高速铁路关键技术

2024/1/131李白在《蜀道难》一诗中这样说：“蜀道之难难于上青天。‥‥‥西当太白有鸟道，可以横绝峨嵋巅。地崩山摧壮士死，然后天梯石栈方钩连。上有六龙回日之高标，下有冲波逆折之回川。黄鹤之飞尚不得过，猿猱(nao)欲渡愁攀援。”过去：古栈道今天：飞机、高速列车、磁悬浮。。。2024/1/132主要内容我国交通运输发展的重要性轨道交通开展概述主要内容124高速铁路开展概述32024/1/133一、我国交通运输开展的重要性2413重要性国家经济开展的重大需要建立国家重新体系的需要社会稳定的需要加速产业开展和提高国际竞争力的需要交通运输在国民经济、社会开展和人民生活中起着重要作用，当今中国迫切需要现代化交通：2024/1/134选择不同的交通工具的优缺点轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。汽车轮船轨道交通飞机旅行者受限太昂贵危险太慢，效劳差平安、快捷一、我国交通运输开展的重要性2024/1/135一、我国交通运输开展的重要性交通方式大气环境水环境土壤、地面状况躁声城市生态城市景观隐性污染道路交通有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响水运交通有影响有影响无影响有影响有影响无影响有影响轻轨交通无影响无影响有影响有影响有影响无影响无影响航空有影响无影响无影响有影响有影响无影响有影响管道无影响无影响有影响有影响无影响无影响有影响各种交通方式对环境的影响2024/1/136不同交通方式的能耗与污染比照一、我国交通运输开展的重要性单位运输量（人/公里）小汽车摩托车公共汽车轨道交通铁路CO11100.280.010.13CO2180100486179NOx2.10.160.790.150.46VOC2.26.50.290.150.312024/1/137一、我国交通运输开展的重要性千焦/(人Km)比例轨道交通10201.5公共汽车6801铁路12701.87摩托车13702.01小汽车25803.79德国城市不同交通方式单位运输量的能耗2024/1/138干线轨道交通城市轨道交通新型轨道交通高速客运重载货运地铁轻轨单轨电车郊区铁路磁悬浮轨道交通不断涌现出各种新的原理真空高速管道列车轨道交通的分类：三大类二、轨道交通开展概述(分类)2024/1/139二、轨道交通开展概述(构成)车辆控制系统线路与轨道供电系统2024/1/1310因此高速铁路得到快速的开展。社会经济效益好不受气候的影响安全可靠运行准时外部运输成本低对环境污染小能源消耗低土地占用面积小客货运量大旅行时间短高速铁路的优点的高速铁路的优点：二、轨道交通开展概述2024/1/1311开展现状以及趋势12345城际轨道交通公交化货运重载化和快捷化铁路客运高速化高速磁悬浮交通的崛起城市轨道交通蓬勃开展二、轨道交通开展概述2024/1/1312德国1964年开始，新干线总长度达1835公里，高速列车客运量为世界之最。高速铁路是指由新一代列车提供的时速在200～350km甚至更高的铁路快速运营效劳。法国日本1983年开通第一条现代化高速铁路，高速列车TGV运行速度为300～350km/h，最高试验速度为515.3km/h1985年开始研究ICE高速列车，1991年投入运营,有高速铁路700多公里，高速列车最高运行速度达330km/h三、高速铁路开展概述2024/1/1313三、高速铁路开展概述世界高速铁路的已投入运营里程(2005年)2024/1/1314三、高速铁路开展概述目前世界上铁路总长及各洲的分布2024/1/1315投资力度八纵八横速度方面四横四纵修建新线6000公里复线3000公里地方铁路1000公里总投资3500亿300－500公里范围内实现“朝发夕至〞1200-1500公里范围内“夕发朝至〞2000－2500公里内实现“一日到达〞高速列车的运行速度到达200－300km/h，试验速度将到达350km/h以上北京-上海北京-沈阳-哈尔滨北京-武汉-广州-深圳杭州-宁波-福州-深圳徐州-郑州-兰州杭州-南昌-长沙青岛-石家庄-太原南京-武汉-重庆-成都三、高速铁路开展概述城际客运环渤海地区长江三角洲地区珠江三角洲地区“十一五〞期间，国家将建9800公里高速客运专线铁路2024/1/1316接触网力学和钢轨电磁兼容高速铁路牵引供电系统牵引供电自动化系统动车组限界(动态限界)动车组供电〔弓网、自动过分相〕线路道岔高速列车高速铁路桥隧路基高速列车信号无渣轨道184526371092024/1/1317大跨铁路隧道塌方预防

