轨道交通概论

十四五普通高等教育轨道交通专业系列教材

“”

轨道交通概论

宋建业主编

◎

郝菊香副主编

◎

孙志强主审

◎

中国铁道出版社有限公司

年北京

2022·

内容简介

本书以普速铁路为主线简要介绍了轨道交通的特点发展历史线路牵引供电系统信

,、,、、

号通信车辆车站等基本设备及其运用方法运输组织和调度工作以及轨道交通的安全环境

、、,、

保护轨道交通的发展趋势介绍了高速铁路和地铁设备及运输组织方法的特点使读者对于

,,,

轨道交通系统包括普速铁路高速铁路和城市轨道交通系统有一个概括全面的了解为进

,、,、,

行轨道交通相关专业的学习提供基础

。

本书可作为普通高等院校轨道交通相关专业的专业基础课教材和铁路新入职职工培训

教材

。

图书在版编目CIP数据

()

轨道交通概论宋建业主编北京中国铁道出版社

/—:

有限公司.

,

十四五2普02通2.高9等教育轨道交通专业系列教材

“”

ISBN978-7-113-29583-7

轨宋城市铁路轨道交通

……

高等Ⅰ.学①校教材Ⅱ.①Ⅲ.①--

-Ⅳ.①U239.5

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2022)154369

书名:轨道交通概论

作者:宋建业

策划:侯驰编辑部电话:

(010)83527746

责任编辑:张松涛

封面设计:刘颖

封面摄影:王明柱

责任校对:苗丹

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

/51eds/

印刷:三河市国英印务有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202291202291

开本:印张:字数:千

787mm×1092mm1/1615.5365

书号:

ISBN978-7-113-29583-7

定价:元

59.00

版权所有侵权必究

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,,。:(010)63550836

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:(010)63549461

年世界上第一条铁路问世以来,轨道交通经历了多年风风雨雨的发展

1825190

历程,有过辉煌,也有过短暂的消沉。世纪年代以后,高速铁路的兴起和科技

2060

进步使铁路逐步恢复了生机,城市化进程的加快带来的地面交通拥堵,促成了城市

轨道交通的兴旺,轨道交通事业迎来了蓬勃发展的新纪元。轨道交通系统技术复

杂,专业分工精细,需要高度集中统一的调度指挥,车、机、工、电、辆、供电和信息管

理等多部门多工种协同配合,才能顺利、高效地实现运输生产过程。因而从事轨道

交通行业的工作,除了应当精通本专业的技能,还应对轨道交通系统的整体有一个

概括、全面的了解,明确自己的专业在这个大系统中所处的地位及作用,才能做好本

职工作。

本书具有以下特色:

内容较为全面

1.

以普速铁路为主线,兼顾高速铁路和城市轨道交通的特点、历史和现实,全面介

绍轨道交通系统的运输设备、运营组织和调度指挥体系。

力求概念严谨、定义准确

2.

轨道交通的理论和技术始终处于不断更新和发展的过程中,随着轨道交通的技

术进步和运营管理的改善,某些原有的概念和理论已经不能全面反映现实,需要从

发展的观点重新认识和理解。

内容取材全面、简约,语言表达通俗易懂,理论联系实际,为生产实践服务

3.

轨道交通的理论和实践体系包罗万象、过于庞杂,要使读者对于轨道交通的发

展沿革和技术体系有一个概括的了解,内容取舍的“度”很难掌握。本书希望达到使

读者既了解整体、基本概念和工作原理,又不拘泥细节,能够轻松学习。

立体化呈现

4.

本教材附有教学课件、教学资源、试题、课后习题答案、图片库、视频库,支持网

络化多媒体教学。

Ⅰ

校企合作编写

5.

