高速铁路有砟轨道施工技术总结

高速铁路有砟轨轨道目录HYPERLINK\l"_Toc233640829"1．高速铁路基基基本概念11HYPERLINK\l"_Toc233640830"1.1高速铁铁铁路基本本特征征1HYPERLINK\l"_Toc233640831"1.1.1三三三大支柱柱1HYPERLINK\l"_Toc233640832"1.1.2三三三大要素素1HYPERLINK\l"_Toc233640833"1.2铁路运运运输速度度的时时代背景景1HYPERLINK\l"_Toc233640834"1.2.1速速速度的时时间性性与相对对性11HYPERLINK\l"_Toc233640835"1.2.2铁铁铁路运输输高速速化的历历程11HYPERLINK\l"_Toc233640836"1.2.3粘粘粘着铁路路的极极限速度度2HYPERLINK\l"_Toc233640837"1.3铁路运运运输速度度提高高的目的的与目目标3HYPERLINK\l"_Toc233640838"1.3.1速速速度提高高的目目的3HYPERLINK\l"_Toc233640839"1.3.2提提提高旅行行速度度的目标标4HYPERLINK\l"_Toc233640840"1.4铁路与与与公路和和航空空竞争时时需要要达到的的速度度5HYPERLINK\l"_Toc233640841"1.4.1可可可竞争的的旅行行时间5HYPERLINK\l"_Toc233640842"1.4.2三方方方旅行时时间的的比较5HYPERLINK\l"_Toc233640843"1.4.3铁铁铁路可竞竞争的的速度分分析55HYPERLINK\l"_Toc233640844"1.5高速铁铁铁路运输输模式式与速度度目标标值7HYPERLINK\l"_Toc233640845"1.5.1运运运输模式式7HYPERLINK\l"_Toc233640846"1.5.2速速速度目标标值88HYPERLINK\l"_Toc233640847"1.6高速轨轨轨道四大大基本本性能9HYPERLINK\l"_Toc233640848"1.6.1所所所谓高平平顺性性9HYPERLINK\l"_Toc233640849"1.6.2所所所谓高稳稳定性性9HYPERLINK\l"_Toc233640850"1.6.3所所所谓高可可靠性性9HYPERLINK\l"_Toc233640851"1.6.4所所所谓高耐耐久性性9HYPERLINK\l"_Toc233640852"1.7高速轨轨轨道结构构选型型9HYPERLINK\l"_Toc233640853"1.7.1有有有砟与无无砟之之争9HYPERLINK\l"_Toc233640854"1.7.2关关关于高速速轨道道的稳定定性99HYPERLINK\l"_Toc233640855"1.7.3关关关于高速速轨道道的经济济性110HYPERLINK\l"_Toc233640856"1.7.4日日日德法高高速轨轨道铺设设业绩绩10HYPERLINK\l"_Toc233640857"1.7.5两两两种轨道道的综综合评价价122HYPERLINK\l"_Toc233640858"2．我国和谐号号号CRH型动车组组概概述14HYPERLINK\l"_Toc233640859"2.1何谓动动动车组144HYPERLINK\l"_Toc233640860"2.2动车组组组编组及及运用用条件144HYPERLINK\l"_Toc233640861"2.3动车组组组基本组组成114HYPERLINK\l"_Toc233640862"2.4弹簧装装装置16HYPERLINK\l"_Toc233640863"2.5轮对1116HYPERLINK\l"_Toc233640864"2.6动车组组组车辆主主要技技术参数数188HYPERLINK\l"_Toc233640865"3．高速轨道轮轮轮轨低动力力作作用技术术199HYPERLINK\l"_Toc233640866"3.1车辆与与与轨道相相互作作用问题题199HYPERLINK\l"_Toc233640867"3.2高速轨轨轨道上的的轮载载波动200HYPERLINK\l"_Toc233640868"3.2.1轮轮轮载波动动的地地点20HYPERLINK\l"_Toc233640869"3.2.2轮轮轮载波动动的理理论分析析200HYPERLINK\l"_Toc233640870"3.2.3轮轮轮载波动动对轨轨道状态态变化化的评估估211HYPERLINK\l"_Toc233640871"3.2.4轮轮轮载波动动的原原因22HYPERLINK\l"_Toc233640872"3.2.5轮轮轮载波动动的抑抑制对策策222HYPERLINK\l"_Toc233640873"3.3着眼于于于车辆的的低动动力作用用技术术23HYPERLINK\l"_Toc233640874"3.3.1关关关于簧下下质量量的影响响233HYPERLINK\l"_Toc233640875"3.3.2关关关于车轮轮扁疤疤的影响响255HYPERLINK\l"_Toc233640876"3.3.3关关关于车轮轮不圆圆顺的影影响332HYPERLINK\l"_Toc233640877"3.4着眼于于于轨道的的低动动力作用用技术术33HYPERLINK\l"_Toc233640878"3.4.1关关关于轨道道几何何不平顺顺的影影响34HYPERLINK\l"_Toc233640879"3.4.2关关关于轨道道动力力不平顺顺的影影响35HYPERLINK\l"_Toc233640880"3.4.3关关关于轨道道刚度度的影响响377HYPERLINK\l"_Toc233640881"4.高速有砟轨轨道道技术的发发发展方向向411HYPERLINK\l"_Toc233640882"4.1高速有砟砟砟轨道结结构动动力学性性能仿仿真计算算分析析41HYPERLINK\l"_Toc233640883"4.1.1仿仿仿真计算算条件件41HYPERLINK\l"_Toc233640884"4.1.2车车车辆簧下下质量量的影响响422HYPERLINK\l"_Toc233640885"4.1.3列列列车速度度的影影响43HYPERLINK\l"_Toc233640886"4.1.4轨轨轨道不平平顺的的影响444HYPERLINK\l"_Toc233640887"4.1.5轨轨轨下胶垫垫刚度度的影响响455HYPERLINK\l"_Toc233640888"4.1.6道道道床支承承刚度度的影响响466HYPERLINK\l"_Toc233640889"4.1.7基基基本结论论477HYPERLINK\l"_Toc233640890"4.2轨道合理理理刚度477HYPERLINK\l"_Toc233640891"4.2.1轨轨轨道刚度度基本本原理477HYPERLINK\l"_Toc233640892"4.2.2轨轨轨道合理理刚度度的判别别准则则49HYPERLINK\l"_Toc233640893"4.2.3轨轨轨道合理理刚度度仿真计计算分分析49HYPERLINK\l"_Toc233640894"4.3日德法法法高速有有砟轨轨道的运运用经经验50HYPERLINK\l"_Toc233640895"4.3.1日日日本新干干线有有砟轨道道500HYPERLINK\l"_Toc233640896"4.3.2德德德国高速速线有有砟轨道道500HYPERLINK\l"_Toc233640897"4.3.3法法法国客运运专线线有砟轨轨道551HYPERLINK\l"_Toc233640898"4.4高速有有有砟轨道道的基基本原理理和技技术路线线522HYPERLINK\l"_Toc233640899"4.4.1引引引论52HYPERLINK\l"_Toc233640900"4.4.2增增增加轨道道质量量52HYPERLINK\l"_Toc233640901"4.4.3降降降低轨道道刚度度55HYPERLINK\l"_Toc233640902"4.4.4优优优选轨道道阻尼尼57HYPERLINK\l"_Toc233640903"4.4.5轨轨轨道动力力参数数选择原原则557HYPERLINK\l"_Toc233640904"4.4.6现现现代有砟砟轨道道合理结结构558HYPERLINK\l"_Toc233640905"5．高速有砟轨轨轨道的维修修与与管理599HYPERLINK\l"_Toc233640906"5.1高速有砟砟砟轨道维维修管管理的基基本原原理59HYPERLINK\l"_Toc233640907"5.1.1高高高速轨道道维修修管理的的时代代特征599HYPERLINK\l"_Toc233640908"5.1.2高高高速轨道道不平平顺维修修管理理的基本本概念念60HYPERLINK\l"_Toc233640909"5.1.3高高高速轨道道不平平顺维修修管理理目标值值的确确定方法法611HYPERLINK\l"_Toc233640910"5.1.4轨轨轨道不平平顺波波形特性性633HYPERLINK\l"_Toc233640911"5.1.5轨轨轨道不平平顺检检测弦长长644HYPERLINK\l"_Toc233640912"5.1.6轨轨轨道不平平顺的的评定方方法665HYPERLINK\l"_Toc233640913"5.1.7未未未来高速速铁路路轨道形形位的的检测设设想668HYPERLINK\l"_Toc233640914"5.2高速轨轨轨道不平平顺的的维修管管理标标准70HYPERLINK\l"_Toc233640915"5.2.1概概概述70HYPERLINK\l"_Toc233640916"5.2.2轨轨轨道不平平顺分分级管理理目标标值的确确定原原则70HYPERLINK\l"_Toc233640917"5.2.3我我我国高速速铁路路轨道不不平顺顺维修管管理标标准71HYPERLINK\l"_Toc233640918"5.2.4日日日本新干干线轨轨道不平平顺管管理标准准733HYPERLINK\l"_Toc233640919"5.3轨道几几几何偏差差对高高速车辆辆运行行品质的的影响响分析766HYPERLINK\l"_Toc233640920"5.3.1分分分析条件件766HYPERLINK\l"_Toc233640921"5.3.2轨轨轨道高低低不平平顺的影影响分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640922"5.3.3轨轨轨道方向向不平平顺的影影响分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640923"5.3.4轨轨轨道水平平不平平顺的影影响分分析79HYPERLINK\l"_Toc233640924"5.3.5轨轨轨距不平平顺的的影响分分析880HYPERLINK\l"_Toc233640925"5.3.6扭扭扭曲不平平顺的的影响分分析880HYPERLINK\l"_Toc233640926"5.3.7分分分析结论论800HYPERLINK\l"_Toc233640927"5.4轨距对对对轮轨关关系的的影响分分析881HYPERLINK\l"_Toc233640928"5.4.1车车车轮踏面面等效效锥度分分析881HYPERLINK\l"_Toc233640929"5.4.2轮轮轮缘根部部磨耗耗可能性性分析析81HYPERLINK\l"_Toc233640930"5.4.3铁铁铁道车辆辆运动动稳定性性822HYPERLINK\l"_Toc233640931"5.4.4车车车辆在直直线轨轨道上蛇蛇行失失稳时轮轮轨系系统动力力学响响应特性性833HYPERLINK\l"_Toc233640932"5.4.5车车车辆在直直线轨轨道上正正常运运行时轮轮轨系系统动力力学响响应特性性844HYPERLINK\l"_Toc233640933"5.4.6基基基本结论论866HYPERLINK\l"_Toc233640934"5.5侧向风力力力对曲线线安全全行车的的影响响分析866HYPERLINK\l"_Toc233640935"5.5.1车车车辆倾覆覆系数数表达式式866HYPERLINK\l"_Toc233640936"5.5.2曲曲曲线上车车辆倾倾覆临界界风速速表达式式888HYPERLINK\l"_Toc233640937"5.5.3车车车辆倾覆覆临界界风速的的计算算88HYPERLINK\l"_Toc233640938"5.5.4我我我国风力力等级级标准（2009年）92HYPERLINK\l"_Toc233640939"5.5.5车车车辆倾覆覆与列列车速度度和曲曲线超高高的关关系921．高速铁路基基基本概念1.1高速铁铁铁路基本本特征征1.1.1三三三大支柱柱铁路高速化综合合合反映了了铁路路技术装装备、工工程标准准和管管理质量量水平平。它需需要有有：车辆的高性能化化化信号转换的迅速速速化轨道结构的现代代代化1.1.2三三三大要素素快速、舒适、安安安全是高高速铁铁路的三三大要要素。三三者缺缺一，难难言高高速。高高速是是当代铁铁路运运输的必必然选选择，是是与其其它运输输方式式（公路路、航航空）竞竞争中中取胜的的前提提。1.2铁路运运运输速度度的时时代背景景1.2.1速速速度的时时间性性与相对对性铁路运输速度的的的高低是是一个个具有时时间性性和相对对性的的概念。不不同同的历史史时期期，具有有不同同的科学学技术术水平，这这就就形成了了与该该时期相相应的的速度标标准。与与当时的的速度度水平相相比较较，就产产生了了高速或或低速速的概念念。