特长隧道的地质工作

隧道防排水

隧道仰拱及铺底的设计

隧道的空气动力学效应与隧道设计2024/1/1318力学效应研究成果缓解和消减负面影响微压波和洞口缓冲结构隧道的空气动力学效应与隧道设计2024/1/1319特长隧道：TBM法中长或短隧道：矿山法特长大断面隧道：宜采用小直径TBM(直径3～4m)加钻爆法扩大高速铁路特长、长隧道较多，为了工期和消防救援以及维护管理的需要,需要通过辅助坑道来实现长隧短打合理确定开挖进度指标利用辅助坑道实现长隧短打合理确定开挖进度指标注重施工方法选择的多样性2024/1/1320大跨铁路隧道塌方预防选择合理的大跨铁路隧道支护手段1及时封闭断面选择合理的大跨隧道衬砌时机建立量测体系2342024/1/1321隧道的防排水防排水设计是高速铁路隧道的设计的根底防水方法为“以堵为主,限量排放〞隧道的防排水2024/1/1322重视和加强勘察设计阶段的地质工作地质工作建立分层次的施工阶段地质预报工作特长隧道的地质工作2024/1/1323桥梁结构高性能混凝土桥梁架设设备纵横向水平刚度特殊要求桥梁架设设备是架设的关键2024/1/1324桥梁结构

01.研究进一步丰富桥梁结构形式

02.研究研究简支箱梁设计和检测

03.研究优化设计刚构连续梁及钢混结合连续梁桥梁结构特殊要求桥梁结构形式研究桥梁新的结构形式2024/1/1325高性能混凝土与桥梁架设设备1国外高速铁路开展较早,架桥设备的开展较快,种类亦多2架设设备应朝着大跨度、大吨位和机械化的方向开展,以满足架设大吨位桥梁类型(至少32m双线箱梁)的需要。高性能混凝土与桥梁架设设备2024/1/1326钢轨的重要性1高速铁路对钢轨的要求234选轨标准5钢轨的力学问题轮轨滚动接触疲劳轮轨噪声678轨道力学92024/1/1327钢轨的重要性钢轨是轮轨式高速铁路的重要组成局部，在极其复杂的受力条件下工作钢轨状态的好坏直接影响行车平安，因此对钢轨质量有极其苛刻的要求钢轨有些性能之间是矛盾的，要综合比较才能到达合理选择钢轨的目的2024/1/1328高速铁路对钢轨的要求高的纯净度材质高洁净有利于提高其抗疲劳性能，保证运行安全性严格的外形尺寸可以减少表面接触疲劳伤损，延长钢轨的使用寿命高度的平顺性保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性的重要保证2024/1/1329加强关键性能开发新型优质钢材超长无缝钢轨2024/1/1330我国钢轨目前执行的标准比较复杂国标——20世纪60年代和80年代两次发布铁标——铁道部在20世纪90年代发布新铁标——铁道路在2003年发布铁标国标共存——近期将维持国标和铁路行业标准并存的局面新国标——整合现有钢轨标准，形成一部完整的国家强制性标准2024/1/1331选轨标准2024/1/1332钢轨的力学问题轮轨滚动接触疲劳脱轨机理的研究轨道力学问题钢轨的力学问题2024/1/1333轮轨滚动接触疲劳轮轨磨损破坏现象主要为轮轨接触外表剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等，这些破坏现象和很多因素有关，有些破坏现象的机理至今尚未搞清楚，对有些问题的破坏机理认识不统一轮轨滚动接触疲劳是铁路运输的老问题，主要发生在曲线段、接头处、道岔处。人们采取各种方法和措施来阻止和减少它，如开展新材料、优化轨型面匹配来减少轮轨之间的疲劳铁路客货量增大和速度提高，轮轨磨擦变得越来越严重。我国现在每年因更换和维修破坏轮轨，大约花费80多亿人民币。它不仅大大增加了铁路的运营本钱，而且直接危害行车的平安。2024/1/1334轮轨噪声高速铁路在列车行驶速度低于300km/h时，轮轨噪音占主要局部。轮轨噪音辐射出的轮轨噪声可以归纳为如下三类：冲击噪声滚动噪声高频尖叫声2024/1/1335轨道力学轨道支撑并约束车辆的运行，决定着车辆平安、舒适性。列车过道岔时，轮对和轨道之间发生强烈的冲击，导致车轮和道岔段上钢轨磨损高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度在桥梁和隧道端点刚度不均匀，会导致强烈振动，甚至脱轨。2024/1/13364.3道岔道岔是铁路轨道连接的重要设备，直接关系到铁路运输的效率和行车平安。道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的行车速度及旅客乘坐舒适度。2024/1/13374.3高速道岔主要性能指标直向侧向速度A平安性C旅客的舒适性B2024/1/1338可动部件转换设备的适应性和可靠性动力学性能几何设计2024/1/13394.3国外高速铁路道岔概况日本不设区间渡线〔车站的渡线无高速列车侧向通过的要求〕法国车站少、区间渡线多，高速线间或高速与既有线的连接采用tg0.0154道岔。德国铁路客货混运。2024/1/13404.3我国秦沈铁路道岔我国秦沈客运专线设计速度为200km/h，局部根底设施预留提速至250km/h。根据速度和运输组织要求,决定采用18号和38号可动心轨辙叉单开道岔。经过研究、设计、试制、试铺、试验五个阶段的工作,特别是直向以250km/h三次综合试验,证明其能够满足旅客列车,侧向38号道岔(渡线)以140km/h通过时,满足平安性和舒适性的要求。2024/1/1341调度指挥系统列车运行控制信号根底设备车站联锁系统自动闭塞2024/1/1342信号根底设备2024/1/1343调度指挥系统以铁路调度管理信息系统(DMIS)为平台以调度集中(CTC)为核心(重点讲述)以行车指挥自动化为目标

