瑞典高速铁路技术1.docx
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瑞典高速铁路技术1.docx
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瑞典高速铁路技术1
第六篇瑞典高速铁路技术1瑞典高速铁路发展概述1.1瑞典国家概况及铁路发展沿革瑞典位于北欧斯堪的纳维亚半岛上,国土面积为45万km2,人口稀少,仅900万,即每平方千米才20人。
绝大多数居民都居住在城镇。
全国三大城市是首都斯德哥尔摩,人口150万;西海岸全国最大的港口城市哥德堡,人口50万;南部最大城市马尔默,人口30万。
瑞典西北部和北部主要是高山和丘陵,位于北极圈内,冬季昼短、寒冷、多雪,夏季短促而昼长夜短。
瑞典东部及中部为森林和湖泊区,对瑞典经济发展一直具有举足轻重的作用,地形多姿多彩,森林、草地、田野、湖泊、河流相互交错。
南部则是广袤的平原及湖泊。
全国丘陵及湖泊众多,湖泊多达10万个,海岸线长达2 700多km。
瑞典是一个工业化国家。
全国劳动力只有3%从事农业劳动,可耕地占国土总面积10%,瑞典的农产品却可满足本国80%的需要。
900万瑞典人口中劳动力为460万人,其中几乎一半为妇女,80%以上妇女就业。
瑞典工业是由私有企业和国营企业构成的混合经济,私有企业占全国企业的85%以上,其余为公共企业和合作社。
瑞典的国民经济发展较快,国民生产总产值一直稳步上升,1993年国内生产总值1 779.77亿美元。
工业总产值中,目前机械产品占46%,林业产品占21%,化工产品占10.5%,食品工业占9.5%,矿产品为7%,其他6%。
瑞典的出口产品中机械产品占有49%,林业产品占18.5%,矿产品占10.5%,化工产品占8%,食品占2%,瑞典的出口总值约占国民生产总值的1/3。
瑞典是一个福利国家,人均国民收入1993年为24 740美元。
收入分配较平均,平均每个工作者需将工资的30%直接纳税。
雇主还需向政府交纳相当于其雇员工资的40%的税金,以提供雇员的社会福利。
每人还需付出食品和服务的增值税18%~25%。
纳税后享有福利待遇,一个普通家庭的开支中所得税占30%,住房(包括家具)占23%,食品15%,汽车2%,服装5%,娱乐(含出国旅游)10%,其他15%。
瑞典铁路总长度目前约为12 000km左右,电气化线路长度为7 500多km,约占66%。
主要干线均为电气化线路。
铁路分布图见图6—1—1。
瑞典铁路全部营业里程中干线长8 000多km,干线中复线1 330km,地方铁路3 267km,煤矿线448km。
无缝线路6 240km,ATP区段6 270km,CTC区段4 950km,全国共有道岔19 100套,桥梁3 183座,平交道口14 000多个。
机车车辆方面至1994年底拥有电力机车500多台,内燃机车及调车机车400台,电动车组289列,其中X2000有43列,内燃动车组9列,客车900多辆,行李邮政车176辆,货车22 000多辆。
铁路通信系统包括1万km金属电缆,6 000km光缆,80部数字电话交换机,800个无线基地台。
瑞典铁路始建于1856年。
国家铁路干线系统开始全面建设的目标是将全国主要城市、港口联结起来。
当时还建设许多私人铁路作为内河(湖泊)运输系统的一部分,将矿石从矿区运到高炉,或将矿产品从工厂运到港口。
后来森林工业发展起来,林产品成为一种主要运输产品通过铁路运到各地。
因此私人铁路发展也很快,它们都是从干线往内地延伸。
目前的内陆线,乡村线当时均为私人铁路。
1938年铁路长度达18 500km,是瑞典铁路最兴旺的时期。
&〖TPTIET611,+159mm。
76mm,Z,DY#〗&
图6—1—1瑞典铁路分布图线路电气化进程从1910年即已开始,在第二次世界大战期间达到了高峰期,当时大部分国家铁路干线及主要的私人铁路线均实现电气化,采用15kV、1623Hz交流电供电。