1825年英国国国修建了了世界界第一条条铁路路，1830年由斯蒂蒂文文森父子子制造造的命名名为“火箭号”的机车，牵牵牵引17t，在利物物浦~曼彻斯特特间间以平均均速度度22kmm//h跑完全程程，速速度之高高，颇颇为轰动动。这这是因为为蒸汽汽机用于于火车车上，比比过去去马拉车车在木木轨上行行驶，既既跑的快快又拉拉的多。在1964年以以以前，铁路路客客运的最最高速速度达到110~~1120kkm//h，就颇为为令令人满意意了；；达到140~~1160kkm//h，就可称称得得上是高高速了了。1.2.2铁铁铁路运输输高速速化的历历程（1）第一代高高速速1964年1000月1日，一条条时时速210kkm的日本东东海海道新干干线投投入运营营，有有人称之之为第第一代高高速。（2）第二代高高速速上世纪90年代代代，法国国、日日本、德德国、意意大利、西西班班牙等国国铁路路已实现250~~3300kkm//h的最高运运营营速度，被被称称为第二二代高高速。（3）第三代高高速速法国铁路于199981年2月和1989年12月用TGV动车分别别创创出380kkmm/h和482..44km//h的高速纪纪录录；日本本铁路路300X系高速试试验验列车于1995年9月和1996年3月也跑出出了350kkmm/h和443kkmm/h的高速纪纪录录；中国国铁路路高速动动车组组于2008年7月在京津津城城际铁路路上跑跑出394kkmm/h的最高速速度度。因此此实现现350~~5500kkm//h的速度被被认认为是第第三代代高速。（4）第四代高高速速至于大于50000km//h的靠轮轨轨粘粘着运输输的第第四代高高速，已已被法国国铁路路TGV动车于1990年5月和2007年6月，分别别在在有砟轨轨道上上，实现现了最最高试验验速度度515..33km//h和574..88km//h。因此说，铁路高高高速运输输是一一个具有有时间间性和相相对性性的概念念，是是由科学学技术术水平决决定的的。它综综合反反映了铁铁路技技术装备备、工工程标准准和管管理质量量。需需要机车车车辆辆、线路路标准准、轨道道结构构、诊断断维护护和行车车指挥挥的现代代化。1.2.3粘粘粘着铁路路的极极限速度度（1）何谓极限限速速度借助轮轨间的粘粘粘着作用用而产产生牵引引力的的铁路，可可能能实现的的最高高速度称称为极极限速度度。那么，由钢轨、轨轨枕和道床组组成的现有传传统有砟轨道道，靠轮轨摩摩擦产生牵引引力的粘着铁铁路，可能达达到的极限速速度究竟是多多少呢？曾经经是一个很有有争议的问题题。问题的实实质是，速度度的极限是由由空气阻力和和粘着条件决决定的。（2）空气阻力力与与牵引力的的的关系列车的空气阻力力力与列车车流线线型的程程度有有关，并并与列列车速度度的平平方成正正比，速速度越高高空气气阻力越越大。法法德的试试验研研究表明明，速速度达到300kkmm/h时，90~9955%的功率要要消消耗于克克服空空气阻力力。轮轨粘着铁路，牵牵引力受轮轨轨粘着的限制制。而粘着力力则等于动轮轮荷载与轮轨轨间粘着系数数的乘积。粘粘着系数随行行车速度的提提高而降低，并并与轮轨材质质、表面状况况、维修质量量及动轮转动动特征等一系系列因素有关关。国外实测测表明，当速速度V≤160kmm/h时，电力机机车（或动车车组）的粘着着系数约为0.20~~0.25；而当V=2500~300kkm/h时，粘着系系数将降低到到0.05~~0.03，也就是说说，机车（或或动车组）能能产生的最大大牵引力，仅仅为其本身重重量的5%~3%。（3）轮轨粘着着极极限速度由图1.2.11可可见，随着着着行车速速度的的提高，空空气气阻力急急剧增增大，走走行的的总阻力力亦随随之增大大；而而当速度度提高高时，粘粘着系系数降低低，粘粘着力亦亦随之之降低，牵牵引引力必将将随粘粘着力的的降低低而降低低。据据此，走走行阻阻力曲线线与牵牵引力曲曲线的的交点，表表示示走行阻阻力与与牵引力力相等等，当两两者相相等时，速速度度就不能能再提提高了，此此时时交点相相应的的速度即即极限限速度。图1.2.1极限速度度示示意图以往的研究，一一一般认为为粘着着铁路的的极限限速度约约为350kkmm/h。但是，随随随着机车车（或或动车组组）转转向架构构造的的改善，交交流流电机驱驱动的的使用，以以及及轨道结结构的的强化和和轮轨轨材质的的提高高，粘着着系数数可以增增大；；又随着着高速速列车流流线型型程度的的提高高，空气气阻力力也可相相应减减小，如如是，极极限速度度也会会随着科科学技技术的进进步而而有所增增大。法法国铁路TGV动车最高高试试验速度度突破破时速500kkm就是一个个明明显地例例证。1.3铁路运运运输速度度提高高的目的的与目目标1.3.1速速速度提高高的目目的提高铁路运输速速速度的目目的，主主要有三三：（1）缩短旅行行时时间；（2）提高与其其它它交通工具具具的竞争争能力力；（3）增加铁路路收收入。在缩短旅行时间间间中，提提高速速度是一一个重重要手段段。毫毫无疑问问，最最高速度度是表表征铁路路运输输形象非非常重重要的标标志，但但与缩短短旅行行时间有有直接接关系的的是旅旅行速度度。提提高旅行行速度度才是提提高列列车速度度的真真正目的的，也也只有提提高旅旅行速度度才能能对旅客客有吸吸引力，经经济济效益才才会显显著。我国铁路实施的的的既有线线六次次大面积积提速速至200~~2250kkm//h，以及大大规规模修建250~~3350kkm//h高速新线线的的举措，业业已已显示出出速度度提高带带来的的良好综综合效效应。这这是一一项明智智之举举。应当指出，速度度度的提高高受到到经济（商商业业、供电电）、技技术（移移动设设备、固固定设设备）及及环保保（振动动噪声声）等方方面问问题的制制约，应应全面综综合考考虑。1.3.2提提提高旅行行速度度的目标标（1）理想目标标人类的基本要求求求是在尽尽可能能广泛的的范围围内相互互接触触。对现现代人人而言，如如何何对待旅旅行时时间呢？？瑞士士泰尔研研究所所布莱顿顿博士士阐述了了旅行行距离和和期望望速度之之间的的关系。布莱顿认为，根根根据当前前运输输水平，对对于于现代人人来说说，旅行行距离离扩大10倍，所消消耗耗的时间间增加加2倍是适当当的的。因此此，对对于任何何人，在在没有阻阻力的的情况下下，可可以用5min走完0.4kkm的路程。据据据此，便便可得得到表1.3..1和图1.3..1实线的结结果果。表1.3.1布莱顿的的理理想旅行行速度度与旅行行时间间旅行距离L（kkkm）旅行速度V（kkkm/h）旅行时间t(hhh)0.44.80.08333334240.1666666401200.33333334006000.6666666图1.3.1现有技术术水水平的旅旅行距距离与旅旅行速速度（2）现实目标标日本东京大学井井井口教授授认为为，布莱莱顿的的理想速速度过过高。在在现实实中取其其一半半（即图1.3..1中的虚线线），如如再考虑虑到等等待、换换车，旅旅行速度度（即即平均速速度）还还要降低30%（即图1.3..1中的点划划线线）。从从而，便便可得到到井口口给出的的不同同距离的的旅行行速度（表表1.3..2）。