要求的超高，就產(chǎn)生了一個超過的超高值，叫做過超高。欠超高和過超高都會使鋼軌承受走形列車的偏壓，使得內(nèi)外軌因過大的偏載而引起嚴重不均等磨耗，對旅客舒適度造成不良影響，嚴重時危害行車安全。舒適度條件良好較好一般較差欠超高最大允許值（hq）406070100過超高最大允許值（he）406070100我國客運專線鐵路欠、過超高最大允許值第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE最小曲線半徑列車在高速鐵路圓曲線上運行，在一定的向心力條件下，列車的運行速度與曲線半徑成正比，曲線的半徑太小將限制列車的運行速度。在高速鐵路上，一旦選定允許的最高速度后，線路的曲線半徑要大于一個下限值，這個下限值叫做最小曲線半徑。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE最小曲線半徑我國高速鐵路最小曲線半徑的選用如下表所示：曲線半徑的選定一定要通過技術和經(jīng)濟兩方面的綜合比較后確定。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE緩和曲線為了將直線鐵路和曲線鐵路正常連接，通常的做法就是在直線與圓曲線之間插入一段過渡曲線，這個過渡曲線就叫做緩和曲線。緩和曲線長度和線型是線路平面設計的重要參數(shù)之一，隨著列車運行速度的提高，要求緩和曲線應有足夠的長度，使緩和曲線上的曲率和超高變化不至于太快，滿足乘客舒適性的要求。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE緩和曲線緩和曲線長度選定因素：安全性和舒適性。1、按車輛脫軌條件選定2、按未被平衡橫向離心加速度時變率（欠超高時變率）確定；3、根據(jù)車體傾斜角速度（超高時變率）要求確定較為常用的線型有三次拋物線、三次拋物線余弦改善型、三次拋物線圓改善型、七次四項式、半波正弦曲線等等。

考慮到三次拋物線形簡單、設計方便、現(xiàn)場便于鋪設和養(yǎng)護，我國客運專線以三次拋物線為首選線型。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE線間距相鄰兩股軌道線路中心線之間的最短距離稱為線間距。主要使考慮高速列車會車時，產(chǎn)生的會車壓力波。會車壓力與速度平方成正比，與列車側(cè)壁間距離成反比，還與列車的外部形狀有關。為避免強大壓力波對列車運行造成影響，許多國家根據(jù)其自身的具體情況選擇了適當?shù)木€路間距。我國高速鐵路線間距的選用第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面YOURSITEHERE線路縱斷面主要技術參數(shù)最大坡度鐵路通過的地形地勢千變?nèi)f化，在平面上有直線和曲線之分，在立面上有平坡或陡或緩的坡道。坡度的大小對設計線的運營和工程影響很大。從上坡、下坡時列車運行角度出發(fā)，要求坡道的坡度不能過大，這個最大的坡度就叫做線路的限制坡度或最大坡度。與普通鐵路相比，高速鐵路動車組功率大、速度快、爬坡能力強，因此設計中允許采用較大的坡度值。我國高速鐵路最大坡度的選用第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面豎曲線為了保證行車安全，在鐵路是不允許坡度值相差較大的兩個坡段直接相連，必須在其間有個過渡地段；最簡單的方法是在立面上設置一段圓曲線，兩端分別與坡道相連，使列車運行平順，這段立面上的圓曲線就叫做豎曲線，其半徑就叫做豎曲線半徑。相鄰坡度差大于1‰，就應設置豎曲線。第一部分高速鐵路線路的平面和縱斷面豎曲線豎曲線半徑的限制：保證列車通過變坡點不脫軌滿足車鉤不脫鉤的要求列車平穩(wěn)運行，對旅客舒適性的影響豎曲線半徑通常按照下式進行確定，其中是列車速度，是列車離心加速度，一般取0.4m/s2或0.5m/s2；第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)和普通軌道結(jié)構(gòu)一樣，高速軌道結(jié)構(gòu)也是由鋼軌、道岔、軌枕、扣件、道床等部分組成。另外，高速鐵路線路軌道有三個基本要求：高平順性、高安全性、高穩(wěn)定性。鋼軌-擁有較高的強度和足夠的韌性鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)中的重要部件之一，其質(zhì)量的好壞直接影響著列車的安全行車、速度、平穩(wěn)性及舒適度；因此高速鐵路對鋼軌的內(nèi)部和外關質(zhì)量都提出了更高要求。與普通鐵路比較，主要表現(xiàn)在：在材料上鋼質(zhì)純凈度更高（提高鋼軌的抗拉強度、耐磨性及抗疲勞強度）；輪軌踏面平順性較高；鋼軌外形尺寸精度要求更高；對鋼軌表面質(zhì)量要求更嚴；第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)CHN60鋼軌斷面鋼軌斷面軌枕軌枕在軌道結(jié)構(gòu)中承擔來自鋼軌的壓力，并將作用力傳至道床；同時，有效地保持軌道形位。