复线工程开始于20世纪初,一直延续到1956年,西部干线(斯德哥尔摩—哥德堡)及南部干线(斯德哥尔摩—马尔默)复线工程在1956年最后完成。
瑞典铁路在现代信号系统及遥控方面起步较早。
瑞典铁路系统的CTC及ATC是比较知名的。
目前大部分干线铁路均采用了CTC及ATC,并正在进行技术改进。
由于汽车、航空的发展及某种程度上铁路能力过剩,20世纪初许多瑞典的私人铁路运营开始亏损,由此开始了一个缓慢的私有铁路“国营化”的进程。
国家政府首先接管了亏损的私人铁路,后来甚至连能盈利的私人铁路也被接管。
在第二次世界大战时“接管”达到了顶峰。
在20世纪50~60年代铁路开始不景气,许多准轨铁路开始关闭,包括一些电气化铁路,这个过程一直缓慢地延续。
虽然如此,与欧洲其他国家相比,当时瑞典的平均国土面积的铁路里程数仍然名列前茅。
目前从MoraOstersundGallivare约1 000km的内陆线也已被政府接管,由瑞典北方省的地方政府所属的公司进行管理。
从1970年以来瑞典铁路主要运输统计数字见表6—1—1。
从1950年以来,政府对铁路的投资几乎全部停止,大部分基建费用只能用于线路和桥梁的维修。
仅在采用自动闭塞信号系统上有力地说服了政府给予投资安排,木枕也开始更换为混凝土枕,并允许使用50kg/m钢轨及焊接接头。
20世纪80年代开始,瑞典铁路分成干线网及地方支线两大部分。
干线网已电气化,允许货物列车轴重22.5t,速度90~100km/h,旅客列车速度为120~130km/h。
从1989年开始在大部分干线上采用了UIC60型轨道结构。
20世纪80年代中期还完成了斯德哥尔摩枢纽改造以满足市郊运输发展需要,编组场也采用了自动调速系统。
表6—1—1瑞典铁路运输情况统计
&〖BHDFG2,WK22,K6。
5W〗&
项目1970年1980年1990年1991年1994年
&〖BHDG13/4,WK22ZQ2,K6。
5W〗&
铁路线总营业里程/km12 20312 00611 21111 04512 000其中电气化线路里程/km7 5207 5827 3957 3367 500客运量/×106人6495888895续上表
&〖BHDFG2,WK22,K6。
5W〗&
项目1970年1980年1990年1991年1994年
&〖BHDG13/4,WK22ZQ2,K6。
5W〗&
客运周转量/×106人·km4 6937 0196 1895 6345 906每名旅客平均旅程/km7574706462货运量/×106t7157565455货运周转量/×106 t·km17 31116 64819 10218 81519 400每吨货物平均运程/km2432923403483531.2瑞典高速铁路发展的背景及进程
瑞典国内航空业和高速公路发展迅速,使铁路传统的客运市场面临严峻的挑战。
20世纪50年代在瑞典出门旅行的旅客绝大部分均乘坐火车,但随着私人小汽车的数量猛增,航空业的发展速度也极快,铁路客运业务直线下降,如再不采取措施,铁路将被挤出客运市场,瑞典全国客运市场的变化见图6—1—2。
&〖TPTIET612,+43mm。
70mm,BP#〗&
图6—1—2瑞典客运市场的变化由于瑞典国内人口稀少,客运市场并不很大,但85%的人口居住在瑞典南半部。
瑞典铁路部门面对这样的具体国情,认真地对运量、投资、效益进行了分析比较,最后得出结论是在瑞典这样人口稀少的国家修建高速客运专线并不经济。
如斯德哥尔摩到哥德堡的运输密度为1 000万t·km/km左右,客货比为1∶9。
但瑞典既有铁路的基础设施较好,干线铁路线路等级较高,轨道结构多为UIC60钢轨结构,目前客运速度普遍为120~130km/h,如果在既有铁路条件下能探索出一种办法,既投资不大,又能采用新技术提高列车的平均速度,缩短旅行时间,则能达到在主要大城市间与公路、航空竞争的目的,以更短的旅行时间吸引旅客到铁路上来。