可见见，满满足了旅旅行距距离扩大10倍，旅行行时时间增加2倍的基本本条条件。表1.3.2井口的现现实实旅行速速度与与旅行时时间旅行距离L（kkkm）旅行速度V（kkkm/h）旅行时间t(hhh)100801.253001601.8755002502.010004002.51.4铁路与与与公路和和航空空竞争时时需要要达到的的速度度1.4.1可可可竞争的的旅行行时间火车与汽车和飞飞飞机相比比较，具具有不同同的属属性，它它们之之间的竞竞争关关系不能能单纯纯地取决决于速速度。至少可以这样认认认为，包包括等等待、换换车在在内的旅旅行时时间比对对方长长的话，在在竞竞争中将将处于于明显的的不利利地位。1.4.2三方方方旅行时时间的的比较图1.4.1给给给出了各种种铁铁路速度度与飞飞机、汽汽车的的旅行距距离和和旅行时时间的的关系。一般认为：1）乘坐飞机时时时，等待、换换机和办理搭搭乘手续等需需要90min，平均飞行行速度（包括括起飞和着陆陆时间）为600kmm/h。2）利用汽车时时时，汽车在在高高速公路路上的的平均速速度（包包括一般般公路路）为80kmm//h。3）对于铁路，乘乘乘火车时时等待待、换车车时间间为30miin。1.4.3铁铁铁路可竞竞争的的速度分分析从图1.4.11中中可以看出出出：1）在近距离（2200kmm以内）时时，如如果铁路路的平平均速度度达不不到120kkmm/h，则无法法和和汽车竞竞争。2008年8月月月1日正式通通车车运营的的京津津城际铁铁路（无无砟轨道道）和和合武铁铁路（有有砟轨道道），最最高商业业运营营速度分分别达达到350kkmm/h和250kkmm/h，平均旅旅行行速度分分别达达到250kkm和200kkmm/h。特别是是京京津城际际高速速铁路创创造了了世界之之最，大大大缩短短了京京津间时时空距距离，形形成了了“同城效应”。使两地地区区的客流流大量量流向了了铁路路，引起起公交交业界的的严重重关切。2）在中距离（5500~66600kkm）和长距距离离（10000~~15000kkm）时，如如果果铁路的的平均均速度达达不到到250kkmm/h和350kkmm/h及以上，将将将会输给给飞机机。正在修建中的京京京沪高速速铁路路，线路路全长长13000kkm，旅行时时间间拟4h到达，这这样样，旅行行速度度和最高高速度度将分别别达到到330kkmm/h和380kkmm/h。如是，将将将必然取取代乘乘坐飞机机出行行。图1.4.1三方旅行行时时间的比比较PAGE1221.5高速铁铁铁路运输输模式式与速度度目标标值1.5.1运运运输模式式铁路高速运输是是是一个庞庞大的的系统工工程。自自从1983年在前西西德德慕尼黑黑举行行国际高高速地地面运输输专题题讨论会会以来来，各个个国家家都在根根据各各自的具具体条条件，确确定本本国发展展高速速运输的的计划划，企图图以最最优的方方式满满足缩短短旅行行时间的的需求求。因此此，出出现了多多种多多样的铁铁路高高速运输输模式式。归纳纳起来来，大致致有下下列几种种模式式。即（1）全高速客客运运专线以客运为主的行行行驶快速速旅客客列车的的高速速线路。如如日日本的新新干线线，法国国和比比利时的的高速速线，德德国的的科隆~法兰克福福和和汉诺威~柏林高速速线线，以及及我国国已建成成或正正在修建建中的的京津、京京沪沪、京广广、哈哈大、郑郑西、广广珠、广广深港港等高速速线和和城际轨轨道交交通均属属于客客运专线线。（2）高中速共共线线客运专线线线以高速（30000~3550kkm/h）和传统统中中速（200~~2250kkm//h）客运共共线线运行的的线路路。这一一模式式包括西西班牙牙、比利利时和和荷兰，以以及及我国的的某些些高中速速共线线运行的的线路路。（3）客货混运运线线路以客运高速（22200~~2550kmm/hh）、货运运低低速（120~~1160kkm//h）客货混混运运为主的的线路路。如意意大利利和德国国是这这种情况况，西西班牙、法法国国和英国国将来来建成的的某些些线路也也是如如此。我国铁路则与此此此有所不不同。已已建成和和正在在修建中中的合合宁、合合武、石石太、甬甬台温温、温福和和福福厦等新新线（有有砟轨道道为主主），均均属于于初期兼兼顾货货运的客客运专专线。这里应当指出，运运输模式的确确定非常重要要。因为它对对于线路、轨轨道、最大允允许轴重、运运营及维修的的条件和设备备具有直接和和根本的后果果。客货混跑运输不不不仅会造造成运运能问题题，列列车调度度困难难，而且且也难难以找到到一个个超高值值能同同时满足足高、低低速两方方面的的要求，欠欠过过超高受受限。同同时，线线路轨轨道的破破坏主主要是由由大轴轴重车辆辆造成成的。研研究表表明，钢钢轨的的伤损率率和轨轨道几何何形位位的变化化率分分别与轴轴重的的3次方和2次方成比比例例。这一一结论论一再被被国内内外铁路路的运运营实践践所证证实。因此说，修建高高高速客运运专线线显然是是明智智之举。这这里里还有一一个非非常重要要的，又又常被人人们忘忘记的原原因是是：高速速客运运专线可可以节节约大量量能源源。从动动能效效应方面面来看看，“速度可以以吃吃掉重力”。因为动动能能与速度度的平平方成正正比，当当速度下下降时时，储存存的能能量可以以发挥挥作用。此此外外，高速速还可可减少旅旅行时时间、服服务旅旅客的开开支，以以及相应应减少少车辆数数量及及其维护护费用用。1.5.2速速速度目标标值（1）问题的重重要要性高速铁路速度目目目标值的的确定定是有关关将来来铁路发发展的的极其重重要的的技术指指标。因因为铁路路线路路的线形形（即即平纵断断面）技技术标准准必须须与其速速度目目标值相相适应应。作为为固定定设备的的铁路路轨道的的使用用期限特特别久久远，一一旦修修建完成成，如如若再行行改建建，就要要花费费大量的的资金金，对于于无砟砟轨道来来说尤尤其如此此。因因此，速速度目目标值在在规划划阶段就就应慎慎重加以以研究究。（2）最佳速度度所谓最佳速度是是是指铁路路运营营的既经经济合合理又能能盈利利的客运运最高高速度。增增大大最高速速度，一一方面可可以缩缩短旅行行时间间，吸引引更多多客流，增增加加运营收收入；；另一方方面，由由于建筑筑标准准要提高高，技技术装备备要先先进，又又会使使铁路投投资增增大，同同时，在在运营中中对轨轨道和机机辆的的维护质质量要要提高，并并且且大量的的能量量消耗于于空气气阻力，它它又又必然使使运营营费增加加，运运输成本本提高高。显然然，这这里存在在一个个最佳速速度即即经济速速度的的问题。最最佳佳速度对对各个个国家拟拟定其其高速铁铁路的的最高时时速有有指导作作用，一一般最高高速度度都要略略高于于经济速速度。（3）速度目标标值值——就客运专线线而而言最佳速度目标值值值，各国国根据据本国的的具体体情况，研研究究结果大大体接接近。