构建我国铁路现代化的运输调度指挥管理系统。2024/1/1344

站间广域网中心通信前置服务器中心局域网表示墙控制器车务终端联锁EtherNET车站自律机联锁系统联锁EtherNET车站自律机联锁系统车务终端路由器路由器路由器路由器路由器路由器V.35/G.703V.35/G.703V.35/G.703值班主任工作站数据服务器调度员工作站综合维修工作站防火墙通信前置服务器磁盘阵列应用服务器打印机绘图仪控制工作站鼠标助理调度员工作站鼠标鼠标计划员工作站系统维护工作站网管工作站电务维护终端综合维修终端（无人站）综合维修终端（无人站）电务维护终端系统总体构成图2024/1/1345在已建DMIS的区段，以DMIS为根底建设CTC；在未建DMIS的区段，新建CTC同时具备DMIS的全部功能考虑装备CTC的新建、改建铁路，车站联锁设备应全部采用计算机联锁；并具有区间信息采集功能对于半自动闭塞区段，应同步装备区间检查设备，实现自动站间闭塞。调度员与司机的语音、数据通信系统是实现CTC的重要根底。在主要干线建设CTC的区段，应同步规划建设GSM-R铁路移动通信系统；在其它条件艰苦、运量较小的区段，可采用目前无线列调系统补强方案规划原那么2024/1/1346全路2004～2021年总体规划建设CTC共51,495公里规划范围包括：近期规划共计13,163公里，1385个车站中长期规划中客运专线约12,000公里完善路网布局及西部开发性新线约16,000公里其它主要干线及条件艰苦、运输需要的线路约10,332公里规划目标2024/1/1347DBCACTCCOMTRACSMIS运输方案日本高速铁路综合调度COSMOS系统FE维修作业管理车辆基地作业管理2024/1/1348设备运输方案车辆管理维护业务管理电力系统控制站内运行管理