轨道交通企业拥有完备的运输设备,是轨道客货运输的组织者和实践者。学校

应当树立按企业需求培养人才、为企业服务的思想,加强与轨道交通企业的合作。

为方便教师教学,编写组制作了电子课件、图片等教学资源,欢迎大家下载使

用。相关资源可在西安交通工程学院教务处网站下载(:///

https

/),具体位置在“教学研究教材建设”栏目下。

educate-

本书由西安交通工程学院宋建业、郝菊香、都娟丽、巨子琪、刘晶、李宁宁、张媛和

中国铁路兰州局集团有限公司职工培训中心银川实习基地王华联合编写,参考学时

学时。宋建业任主编、郝菊香任副主编,由兰州城市轨道交通运营分公司孙志强

32

主审。编写分工如下:宋建业编写绪论、第六章,巨子琪编写第一章,刘晶编写第二

章,王华编写第三章,李宁宁编写第四章,郝菊香编写第五章,都娟丽编写第七章,

张媛编写第八章。多媒体课件由都娟丽策划。

本书编写过程中得到中国铁路兰州局集团有限公司陈南江、赵周、张华强、王引乾,

兰州北编组站牛有生、雷相奎,新丰镇编组站陈晓东、杨厂昇、田军,西安集装箱中心

站刘皓、方涛,兰州城市轨道交通有限公司孙志强、曹海鹏等单位和个人的大力支持

和帮助,在此表示衷心感谢。书中参考引用了大量文献、论著和历史图片,谨向文献

的作者表示诚挚的敬意和感谢!

由于编者水平有限,书中疏漏和不妥之处,恭请广大读者批评指正。

编者

年月于西安

20226

Ⅱ

绪论…………………………

1

第一章轨道交通线路………………………

23

第一节铁路选线设计……………………

24

第二节铁路线路平面和纵断面…………

27

第三节铁路线路构成……………………

33

第四节铁路限界…………

53

第五节城市轨道交通线路………………

54

第六节铁路线路设备的修理和检测……………………

57

第二章轨道交通牵引供电系统……………

61

第一节铁路牵引供电系统的组成………

61

第二节牵引供电系统的供电方式………

64

第三节城市轨道交通牵引供电系统……………………

66

第三章轨道交通信号与通信设备…………

70

第一节铁路信号设备的作用与分类……………………

71

第二节车站联锁和驼峰信号设备………

86

第三节区间闭塞设备……………………

93

第四节铁路列车调度指挥系统和分散自律调度集中系统……………

101

第五节列车运行控制系统………

CTCS103

第六节城市轨道交通信号系统…………

107

第七节轨道交通通信设备………………

110

第四章轨道交通运载工具…………………

112

第一节铁道车辆…………

112

Ⅰ

第二节铁道机车…………

133

第三节动车组…………

137

第四节磁悬浮列车和摆式列车…………

139

第五节城市轨道交通车辆………………

142

第五章轨道交通车站与枢纽………………

149

第一节车站的作用分类及主要技术设备……………

、150

第二节编组站区段站和中间站………

、161

第三节高速铁路车站……………………

164

第四节城市轨道交通车站………………

168

第五节铁路枢纽与综合交通枢纽………

175

第六章轨道交通运输组织…………………

180

第一节铁路旅客运输组织………………

181

第二节铁路货物运输组织………………

184

第三节铁路运输组织的计划体系………

188

第四节铁路运输调度指挥体系…………

210

第五节站段行车作业……………………

211

第六节高速铁路运输组织………………

215

第七节城市轨道交通运输组织…………

217

第七章轨道交通运输安全管理……………

220

第一节轨道交通运营安全因素…………

220

第二节轨道交通运输安全保障措施……………………

222

第三节铁路交通事故的等级及处置……………………

226

第八章轨道交通环境保护…………………

230

第一节铁路建设施工和运营过程可能对沿线环境造成的影响……

、230

第二节建立健全铁路环保法律法规……………………

231

第三节铁路勘测设计的环境保护………

232

第四节铁路建设施工的环境保护………

234

第五节铁路日常运营中的环境保护……………………

236

参考文献………………………

240

Ⅱ

绪论

在现代交通运输体系中轨道交通以其运量大速度高安全舒适方便快捷疏解客流

,、、、、

和货流能力强节省社会资源运费低受地理和气候条件影响小环保等特点成为世界各

、、、、,

国优先发展的交通运输方式轨道交通起源于人类的社会需求在其发展的历程中不断吸

。,

收各领域科技进步的最新成果为社会提供高效优质的运输服务集中体现了人类社会的

,、,

文明进步

。

学习目标

素质目标

培养正确的人生观、价值观,认识铁路对于国计民生的重大战略意义。学习和传承“人

民铁路为人民”的光荣传统,树立为国家轨道交通事业奉献力量的决心和信心。

知识目标

()了解轨道交通发展的历史。

1

()了解轨道交通系统的技术体系。

2

()了解新中国铁路建设的伟大成就。

3

能力目标

()能自学轨道交通有关新理论、新技术。

1

()树立创新意识,培养钻研业务、不断提升业务素质的能力。

2

一、世界轨道交通的发展

铁路的发展历程

1.

