铁路运输系统概述

铁路运输系统概述摘要:铁路是国家的重要基础设施、国家的大动脉、大众化交通工具。我国幅员辽阔、内陆深广、人口众多，资源分布及工业布局不平衡，这决定了铁路运输在五种运输方式中居于主导地位，在经济社会发展中具有特殊重要的地位和作用。文章介绍了铁路运输的优缺点、现状、发展趋势以及铁路运输系统主要技术标准。对于提高社会效益和经济效益，合理规划配置各种运输方式，促进各种运输方式的协调发展具有重要作用。关键字：铁路运输；高速铁路；技术前言交通运输是人类社会进步、社会发展、经济增长、科技繁荣的基础。改革开放以来，我国经济以较快的速度增长，高速的经济增长加速了交通运输事业的发展，交通运输已成为我国近几十年经济建设的战略重点。随着我国各类交通设施的建设和完善，日益频繁的经济和贸易活动促使人们对交通运输的需求迅速增长，从而推动由铁路、公路、水运、航空、管道几种基本运输方式的构成的现代交通运输系统的发展。我国的运输市场置身于这样一个特定的国情中：大陆性国家；资源分布与地区经济发展不平衡；少数民族众多且多聚居于国土的周边地带。我国国情的上述特定性不但意味着铁路在社会经济发展中是不可或缺的，而且决定了铁路在运输市场中应该居于主导地位。1铁路运输的优、缺点1.1铁路运输的优点1.1.1运行速度快作为陆上运输方式，列车运行速度快，平均车速在五种基本运输方式中排在第二位，仅次于航空运输。从2004年4月18日零时起，我国铁路实施第五次大面积提速，京沪、京广、京哈等十线铁路提速区段列车最高时速可以达到160km，在实施第六次提速后，部分提速十线列车时速可达200km，相当发达国家既有线路提速的目标值（国外高速铁路已经超过300km/h）。1.1.2牵引力大，运输能力强铁路运输采用大功率机车牵引列车运行，不同类型的机车的最大牵引重量可达几千吨甚至上万吨，可以承担长距离、大运输量的运输任务。1.1.3运输成本低一般来讲，铁路成本比河运和海运成本高一些，但比公路运输与航空运输低得多。我国铁路运输成本分别为公路汽车运输和航空运输的1/20和1/128，在美国则相应为1/7和1/18，而且由于列车运行阻力小，能源消耗量低，故系统价格低廉。1.1.4环境污染小工业发达国家的社会及经济与自然环境之间的平衡受到了严重破坏，运输业对此起了很大的作用。铁路运输对环境和生态的影响与公路汽车和飞机相比较，铁路的污染性较低，特别是电气化铁路影响更小。在噪声方面，铁路所带来的噪声污染，不仅比公路要低，而且是间断性的，而城市道路则是持续性的高噪声污染。在空气尘埃污染方面，铁路也比公路要小。1.1.5适应性强依靠现代科学技术，，铁路几乎可以在任何需要的地方修建，可以全年全天候运营，受地理和气候条件的限制很少，具有较高连续性和可靠性。可以货运可以客运，可以几乎运送所有的不同性质的货物，通用性很强。1.1.6行驶具有自动控制性铁路运输属于具有专用路权，而且列车在行驶上具有高度导向性，因此可以采用列车自动控制方式控制列车运行，以达到车辆自动驾驶的目的。目前先进的列车可以通过电脑控制，使列车的运行达到全面自动化，甚至无人驾驶的地步，从而大大提高铁路运输安全，减轻司机劳动强度。1.1.7有效使用土地铁路运输是以列车为基本运输单元，可以在有限的的土地上进行大量的运输。因此，与公路相比可以节省大量的土地，使土地资源达到最有效的利用。1.2铁路运输的缺点1.2.1资本密集、固定资产庞大和需要大量的资金和金属铁路的投资大都属于固定设备的沉没成本，难以移作他用，故其固定资产比例，较其他运输系统高出很多。此外，据统计，目前我国每修建1km铁路，需要投资400万元以上，消耗120t至150t重的钢轨、零部件等金属。因此原始投资较大，建设周期较长。1.2.2始发与终到作业时间长和短途运输平均成本高铁路按列车组织运行，在运输过程中需要有列车编组、解体和中转改编等作业环节，占用时间较长因而增加了货物的在途时间。因为在单位运输成本中，始发和终到作业所占的比重，与距离运输成反比，所以50km以下的短途运输成本，铁路运输要比公路汽车运输成本高。