集中信息运输方案·设备管理计算机车辆管理计算机维护业务效劳器电力系统控制计算机运行管理计算机

集中信息管理高速数字线路高速数字线路运转区所效劳器运转报告终端分公司终端车辆管理效劳器维护区终端原有远程控制装置分局站内作业终端

基地ＰＲＣ车站PRC装置旅客指南装置运行信息终端原有地区调度计算机设备管理终端运输方案终端车辆管理终端维护业务电力系统运行管理终端集中信息COSMOS系统构成图管理终端管理终端中央网络4.4.3COSMOS系统的整体概要2024/1/13494.4.3COSMOS运行管理系统的特征实现了运行方案,维护方案,在线信息等统一管理的综合系统系统化范围向车站·车辆基地·维护区的大幅度扩大信息效劳的提高·以区域广范围大的自律分散思想为根底的车站分散控制系统〔高应答性自动控制系统)·采用实时列车行走模拟的预测控制型运转整理支援机能·确实传递时刻表的变更〔指令传递机能)·维护管理系统·运输方案系统·沿线监视系统·运行管理系统·电力管理系统·设备管理系统·维护方案支援系统·维护作业系统·站内进路控制系统·车载传递系统·提供事故信息·向顾客提供细致入微的指南效劳2024/1/1350无绝缘多信息四显示双方向数字化带超防实现有形化到无形化的转变，确保列车运行平安和列车追踪间隔时间的计算，列车运行平安的验证和列车追踪间隔时间的计算工作量将更加繁重，就目前的设计工具而言，尚无法满足计算要求。2024/1/13513421接触线无交叉线岔电分相运行管理2024/1/1352高速铁路的特点列车速度非常快，密度与负荷特别大受电弓的上下振动与左右晃动剧烈接触线抬升量比常速铁路高高速铁路对接触网的要求机械结构具有稳定性和足够的弹性,在高速运行时保证电力机车正常取流设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力尽量延长设备的使用年限设备结构尽量简单便于施工，有利于运营和维修对地绝缘好，平安可靠4.5高速铁路的特点及对接触网的要求2024/1/13534.5.1接触线2024/1/13544.5.1接触线材料接触线材料接触线复合

铜合金铝合金纯铜2024/1/13554.5.1一些高速电气化铁路接触线的性能接触线材料速度km/h国别抗拉强度MPa导电率%IACS铜240日本34097.0铜300法国35897.0铜银250德国39596.5铜银140中国36596.6铜银锡180中国367.596.0铜锡350法国537.577.6铜镁330德国50368.1铜钢300日本65560.2铜钢300日本49381.1铝钢370日本35046.52024/1/1356采用侧线接触线与正线接触线无交叉式的平面布置结构，即在铁路线路道岔上方的侧线接触线，始终保持与在正线线路上运行的机车受电弓不接触对于反位运行有严格限制，在反位方向只能以不高于45km/h的速度通过；反位运行时可能发生弓网故障，需要对受电弓进行适当改造2024/1/13574.5.3电分相器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击目前大多采用锚段关节式电分相来消除此问题，这种关节式电分相一般由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成但要求多个受电弓之间满足严格的限制条件否那么很有可能产生相间短路。目前只有要求机车乘务员频繁进行一系列操作来防止事故发生；这样大大增加乘务员的工作强度，实际运行中该故障已屡次发生2024/1/13582024/1/1359〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器〔Ａ〕「断开」开关断路器〔Ｂ〕「闭合」※无列车状态2024/1/1360〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器〔Ａ〕「断开」开关断路器〔Ｂ〕「闭合」※列车靠近2024/1/1361〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨※