1）日本22270~33000kmm/hh2）法国22280~33000kmm/hh3）德国22270~33000kmm/hh4）UIC300kkkm/hh5）中国22250~33550kmm/hh——就客货共线线而而言1）动车组2000~~2500kmm/h2）普通机车车车车辆16600~2000kkm/hh——就轮轨系统统铁铁路运输而而而言1）新建高速线线线25500~3550kkm/hh2）既有线改造造造20000~2550kkm/hh这里应当指出，最最有实际意义义的是旅行速速度，而不是是最高速度。修修建高速新线线或改造既有有线开行高速速列车，最终终必须以技术术经济指标为为依据。这是是日、德、法法等国已有高高速铁路运输输的共同经验验，也是我国国高速铁路所所追求的。1.6高速轨轨轨道四大大基本本性能高速铁路究竟应应应采用哪哪种轨轨道结构构，是是有砟轨轨道还还是无砟砟轨道道？为适适应高高速铁路路运输输的快速速、舒舒适、安安全三三大要素素，无无论是选选用哪哪种轨道道类型型，都应应具备备高平顺顺性、高高稳定性性、高高可靠性性和高高耐久性性四大大基本性性能。1.6.1所所所谓高平平顺性性就轮轨系统运输输输而言，高高速速轨道上上存在在着几何何不平平顺和动动力不不平顺，以以及及短波不不平顺顺和长波波不平平顺两大大类不不平顺问问题。这这种不平平顺反反过来对对其行行车平稳稳性、舒舒适性和和安全全性的影影响均均随行车车速度度的提高高而显显著增大大。加强对各种轨道道道不平顺顺的管管理，在在高速速轨道特特别是是有砟轨轨道中中尤为重重要。为为此，高高速轨轨道必须须实现现无缝化化、平平顺化、高高精精度化和和维护护管理的的现代代化。1.6.2所所所谓高稳稳定性性主要是指轨道结结结构的重重型化化，轨道道部件件的高精精度化化，轨道道刚度度的合理理化与与均匀化化。1.6.3所所所谓高可可靠性性主要是指轨道强强强度足够够，轨轨道弹性性合理理，轨道道部件件的长效效性和和完好性性，轨轨下基础础的稳稳固性和和长久久性。1.6.4所所所谓高耐耐久性性主要是指轨道结结结构维护护少、寿寿命长、成成本本低。若真正能实现高高高速轨道道应具具备的四四大基基本性能能，不不下一番番苦功功夫是不不行的的。设计计、制制造、安安装、铺铺设、维维护、管管理等各各方，必必须各施施其责责，一丝丝不苟苟，同心心协力力做到精精心设设计、精精心施施工、精精心维维护。这这里，“认真”二字必须须时时刻牢记记在心心。1.7高速轨轨轨道结构构选型型1.7.1有有有砟与无无砟之之争有关高速铁路究究究竟是采采用传传统有砟砟轨道道还是新新型无无砟轨道道，长长期以来来，国国内外铁铁路业业者一直直存在在着看法法不一一，观点点不同同，几乎乎形成成了某些些成见见，甚至至政治治介入。那么，争论的焦焦焦点是什什么，概概况起来来说，主主要是在在有关关高速轨轨道的的稳定性性和经经济性两两大问问题上。1.7.2关关关于高速速轨道道的稳定定性在评价轨道结构构构的质量量时，最最重要的的一点点是在新新线建建设中所所建造造的高精精度轨轨道几何何质量量，在高高速运运营荷载载反复复作用下下能否否长久保保持。有砟轨道弹性好好好，成本本低，便便于维修修、调调整和更更新，通通过强化化和改改进能够够适应应速度提提高到到300kkmm/h及以上的的运运营要求求。但但有砟轨轨道在在新建时时达到到的高质质量几几何状态态，往往往随着着高速速列车荷荷载（特特别是客客货共共线货运运大轴轴重）的的反复复作用下下，其其高低和和轨向向等几何何形位位会迅速速恶化化，难以以持久久地保持持其经经常处于于良好好状态。为为此此，不得得不靠靠定期进进行轨轨道维修修才能能得以恢恢复。如如此反复复，轨轨道几何何形位位的持久久性则则一次次次下降降，影响响轨道道质量和和行车车品质。而无砟轨道在这这这方面却却具有有决定性性的优优势。它它能持持久地保保持轨轨道几何何形位位，稳定定性高高，维修修很少少。但它它的建建设成本本高，振振动噪声声大，弹弹性差，一一经经建成改改建很很难，一一旦线线下基础础发生生变形整整治也也很难。1.7.3关关关于高速速轨道道的经济济性所谓轨道的经济济济性问题题，原原则上应应根据据有砟与与无砟砟两种轨轨道结结构的工工程投投资和维维修费费用，在在使用用寿命期期限内内，通过过经济济计算综综合比比较后才才能得得出结论论。但但遗憾的的是，目目前在世世界范范围内尚尚无此此结论，缺缺少少有根有有据的的分析。现有的经验表明明明，从工工程投投资上来来看，日日本板式式轨道道的建设设成本本为有砟砟轨道道的1.3~~11.5倍；德国国无无砟轨道道为1.5~~11.75倍；西班班牙牙估算为2倍。而从从维维修成本本上来来看，大大都认认为是有有砟轨轨道的1/2~~11/3。但如果果据据此就下下结论论说无砟砟轨道道的寿命命成本本大大低低于有有砟轨道道，还还为时尚尚早，毕毕竟假定60年使用寿寿命命尚未被被高速速运营实实践所所证实。此外，有砟与无无无砟轨道道的经经济性问问题，不不仅仅局局限于于对轨道道寿命命周期成成本的的评估，还还应应对诸如如轨道道设备、减减振振降噪对对策、线线路运输输效率率、维修修对正正常运营营的干干扰、可可能的的施工缺缺陷，以以及水灾灾、冻冻害、震震灾、脱脱轨等灾灾害对对寿命周周期成成本的影影响，这这些不确确定因因素，难难以定定量化。1.7.4日日日德法高高速轨轨道铺设设业绩绩世界高速铁路发发发展至今今已近近50年的历程程，轨轨道总延延长约约70000kkm（不含中中国国）。高高速轨轨道主要要有有有砟（占75%）和无砟砟（占占25%）两种结结构构类型，实实践践表明，两两种种类型轨轨道都都能适应应高速速运输的的要求求。由于于各国国的国情情、社社会、人人文、地地理、气气候、地地质、地地形等等条件各各不相相同，各各有各各的选择择，无无可厚非非。下面简要介绍日日日本、德德国和和法国铁铁路高高速轨道道的铺铺设业绩绩。（1）日本新干干线线轨道日本早期（199964~~19972年）建成成并并运营的的东海海道和山山阳以以东新干干线，属属于有砟砟轨道道客运专专线，线线路延长680kkm，运营速速度220kkmm/h，轴重160kkN。运营不不到10年，由于于轨轨道破坏坏太快快，如不不进行行大修，就就难难以保持持符合合高速运运输性性能要求求的轨轨道质量量状态态。在未未维修修之前，曾曾不不得不降降低行行车速度度。基于这些惨痛的的的教训，为为实实现高速速轨道道的少维维修化化和适应应新干干线的进进一步步高速化化，又又鉴于新新干线线桥隧工工程所所占比例例很高高（85%以上），故故故从19755~~20004年修建的的山山阳以西西、上上越、东东北、北北陆和九九洲等等新干线线，线线路延长15111kkm，其中有有砟砟轨道占15%，板式无无砟砟轨道占85%，其铺设设业业绩见表1.7..1。日本新干线早期期期铺设的的有砟砟轨道（特特别别是在高高架桥桥上）道道床残残变积累累速率率太快，主主要要是由于于轨道道结构薄薄弱和和轨道刚刚度偏偏大所致致。板板式无砟砟轨道道铺设至至今已已有近40年的运营营经经验，应应当说说总体评评价是是成功的的。