1.2.3货损较高铁路因行驶时的振动或货物装卸不当，容易造成所承载的货物损坏，并且由于运输过程需要多次中转，因而常常容易导致货物遗失。据统计，美国铁路运输的货损比例高达3%，远远高于公路运送所产生的比例。1.2.4营运缺乏弹性公路运输一般可以随货源或客源所在地而变更运路线，而铁路则不行，故容易产生空车回送现象，从而造成营运成本的增加。1.2.5设备庞大不易维修，且战时容易遭受破坏铁路的运输过程必须依赖所有设施协同配合。由于整个运输体系十分庞大，不易达到完善的维修。此外，回顾历史可以发现，每次战争爆发，由于铁路具有国防价值，而且目标明显，总容易遭受严重破坏。2铁路运输的现状改革开放以来，特别是“十一五”时期，我国铁路改革发展取得了显著成绩。大规模铁路建设加快推进，铁路营业里程跃居世界前列，一批时速250公里和350公里的客运专线相继通车运营。加大技术攻关力度，推进铁路技术创新，一批核心关键技术取得突破性进展，达到世界先进水平。“十一五”期间，全国铁路基本建设投资完成1.98万亿元，是“十五”投资的6.3倍；新线投产1.47万公里，是“十五”的2倍；复线投产1.12万公里、电气化投产2.13万公里，分别为“十五”的3.1倍和3.9倍。全路复线率、电气化率分别达到41%、46%。高速铁路建设取得突出成就。目前，我国投入运营的高速铁路已达8358公里，全国铁路每天开行动车组列车近1200列，还有一大批高速铁路正在建设之中。其中，全长1318公里、列车最高运营时速可达380公里的京沪高速铁路完成全线铺轨，并将在今年按期开通。时速350公里的北京一天津、武汉一广州、郑州一西安、上海一南京、上海一杭州高铁，时速250公里的石家庄一太原、济南一青岛、合肥一南京、合肥一武汉、宁波一台州一温州、温州一福州、福州一厦门、南昌一九江、广州一珠海、长春一吉林、成都一都江堰、海南东环等高铁相继开通运营，投入运营的新建高铁达到5149公里。区际干线建设取得重大进展。青藏铁路格尔木一拉萨段、太原一中卫（银川）、临策铁路临河一额济纳段、重庆一怀化、永州一茂名、铜陵一九江、宜昌一万州、包头一西安等区际干线建成投产，兰州一乌鲁木齐等项目进展顺利，在建里程1.4万公里。一批增建二线和电气化改造项目正在加快实施。铁路新客站和综合配套设施建设有序推进。北京南、天津、上海虹桥、广州南、武汉等295座新型客站建成投入使用，正在建设的新客站235座。西安、青岛、成都等9个集装箱中心站和北京、上海、武汉、广州动车组维修基地建成投入使用。3铁路运输的发展趋势3.1发展高速铁路已成为世界趋势为适应旅客运输高速化的需要，在世界范围内掀起了修建高速铁路的浪潮。短短几十年，世界已有日、法、英、德等国家新建和改建的高速铁路1000km以上，最高时速已由210km提高到了300km，21世纪初达到350km。高速铁路是铁路现代化的重要标志。3.2重载货物运输铁路重载技术创始于20世纪20年代的美国，后来被世界上越来越多的国家广泛重视。多年来一些国家依靠科技进步，更新和研究采用先进的技术装备和应用整体优化理念，进行重载运输系统设计，使重载铁路技术装备总体水平和运输效率有了极大的提高。美国重载铁路技术实践证明重载运输在扩大运输能力，提高运输效率，减少燃油消耗，节省运营车、会让站、乘务人员都有显著成效。重载列车（列车重量N5000t/列）所达到的重量，在一定程度上反映了一个国家铁路重载运输技术综合发展的水平。目前，不同国家之间在列车重量标准上存在较大的差异，基本上都是根据各自的铁路机车车辆特性、线路条件和运输世纪需要确定列车重量标准。3.3新型大功率机车为适应重量大编组长的特点，世界各国都在积极研究采用新型大功率机车，增加轮轴牵引力；装设机车多机同步牵引遥控和通信联络操纵系统；车辆提高轴重，减轻自重，采用刚性结构，增加载重量；装设可靠的制动装置以及高强度车钩和大容量缓冲器等。3.4先进的信息控制技术和指挥系统研制和采用先进信息控制技术和通信信号设备；在运营中实现管理自动化，货物装卸机械化和行车调度指挥自动化。