高速铁路客运专线技术课件.docx
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高速铁路客运专线技术课件
高速铁路技术
基本内容
1.绪论(发展动态、技术特征、技术经济优势、修建必要性)
2.高速铁路线路(平面和纵断面设计)
3.高速铁路路基
4.高速铁路轨道
土建部分(重点)
5.高速铁路桥梁
6.高速铁路隧道
7.高速列车及牵引供电
8.高速铁路信号与通信
9.高速铁路车站、枢纽与运输组织
10.高速铁路防灾安全监控与环境保护
11.磁悬浮铁路
内容与学习特点
一内容特点
1.内容广泛性:
线桥隧,设备与管理
2.内容交叉性:
似曾相见不相识
3.内容概括性:
时间短,方面多
4.内容发展性:
与时俱进,前沿性
5.内容实践性:
密切结合工程热点
6.内容延续性:
与既有知识关系
二学习特点
1.基础知识应牢固
2.灵活开放性
3.理论联系实践性,内容融会贯通
第一章绪论
1-1发展动态
1-2主要技术特征
1-3主要技术经济优势
1-4中国需要高速铁路
1-1高速铁路的发展动态
1、定义
2、列车速度的演变
3、世界高速铁路发展概况
4、我国高速铁路发展概况
5、高速铁路的建设管理模式
6、非黏着铁路
1-1高速铁路的发展动态
前序1:
铁路是一种带状的三维空间人工构筑
物,它包括路基、轨道、桥梁、涵洞、隧
道,信号、通讯,车站货场等设施。
铁路设计应从几何和结构两个方面入手:
几何设计即道路的线形设计,为选线勘测
问题;结构设计则是应用最小的投资使道
路在自然及营运各种荷载作用下保持良好
的状态,满足使用要求。
1-1高速铁路的发展动态
前序2:
铁路运输的历史已经有200年的历史,
1830年在英国出现。
经历了由牵引动力到
蒸气动力、内燃机、电力驱动、磁悬浮等
方式。
速度也提高到了500kM/h,具有运输
量大、安全可靠、速度快、成本低、无污
染、能耗小等优点。
1高速铁路定义
具有国际性和时代性的概念。
(1)1970年日本(新干线)
列车在主要区间能以200km/h以上速度运行;
(2)1985年5月联合国欧洲经委会
列车最高运行速度为客运线:
300km/h,
客货共线:
250km/h;
(3)1986年1月UIC(国际铁路联盟)
列车最高运行速度至少应达到200km/h。
•目前国际公认速度分界线:
200km/h。
2、列车速度的演变
•2.1变化过程
‹1825年,世界第一条铁路,24km/h;
‹1964年高铁开端,日本新干线,210km/h;
‹1996年,日X-300,443km/h(日最高记录);
‹1988年,德ICE,409km/h(德最高记录);
‹1990年,法国TGV,515.3km/h;
‹2007.4.3,法“V150”,世界记录,574.8km/h
‹2002年我国最高记录“中华之星”,321.5km/h
2.2目前铁路速度等级
(1)常速100~120km/h
(2)中速120~160km/h
(3)准高速160~200km/h
(4)高速200~400km/h
(5)超高速>400km/h
日本、法国、德国、英国等是当今世界高速
铁路技术发展水平最高的几个国家。
(1)日本新干线模式:
全部修建新线,
旅客列车专用。
1964年世界第一条高速铁
路在日本北海道投入使用;
(2)德国ICE模式:
全部修建新线,旅客列车及货物列车混用;
(3)英国APT模式:
既不修建新线,也
不改造旧线,依靠由摆式列车组成的动车
组,旅客列车及货物列车混用;
(4)法国TGV模式:
旧线和新线相结合的模式,旅客列车专用。
日本高速列车
德国高速列车
英国高速摆式列车
法国TGV高速列车
中华之星高速列车
中华之星高速列车
“中华之星”高速列车是为京秦沈快