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)軌枕混凝土軌枕優(yōu)缺點：優(yōu)點：縱橫向阻力大，能夠提供足夠的穩(wěn)定性；不受氣候、腐朽、蟲蛀、火災影響，使用壽命長；節(jié)約木材，材源較多。缺點：重量大，彈性差。不平順處，軌道附加動力大，需要在鋼軌軌底增設緩沖墊層第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)雙塊式混凝土軌枕扣件鋼軌與軌枕之間用扣件聯(lián)結(jié)；高速鐵路扣件要求具有足夠的扣壓力以確保線路的縱、橫向穩(wěn)定性之外，要求彈性好，以保證良好的減振、降噪性能。應用于無砟軌道上的扣件是影響軌道彈性和調(diào)整能力的最主要的因素。主要作用：保持軌距防爬阻力減震降噪絕緣性能鋼軌工后沉降調(diào)整能力第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)扣件第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)WJ-7型扣件組成道床道床使軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分。高速鐵路有砟道床對道砟的材質(zhì)要求十分嚴格，要求道砟有良好的抗磨、抗沖擊、抗壓碎性能，同時對道砟顆粒的形狀和清潔度也有較高的要求。因為高速鐵路道床的失效主要是振動造成的道砟磨損和粉化。因此法國、德國和西班牙等國采用歐洲標準中的A級道砟，我國客運專線則采用特級道砟。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)有砟碎石道床無砟混凝土整體道床第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型有砟道床和無砟道床，有各自的優(yōu)缺點。有砟軌道無砟軌道第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型有砟道床：一種傳統(tǒng)的軌道形式。有砟道床優(yōu)點：價格低廉建設周期短更換和維修方便噪聲傳播范圍小缺點：軌道易破損變形道砟磨損和飛濺線路維修頻繁研究表明：當行車速度達到250~300km/h時，線路維修費用是160~200km/h的2倍；且總通過量達到3億噸后，所有道砟需要全部更換。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)類型無砟道床：即不用道砟，以混凝土或瀝青混合物等取代散粒道砟道床而組成的軌道形式。無砟道床優(yōu)點：線路穩(wěn)定、平順、耐久無道砟飛濺維修工作量少缺點：建設費用高軌道彈性差噪聲輻射范圍大高速鐵路上無砟軌道得到廣泛運用。無砟軌道為了保證列車運行對軌道平順性和穩(wěn)定性的要求，減少道床對軌道的影響，世界各國花費了大量的時間研發(fā)不用道砟的軌道，即無砟軌道。為適應我國高速發(fā)展鐵路的需求，通過引進國外無砟軌道技術及消化，提出了適用于高速鐵路橋梁、隧道結(jié)構(gòu)上的三種無砟軌道形式：長枕埋入式、彈性支撐塊式、板式無砟軌道。無砟軌道與有砟軌道相比，具有以下優(yōu)點：穩(wěn)定性好，維修量少，使用壽命長、整體綜合經(jīng)濟效益好等；我國絕大部分高速鐵路均采用無砟軌道。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)道岔道岔是機車車輛從一股軌道進入另一股軌道時必不可少的線路設備，是鐵道軌道的重要組成部分。另外，道岔也是鐵路線路上的薄弱環(huán)節(jié)，是影響列車行車速度和安全地關鍵環(huán)節(jié)之一，因此在高速鐵路中，道岔有十分重要的特殊地位。高速道岔在功能和構(gòu)造上，相對于普通道岔沒有太大差別，只是對安全性和舒適性有了更高要求。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)道床道岔目前，在高速鐵路上使用的道岔仍以單開道岔為主。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)固定心軌道岔道岔可動心軌道岔：消除了固定型轍叉的不可避免的“有害空間”；提高了列車運行平穩(wěn)性，大量運用于高速鐵路。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)跨區(qū)間無縫線路跨區(qū)間無縫線路：使焊接長鋼軌貫穿車站從而使一條焊接長鋼軌將多個區(qū)間無縫線路連接成一體的無縫線路。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接打磨普通線路預留軌縫無縫線路長鋼軌現(xiàn)場焊接打磨跨區(qū)間無縫線路將鋼軌焊接成無縫線路后，鋼軌內(nèi)存在數(shù)十噸溫度壓力或拉力，鋪設中通過合理控制鋪設溫度及加強軌道，運營中嚴格控制作業(yè)溫度，依靠扣件、軌枕及道床約束在正確位置上，確保高溫時軌道不發(fā)生失穩(wěn)、低溫時鋼軌不發(fā)生斷裂。