土木工程概论第6章铁路工程

1、第六章 铁路工程土木工程概论第三版陈学军 主编肖桂元 副主编21世纪高等教育土木工程系列规划教材第六章 铁路工程6.1.1 世界铁路的发展6.1 铁路发展概述世界铁路已有200多年的历史,它的发展过程大体上可划分为四个阶段:() 初建时期1804年英国人特富维西克试制了第一台行驶在轨道上的蒸汽机车。1825年英国建成了世界上第一条铁路，总长21km。() 筑路高潮时期自1870年到1913年第一次世界大战前，铁路发展最快，每年平均修建20000km 以上。第六章 铁路工程6.1.1 世界铁路的发展6.1 铁路发展概述() 停滞不前时期二战后，公路和航空运输发展较快，主要资本主义国家的铁路与公路

2、、航空的竞争更为剧烈，铁路货运量的比重日益减少。很多铁路无利可图、亏损严重，不少国家不得不将铁路收归国有。美、英、德、法、意等国继续封闭并拆除铁路。() 现代化时期70年代中期世界石油产生危机后，因为铁路的能源消耗较飞机、汽车低，噪声污染小，运输能力大，安全可靠，从而铁路又作为主要的运输手段为人们提供经济、快捷的服务。6.1.2 国内铁路发展概况旧中国的铁路，设备简陋，标准低，全路的机车不但数量少，而且破损不堪，机车有120多种型号，全路钢轨竟有130多种类型；粤汉线最小曲线半径仅194，沪宁、沪杭线的最短坡道长度仅152；浙赣线某些路段无信号设备，未铺设道砟；宝天线绝大部分隧道没有衬砌，境内

3、断道经常发生。第六章 铁路工程 新中国成立以后，铁路建设有了很大的发展。在路网建设、线路状况、技术装备和运输效率上，都取得了巨大的成就。6.1.2 国内铁路发展概况 到1997年，国营铁路的营业里程达到57566km，其中复线为19064km，电气化铁路里程为12027km，内燃化铁路里程为30940km。2003年，铁道部提出了“推动中国铁路跨越式发展”的总战略。从此，中国铁路进入了跨越式发展的新时代。“十一五” 期间，铁路基本建设投资完成1.98万亿元，是“十五” 投资的63倍，新增营业里程16万km，复线投产11万km，电气化投产21万km，分别是“十五” 的2.3、3.2、3.9倍。第

4、六章 铁路工程6.2 铁路运输业的整体布局及特点6.2.1 铁路运输业的整体布局6.2.2 铁路运输业在国民经济中的地位和作用6.2.3 现代化交通运输的种类第六章 铁路工程6.2.1 铁路运输业的整体布局社会的物质生产是人类赖以生存的基础，而社会的物质生产无非是改变劳动对象的形态和性质，或者是改变劳动对象的位置。铁路运输业当然不能改变劳动对象的形态和性质，但是劳动对象位置的变换却依靠运输，劳动对象位置的变换，看起来，好像并不生产什么物质，但是它是进行生产的必要条件，是生产过程中不可缺少的一个环节。在产品的生产过程中，从一个工序到另一个工序，从一个生产场所到另一个生产场所，从原料进厂到成品出厂

5、，都离不开运输。第六章 铁路工程6.2.2 铁路运输业在国民经济中的地位和作用 新中国成立以来，我国交通运输业有了很大的发展，初步形成了由铁路、公路、水运、航空和管道五种主要运输方式组成的综合运输网，这些纵横交错的运输网就像布满祖国土地上的脉络，把全国各地联系成为一个统一的整体，无论在政治、经济、国防和国际交流方面都有着重要的意义。 在我国交通运输中，铁路运输是主体，它起着骨干和国民经济大动脉的作用。 为了适应国家建设的需要，我国已明确把包括铁路在内的交通运输业列为国民经济发展的战略重点。因此，依靠科学装备和改造各种运输设备，扩大运输能力，改善日趋紧张的运量与运能的矛盾势在必行。第六章 铁路工

6、程6.2.3 现代化交通运输的种类现代化的运输方式可分为铁路、公路、水运、管道、航空五种。 铁路运输具有运量大、运距长、速度快、成本低、安全可靠、受气候条件影响较小等特点。因而目前铁路运输是我国交通运输中的主体。继续发挥骨干的作用。它适合大宗货物的长距离运输。也是深受广大群众喜爱、工厂企业欢迎的一种运输方式。第六章 铁路工程6.2.3 现代化交通运输的种类 公路运输速度快，具有高度的灵活性，无论在山地、高原或沙漠，修筑公路都比修筑铁路容易，而且造价较低，养护维修方便，因此公路往往可以伸展到各个角落，它既可服务于城乡之间，又是各厂矿内部必不可少的运输工具， 不过它的载运能力较小，成本较高，主要适