速客运通道研制的主型列车,由铁道部组
织全国机车车辆制造工厂、科研院所、高
等院校联合攻关共同研制。
该车采用了交
直交传动技术、计算机网络控制技术等众
多国际先进技术,体现了当时我国机车车
辆制造技术的最高水平。
3、世界高速铁路的发展概况
3.1开端(日本,1964年)
„1964年,日本东海道新干线(东京—名谷屋)
„VOMAX=210km/h,V旅=160km/h(1964年)。
„“光号“列车,电动车组,流线型;
„东京到大阪3h10min,缩短一半。
„此后,建成山阳、东北、上越、山形、秋田等
新干线(约2175km),“经济起飞的脊梁”,并计
划再修建5000km。
„以桥梁为主,节约了大量土地。
3.2法国
•1967年,开始研究开发高速铁路。
•1890-1990年,9次创造高速纪录(共17次)
•法国TGV大西洋高速列车,长期保持300km/h
最高运营速度的纪录。
•在国际市场上取得巨大成功。
•2007.4.3,试验列车“V150”在TGV东方线巴
黎-斯特拉堡线创造目前世界最高速度记录,
574.8km/h。
•1981年,TGV东南线(1st),270km/h;
•1989年,TGV大西洋线,300km/h;
1990年5月18日,试验速度达515.3km/h;
•1993年,TGV北线,350km/h;
•2001年,TGV地中海,320km/h。
•2007年,TGV东方线(录象)巴黎-斯特拉堡线建
成,并在该线创造目前最高速度记录。
3.3德国
•1903年,试验速度达210km/h。
•1960s-1970s,既有铁路电气化改造,为提
速创造条件。
•1971年,开行城际特快VOMAX=200km/h。
德国向现代铁路高速运输发展的第1步。
•与法国一样,德国ICE高速列车既能在高速
新线上行驶,也能在普通既有线上行驶。
3.3德国(续)
•1991年,汉诺危-维尔茨堡(新线长326km)
和曼海姆-斯图加特(99km)线,280km/h。
•1998年,汉诺危-柏林铁路(264km,其中
170km为高速区段)。
•2002年8月,德国第一条客运专线科隆-法兰
克福高速线(219km)开通,300km/h。
•目前,高铁新线总长约870公里。
3.3国外发展规划
•欧洲:
2020年新建1000km,改造15000km,遍
布欧洲连接各国首都的高速铁路网络。
•美国:
加利福尼亚州建1131.1km,佛罗里达州
拟建(曾拆除部分铁路)。
•澳大利亚:
委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东
海岸高速铁路规划(2000km)。
•原因:
高速铁路具有公路、水利、航空不可比
拟的优点。
3.4秦沈客运专线
秦沈客运专线全长404.641公里。
客运专线是一
条以客运为主的双线电气化快速铁路,开通伊
始的列车速度即可达到160公里/小时以上,设
计速度为200公里/小时,基础设施预留提速至
250公里/小时(甚至更高)的条件。
从秦皇岛
直达沈阳,全程只需4.5小时左右。
它是中国
自己研究、设计、施工的时速200公里的第一
条快速铁路客运专线。
它的建设和投入运营,
将带动中国铁路综合技术水平的大幅度提高,
并将进一步加快中国铁路客运高速化的进程。
相当于后续客运专线建设的试验段。
3.5铁路大提速
第六次铁路
大提速于2007年
4月18日正式实
施:
京哈、京沪、
京广、陇海、浙
赣、胶济、武九、
广深等铁路干线
实施200公里速
度级的提速,有
的线路列车运行
时速达250公里。
一列
CRH1、
时速200公
里的提速
牵引试验
列车从武
汉黄鹤楼
脚下飞驰
而过(2006
年11月14
日摄)。
?
提速有无限
制?
有!
原因?