在这种思想指导下,瑞典国营铁路早在20世纪70年代就开始与ABB公司(当时称ASEA公司)合作研究有关摆式车体与径向转向架的技术,20年的研究试验使瑞典在摆式列车上取得了成功,从X2型到X2000型高速摆式列车技术达到实用化。
1986年,瑞典国铁开始对斯德哥尔摩到哥德堡的西部干线实行改造,揭开了瑞典铁路在既有干线上通过适量改造,采用摆式列车新技术来实现200km/h以上高速运行的序幕。
值得一提的是瑞典高速铁路的发展与瑞典政府在1988年制订了全新的“90年代交通运输政策”密切相关。
1988年春天瑞典议会通过了国家新的“运输和环保政策”。
考虑到瑞典铁路连年亏损,赤字居高不下,而铁路投资连年下降,线路设施急需维修,国家财政补贴已成为极大的负担。
仅在1987~1988财政年度就需要1.3亿瑞典克朗的补贴。
为此,瑞典政府决定对瑞典国营铁路进行改革,一分为二,“上下分离”,1989年1月1日起实施。
下面一块为瑞典国家铁路局(BV)是代表政府的行政机构,专门负责瑞典铁路基本建设及固定设备——线路、接触网、编组站、通信信号设备等等的维修和改造,它还负责计划及实施瑞典铁路系统的现代化工程,并比较不同投资方案间的利弊,最终向政府提出优化方案及新的立项。
上面一块为瑞典铁路运输公司(SJ),管辖12 000km全国铁路中的9 700多km,包括干线35区段6 200km,次要线路2 200km,50条货运专线约1 300km,专门经营瑞典铁路客货运输业务。
它还拥有客货机车车辆、车站和土地及部分机车车辆维修工厂并经营运输业务,向瑞典国家财政部交纳基础设施使用费,就像公路车辆交税一样。
瑞典政府已撤消对交通运输市场的价格管理,实现运价自由化。
基础设施使用费可划分为线路费、接触网费、事故费、柴油费、编组场费等。
交费的原则是根据铁路机车车辆每年的客运周转量(人·km)及货物周转量(t·km)进行计算,并且原则上与公路车辆的平均年税率相当。
全部使用费收入仅相当于全部铁路固定设备维修成本的30%。
瑞典国营铁路划分为干线网及地方铁路2种。
地方铁路通常承担地区性运输任务,地区的公共运输管理部门有权经营地方铁路的客运服务,并得到该地方政府的财政补贴。
而经营货运业务的权利则全部归属SJ所有。
瑞典铁路改革以后,铁路每年得到的国家投资增加了1倍,从每年4~5亿瑞典克朗增到10亿瑞典克朗,大大改善了原来瑞典国铁的赤字状态。
铁路改革有效实施日期为1989年1月1日。
瑞典政府发布了有关铁路投资计划的执行程序(SFS1989∶67),其框图示于图6—1—3。
根据图示的程序,瑞典政府原先决定按1989~2000年第一个“十年计划”的要求,在20世纪90年代给瑞典铁路局(BV)总共100亿瑞典克朗的投资。
后来瑞典政府及议会于1993年春通过了政府新建议,对投资计划进行了修正,为了加快铁路及公路网改造的进程,增加了投资力度。
在1994年至2003年的第二次修订的“十年计划”中,将给于瑞典铁路局320亿瑞典克朗的投资计划。
瑞典政府同时还制订了交通运输业的六项发展目标,即:
&〖PSTIE613,+53mm。
84.5mm,BP,DY#〗&
&〖PSTIE614,+48mm。
109.5mm,X,BP,DY#〗&
①满足国民及工业的运输需求;
②达到全社会资源的有效利用;
③保证运输安全;
④在资源不浪费的前提下保护环境持久良好地发展;
⑤为瑞典各地区国民经济均衡发展作出贡献;
⑥特别应考虑到对经济增长及福利发展的重要性。
根据政府制订的发展目标,瑞典铁路相应提出了铁路本身发展的目标,其关键在于提高铁路的竞争力并同时大大改善环境条件。
瑞典铁路局(BV)提出了与铁路发展目标密切相关的运营管理目标,如图6—1—4中所示。
这些目标体现在提高速度、增大运输能力、提高轴重、提高可靠性、保证运输安全、改善环境。
这些目标大部分都有直接的技术参数,可以采用量化分析,以便作更细致的技术经济评估。