7、合短途客货运输。第六章 铁路工程第六章 铁路工程6.2.3 现代化交通运输的种类 水路运输具有巨大的载运能力，海洋和主要内河干线的大型轮船，可以载运万吨以至几十万吨货物，它基本上是利用天然形成的海洋和河流加以整改，修建必要的码头而进行运输。因此运输成本较铁路低，我国海岸线长、河流众多、水量充足，具有发展航运的良好基础和巨大潜力，应积极发展以减轻繁重的铁路运输任务，但水路运输受自然界气候(如冰冻或风暴) 的影响较大。6.2.3 现代化交通运输的种类 管道运输输送能力大、能耗小、无污染，且具有连续和稳定的优点。目前管道运输主要用于液体和气体的输送，如石油、天然气等。近年来，国外运送固体、液体物料的

8、管道，主要是运煤、运矿石与运矿建筑材料的管道得到较快的发展。其主要方法是将煤、矿石粉碎采用浆体泵送到目的地后经脱水处理后使用。因此入地布设的管道可以走捷径，行程短而快，且管理方便。今后管道运输将有较大的发展，只是初期投资大。第六章 铁路工程6.2.3 现代化交通运输的种类 航空运输的特点是速度高，而且运输方式更容易连接各地，到达其他运输工具难以到达的地区。它所完成的客货运输任务，虽然在我国客货运输中所占比重很小，但在国家生活中起着重要的作用。它的缺点是载运能力较小而成本高。第六章 铁路工程6.3 我国铁路建设规划 “十二五” 铁路发展的总体目标是: 路网布局更加完善，技术装备先进适用，运输安全

9、持续稳定，创新能力不断增强，信息化水平全面提高，运输能力和服务水平大幅提升，经营效益同步增长，到2015年，全国铁路营业里程达12万km左右，其中西部地区铁路5万km左右，复线率和电化率分别达到50和60 以上，初步形成便捷、安全、经济、高效、绿色的铁路运输网络，基本适应经济社会发展的需要。基本建成快速铁路网，营业里程达4万km以上，基本覆盖省会及50万人口以上城市，区域间时空距离大幅缩短，旅客出行更加便捷、高效和舒适。大能力区际干线和煤运通道进一步优化完善，煤炭运输能力达亿吨以上，重点物资和跨区域货运服务能力显著增强，大幅提升铁路对经济发展的支撑和保障能力。加快构建与其他交通方式紧密衔接的综

10、合交通枢纽及综合物流中心，提高服务效率，促进综合交通运输体系建设。第六章 铁路工程6.3.1发展铁路运输 ) 我国疆域辽阔，人口众多，且处于小康水平，中长距离的出行需要运力大、运费低的铁路运输。 ) 我国东部工业发达，中西部资源丰富，形成了北煤南运、西煤东运、南粮北调、西棉东调等大宗货物长距离运输的格局，只有铁路才能承担这样繁重的运输任务。 ) 我国还处于社会主义初级阶段和工业化前期，决定了运输物品多为煤炭、矿产品、原材料和粗加工的大宗货物，量大而价低，为了减少销售成本中的运费支出，必将选择运费低廉、安全可靠的铁路运输。第六章 铁路工程6.3.2 铁路的基本建设1.技术工作的演进 我国铁路兴建

11、之初，管理权为外国人把持，设计工作也为外国人包办。当时，铁路的规划要符合帝国主义的侵略政策，铁路的设计要满足资本家投资少获利多的要求。因此，造成我国旧有铁路标准低劣，能力很小，互不配合的落后局面。 辛亥革命后，我国的铁路工程师勘测设计了不少铁路，其中粤汉路、株(洲) 韶(关)段的选线和浙赣路钱塘江大桥的修建，誉满中外。新中国成立以后，我国铁路勘测设计工作面貌焕然一新，铁道部成立了专门的勘测设计总队，后来逐步发展为地区性和专业性的设计院，铁路勘测设计的实践和理论都有了长足的进展。第六章 铁路工程詹天佑6.3.2 铁路的基本建设2.铁路基本建设程序() 预可行性研究() 可行性研究() 初步设计(