在线检测开关断路器〔Ａ〕「断开」开关断路器〔Ｂ〕「闭合」※进入中间断电区、在线检测2024/1/1362〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨开关断路器〔Ａ〕「断开」开关断路器〔Ｂ〕「断开」在线※开关断路器〔Ｂ〕「断开」2024/1/1363〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨在线开关断路器〔Ａ〕「闭合」开关断路器〔Ｂ〕「断开」※开关断路器〔Ａ〕「闭合」2024/1/1364〔Ａ〕电源〔Ｂ〕电源架线中间断电区轮轨无列车开关断路器〔Ａ〕「断开」开关断路器〔Ｂ〕「断开」※开关断路器〔Ａ〕「断开」2024/1/13654.5.4运行管理西欧典型的供电段全员劳动生产率约8.5条·km/人每接触网工负责约15条·km的检修任务我国某供电段全员劳动生产率仅为0.97条·km/人每接触网工负责检修约2.0条·km某铁路局全局供电部门全员劳动生产率约为0.98条km/人每接触网工平均负责检修1.9条·km2024/1/1366严格控制路基的工后沉降严格控制路基的不均匀沉降控制路基刚度及其纵向变化连续均匀性包括路根本体沉降和地基沉降2024/1/1367严格控制路基的工后沉降2024/1/1368严格控制路基的不均匀沉降在100m范围内的路基不均匀沉降，将直接造成幅值较大的轨道长波上下不平顺。更短范围内的路基不均匀沉降，将直接造成路基的稳固和平安。我国“高速铁路设计暂行规定〞规定路基工后总沉降量为5cm，沉降速率小于2cm/年，桥台台尾过渡段路基工后沉降不大于3cm，2024/1/1369控制路基刚度及纵向变化连续均匀性路基刚度与列车的平安、平稳、舒适运行及轨道的维修工作量密切相关。纵向刚度均匀性变化是高速铁路路基设计和施工的关键，更是高速列车舒适运营的关键，直接危及行车平安和乘车舒适性。对轨道根底竖向刚度出现突变的分界处，由于各结构物刚度的不同，列车会产生剧烈的跳动，必须设置过渡段，以提高路基刚度的连续性。2024/1/1370结构及特点需要解决的问题概况2024/1/1371无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式

无碴轨道成为世界各国高速铁路轨道结构的首选良好的轨道稳定性、平顺性和耐久性减小桥梁二期恒载和降低隧道净空道床整洁美观，消除列车运行时道碴飞溅和粉化初期相对较大的建设投资也能在运营中得到回报

2024/1/1372三种无碴轨道结构及特点弹性支撑块式板式轨道长枕埋入式2024/1/1373过渡段无碴轨道的下部根底无碴轨道结构设计2024/1/1374需要解决的问题2024/1/1375高速列车所处的动态环境2024/1/1376牵引动力的要求猛增1制作功率要求更大横向动力作用加剧23垂向轮轨动力作用加剧高速受流问题复杂化456空气动力作用加剧高速列车区别于普通列车根本点，在于其所处的特殊动态环境。随着列车速度的提高，动态环境急剧恶化2024/1/1377高速列车空气动力学工程高性能低自重高速客车的研制高速大功率动力车的研制2024/1/1378高速大功率动力车的研制为减少维修和改善乘坐环境，应尽可能使用较少动轴。采用交-直-交传动，动力集中制式单轴功率可达1250kW，动力分散制式一般用到600kW。驱动系统必须精心设计，减少簧下质量和克服驱动系统的再生振动是关键。电阻制动和再生制动应有足够的功率。全列车的制动控制是一个新课题。列车信息及控制系统必须彻底更新。动力车或控制头车的流线型外形设计。2024/1/1379高性能低自重高速客车的研制2024/1/1380高速列车空气动力学工程列车贴地运行引起强烈的地面效应。以大细长比和复杂地面效应为特征的高速列车空气动力学，是一个相对独立的学科分支。列车头型的选择,车体密封的要求，气动压力的作用和空气阻力、气动噪声的降低等，都是与高速列车空气动力学密切相关的，可以统称为高速列车空气动力学工程。高速列车在隧道中运行时，其气动效应较明线强烈得多，它是典型的非恒定、非等熵、可压缩和有限域的流动问题.2024/1/1381高速铁路牵引供电系统的特点国外的高速铁路牵引供电系统国内的高速铁路牵引供电系统电能质量问题2024/1/1382高速铁路牵引供电系统的特点牵引供电系统的特点列车速度高，列车通过供电臂时间短供电臂中负荷电流波动大机车牵引电流大，牵引供电系统供电功率大牵引供电系统应适应高速列车采用再生制开工况2024/1/1383

高速铁路要求接触网受流质量高，分段和分相点数量少。目前各国大多采用自耦变压器〔AT〕供电方式和带回线的直接〔RT〕供电方式。

AT供电方式：日本，法国 RT供电方式：德国，意大利，西班牙4.9.2国外高速铁路牵引供电方式2024/1/1384牵引变压器接线型式对牵