可以看出,为了达到瑞典政府制订的交通运输政策目标,增强铁路的市场竞争力,最关键的一条措施还是提高旅客列车运行速度同时又不减少货运能力。
1.3瑞典高速铁路建设及运营
瑞典铁路的线路状态比较好,线路等级比较高。
主要的干线铁路网(见图6—1—1)除北部山区外,基本上运行速度在120~130km/h间,最高速度可达160km/h。
干线铁路的允许轴重均为22.5t,北部KIRUNA至LUIEA的矿区铁路轴重允许达25t(速度90~120km/h)。
地方铁路一般分为轴重22.5t及小于22.5t2种。
根据瑞典政府的铁路改革计划,瑞典铁路的高速化计划从1988年开始执行。
目标是通过对既有铁路线加以局部改造,然后采用瑞典ABB公司与瑞典铁路合作研究多年的X2000型高速摆式列车提高运行速度到200km/h,以便缩短旅行时间。
第一条高速线选定为斯德哥尔摩至哥德堡456km的西部干线铁路。
由于瑞典既有铁路干线轨道结构强,全部为超长无缝线路,道床全部为火成岩道碴,路基绝大部分为石质或渗水性土质,排水性良好,道岔直股不限速,侧线进岔速度80~100km/h或130km/h,小半径曲线较少,斯德哥尔摩至哥德堡间半径小于1 000m的曲线只有37处,因此对提高速度十分有利。
瑞典铁路为开行X2000型高速摆式列车,对线路改造的主要工作有:
(1)线路不升级;
(2)增加接触网导线张力;
(3)ATP系统从160km/h提高到200km/h(瑞典铁路原有ATP系统,为从160km/h提高到200km/h需修改系统软件);
(4)减少平交道口或加强平交道口的自动防护系统。
从1989~1990年瑞典西部干线线路改造项目的投资估算与实际投资额如表6—1—2所示。
与法国、德国新建高速铁路的造价相比,瑞典采用改造既有线路的办法,所需费用大大减少,见表6—1—3所示。
1990年9月瑞典西部干线上X2000型高速摆式列车正式投入运营,最高速度达到200km/h,旅行时间大大缩短,斯德哥尔摩至哥德堡原来需用4h,采用X2000型高速列车后,旅行时间逐步缩短,1991年为3h35min(每周开行20列X2000型列车),1992年缩短至2h59min(每周开行98列)。
1996年已缩短为2h54min。
表6—1—2瑞典西部干线改造投资
单位:
百万瑞典克朗
&〖BHDFG3,WK122,K6,K6W〗&
项*"目*"名*"称1990年
实际投资1986年
估算投资
&〖BHDG12/3,WK122ZQ2,K6。
2W〗&
土建00排水025线路几何线性调整124桥梁015公路立交16平交道口保护11052接触网309变电站变压器容量增加5092ATP、CTC信号改造173187站台186调车场1290工厂06总计534402表6—1—3瑞典改建既有线路与德、法
新建高速铁路费用比较
&〖BHDFG3,WK32,K7。
3W〗&
国别高速列车类别线路费用
/万美元·km-1说明瑞典X200020(西部干线)改造既有线路德国ICE1 000新建高速线路法国TGV400(东南线)新建高速线路随着西部干线改造成功,1991年以来,瑞典铁路局(BV)根据瑞典政府批准的铁路“十年计划”,继续对南部干线(斯德哥尔摩—马尔默)、西海岸干线(哥德堡—马尔默)等线路加以改造,使之适应X2000型高速摆式列车的开行。
各线路改造的主要项目及投资情况见表6—1—4所列。
1996年主要干线改造后,开行X2000型高速列车缩短旅行时间的效果见表6—1—5所列。
表6—1—4瑞典主要干线高速化改造情况
&〖BHDFG22,WK10,K9,K22,K11W〗&
线路名称线路简况改造项目1994~1996年改造
投资额/百万瑞典克朗
&〖BHDG32,WK10,K9,K22ZQ2,K11W〗&
西部干线
(斯德哥尔摩
—哥德堡)1958年复线完成
1926年电气化完成