然然而也有有引人人注意和和思考考的问题题。如如板下CAM填充垫层层基基本不起起弹性性作用，目目前前尚未找找到替替代材料料；减减振降噪噪成效效并不显显著，也也还存在在成本本和寿命命等问问题；迄迄今板板式道岔岔尚无无成功范范例。表1.7.1日本新干干线线轨道铺铺设业业绩线路名称区间开通日期线路全长（km）桥隧比例(%%%)有砟轨道无砟轨道延长（km）比例（%）延长（km）比例（%）东海道东京～新大阪1964.10005164651610000山阳以东新大阪～冈山1972.3164931569585山阳以西冈山～博多1975.3398851253127369上越大宫～新泻1982.11112709915625594东北东京～盛冈盛冈～八户1991.6501954810453902002.122293229198北陆高崎～长野1997.100012488191510585九洲新八代～鹿儿岛岛岛2004.31288912911691合计1964~197268067299811975~2004151422115129385（2）德国ICCEE高速轨道道德国早期（199970~~19991年）修建建的的汉诺威~维尔茨堡堡和和曼海姆~斯图加特特两两条高速速新线线，属于于有砟砟轨道客客货共共线铁路路，线线路延长432kkm，运营速速度250kkmm/h，轴重190kkN。运营实实践践表明，通通过过总重接接近200MMt时，桥上上道道砟损坏坏严重重，不得得不更更换道床床碎石石，并且且，还还必需定定期进进行钢轨轨打磨磨，这主主要是是由于客客货混混运和道道床稳稳定性差差所致致。德国铁路真正成成成区段铺铺设无无砟轨道道是在在1998年以后，是是是以修建建高速速客运专专线为为契机，目目的的是为实实现轨轨道少维维修和和验证无无砟轨轨道的经经济性性。在1998~222006年期间修修建建的汉诺诺威~柏林（时时速250kkm）、科隆~法兰克福福（时时速300kkm）和纽伦伦堡~英戈尔施施塔塔特（时时速350kkm）三条高高速速线均属属于客客运专线线，线线路延长530kkm，轴重170kkN，有砟轨轨道道分别占66%、12%和16%，而无砟砟轨轨道分别别占34%、88%和84%，其铺设设业业绩见表1.7..2。表1.7.2德国高速速线线轨道铺铺设业业绩线路名称开通日期线路全长（km）工程比例（％）有砟轨道无砟轨道路基桥梁隧道延长（km）比例（％）延长（km）比例（％）汉诺威～维尔茨茨茨堡1986.63273209872曼海姆～斯图加加加特19911051039822柏林～汉诺威199826456935174669034科隆～法兰克福福福200217747647221215588纽伦堡～英戈尔施塔特20068914167584合计1986~19999143242398921998~20000653021040320602002~200006266361423086德国高速客运专专专线铺设设无砟砟轨道至至今不不过10年光景。它它它是基于于对公公路工程程的认认识，把把有砟砟轨道的的灵活活性和无无砟轨轨道的少少维修修性结合合起来来作为基基本理理念。运运营实实践表明明，无无砟轨道道变形形小，稳稳定性性高，维维修工工作少。但但混混凝土道道床和和水硬性性混凝凝土支承承层出出现裂缝缝是其其不可避避免的的一种客客观现现象，主主要是是由于结结构连连续、温温度力力作用所所致。至至于其经经济性性，除隧隧道以以外，尚尚未被被确认。（3）法国TGGVV高速线轨轨道道与日本、德国两两两国铁路路不同同，法铁铁认为为有砟轨轨道也也能适应200kkmm/h及以上的的高高速运行行。众众所周知知，法法国铁路路已在在有砟轨轨道上上用TGV高速动车车组组跑出574..88km//h的世界最最高高试验速速度。而而无砟轨轨道不不仅建设设费用用高，噪噪声也也大，故TGV高速客运运专专线以有有砟轨轨道为主主，仅仅在长大大隧道道内铺设STEDDEEF型双块式式无无砟轨道道。法国东南线（巴巴巴黎~里昂）、大大大西洋线线（巴巴黎~勒芒/图尔）有有砟砟轨道客客运专专线，运运营速速度300kkmm/h，轴重170kkN，通过总总重40Mtt(约2年)时，就不不得得不进行行一次次全面大大修；；钢轨使使用寿寿命相当当于正正常使用用的40%，还要定定期期对钢轨轨进行行打磨，否否则则就要增增加维维修工作作量；；通过总总重达达到250~~3300MMt时，就要要对对道砟进进行更更换，道道砟使使用期限限仅为为客货共共线的的25%。可见，问问问题仍然然出现现在列车车高速速化和道道床稳稳定性上上。1.7.5两两两种轨道道的综综合评价价通过以上对高速速速铁路有有砟或或无砟两两种轨轨道结构构使用用经验的的初分分析，可可见各各有其特特点，其其性能综综合评评价见表1.7..3。表1.7.3两种轨道道性性能的综综合评评价性能有砟轨道无砟轨道几何形位难以维持持久保持平纵断面参数选线自由度小选线自由度大改建较易很难运输能力较低较高承载能力较低较高轨道弹性较优较差基础变形调整容易整治困难环境条件减振降噪处理易易易减振降噪处理难难难建筑限界高度较高较低工程投资较低较高维护费用较大很少使用寿命30年60年至于高速轨道结结结构的选选型，应应根据线线路速速度等级级和线线下工程程条件件，经技技术经经济比较较后选选择。除除法国国铁路外外，一一般认为为：——V≤2000km//h以有砟轨轨道道为主——V≥2500km//h优选无砟砟轨轨道——V≥3000km//h以无砟轨轨道道为主并且，不同类型型型轨道结结构应应集中成成段铺铺设，有有砟轨轨道与无无砟轨轨道之间间应设设置过渡渡段。2．我国和谐号号号CRH型动车组组概概述以下简要介绍我我我国铁路CRH型动车组组的的基本组组成及及技术性性能。了了解这些些与轨轨道直接接有关关的内容容，对对深入认认识和和把握车车辆与与轨道的的相互互作用关关系是是必不可可少的的。2.1何谓动动动车组由若干带动力的的的车辆（动动车车或称M车）和不不带带动力的的车辆辆（拖车车或称称T车）组成成的的，两端端均可可操纵控控制的的，动力力分散散式固定定编组组或两列列联挂挂运行的的一组组列车。2.2动车组组组编组及及运用用条件根据铁道部关于于于《时速200和300公里动车车组组主要技技术条条件》（2006年6月16日）的通通知知，动车车组编编组及适适应的的气温条条件如如下：（1）动车组编编组组CRH1速度200等级5MM4TCRH2速度200等级4MM4T速度300等级级6MMM2TCRH3速度300等级4MM4TCRH5速度250等级5MM3T（2）环境气温温适适应条件CRH1－40℃～＋40℃CRH2－25℃～＋40℃CRH3－25℃～＋40℃CRH5－25℃～＋40℃2.3动车组组组基本组组成一般动车组由车车车体、转转向架架、牵引引传动动及控制制系统统、制动动装置置、车端端连接接装置、受受流流装置、车车辆辆内部设设备及及驾驶室室设备备和列车车控制制网络信信息系系统等八八个部部分组成成（见见图2.3..1）。