4、我国高速铁路的发展概况
4.1“十一五”规划(路网建设部分1)
¾建设新线17000km;
¾其中客运专线7000km;
¾建设既有线复线8000km;
¾既有线电气化改造15000公里。
备注:
不断调整增加中。
4、我国高速铁路的发展概况(续)
4.1“十一五”规划(路网建设部分2)
¾2010年全国铁路营业里程达9万km以上;
¾复线、电化率均达45%以上;
¾快速客运网总规模达20000公里以上;
¾煤炭信道总能力达到18亿吨;
¾西部路网总规模达到3.5万公里
¾形成覆盖全国的集装箱运输系统。
铁路建设总投资达1.25万亿元(不断增
加)。
在此基础上,再经过5年左右的努力,
‹形成快速客运网络32000公里;
(客运专线、城际客运铁路和既有线提速线路相配套)
‹东部铁路将率先实现现代化;
‹以北京、上海、郑州、武汉、广州、西安、成都
为中心,形成这些中心城市与邻近省会城市1~2h交
通圈、与周边城市0.5~1h交通圈;
‹该网络可辐射我国70%的50万以上人口城市,覆
盖人口达到7亿多人,实现部分客运与货运分流。
近几年来
¾全路共安排以客运专线和煤运通道建设
为重点的新开工项目89个。
¾新建铁路规模达10500公里、改建铁路规
模达9400公里,投资规模超过6000亿元;
¾其中客运专线建设规模达3000多公里
(2007.8)。
届
时
,
从
10
条
北
京
坐
火
车
快
沪汉蓉
甬厦深
到
深
圳
速
客
将
由
目
前
的
运
24
小
时
专
线
缩
短
到
10
个
小
时
左右。
4.2京沪高铁概况
投资规模最大、技术含量最高的一项工程;
„全线为新建双线,与既有线走向大体并行,途经京、津、沪及河北、山东、安徽、江苏四省;
„正线全长约1318公里,总投资2200亿,其中土
建工程费837亿;
„设计时速350km/h,初期运营时速300km/h。
建成后,上海到北京只要5h,高峰时平均每
3分钟发车一趟,原有的京沪线将主要用于货,
每年可增加货运量5000万吨,相当于新建一条货
运线;成为带动沿线经济发展的大动脉。
现
在
已
工
程
过
半
4.3武广客运专线(350km/h)
•位于湖北、湖南、广东三省境内,北起武汉
市滠口站,南到广州市新广州站。
•全长989公里,正线(单线)全长63.124公里
总投资约930亿人民币,建设工期为四年半。
•2007.6.23开工。
•面向社会投资者,吸收社会资本250亿元,打
破了我国铁路投融资改革坚冰,首开干线投
资主体多元化先河。
•已经基本建成
4.3武广客运专线
¾正线桥梁574座折合277730.98双线延长
米,占线路总长的31.76%(桥梁的特
点?
)。
¾最长的桥浏阳河特大桥,长9539.19米。
¾重点隧道6座,最长的为广东乐昌境内的大瑶山一号隧道,全长10331米。
¾沿线不良地质及特殊地质以采空区、岩溶、
软土及松软土,膨胀土及网纹状红土等为
主,危岩落石、堆积体、塌岸、滑坡、地
震区、岩盐等沿线零星分布。
全线岩溶地
段长度约12km,主要分布在岭南一带。
4.4郑西客运专线(300km/h,484.5km)
¾2005.9.25开工,建成后,从郑州到西安坐火车
只需2.5h。
¾黄土高原南缘;湿陷性黄土全线分布。
¾路基长度约219.1km,占线路总长的47.7%;
¾桥梁156座151274.74延长米(33%);
¾隧道38座,总长61.011km(13.3%);
¾最长的桥--渭河特大桥(19146.5m);
¾最长的隧道--秦东隧道(7691m),潼关县。
¾准备投入使用。
4.5石太客运专线(250km/h)
9位于河北省中西部、山西省中东部;
9全长189.93km,建造成本约130亿元。
9最长的隧道---太行山隧道(27.87km);
9桥隧长度占线路总长的60.2%。
(桥94座、隧32座)
9路基下多有煤矿采空区,采空区的常用处理措施是
采用全充填压力注浆,浆液采用水泥粉煤灰浆。
92005年6月11日开工;2009年投入使用;已出现病
害!