同时，对技术站、装车站和卸车站进行与之配套的自动化设备改造。除此之外，在改造既有线路或修建重载专线中采用新型轨道基础，铺设重型钢轨无缝线路，强化线路结构和提高承载能力。对车站站场线路股道进行相应的改造和延长。选用先进的通信信号设备，在运营中实现管理自动化，货物装卸机械化和行车调度指挥自动化等。4铁路运输系统的主要技术标准铁路主要技术标准包括:铁路等级、正线数目、旅客列车设计行车速度、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、牵引定数、机车交路、到发线有效长、闭塞类型。客运专线还包括:列车运行方式、行车指挥方式。主要技术标准选择除运量等自身因素外，还要重点考虑与邻线技术标准的协调统一。4.1铁路等级铁路等级是区分铁路在国家铁路网中的作用、意义和远期客货运量大小的标志，是确定铁路技术标准和设备类型的依据。我国《铁路线路设计规范》规定：新建和改建铁路（或区段）的等级，应根据其在铁路网中的作用、性质和远期客货运量确定，并应符合下列规定：I级铁路；铁路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量大于或等于20Mt者。II级铁路；铁路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量小于20Mt者；或铁路网中起联络、辅助作用的铁路，远期年客货运量大于或等于10Mt者。III级铁路；为某一区域服务具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量小于10Mt者。以上年客货运量为重车方向的货运量与客车对数折算的货运量之和。每天1对旅客列车按1.0Mt/a货运量折算。4.2正线数目连接并贯穿车站的线路的数目。按正线数目可把铁路分为单线铁路、双线铁路和多线铁路。客运专线的正线数目为双线。区间有多于两条正线的铁路。因双线铁路工程大、投资多，故新建铁路除初期运量特别大的需要一次建成双线者外，一般先修建单线，待运量增长，可结合其他的加强措施，逐步发展为双线铁路。但随着中国国民经济的发展，铁路运输量日益增长，有的新建铁路，单线已不能满足运输能要求，需一次建成双线铁路或按双线铁路设计。双线铁路的建设投资比两条平行单线约少30%，但通过能力是两条平行单线的两倍多，旅行速度比单线约高30%，运营费用约低20%。所以当运量超过一条单线的负荷水平时就应考虑修建双线的方案。计算表明，平原、丘陵地区单线铁路最大输送能力为32〜35Mt/年，山区单线铁路最大输送能力为26〜29Mt/年。因此，中国《铁路线路设计规范》规定：新建铁路远期年客货运量，平丘地区和山区分别大于或等于35和30Mt时，正线数目宜考虑按双线设计；近期年客货运量达到上述标准者，宜一次修建双线。同时还规定，远期年客货运量虽未达到按双线设计的临界运量标准，但预计远景增幅较大，或国家要求的年输送能力大于或等于30Mt时，宜预留双线。4.3旅客列车设计行车速度由于旅客列车设计行车速度直接或间接地决定或影响了其它主要技术标准，因而该标准是最关键的因素。对于旅客列车设计行车速度，客运专线为200〜350km/h,客货共线铁路不超过200km/h。对于工程地质条件允许的新建铁路可以采用上述标准。但在进行既有线改造时，就要根据具体线路的客观情况经充分的技术经济比较后，实事求是地选择适当的速度目标值，以免造成不必要地浪费，降低投资效益。4.4限制坡度我国《铁路线路设计规范》对限制坡度最大值的规定，随着机车车辆性能的不断提高，有逐期增大的趋势；《铁路线路设计规范》对各级铁路，各种地形条件的电力、内燃牵引的限制坡度最大值（％。）的规定，见下表。表4-1铁路线路坡度限制表 单位（％。）