——车体。它由由底底架、端墙墙墙、侧墙墙和车车顶等组组成，采采用整体体承载载的钢结结构或或轻金属属结构构。它是是容纳纳乘客和和司机机驾驶的的地方方，又是是安装装与连接接其他他设备及及部件件的基础础和骨骨架。图2.3.1动车组基基本本组成——转向架。转转向向架位于车车车辆的最最下部部，一般般由构构架、弹弹簧悬悬挂装置置、轮轮对轴箱箱装置置和基础础制动动装置等等组成成。而在在动力力转向架架上还还装有驱驱动装装置（包包括牵牵引电动动机和和传动齿齿轮）。其其其功能是是：承承载、转转向、平平稳（减减振）和和制动。位于车体与轨道道道之间的的转向向架，它它牵引引（动力力转向向架）和和引导导车辆沿沿轨道道上行驶驶，并并承受和和传递递来自车车体及及轨道的的各种种载荷，同同时时缓和其其他动动力作用用，是是保证动动车组组车辆运运行品品质的关关键部部件。——牵引传动及及控控制系统。其其主要功能是是实现电能有有效传递和转转换及控制列列车正常运行行。——制动装置。它它它是保证列列车车安全运运行所所必不可可少的的装置。通通常常是以再再生制制动方式式产生生一定的的制动动力，使使列车车在规定定的距距离或时时间内内减速或或停车车。铁道部《通知》中中规定，动车车组在平直轨轨道上紧急制制动时的制动动距离应满足足下列指标：：●制动初速为为3300kmmm/h时≤37000mm●制动初速为为2200kmmm/h时≤20000mm●制动初速为为1160kmmm/h时≤14000mm——车端连接装装置置（即车钩钩钩或绞接接装置置）。它它的功功能是连连接车车辆成列列及缓缓和纵向向冲击击作用。铁道部《通知》中中关于车钩的的高度见表2.3.1。表2.3.1车钩高度度（mm）位置CRH1CRH2CRH3CRH5中部94010001000950端部8808801050（过渡渡渡钩）——受流装置。它它它是从接触触导导线（接接触网网）将电电流引引入动车车的装装置。我我国客客运专线线全部部采用单单相交交流AC255kkV，50Hz。最高电电压压速度200等级和300等级分别别为31kV和29kV。接触导导线线高度为5300～65000mmm，变化率率＜3‰，接触网网跨跨距一般般为60m，最大≤65m。线路轨道设地面面面点式信信号设设施为动动车组组提供过过分相相位置信信号，速速度200等级和300等级分别别采采用地面面传感感器和点点时应应答器。——车辆内部设设备备和驾驶室室室设备。它它的的主要功功能是是保证乘乘客乘乘坐安全全舒适适和车辆辆运行行平稳。——列车控制网网络络信息系统统统。它的的主要要功能是是对整整个列车车的牵牵引、制制动和和车内所所有设设备进行行控制制、监测测和诊诊断。2.4弹簧装装装置动车组车辆在构构构架与轴轴箱之之间设有有一系系钢弹簧簧悬挂挂装置，在在构构架与车车体之之间设有有二系系空气弹弹簧悬悬挂装置置。采采用两系系弹簧簧悬挂主主要是是为改善善动车车组车辆辆运行行的平稳稳性和和减轻对对轨道道的动作作用力力。弹簧装置的主要要要功能是是：1）将车体和构构构架的载荷荷分分配给各各个车车轴，使使所分分配的轴轴载荷荷，在车车轮行行经轨道道不平平顺处所所时，不不致发生生过大大的轮载载波动动，这里里，簧簧下质量量的大大小起着着至关关重要的的作用用。2）缓和冲击，使使使运行平平稳。3）改善车辆横横横向运动性性能能和曲线线通过过性能。2.5轮对轮对是动车组车车车辆走行行部分分的基本本部件件，它由由一根根车轴和和两个个整体车车轮（无无轮心和和轮箍箍之分）组组成成（图2.5..1）。并区区分分有安装装齿轮轮箱装置置的动动力轮对对（M轮对）和和安安装两套套制动动轴盘的的拖车车轮对（T轮对）。图2.5.1轮对组成成轮对的主要功能能能是承受受全部部载荷和和冲击击、与钢钢轨粘粘着产生生牵引引力或制制动力力、引导导车辆辆前进。车轮与钢轨接触触触的面称称车轮轮踏面。车车轮轮踏面又又有锥锥形（TB）（见图2.5..2）和磨耗耗形形（LM）（见图2.5..3）之分。为为为防止车车轮脱脱轨，在在踏面面内侧设设有轮轮缘。锥形踏面轮缘高高高度25mm，厚度32mm，最小23mm，轮缘角25°，而磨耗耗形形踏面轮轮缘高高度27.77mmm，厚度32mm，最小23mm。图2.5.2标准锥形形（TB）踏面外外形形图2.5.3磨耗形（LM）踏面外外形形此外，我国铁路路路《技规规》还还规定：：●轮对内侧距距离离：13533±±3mmm●轮缘垂直磨磨耗耗高度≯18mmm●车轮踏面擦擦伤伤深度≯0.7mmmm●车轮踏面缺缺陷陷或剥离长长长度≯40mm，深度≯1mm●车轮踏面磨磨耗耗深度：锥锥锥形（TB）≯7mm，磨耗形形（LM）≯10mmm2.6动车组组组车辆主主要技技术参数数这里，从车辆与与与轨道相相互作作用的角角度出出发，表2.6..1给出了与与轨轨道相关关的动动车组车车辆性性能的主主要技技术参数数。表2.6.1动车组车车辆辆主要技技术参参数项目CRH1CRH2-20000CRH2-30000CRH3CRH5构造速度（kmmm/h）200250300300200轴重（t）1614141717每轴簧下质量（t）2.052.102.102.001.95车体重心高度（mm）1540152015201582车辆定距（mmmm）1900017500175001737519000固定轴距（mmmm）27002500250025001435轮对内侧距（mmmm）1353±31353±1轮径/磨耗极限限（mmm）915860/79000860/79000920890/81000车体长度（m）26.624.524.525.525.0车体高度（m）2.782.702.703.893.00地板面高度（mmm）1.251.301.301.261.27车体风压中心高高高度(m)2.542.352.352.77转向架重心高度度度（m）0.5200.5100.5100.484最小通过曲线半半半径（m）编组145180180250145单车1001301301501003．高速轨道轮轮轮轨低动力力作作用技术术本章主要是以车车车辆与轨轨道相相互作用用问题题为主线线，抓抓住车辆辆和轨轨道两方方面各各自一些些常见见的，诸诸如部部件伤损损、失失效等状状态不不良的影影响，拟拟从基本本原理理上着重重说明明发展低低动力力作用高高速轨轨道技术术的必必要性和和有效效对策。3.1车辆与与与轨道相相互作作用问题题车辆与轨道相互互互作用到到底有有一些什什么问问题？——车辆与轨道道的的相互作用用用问题，是是铁铁路既老老又新新的最重重要问问题，是是发展展高速铁铁路技技术的基基础和和根本。特特别别是随着着列车车的高速速化，使使得问题题更加加复杂，迫迫切切需要解解决的的课题也也多。尽尽管问题题复杂杂，涉及及范围围广，但但回到到相互作作用问问题的原原点，仍仍然是起起因于于车辆与与轨道道，即车车轮与与钢轨接接触点点的作用用力。