量化对比分析中国高速铁路与既有普速铁路在线路关键技术与标准方面的差异及原因

《高速铁路概论》结课论文（一）量化对比分析中国高速铁路与既有普速铁路在线路关键技术与标准方面的差异及原因

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第一章铁路线路概述

铁路线路的地位与作用

自1825年第一条铁路在英国投入运营以来，目前全世界已有铁路超过120万千米。2004年以来，我国多条客运专线相继开工建设并开通运营，截至2010年底，我国的高铁运营里程已达到7531千米，占世界高铁总里程超过

30%。铁路运输以其运量大，安全性高，受天气影响小等特点，逐渐在我国的运输行业中占据了重要地位。

铁路要完成运输任务，必须有机车车辆和线路轨道。铁路运输的运营管理包括机车、车辆、工务、电务、运输等几大铁路部门，在这几大部门中，工务是铁路运输的基础设备，公务包括线路、桥梁、隧道、路基、涵洞、道口、绿化等维修管理部门。线路是工务的一个重要业务部门。

线路是列车运行的基础，在铁路运输中是不可替代的基础设备。作为机车车辆荷载的承载结构和导向系统，线路状态的优劣直接影响到行车的安全性和舒适度。近几年来，随着我国线路的多次提速，对铁路线路和轨道结构也提出了更高的要求，并对线路和轨道结构进行多次改造。

铁路线路及轨道组成

铁路线路是由轨道、路基和桥隧建筑物（桥梁、隧道和涵洞）等组成的总称。新建和改建铁路（或区段）的等级，应根据其在铁路网中的地位、作用、性质、旅客列车设计行车速度和客货运量来确定。

轨道是由钢轨、轨枕、连接零件、道床、防爬器、道岔、道砟等组成。路基主要包括路基主体、路基排水建筑物和支挡建筑物。根据自然条件不同，有各种特殊路基，如软土、冻土、沙漠、黄土等路基。

桥梁主要包括梁部构造、墩台、基础。涵洞以箱型、圆形、拱形为主，同时还有虹吸管、渡槽等。隧道包括洞门、洞身的结构，并应根据围岩种类设计衬砌的类型等。

第二章高速铁路与既有线普速在线路标准方面的差异

与铁路线路标准相关的法律法规

根据《中华人民共和国铁路法》等相关法律法规，我国制定了《铁路线路设计规范》（简称《线规》）来规范我国既有线普速铁路线路的设计施工，并试行《高速铁路设计规范》来规范高速铁路的设计施工。《线规》所适用的旅客列车最高行车速度是140km/h，其中包括：线路的平面和纵断面、铁路和道路的交叉、正线轨道等技术规范。《线规》是铁路设计的主要依据。《高速铁

路设计规范》则适用于旅客列车设计行车速度250~350km/h的高速铁路，它统一了高速铁路设计技术标准。

《线规》中主要规定了以下几种关于铁路线路的技术标准：

（1）正线数目；

（2）限制坡度；

（3）最小曲线半径；

（4）到发线有效长；

《高速铁路设计规范》中主要规定了以下几种关于高铁线路的技术标准：

（1）正线线间距；

（2）最小平面曲线半径；

（3）最大坡度；

（4）到发线有效长度；

对比分析

通过对《线规》和《高速铁路设计规范》的对比，二者对于规定线路技术标准的条目大致相同，下面就二者的相似标准对它们进行对比分析。

最小（平面）曲线半径

列车在高速通过弯道时由于离心力作用向弯道的外侧产生横向力，会对钢轨产生挤压，外翻，为了保证列车的行驶安全，在铁路的设计和建造时，《线规》对不同速度等级的铁路规定了车辆可以安全通过的圆曲线的最小半径，就是线路的最小曲线半径。最小曲线半径定的小，可适应地形，减少工程费用，但会限制行车速度，影响行车安全和旅客舒适，增加轮轨磨耗。增加轨道设备及线路维修工作量等，因而必须根据铁路等级、行车速度、地形条件等全面研究决定。

既有线客货共线铁路的最小曲线半径既要保证旅客乘车通过曲线时的舒适条件，又要考虑货物列车通过时不致引起轮轨的严重损耗，其计算式如下：

R min=

11.8(V max 2?V H 2

)

h Q +h G

(m) （式2-1）

h Q ——欠超高允许值； h G ——过超高允许值；

V max —— 客运列车最大运行速度； V H —— 货车速度；

选定最小半径的影响因素主要有路段设计速度，货物列车的通过速度、地形条件等，因此，设计显得最小曲线半径要根据具体情况分路段拟定。《线规》中按式（2-1）得到初步结果，并结合我国工程和运营的实际情况，确定了各级铁路不同路段设计速度的最小曲线半径，如表2-1所示。