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接打磨無縫線路普通無縫線路：長度限制在1.5-2km以內(nèi)的無縫線路。兩根長軌條之間設置2-4根標準軌，構(gòu)成無縫線路的固定區(qū)、伸縮區(qū)和緩沖區(qū)。跨區(qū)間無縫線路：使焊接長鋼軌貫穿車站從而使一條焊接長鋼軌將多個區(qū)間無縫線路連接成一體的無縫線路。優(yōu)點：最大限度實現(xiàn)了線路的無縫化（基本消除了軌縫），全面地提高了線路的平順性和整體度；取消了緩沖區(qū)及鋼軌接頭，因而鋼軌部件的損耗率和維修工作量得以進一步減少；第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)跨區(qū)間無縫線路第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)鋼軌膠結(jié)絕緣接頭絕緣材料軌道平順性管理和信息化在線路上，由于列車載荷的反復作用，鋼軌會變成凹凸不平的狀態(tài)。軌道的不平順時能引起車輛的脫軌傾覆。高速鐵路區(qū)別于一般鐵路的主要特點就是具有高平順性，從這個意義上將，高速鐵路軌道修理的核心就是解決高速鐵路平順性的問題。第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高鐵綜合檢測車軌道平順性管理和信息化其他輔助設備對軌道平順狀態(tài)的檢測：第二部分高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高速鐵路路基結(jié)構(gòu)路基是軌道的基礎，是線路的下部結(jié)構(gòu)，是鐵路線路的重要組成部分；高速鐵路能順利運行，良好的下部結(jié)構(gòu)非常重要。路基一般由基床、路堤本體和地基組成。如果是路塹的話，基床下面即為天然的土層。第三部分高速鐵路路基基床基床是鐵路路基最重要的關鍵部位，我國客運專線上，基床由表層和底層組成，表層厚度是0.7m，底層厚度為2.3m，整個基床總厚度為3m。基床表層的材料一般由較高的強度、彈性模量、高耐磨、反濾等特性。由5~10cm混泥土和60~65cm厚的級配碎石和級配砂礫石組成。基床底層的材質(zhì)要求有足夠的強度和穩(wěn)定性，并且不會因含水量的增加而大幅降低強度和翻漿冒泥等病害；一般采用優(yōu)質(zhì)或良好（A、B組）填料或改良土。第三部分高速鐵路路基高速鐵路路基沉降的控制標準路基在竣工鋪軌后繼續(xù)發(fā)生的沉降就是路基的工后沉降。路基的工后沉降對高速列車的行車安全性、穩(wěn)定性、舒適性、線路的養(yǎng)護維修量及軌道結(jié)構(gòu)部件的使用壽命有重要影響。路基沉降主要包括：列車載荷引起的變形、路基本體在自重作用下的壓密沉降、支撐路基的地基引起的壓密沉降三個部分。我國客運專線對路基工后沉降的標準見下表：第三部分高速鐵路路基標準或速度一般地段工后沉降（cm）路橋過渡段工后沉降（cm）沉降速度（cm/年）新建時速200km客貨共線1584新建時速200客運專線1584新建時速250客運專線1053新建時速300~350客運專線532表2.15路基工后沉降控制標準高速鐵路橋梁特點：比例大，高架長橋多。我國高速鐵路高架橋里程數(shù)占總里程數(shù)的50%以上。高速鐵路由于線路的平縱斷面參數(shù)制定嚴格、要求軌道結(jié)構(gòu)的高平順性等特點，導致橋梁比例大幅增加。第四部分高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)項目線路總長（km）橋梁比例附注日本高鐵245147%高架橋約占36%京滬高鐵131880.5%特大橋占橋梁總里程的85%京津城際113.586.6%武廣客運專線880＞30%橋隧總長＞50%高速鐵路橋梁特點：上部結(jié)構(gòu)主要采用混凝土結(jié)構(gòu)；混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是剛度大、穩(wěn)定性好、受溫度影響小。第四部分高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)高速鐵路橋梁特點：剛度大，整體性好。有利于保持軌道的高平順性和穩(wěn)定性。特點：耐久性好。主要承重結(jié)構(gòu)按100年使用要求設計，而且結(jié)構(gòu)要易于檢查維修以保證橋梁的安全使用等（設計、施工、維護三個階段共同來保障）。第四部分高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)高速鐵路橋梁特點：墩臺基礎工后沉降量要求嚴格。工后沉降量應按照下表執(zhí)行。對于沉降難以控制區(qū)段的橋梁，采用可調(diào)支座。第四部分高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)軌道結(jié)構(gòu)350km/h250km/h工后總沉降量（