!
。
9列车运行方式—列车自动控制;
9行车指挥方式—综合调度集中。
4.6京津城际客运专线(350km/h)
z正线长116.55km(113.5km博格板轨道)
z桥梁占90%以上
软土、松软土全线分布,且沿线填料缺乏;
z代表性的桥梁:
9跨北京环线特大桥(11253.49m),旱桥;
9凉水河特大桥(3372.92m);
9杨村特大桥(11037.12m),部分跨河;
9永定新河特大桥(11601.93m)
2005.7.4日开工,奥运时已投入使用。
*博格板:
德国工艺,房山桥梁厂最早。
京津城际客运专线
4.7沿海通道客运专线
?
甬台温铁路(282.42km)
台州市
萧甬铁路宁波站温州市温州南站
?
温福铁路(298.38km)
温州南站福州站
?
福厦铁路(263.63km)
温福铁路八仙仑隧道出口端厦门西站
?
设计时速200km,预留提速条件。
?
滨海相深厚层沉积软土是地基处理的难点。
全线桥隧比重大(70%以上)
重点桥梁:
-宁波特大桥,11818米;
-灵江特大桥,2185.65米;
-雁荡山特大桥,1612.10米;
-飞云江特大桥,2619.65米;
-螯江特大桥,11140.0米;
-宁德特大桥,8469.05米。
重点隧道:
-太坤山隧道,长7004米;
-乌岩隧道,长6340米;
-凤凰山隧道,长7951米;
-分水关隧道,长9722米。
4.10合宁客运专线
‹位于沪汉蓉快速通道的东段;
‹《中长期铁路网规划》中“四纵四横”铁
路快速客运通道的重要组成部分;
‹正线全长166km;
‹全线建成后,合肥至南京的铁路运行里
程将由目前的312km缩短至154km。
‹地处江淮平原,沿线广泛分布软土、膨
胀土。
4.12哈大客运专线(300km/h)
线路总长904公里,初步投资估算923亿元。
907年8月24日开工;
9预计2010年建成通车;
9从沈阳到大连将由4h多1.5h;
9长春进京只要5小时;
9为首次引入路外的中建集团,中交集团参与该铁
路建设。
哈
大
客
运
专
线
打
下
第
一
桩
4.13胶济客运专线(200至250公里)
9东起青岛,西到济南东;
9全长362.5km,其中新建客线173公里,利用电气化改造
后的线路149公里,利用既有老线42公里;
9共13个车站,扩建站场17个,新建青州北站和胶州北站。
自西向东设济南、济南东、章丘、周村东、淄博、临淄、
青州北、昌乐、潍坊、昌邑、高密、胶州北和青岛。
9于2007.1.8开工;奥运期间投入使用。
9“4.28”铁路特大事故!
!
!