12、) 施工图() 工程施工和设备安装() 验交投产，正式运营() 竣工后评估第六章 铁路工程6.4.1 铁路等级和主要技术指标等级路网中作用骨干骨干、联络、辅助地区性远期年客货运量/t15007501500750最高行车速度/（km/h）12010080最大坡度（%）6（12）12（15）15（20）最小半径/m1000（400350）800（350300）600（300250）注：括号外值为一般地段，括号内为困难地段第六章 铁路工程6.4.2 铁路选线设计 铁路是由线路、路基、线路上建筑三部分构成。此外，属于铁路工程的还有桥梁、涵洞、隧道、车站设施、机务设备、电力供应等。铁路线路一般分为平面线

13、形线路和面线形线路。平面线形线路包括直线线路、圆曲线线路、缓和曲线线路，面线形线路包括上坡、下坡、平道。第六章 铁路工程6.4.3 铁路选线设计1.越岭地区的地质选线原则 ) 越岭线高程大、地形地质条件复杂，工程艰巨、集中，且直接影响线路走向、技术标准、工程投资和施工期限等重大原则问题，因此，做好地质选线十分重要。应在大面积区域地质调绘的基础上，自始至终与一定深度的线路方案研究工作相配合，做好多垭口、多限坡的多方案(或方案组合) 比选。第六章 铁路工程6.4.3 铁路选线设计1.越岭地区的地质选线原则 ) 越岭线的越岭隧道和越岭两侧引线的选择是一项密不可分的系统工程。做好越岭线的地质选线就是要

14、综合考虑地形、地质、分水岭两侧引线及施工条件等各种因素，选择出能尽量避绕重大不良地质地段，地质条件相对较好的线路方案。越岭隧道一般应选在山坡较陡、山梁较薄、岩体完整、岩层坚硬、无不良地质现象、地下水较少的地段。第六章 铁路工程牛郎河隧道6.4.3 铁路选线设计2.山区河谷的地质选线原则 ) 查清区域地质构造特征，绕避不良地质现象，当河流曲折多弯，线路有跨河条件，且桥不太高时，应选择有利地段，采用多次跨河方案。第六章 铁路工程6.4.3 铁路选线设计2.山区河谷的地质选线原则 ) 在地形狭窄的困难河段，受地质、水文条件的控制，线路常需进行内移建隧道或外移设桥的方案比选，在滑坡、崩塌等不良地质地段

15、或冲刷严重地段，以及路基通过不能保证线路安全时，应考虑内移做隧道方案。在断层和岩层破碎地带，当线路靠山或内移作隧道有困难时，可考虑外移设桥通过，采用隧道方案时，尚应充分考虑山体的稳定性和山体压应力，做好采用长隧道或短隧道群的方案比选。 ) 山区河谷线路应尽量减少高边坡，并应做好过坡外自然山坡的稳定性评价，通过支沟，要注意泥石流的危害，应逢沟设桥，并留足净空。第六章 铁路工程6.4.3 铁路运输业的整体布局（1） 总的原则 线路通过不良地质和特殊地质地区时，应深入进行调查碉究，查明地质现象的分布范围、类型、规模和严重程度及其发生、发展的原因和规律，根据具体情况做出各种可行的绕避和通过方案，做到绕

16、有根据，治有措施，保证铁路建成后畅通无阻，不留后患。3.不良地质和特殊地质地区的选线原则第六章 铁路工程6.4.3 铁路运输业的整体布局3.不良地质和特殊地质地区的选线原则（2） 滑坡地段 ) 对性质复杂、工程量大、采取整治措施也不易确保稳定的大型滑坡，线路应尽量绕避，当滑坡规模小、边界条件清楚、技术条件可能、经济上合理时，可选择在有利于滑坡稳定和线路安全的部位，采取有效的工程措施通过。 ) 当线路通过处于稳定状态的滑坡时，不应在滑坡体上部填方或在滑坡体下部挖方。 ) 在选线阶段，在认真进行地质调绘勘探的基础上，应注意对地貌、地形、地层结构和水文地质条件上具备潜在滑动可能的斜坡地段，作出预测预

17、报，确保线路通过时，山体稳定条件不受到削弱和破坏。第六章 铁路工程（3） 崩塌、岩堆地段 ) 对山体极不稳定、岩体非常破碎、松散的陡坡地段，或预计人工开挖使自然条件遭受破坏后，可能发生较大规模崩塌，且工程处理困难的地段，线路应尽量绕避。3.不良地质和特殊地质地区的选线原则6.4.3 铁路运输业的整体布局第六章 铁路工程 ) 对崩塌范围不大，性质不严重，有采取清理山坡危石及其他有效工程措施可确保安全的地段，也可考虑在崩塌影响范围内通过。 ) 对物质来源不多，且已基本稳定或有相应措施确保其稳定的岩堆，线路可考虑在其上以低路堤或浅路堑通过。3.不良地质和特殊地质地区的选线原则（4） 泥石流地段 1)