铁路等级IIIIII地形类别平原丘陵山区平原丘陵山区平原丘陵山区牵电引力612156152091826种内类燃6912691581218设计时，选定限制坡度，应结合牵引种类和机车类型的选取，根据铁路等级、地形条件和运量大小，在可行性研究阶段经过充分论证，提出初步方案，在初步设计阶段经过比选确定。4.5最小曲线半径《铁路线路设计规范》规定：线路平面的最小曲线半径应根据铁路等级、路段旅客列车设计行车速度和工程条件比选确定，但不得小于下表规定的数值。改建既有线或增建第二线时，最小曲线半径应结合既有线标准比选确定。困难条件下，按下表规定标准改建将引起巨大工程的小曲线半径可予以保留。表4-2铁路线路最小曲线半径表 单位（m）铁路等级IIIIII路段设计速度_亦（km/h）_140120100801201008010080最小半径&.min(m)一般160012008005001000700450600400困难1200800550450800550400550350在最小曲线半径已经确定的情况下，设计线（或路段）内各曲线的半径应根据规定的曲线半径系列，结合地形、地物、地质条件及线路平、纵断面特点，因地制宜由大到小合理选用，小半径曲线宜集中使用。4.6牵引种类和机车类型我国铁路目前有电力、内燃和蒸汽三种牵引类型。蒸汽机车已停产多年，次要线路和地方铁路仍在使用。今后牵引动力的发展方向为大功率电力和内燃机车。牵引种类应根据路网的牵引动力规划、线路特征和沿线自然条件及动力资源分布情况合理选定。运量大的主要干线，大坡度、长隧道或隧道毗连的线路应优先采用电力牵引。机车类型应根据设计行车速度、限制坡度、牵引种类、牵引定数、机车交路、邻线机车类型综合比选确定。4.7车站分布车站分布距离的长短决定列车在站间的往返走行时分，从而影响通过能力。车站分布距离影响车站数量，故对工程投资有较大影响，且影响起停次数和旅行速度，故对运营支出有直接影响。车站分布必须满足国家要求的年输送能力和客车对数；并应考虑站间通过能力的均衡性。在站间通过能力设计中，电力牵引的单、双线铁路需分别扣除90min与120min的日均综合维修“天窗”时间；内燃牵引的单线铁路，日客货行车量超过30对，双线铁路超过80对时，需扣除30min日均综合维修“天窗”时间。新建单线铁路站间距离不宜小于8km；新建双线铁路不宜小于15km。4.8到发线有效长度到发线有效长度是车站到发线能停放货物列车而不影响相邻股道作业的最大长度，一般是出站信号机道警冲标的距离。到发线是办理列车到达、出发作业的线路。它对货物列车长度（即牵引吨数）起限制作用，从而影响列车对数、运能和运行指标，对工程投资、运输成本等经济指标也有一定影响。根据铁路主要技术政策，主要干线应逐步实现牵引定数5000吨，到发线有效长相应为1050m；运煤专线可开行10000t或2000t的重载货物列车，到发线有效长相应为1700m和2700m；客运专线到发线有效长为700m。4.9闭塞类型闭塞类型是用信号或凭证，保证列车按照规定的空间间隔制定运行的技术方法。铁路闭塞装置与信号、联锁装置是保证行车安全，提高运营效率和加强通过能力的重要设备。我国的基本闭塞类型有半自动闭塞和自动闭塞，在次要支线和地方铁路上也有采用电气路签。闭塞类型决定车站作业间隔时分，从而影响通过能力。半自动闭塞与单线铁路的能力比较适应，投资也较省。若单线铁路采用自动闭塞而不采用追踪运行图，则投资较高而增加能力不多，不能充分发挥自动闭塞的作用；采用追踪运行图则要增铺站线，同时又会降低旅行速度，影响机车车辆周转。因此一般情况下单线铁路应采用半自动闭塞。双线铁路采用自动闭塞，列车追踪运行，大大提高通过能力，充分发挥双线铁路的效益，因此双线铁路应采用自动闭塞。双线铁路只有在运量较低且增长缓慢的区段方可采用半自动闭塞，并根据需要与可能逐步过渡到自动闭塞。在一个区段内，一般应采用同一闭塞类型。5结论铁路是国家的重要基础设施、国家的大动脉、大众化交通工具。我国幅员辽阔、内陆深广、人口众多，资源分布及工业布局不平衡，铁路运输在各种运输方式中占有的优势更加突出，在经济社会发展中具有特殊重要的地位和作用。铁路建设从开始规划到形成运输