5、世界高速铁路的建设管理模式
•
(1)新建高速铁路双线,客运专线;
如日本新干线和法国高速铁路;•
(2)新建高速铁路双线,客货共线;
如意大利罗马—佛罗伦萨高速铁路,客运
速度250km/h,货运速度120km/h;
•(3)部分新建高速线与部分既有线混合运行;
如德国柏林—汉诺威线;
•(4)在既有线上使用摆式列车运行。
欧洲国家多见,如英、美等国。
美国“东北走廊”,240km/h。
ETR-450摆式列车车体倾斜装置示意图
瑞典X2000型摆式列车外形
意大利ETR-470型摆式列车外形
6非黏着铁路
传统的黏着铁路因为牵引力受轮轨
黏着条件等的限制,很难实现500km/h的
最高速度,为此需要研制新的运输工具。
6.1磁悬浮列车
•原理:
电磁感应原理
–以直线电动机驱动车辆,运行时车体悬浮或
吸浮于导轨上面,并与之保持一定间隙。
•运行时没有轮轨间的摩擦,不受黏着条件限制。
•根据列车上采用的电磁铁种类,可分为
–常导吸引型(EMS型),也称电磁悬浮型;
–超导排斥型(EDS型),也称电动悬浮型。
6.1磁悬浮列车
•原理详解
磁悬浮列车:
是利用电磁系统产生的吸引或
排斥力将车辆托起,使之悬浮于线路上,利用电
磁力导向,使用直线电机将电能直接转换成推进
力,推动列车前进。
与传统列车比较:
磁悬浮铁路去除了轮轨接
触,因而无刚体直接摩擦阻力,可获得比一般高
速铁路更高的速度,目前试验速度已达500km/h
以上;无机械振动与噪声;无环境污染;可获得
高舒适度和平稳性;由于没有钢轨、车轮、机械
传动和接触导电轨等摩擦部件,维修费用大为降
低。
6.1磁悬浮列车
•优缺点
能耗低:
由于磁悬浮列车运行中所需电功率
主要用来克服空气动力学阻力,其人公里能耗为
一般高速列车的21.4%-64.3%;易控制:
磁悬
浮列车还有爬坡、越障能力强,更有利于实现全
自动化控制等优点。
所以,磁悬浮铁路将成为未
来客运交通中最具竞争力的一种交通工具。
缺点:
造价高;电磁污染大;既有建设和管
理经验少;使用成本高。
常导磁浮铁路
•德国——磁悬浮铁路研究最早的国家。
–1969年,慕尼黑的克劳斯—马菲股份公司制造
出了世界上第一台常导吸引型磁悬浮列车。
–1993年6月10日,在埃姆斯兰磁悬浮试验线上
试验速度达到450km/h。
•日本从1962年开始研究磁悬浮高速铁路。
–2003年12月2日,日本中央铁路公司等联合宣
布磁悬浮列车试验速度达到581km/h。
目前只有德国和日本仍在继续进行磁
悬浮系统的研究,并均取得了令世人瞩目
的进展。
德国开发的磁悬浮列车
Transrapid于1989年在埃姆斯兰试验线
上达到每小时436公里的速度。
日本开发
的磁悬浮列车MAGLEV(Magnetically
LevitatedTrains)于1997年12月在
山梨县的试验线上创造出每小时550公里
的世界最高纪录。
•我国-磁悬浮研究
1998年12月由铁科院主持、长春客车厂、中科院
电工所、国防科技大学参加,共同研制的长为
6.5米、宽为3米、自重4吨、内设15个座位的6
吨单转向架磁悬浮试验车在铁科院环行试验线
的轨距为2米、长36米、设计时速为100公里的
室内磁悬浮实验线路上成功地进行了试验,并
通过了铁道部科技成果鉴定。
为低速常导磁悬
浮列车的研究提供了技术基础,填补了我国在
磁悬浮列车技术领域的空白。
•我国-磁悬浮研究
•2001年2月由西南交通大学主持的国家“863”计
划课题“高速超导磁悬浮实验车”通过验收,是世界上第一台高温超导磁悬浮载人实验车。
世纪号
•上海磁悬浮列车
•上海磁悬浮列车
6.2、管道悬浮
•地面高速运输要克服巨大的空气阻力。
•当速度>500km/h后,空气阻力将非常大。
•将磁悬浮列车系统置于空气稀薄的管道
中,时速几乎可以无限制地提高。
•美国兰德公司的创意。
1-2高速铁路的主要技术特征
•1.是当代高新技术的集成
•2.高速度是核心
•3.系统间相互作用发生了质变
•4.系统动力学问题更加突出
•5.对主要子系统的基本要求提高
1-2高速铁路的主要技术特征
•1.是当代高新技术的集成
–高质量及高稳定的铁路基础设施
–性能优越的高速列车
–先进可靠的列车运行控制系统
–高效的运输组织与运营管理体系
•计算机及其应用;
•微电子技术;
•电力电子器件;
•遥控自控技术;
•新材料、复合材料;
2.高速度是核心
(1)区别与普通铁路的主要标志;
(2)铁路线路设计的第一层次目标,是确定
以下内容的基础;
(3)高速铁路列车速度的发展的四大阶段都
是以速度为核心不断进行技术改进的结果:
230、270、300、350km/h;
(4)区分旅行速度和最高速度!