全长456km信号系统,接触网,平交道口400个减为100个,站场改造562南部干线
(斯德哥尔摩
—马尔默)全部双线、电气化
全长600km安装ATC及平交道口的遥控装备及减少平交道口至12个,接触网改造、车站侧线改造,建造渡线,一些曲线取直997西海岸干线
(哥德堡—马尔默)1930年单线电气化
双线仅占30%
全长326km分段进行复线改造,调整曲线,改造接触网,改变线路走向3 002
&〖BHDG62,WK10,K9ZQ2,K22ZQ2,K11W〗&
东海岸干线
(斯德哥尔摩
—松兹瓦尔)其中斯德哥尔摩附近59km复线于1908年完成
其余为单线
全长413km分段复线改造,线路拉直,安装CTC,降低坡度,站场改造2 296
&〖BHDG42,WK10,K9,K22ZQ2,K11W〗&
阿朗达
(Arlanda)新机场线
(斯德哥尔摩
—机场)新线建设
全长140km120km由复线改为4线、改造枢纽,改造接触网140km,采用140组新道岔,建造5km隧道、60座桥梁,15个信号点改造1 615表6—1—5瑞典主要铁路干线开行X2000型列车的效果
&〖BHDFG2,WK14,K12。
3W〗&
线路里程及原来运行时间目前X2000运行时间备注西部干线456 km(斯德哥尔摩—哥德堡)4 h2 h45 min南部干线600 km原来停17站,(斯德哥尔摩—马尔默)6 h4 h35 min现在停6站西海岸干线326 km(哥德堡—马尔默)3 h30 min3 h08 min(2h)东海岸干线413 km(斯德哥尔摩—圣达维尔)4 h30 min4h(3h)注:
括号内为全部复线改造后的运行时间。
&〖TPTIET615,+40mm。
76mm,YX,DY#〗&
图6—1—5斯德哥尔摩至哥德堡各种运输
方式旅客运量变化(单位:
人)由于从斯德哥尔摩至哥德堡间摆式高速列车X2000的运行时间不到3h,这一时间与两城市间从市中心出发乘坐飞机的旅行时间相当。
因此市场效应看好。
1991年的航空票价为1 168瑞典克朗(从斯德哥尔摩到哥德堡),而X2000型高速列车票价为989瑞典克朗,仅为航空票价的84%,加上X2000型列车的快速、舒适,使乘坐的客运量逐年上升,从公路、航空的客运量中争取到大批的旅客。
据瑞典铁路运输公司(SJ)介绍,在瑞典西部干线采用X2000型高速列车后的年客运量:
1990年仅为1万人,1991年达21万人,1993年达38万人,1995年达59万人,其中60%的旅客是从航空与小汽车方面吸引过来的,由于X2000型列车正点、安全、舒适,其上座率均达80%,90%乘客表示愿意下次再乘坐X2000型列车。
1996年头两个月,乘坐X2000型列车旅客人数较1995年同期相比增加了70%,使SJ在时刻表中每天安排X2000型列车对数从9对增加到13对,许多城间列车的旅客也都转移到X2000型列车上来。
1990年到1995年在斯德哥尔摩到哥德堡的客运市场份额中,铁路方面由原来的41%上升至55%,从客运量的绝对值看,也从70万人/年上升到124万人/年,增加了77%,详见表6—1—6及图6—1—5、图6—1—6所示。
表6—1—6斯德哥尔摩至哥德堡间旅客运量在各交通方式中的分配统计表单位:
人
&〖BHDFG2,WK62,K62。
7W〗&
年度铁路运量X2000城间列车航空总计铁路比重/%航空比重/%1990700 00010 000690 0001 000 0001 700 00041591991658 000208 000450 000880 0001 538 00043571992810 000320 000490 000790 0001 600 00051491993897 000382 000515 000858 0001 755 000514919941 093 000479 000614 000961 0002 054 000534719951 238 000588 000650 0001 009 0502 247 0505545