18、 对处于发育期的特大型、大型泥石流和淤积严重的泥石流沟，线路宜绕避，泥石流堵河严重地段，在堵河影响范围，线路应远离河岸，并应有足够高度，当沿河两岸均有泥石流时，线路应选在较轻微的一岸，必要时，可多次跨河。 2) 峡谷河段选线，应查明泥石流活动痕迹，判定泥石流规模的基础上确定线路位置和高程。宽谷河段选线，应根据主河床与泥石流沟(扇) 的淤积上涨率，主河摆动趋势，确定线路位置和高程。6.4.3 铁路运输业的整体布局第六章 铁路工程3.不良地质和特殊地质地区的选线原则（4） 泥石流地段 3) 线路一般不宜穿越泥石流沉积区，严禁在洪积扇上挖沟设桥或设置路堑，应在流通区设桥通过，桥的净空与跨度应能保证泥

19、石流畅通，并应避免在沟床纵坡由陡变缓处和平面上急弯部位设桥，如没有建桥条件时，可考虑以隧道或明洞渡槽通过。 4) 对于泥石流现象轻微、技术上易于处理的沟谷，线路可考虑在沉积区设桥通过，但不得压缩沟床断面，不宜合并沟槽，沟中不宜设桥墩，并要做好导流工程，确保泥石流排泄通畅。6.4.3 铁路运输业的整体布局第六章 铁路工程3.不良地质和特殊地质地区 的选线原则(6) 采空地区 1) 对于正在开采或经过批准计划开采的矿区，为了避免压矿，线路应尽量绕避，如必须通过时，须与有关单位协商，选择穿过矿体长度最短的部位通过，并按规定预留保安煤柱，以保证线路安全。6.4.3 铁路运输业的整体布局第六章 铁路工程

20、2) 对于既有的采空密集区和工程处理复杂的大型采空区，线路宜尽量绕避到采空安全距离以外的地段通过，当绕避有困难时，线路应尽量选择在矿层薄、埋藏深、倾角缓和垂直于矿层走向等有利条件处，以一般工程通过，应避免采用桥、隧等大型工程。3) 线路通过小型采空区或单个坑洞时，应采取适当的工程措施，对埋藏浅的可挖开回填，对不易开挖的可进行灌浆处理。第六章 铁路工程3.不良地质和特殊地质地区 的选线原则6.4.3 铁路运输业的整体布局3.不良地质和特殊地质地区的选线原则6.4.3 铁路运输业的整体布局(7) 水库地区 1) 线路位置一般应选在预测最终坍岸线以外，并留有一定安全距离，还应充分考虑水库蓄水后引起地

21、下水壅升的不利影响，个别地段若有防护条件，能确保线路稳定，且投资有显著节省时，也可考虑选在坍岸范围以内。 2) 线路宜尽量选择在基岩出露较多，河岸平缓，边坡相对稳定，地质条件较好的一岸，宜尽量避免走在垂直主导风吹向的一岸，以减少风浪对线路的影响，对滑坡、崩塌等不良地质地段，要预测水库建成后对其稳定性的影响。若加固工程投资过大或不能确保安全时，线路应予以绕避。第六章 铁路工程3.不良地质和特殊地质地区的选线原则6.4.3 铁路运输业的整体布局(7) 水库地区 3) 线路以桥跨越水库支沟时，应尽量远离沟口，并注意支沟坍岸的影响，跨越库尾时，应考虑泥砂淤积的影响。 4) 遇有隧道时，应按坍岸断面及地

22、下水壅升曲线检查线路位置，以确定隧道的平面位置及设计高程，在湿陷性黄土地区，还应预测沉陷影响，如因特殊原因，不能满足有关要求时，要有足够的技术、经济比较资料作为依据，并有相应的工程处理措施。第六章 铁路工程(8) 高烈度地震区 1) 铁路干线应尽量避免在活动性大断裂带和两个构造线交汇的高烈度地震区通过，当难以避开时，应选择其最窄处，正交通过。 2) 线路必须通过高烈度地震区时，应尽量利用空阔地形以低路堤通过，应避绕对抗震不利的悬崖陡壁、地形复杂和不良地质分布较多地段，以减少地震可能造成的破坏，在地下水埋藏较浅的松软地基地区或斜坡地段，线路应避免高填深挖或半填半挖，桥渡位置应尽量选择在良好的地基