!
3.系统间相互作用发生了质变
(1)量变引起质变。
各子系统原有的规律和相互间关系须重新认
定;系统中某项参数或标准选择不慎都将引发连
锁反应。
(2)高速铁路从可行性研究、规划、设计、施工、
制造到运营管理,都要超前、系统地进行研究才
能付诸实施。
(3)必须制定和执行新的标准和规范。
4.系统动力学问题更加突出
(1)高速列车的振动与冲击问题
¾①列车速度越高,振动和冲击问题越明显;
¾②轮轨间接触力的问题
¾③车辆-线路-桥梁系统动力响应问题
¾④弓网系统振动将影响受电效能及安全
4.系统动力学问题更加突出
(2)高速列车运行中的惯性问题
¾①直接影响旅客安全和舒适:
超0.1g人不舒适
¾②列车启动与制动问题:
0.05g
¾③紧急制动问题:
300km/h制动需3700m。
¾④从线路基本参数、列车性能及操控技术入手
把握。
4.系统动力学问题更加突出
(3)高速列车空气动力学问题
¾①列车空气阻力问题:
与速度平方成正比
¾②列车内部空气密封问题:
内外压差
¾③线间距问题:
大于一般线路
¾④隧道断面选择问题:
防止活塞效应,空气阻
塞作用。
5.对主要子系统的基本要求提高
•5.1基础设施
‹高平顺性
–线路与轨道结构
–路基:
强度、变形、稳定性
–桥梁:
刚度、挠度;
–隧道:
断面积、缓冲结构、稳定性;
主要技术参数与技术规定,必须互相协调,使之整
体上满足高速行车在运动学、动力学、空气动力学及运
输质量方面各项技术指标。
5.对主要子系统的基本要求提高(续)
5.2高速列车
•车型:
流线化、密封好
•牵引:
大功率电动车组
•制动:
高效、使用寿命
•减振:
多级减振系统
•列控:
安全、可靠
•检测:
自动、准确、高效
•供电:
安全、可靠、摩耗小、离线率低
日
本
高
速
列
车
头
型
法国TGV-2N
法国第三代TGV高速列车,全双层高速列车,北方新
干线,300km/h,标志着法国铁路客车制造技术达到了
新水平,位居世界高速列车制造业前列。
中华之星
高
速
列
车
定
期
检
修
系
统
5.对主要子系统的基本要求提高(续)
•5.3运行控制、行车指挥及运营管理系统
(1)核心:
安全运行、高效率、高效益。
(2)要求更加完备,更加严密。
(3)调度指挥系统:
以行车调度为核心,集
动车底调度、电力调度、综合维修调度、客
运服务调度、防灾安全监控为一体的综合自
动化系统。
(4)经营管理模式要适应新的形势。
自然灾害警报系统
本节完
1-3高速铁路的主要技术经济优势
与公路、
•1.速度快
•2.运能大
•3.安全性高
•4.准确性高
•5.能耗少
•6.占地省
•7.工程投资低
•8.污染环境轻
•9.舒适度高
•10.效益好
1-4中国需要高速铁路
‹经济及社会发展的需要
–经济快速发展,客运需求潜力巨大;
–社会节奏加快,时间价值观念加强;
–土地、能源、环境方面的压力巨大。
‹客流特点适宜发展高速铁路
量大、集中、行程长
‹客货分线为发展高速铁路创造了条件
‹是贯彻可持续发
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