&〖TPTIET616,+38mm。
86mm,Z,DY#〗&
图6—1—6斯德哥尔摩至哥德堡铁路、
航空旅客运量变化趋势(单位:
1000人)瑞典铁路运输公司(SJ)在改善货物运输方面也采取了一系列措施,如积极发展集装箱运输,组织直达货物列车,开行90~100km/h速度的泛欧特快列车等。
由于开行了X2000型高速摆式列车,1994年瑞典铁路运输公司(SJ)财政收入达103.43亿瑞典克朗,纯盈利达4.78亿瑞典克朗。
而1988年瑞典铁路亏损高达8.5亿瑞典克朗。
1.4瑞典高速铁路目前的状况
至1999年瑞典铁路已在下列5条干线上开行X2000型高速摆式列车。
另外在斯德哥尔摩至哥德堡西部干线上又分出2个分支,一个分支是在Laxa可延伸到卡尔斯特(Karlstad),另一分支在福尔可平(Falkoping)可延伸到乔可平(Jonkoping)。
具体开行情况见表6—1—7。
表6—1—7瑞典X2000型列车运营线(1999年)
&〖BHDFG2,WK16,K4。
2,K8,K6,K8,K6W〗&
线路复线单线钢轨类型焊接长轨最高速度线路长度
&〖BHDG12,WK16ZQ1,K4。
2,K8,K6,K8,K6W〗&
斯德哥尔摩—哥德堡UIC 60200 km/h456 km斯德哥尔摩—马尔默UIC 60200 km/h600 km哥德堡—马尔默①UIC 60200 km/h321 km斯德哥尔摩—松兹瓦尔②UIC 60/SJ50140 km/h413 km斯德哥尔摩—莫拉③UIC 60/SJ50140 km/h350 km斯德哥尔摩—卡尔斯特④UIC 60/SJ50200/160 km/h329 km斯德哥尔摩—乔可平⑤UIC 60/SJ50200/140 km/h412 km总计2 881 km注:
①目前只有30%是复线,正在全面改造为复线线路;
②从上沙拉(Uppsala)到松兹瓦尔是单线347km;
③从上沙拉到莫拉是单线284km;
④从拉赫(Laxa)到卡尔斯特单线100km;
⑤从福尔可平(Falkoping)到乔可平单线70km。
目前瑞典全国铁路干线上X2000型摆式列车可以延伸服务的运输里程已达2 881km,随着“十年计划”的执行,里程将逐渐扩展。
图6—1—7所示为瑞典铁路开行X2000型高速摆式列车的路网图。
&〖TPTIET617,+132mm。
107mm,BP,DY#〗&
图6—1—7瑞典X2000型高速摆式列车运营的线路(1999年)
2瑞典高速铁路总体技术2.1瑞典高速铁路的技术特点瑞典高速铁路的技术特点是利用既有线加以适当的改造(包括信号系统、平交道口、接触网及站场),并采用X2000型高速摆式列车在曲线区段将列车通过速度提高30%~40%,最高速度达到200km/h,而又不超过最大的允许轨道作用力;同时由于车体倾摆抵消了旅客所感受到的全部离心力的70%,使旅客感到较舒适,而整个旅行时间可以大大缩短。
这是用机车车辆的高性能来适应线路的要求,从而达到高速运行的一种模式。
由于在既有线上运营X2000型高速摆式列车,必然与普通客车及货物列车共线运行,因此,实现这种模式的首要条件是线路上运量不大,能力比较充裕,不至于因为开行了高速列车而增加了扣除系数,影响其他旅客列车及货物列车的开行。
另外线路必须具备较好的条件,轨道结构比较坚固,小半径曲线不多,更重要的是曲线区段的缓和曲线长度必须足够,否则将因过短的缓和曲线长度,造成摆式车体倾摆时过渡时间太短,摆动角度无法到位,达不到抵消旅客感受到的离心力的目的。
瑞典地域广阔,人口稀少,工业发达,铁路总里程达1.2万km,线路的能力充裕,而且主要干线铁路均为电气化,线路的质量较好,缓和曲线、夹直线长度足够,具备采用高
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