世界上第一条铁路诞生于英国这条从斯托克顿至达林顿全长由蒸汽机车牵

。、21km、

引的铁路在乔治斯蒂芬森的主持下建成他设计和制造了旅行者号机车

·(1781—1848),“”。

年月日编挂了辆客车辆代用客车在货车内加上座位供旅客使用和辆

1825927,1、20()12

货车乘坐着位旅客载运了总重的煤和面粉的世界上第一趟列车由他亲自驾驶

,450、90t,

从达林顿出发平均速度最高时速达到驶向斯托克顿获得成功开创了轨

,13km/h,24km,,,

道运输的新纪元

。

实际上世界上最早的轨道交通出现于古希腊在希腊半岛中部有一处狭窄的科林

,“”。“

斯地峡为了让船只省却绕行希腊南部的漫长航程古希腊人在公元前年左右便修筑

”。,600

了横跨地峡的石凹槽轨道把柯林斯湾和萨洛尼克湾从陆上连接起来船只可以放在

6km,,

1

车上运送到另一边海岸这条轨道一直使用到公元一世纪如图所示

。(0-1)。

图0-1希腊科林斯地峡石轨道遗址

年英国诺丁汉附近出现了用于运送煤炭的木质轨道沃拉屯车道此后几十年

1604“”。

间英国其他煤矿也开始修建这种木轨至乔治斯蒂芬森出生的年整个英国东北部

,,·1781,

煤矿已经布满了蛛网般的木质轨道

。

木轨因耐久性较差用不了多久就会损坏为了在更换木轨时不触动枕木就在原有的

,。,

木轨上面再顺放两根木轨条这样就减轻了更换木轨的成本和工作量再后来为了减少木

,。,

轨的更换次数工程师们又在木轨表面包了一层铁皮以提高其使用寿命

,,。

世纪年代木轮货车开始改为铁轮货车年至年之间在斯塔福德郡

1850,。17671776,

与南约克郡开始使用内侧带有凸缘的生铁板作为承载轨道

。

年英国工程师威廉杰索普首次设计出凸形铁轨和带有外轮缘的铸铁车轮并

1789,·,

在拉夫堡莱斯特的马拉铁路上得到应用年杰索普又对外缘突出的车轮进行了改

—。1790

进研制出内轮缘凸出的铸铁车轮和铁路道岔成为现代铁路轮轨的标准形式从此真正意

,,,

义上的铁路诞生了

。

在这之前瓦特于年制造出第一台有实用价值的蒸汽机年英

,(1736—1819)1776。1803

国机械工程师特里维西克造出了世界上第一台蒸汽机车史蒂芬森是第一个

(1771—1833)。

实现了蒸汽机车在铁轨上牵引列车商业运营的人

。

可见对世界产生重大影响的伟大发明一定是社会的需要促成的从思想到实现可能

,,,

经过漫长的岁月积淀在其发展过程中凝聚着许多人的智慧和艰辛

,,。

第一条铁路的问世引起了轰动性的效应至世纪中叶法国美国德国比利时加

。19,、、、、

拿大古巴俄国奥地利荷兰意大利瑞士西班牙秘鲁智利印度巴西澳大利亚等许

、、、、、、、、、、、、

多国家也都相继修建了铁路在此后的多年中铁路为人类社会带来了极大的便利和

。100,

经济效益到世纪末电力机车和内燃机车相继出现铁路信号系统逐步完善欧洲各国

。19,,,

2

铁路连接成网铁路运输出现了空前繁荣的景象

,。

美国铁路的发展是这一时期铁路发展的一个缩影其第一条铁路巴尔的摩俄亥俄铁

。—

路长年开始修建年建成从到年的年间美国共修建铁路

21km,1828,1830。1850191060,

万多公里平均每年修建新线多公里年修建铁路年美国铁

37,6000,188720619km,1910

路公司的数量激增到多家至年美国铁路里程达到峰值万

1300。1916,40.6km。

但是铁路的发展并不总是一帆风顺第一次世界大战结束以后至世纪年代一

。2070,

些国家的铁路行业在与公路和航空的竞争中失利市场占比急速下降在这一时期美国铁

,。,

路客货运量急剧萎缩许多铁路公司倒闭出现了一股拆铁路的旋风据统计美国铁路拆

、,,。,

得多建得少至今总里程已减少到万多公里究其原因除了与其他运输行业的激烈竞

、,22。,