23、和稳定的河岸地段，当线路必须通过非岩质的和岩层风化破碎3.不良地质和特殊地质地区的选线原则6.4.3 铁路运输业的整体布局第六章 铁路工程的高陡山坡时，应考虑采用隧道通过，其洞口位置应避开岩层破碎，有崩塌、滑坡现象的不稳定地段，并应“早进洞、晚出洞”。6.4.4 铁路路基 铁路路基的设计，包括路基的纵断面和横断面各部分几何尺寸的设计，还包括局部区段或个别点段的平面布设，通过对铁路路基纵横断面的合理设计和平面的适当布置，达到铁路不被沙埋和风蚀的目的，以下对铁路路基设计的要点作简要分析。) 路基工程应加强地质调绘和勘探、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构基础等的岩土结构及其物理力学性质，查明不

24、良地质情况，查明填料性质和分布等，在取得可靠地质资料的基础上开展设计。) 路基主体工程应按土工结构物进行设计，设计使用年限应为100年。第六章 铁路工程6.4.4 铁路路基) 基床表层的强度应能承受列车荷载的长期作用，刚度应满足列车运行时产生的弹性变形控制在一定范围内的要求，厚度应使扩散到其底层面上的动应力不超出基床底层土的承载能力。基床表层填料应具有较高的强度及良好的水稳性和压实性能，能够防止道砟压入基床及基床土进入道床，防止地表水侵入导致基床软化及产生翻浆冒泥、冻胀等基床病害。) 路基填料的材质、级配、水稳性及填筑压实等应符合相关标准。第六章 铁路工程) 路堤填筑前应进行现场填筑试验。)

25、路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路堑、有砟轨道与无砟轨道等连接处均应设置过渡段，保证刚度及变形在线路纵向的均匀变化。6.4.4 铁路路基) 路基工后沉降值应控制在允许范围内，地基处理措施应根据地形和地质条件、路堤高度、填料及工期等进行计算分析确定。) 路基支挡加固防护工程应满足路基安全稳定的要求，路基边坡宜采用绿色植物防护，并兼顾景观与环境保护、水土保持、节约土地等要求。) 路基排水工程应系统规划，满足防、排水要求，并及时实施。) 路基设计应重视防灾减灾，提高路基抵抗连续强降雨、洪水及地震等自然灾害的能力。第六章 铁路工程6.4.5 线路上部建筑) 轨枕: 是钢轨的支座，作用是承受钢轨传来

26、的荷载并传给道床、保持钢轨的方向和轨距，轨枕类型有木枕（220mm220mm160mm）、预应力混凝土轨枕（330mm203mm228mm）两种，我国普通轨枕的长度为25m，铺筑数量为15201840根/km。) 钢轨: 起承受车身重力及引导列车行车方向的作用，我国生产的钢轨标准长度有25m和12.5m两种。标准轨距为1435mm。钢轨接头用鱼尾板夹住，轨间留有缝隙以伸缩。第六章 铁路工程) 道床: 是铺筑在路基顶面的道砟层，其作用是把荷载均匀地传到路基面上，阻止钢轨位移，并缓和列车的冲击，同时保持路基面和轨枕的干燥。主要线路应采用碎石道砟道床。) 道岔: 是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总

27、称。其作用是使机车车辆由一条线路转向另一条线路，普通单式道岔由转辙器、转辙机械(有手动和电动两种)、辙叉、连接部分和岔轨组成。第六章 铁路工程6.4.5 线路上部建筑6.5 高速铁路 一般认为，高速铁路是新建铁路旅客列车设计最高行车速度达到250km/h及以上的铁路。国际铁路联盟(UIC)以速度为等级将铁路划分为: 100120km/h为常速铁路、 120160km/h为中速铁路、 160200km/h为准高速铁路、 200400km/h为高速铁路、 400km/h以上为超高速铁路。第六章 铁路工程6.5 高速铁路现已形成的高速铁路建设与运营有四种模式:日本新干线模式德国ICE模式英国APT模式法国TGV模式第六章 铁路工程 高铁“大运量、高速度、高密度、公交化” 的运输优势，吸引了大量的旅客，高速铁路与普通铁路相比，主要的区别为:) 高速铁路非常平顺，以保证行车安全和舒适性，高速铁路都是无缝钢轨，时速300km以上的高速铁路采用的是无砟轨道，以保证平顺性。) 高速铁路的弯道少，弯道半径大，道岔都是可动心高速道岔。6.5 高速铁路第六章 铁路工程6.5 高速铁路第六章 铁路工程) 大量采用高架桥梁和隧道，以保证平顺性和