——车辆与轨道道的的几何学、运运动学和动力力学关系究竟竟给接触点作作用力以怎样样的影响，而而接触点作用用力又分别给给车辆和轨道道造成什么危危害，这是为为实现铁路高高速运输不能能回避而必须须解答的。轮轨相互动力作作作用往往往是有有害的。它它是是引起车车辆与与轨道系系统振振动、冲冲击、疲疲劳、伤伤损的的直接根根源，也也是导致致轮轨轨系统状状态破破坏和功功能丧丧失的主主要原原因。——就轨道条件件而而言，存在在在曲线、缓缓和和曲线及及其超超高，纵纵坡及及竖曲线线，轨轨距、水水平、高高低、方方向和和平面性性等轨轨道偏差差，道道岔及其其几何何形位偏偏差，钢钢轨焊缝缝和钢钢轨磨耗耗等局局部不均均匀性性，轨道道的垂垂向和横横向弹弹性及其其不均均衡性，等等等等。就车辆条件而言言言，存在在车轴轴平行度度偏差差、轮径径差、轮轮轴偏心心、踏踏面扁疤疤和磨磨耗等几几何学学的非对对称性性，轮载载分配配的不均均、轮轮轴质量量的不不平衡等等质量量分布的的不均均匀性，弹弹簧簧刚度、衰衰减减系数等等弹簧簧装置的的不均均一性，等等等等。——由于上述条条件件的组合，发发生导向力（左左右）和惯性性力（上下、左左右），除动动车车辆重力力（静轮载）和和粘着力外，还还发生轮载波波动附加力和和横向力。正正是由于这些些力的作用，诱诱发车辆振动动和轨道振动动。也正是由由于这些力和和振动的作用用而发生各种种相互作用问问题。归纳起起来，大致有有运行安全性性、舒适性、维维护、粘着和和噪声等五大大问题。——发生车辆与与轨轨道相互动动动力作用用问题题的主要要原因因是车辆辆与轨轨道双方方许多多复杂因因素相相互作用用的结结果。概概括起起来说，起起因因于车辆辆方面面的主要要是自自激蛇行行运动动和车轮轮不圆圆顺（扁扁疤），起起起因于轨轨道方方面的主主要是是几何的的和动动力的不不平顺顺。可以以说，轨轨道起支支配作作用，而而车辆辆是被动动的。——解决相互动动力力作用问题题题的途径径，自自然是应应从轨轨道和车车辆两两方面寻寻找减减轻对策策。因因为轨道道不平平顺引起起车辆辆振动，车车辆辆振动又又助长长轨道不不平顺顺，从而而陷于于恶性循循环。相相反，良良好的的轨道状状态，不不仅受车车辆作作用力小小，也也给车辆辆设计计带来方方便，形形成良性性循环环。——高速铁路技技术术的实现，寄寄希望于车辆辆与轨道的相相互适应、相相互匹配和相相互协调。为为要实现车辆辆与轨道的相相互适应、匹匹配和协调，应应着眼于车辆辆和轨道两方方面的基本参参数和运用状状态，尽可能能地降低轮轨轨相互动力作作用水平，发发展低动力作作用的高速轨轨道技术。3.2高速轨轨轨道上的的轮载载波动3.2.1轮轮轮载波动动的地地点高速铁路上一个个个比较突突出的的问题是是，列列车在高高速域域容易发发生过过大的轮轮载动动力波动动。根据调查，出现现现过大轮轮载的的地点多多发生生在钢轨轨焊缝缝低凹、轨轨面面上有擦擦伤、扣扣件扣着着不良良、轨枕枕道床床间有空空吊、道道床板结结特别别是高架架桥上上道床从从粉化化到板结结等处处所。此此外，扁扁疤车轮轮也会会引起轮轮载波波动。在一个过大轮载载载附近必必将会会引起另另一侧侧轮载减减载，危危及行车车安全全，影响响旅客客舒适，促促使使轨道伤伤损。因因此，控控制轮轮载波动动对高高速列车车的平平稳运行行是非非常重要要的，必必须把它它限制制在一定定范围围内。3.2.2轮轮轮载波动动的理理论分析析轮载波动的离散散散程度对对轨道道状态破破坏的的累进增增长是是明显的的。日日本和法法国铁铁路的研研究表表明，轮轮载波波动的标标准偏偏差可用用如下下函数式式来描描述。δ（ΔP）=ff（A0.5，m000.5，（EI）0.12255，K0.37755，V）（3.2..1）据此，轮载波动动动的大小小，不不仅与轨轨道不不平顺功功率谱谱系数A、每轴簧簧下下质量m0有关，还还与与钢轨支支承刚刚度K呈指数规规律律递增，并并随随行车速速度VV的提高而而增增大。图3.2.1给给给出的是日日本本新干线线对过过大轮载载与行行车速度度关系系的实测测结果果。由该该图可可见，随随着行行车速度度的提提高，轮轮载有有增大的的趋势势。当动动轮载载超过静静轮载载1倍时，将将有有更急剧剧的增增长。此此外，车车辆簧下下质量量对轮载载波动动大小的的影响响也是显显然的的。图3.2.1日本新干干线线过大轮轮载实实测结果果3.2.3轮轮轮载波动动对轨轨道状态态变化化的评估估（1）影响系数数根据美国公路协协协会（AASHHO）的试验验研研究，轮轮载波波动对轨轨道状状态的影影响，可可用影响响系数数λ来评估。据此，轮载波动动动影响系系数λ的表达式式为为：（3...2.2）式中Pi为为轮轮载，Vi为变异系系数数。（2）算例1）当变异系数数数V=0时，λ=Pi4，则轴载载影影响的计计算结结果见表3.2..1。表3.2.1轴载影响响计计算结果果2P（t）101214161820λ=Pi4625129624014096656110000λ/6251.002.073.846.5510.5016.002）当n=1，λ/PPi4=（1+6Vi2+3Vi4）时，则则不不同Vi下轮载波波动动影响的的计算算结果见见表3.2..2。表3.2.2轮轮轮载波动影影响响计算结结果V00.050.10.150.20.250.30.350.4λ/P41.001.021.061.141.241.391.561.782.04（3）试验研究究1）轮载动力变变变化随行车车速速度的增增加而而增大。2）当行车速度度度为200kkmm/h时，其标标准准偏差一一般是是低速时时的2倍，表明明轮轮载波动动的离离散程度度较大大。3）一般低速时时时的变异系系数数为0.1～0.2，时速200kkm时为0.2～0.4。（4）结果分析析1）由表3.222.1可知，轮轮载载波动对对轨道道状态的的影响响，当标标准偏偏差为常常值时时，14t轴重每通通过1次，相当当于18t轴重仅通通过3.844//10..500=0..377次，可见见轮轮载波动动影响响十分明明显。2）由表3.222.2可知，当当轮轮载波动动变异异系数从0.1增为0.2或从0.2增为0.4时，对轨轨道道状态变变化的的影响程程度，将将增加1.244//1.006==1.117倍或2.044//1.224==1.665倍。这说说明明，轮载载动力力波动的的离散散程度，对对轨轨道状态态变化化的累进进增长长是明显显的。3.2.4轮轮轮载波动动的原原因究其原因，引起起起轮载波波动的的主要原原因是是，轨道道短波波不平顺顺、轨轨道空吊吊、轨轨道刚度度偏大大，同时时，轮轮载对轨轨道不不平顺和和轨道道状态不不良的的敏感性性，也也将随车车辆簧簧下质量量的增增加而增增大。当当轨道具具有一一定的弹弹性时时，轮重重和簧簧下质量量对轮轮载动力力波动动值并不不敏感感，对全全面抑抑制轮载载波动动是有效效的。3.2.5轮轮轮载波动动的抑抑制对策策如要提高行车速速速度，又又要把把轮载波波动保保持在一一定可可控水平平上，除除靠降低低车辆辆的轮载载和簧簧