争应当说行业内部自由竞争的无序发展铁路自身存在的技术和管理方面的问题是主要

,、

因素

。

铁路运量大速度快能够全天候运行具有快速疏解客流货流的能力这些优势是其

、,,、。

他任何一种运输形式都无法比拟的从世纪年代开始高速铁路的兴起和突飞猛进

。2060,

的科技进步日益增加的运输需求给铁路带来了新的活力日本法国德国瑞典和西班

,,,、、、

牙意大利等国家的高速铁路技术使世界看到了新的希望轨道交通迎来了新的发展机遇

、,。

年月月习近平总书记提出一带一路倡议以后新亚欧大陆桥经济走廊的建立

20139、10“”,

和中欧班列的开行使中国与亚欧各国的经济联系日益密切促进了沿线地区的经济发展和

,,

繁荣

。

城市轨道交通的发展

2.

城市轨道交通是以轨道结构承重和导向为市域公共旅客运输服务的运输系统包括地

,,

铁轻轨有轨电车如图所示单轨如图所示磁悬浮系统等多种运输形式

、、(0-2)、(0-3)、。

图0-2英国曼彻斯特有轨电车

3

图0-3德国单轨悬挂式电车

地下铁道简称地铁是城市轨道交通的主要形式地铁的历史可以追溯到世纪

,,。19

年代英国工业革命使城市规模和人口数量急剧增长带来了严重的地面交通堵塞

60,,。

年月日采用蒸汽牵引的世界上第一条地铁线路英国伦敦大都会地铁线路建

1863110———

成通车该线全长为了排除隧道内的烟气在隧道的顶部每隔一段距离就需要钻

。6.4km,,

出一些通风孔为隧道通风换气显然蒸汽牵引并不适合地铁的需要但开始运营当天就有

。,

万名乘客搭乘该线路的列车在线路开通的第一年运送乘客的数量达到万人次

4,950。1890

年月日世界上第一条采用电力驱动的地铁线路城市与南伦敦铁路投入运营

114———“”。

由于修建地铁的高昂费用在很长的时间内地铁并没有得到快速发展

,,。

第二次世界大战以后随着各国经济的复苏和城市化的推进城市轨道交通呈现出了兴

,,

旺繁荣的景象至年底全球已有个国家的座城市开通了城市轨道交通系统

。2021,79541,

总里程达到其中地铁占轻轨占有轨电车占

36854.2km,51.4%,8.9%,39.7%。

二、中国轨道交通的发展

中国轨道交通的发展以年中华人民共和国成立为分界明显地划分为两个阶段

1949,。

（一）中国铁路的发展历程

半殖民地半封建性质的旧中国铁路

1.

在中国大地上出现的第一条铁路是英国怡和洋行在上海修建的吴淞铁路鸦片战争

。

后英国人在上海外滩建立了英租界由于黄浦江江窄水浅远洋商船不能直接沿黄浦江航

,,,

行到外滩停泊所以希望沿黄浦江左岸修筑一条铁路把位于外滩的英租界与黄浦江汇入长

,,

江的吴淞口连接起来这条长轨距从闸北至吴淞口的铁路未经清政府许可

。14.5km、762mm

就在年月动工年月日正式通车同年月日中英双方签订收赎吴淞

18751,187671。1024,《

铁路条款清政府以万两规银当时通用的银两计算单位赎买年月日付清

》,28.5(),18771020

所有款项月日即下令拆除至月日全部拆毁

,1022,1218。

铁路是一国的经济国防命脉攫取和控制别国的铁路是帝国主义推行殖民主义政策的

、,,

惯用手段世纪末清朝政府已经处于腐朽没落风雨飘摇的境地在年月日爆

。19,、。1894725

4

发的中日甲午战争中中国战败年月日被迫与日本签订割地赔款的马关条约列

,,1895417《》,

强各国要求利益均沾乘机在中国划分势力范围要求在中国修建铁路年月日

“”,,。1900814

北京被八国联军攻陷年月日清政府被迫与英美俄法德意日奥比利时西班

,190197、、、、、、、、、

牙荷兰国签订了辛丑条约到年日俄争夺对朝鲜的控制权和获取中国东北权

、11《》。1904

益的日俄战争前在中国修建万多公里铁路的权益先后落入列强之手法国取得滇越铁路

,1:

修建权德国取得胶济铁路修建权英国取得沪宁铁路和广九铁路修建权比利时取得卢

,,,

汉铁路和汴洛铁路修建权美国则取得粤汉铁路和广三铁路的修建权俄国于年强行

,,1898

在中国修建采用宽轨距的满洲里至绥芬河的中东铁路和哈尔滨至大连的南满

1524mm

铁路

。

清光绪十一年公元年法国通过中法战争与清政府缔结中法新约取得对越

(1885),,《》,

南的保护权及在中国西南诸省通商和修筑铁路的权利光绪二十一年公元年法

“”。(1895),

国借口在三国干涉日本还辽中有功强迫清政府签订了中法续议商务专条取得将越南

“”,《》,

铁路延伸修入中国境内的修筑权光绪二十九年公元年中法签订中法会订滇越

。(1903),《

铁路章程随即法国派人踏勘路线绘制蓝图并正式成立滇越铁路法国公司滇越铁路从

》,,,。

越南海防到老街称越段从中国云南省河口至昆明称滇段这条铁路年开工

,“”,,“”。1903,

采用窄轨历时年年建成通车

1000mm,8,1910。

日本年在中国东北修建安东至沈阳和沈阳至新民的窄轨铁路年又取得修建

1905,1913

满蒙五条铁路的特权第一次世界大战以后进一步强占东北铁路还提出在福建和从福建向

,,

江西浙江修建铁路的要求并继承德国在山东的高韩高密至韩庄顺济顺德至济南两

、,()、()

路路权还在东北取得了吉会吉林至朝鲜会宁长洮长春至洮南开吉开源至吉林洮

,()、()、()、

热洮南至承德诸路的筑路权以及吉敦铁路吉林至敦化的贷款控制权

(),()。

从年清政府垮台到年第一次世界大战结束北洋军阀政府利用当时政权开

19121918,“

放利用外债的舆论变本加厉地大借外债拍卖路权仅仅四五年时间就签订项铁路借

、”,、,9

款合同出卖条铁路的权益

,11。

帝国主义列强除了强行修建直接经营中国铁路以外更多的是通过贷款来控制中国铁

、,

路贷款控制的方式是从获取铁路贷款权入手然后以债权人受托人的身份修建和经营

。,,、,

这些铁路如京汉正太汴洛沪宁粤汉津浦广九和道清等铁路都按此方式为列强所

。、、、、、、,

控制

。

中国第一条由政府批准修建的铁路是唐胥铁路这条铁路全长采用

。9.7km、1435mm

标准轨距聘请英国工程师金达主持修建年月日动工当年月日建成通车

,,188169,118。

金达还主持设计制造了中国第一台蒸汽机车中国火箭号因机车左右各装饰了一条飞

、“”,

龙又名龙号机车如图所示

,“”,0-4。

年月日开工建设的京张铁路是中国首条不使用外国资金由中国人自己设计

190594,、

施工修建的铁路在詹天佑主持下用了年时间于年月日建成通车在当时的

,41909102。

条件下这条铁路的设计难度极大工程极为艰巨詹天佑创造性地解决了许多设计和施工

,,。

技术难题为了解决高程问题在青龙桥车站采用人字形展线和的大坡道如图所

:,,33‰(0-5

示为了加快隧道的建设进度八达岭隧道采用中间竖井法开凿使工期缩短一半

);,,。

5

图0-4中国铁路第一台机车———“龙号”机车图0-5京张线的“人字形”展线

综上所述旧中国铁路从屈辱中诞生艰难前行畸形发展支离破碎为列强掠夺和控

,,,,,

制中国服务具有以下特点

,:

数量少分布偏

(1)、

从年到年的年中在中国修建的万多公里铁路大都分布在东北和沿

1876194570,2,

海地区西北西南地区只有