表2-1 最小曲线半径及计算参数表

段的个别曲线，经鉴定批准，可采用400m 的最小曲线半径。

与既有线不同的是，我国高速铁路的运输组织模式为高速与低速列车共线运行，高速铁路最小曲线半径的确定首先要满足最高设计行车速度350km/h、300km/h、250km/h、200km/h的要求，其次还要满足不同速度匹配条件下的速差要求。对于高速铁路列车线路的最小曲线半径，其计算公式为：

（式2-2）

R min=11.8v G2?v D2

h q+h g

V G——曲线段高速列车设计速度（曲线限制速度）；

V D——低速列车设计速度

因此，综合考虑后，得出高速铁路线路平面曲线最小曲线半径取值如表2-2所示。

表2-2 高速铁路最小曲线半径值（m）

最大坡度

新建铁路的最大坡度，在单机牵引路段称限制坡度，在两台及以上机车的牵引路段称加力牵引坡度，其中最常见的为双机牵引坡度。限制坡度是铁路的主要技术标准之一，影响限制坡度选择的因素很多，包括铁路等级、运输需求和机车类型、地形条件、邻线的牵引定数等。《线规》中规定既有线普速列车限制坡度的最大值如下表：

表2-3 限制坡度最大值 %

高速列车采用大功率，轻型动车组，牵引和制动性能优良，能适应大坡度运行。与传统铁路相比，高速铁路比较突出的特点是允许采用较大的坡度值。采用坡度的大小，对设计线的运营和工程影响很大。高速铁路采用大坡度的有利条件如下：

（1）现代高速铁路机车的大功率，特别是动力分散式动车组，可以提供强劲动力支持，为大坡度运营奠定基础。

（2）列车速度越快，爬同样的坡，减速度越小，重力作用时间越短，为设置大坡度提供条件。

我国规范中规定正线的最大坡度，一般情况下不应大于%，困难情况下，经技术经济比较，不应大于%；动车组走行线的最大坡度不应大于%。

到发线有效长度

到发线有效长是车站到发线能停放货物列车而不影响相邻线路作业的最大长度，货物列车到发线有效长度应根据运输需求和货物列车长度确定，且宜与邻接线路的货物列车到发线有效长度相协调。

高、中速共线运行的到发线有效长受中速列车长度控制。应按照中速旅客列车编挂辆数确定到发线有效长。按我国25型客车长度（）不同编挂辆数的有效长分别为：20辆编组650m、18辆编组600m、16辆编组550m。

运行全高速列车线路的到发线有效长，应同时满足两个条件：一是高速列车长度及有关参数之和，二是进站信号机至到发线另一端出发信号机之间的距离应大于列车由进站信号机到停车的制动距离。

高速客车到发线有效长L的计算公式为：

L=l1+l2+2l3+?L

式中 l1——列车长，包括机车和旅客列车长；

l2——为使站台在直线上，l2为警冲标至曲线终点的横坐标；

l3——富余量，按5m计；

?L——停车安全距离，参照日本资料，为不小于50m。

计算得到发线有效长表2-4：

表2-4 到发线有效长

取整后的到发线有效长序列车为：

动力分散式：450m、500m、550m。

动力集中式：500m、550m、600m。

第三章高速铁路与既有线普速在线路关键技术方面的差异

铁路线路技术包括轨道技术、路基技术和桥隧涵建筑物技术等多个方面。以下主要针对缓和曲线设计、道岔、桥梁技术和隧道技术几个方面来对比高铁与既有线线路关键技术的差异。

缓和曲线对比

线路平面由直线和曲线组成，铁路曲线由圆曲线和缓和曲线构成。旅客列车在曲线上运行时，要产生离心加速度，因此，适当的曲线半径，与列车运行的安全性息息相关。为使列车安全、平稳、舒适地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，在直线和圆曲线间必须设置一定长度的缓和曲线。下面就着重比较既有线与高铁缓和曲线的差别。

既有线缓和曲线

在缓和曲线范围内，其半径由无限大渐变到圆曲线半径，从而使车辆产生的离心力逐渐增加，有利于行车平稳；在缓和曲线范围内，外轨超高由零递增

到圆曲线上的超高亮，使向心力逐渐增加，与离心力的增加相配合；当曲线半径小于350m，轨距需要加宽时，可在缓和曲线范围内，由标准轨距逐步加宽到圆曲线上的加宽量。

设计缓和曲线时，应考虑线性选择、长度计算、如何选用和保证缓和曲线间圆曲线的必要长度四个问题，下面着重讨论缓和曲线的选用和圆曲线最小长度的问题。

我国铁路选用的是直线型超高顺坡的三次抛物型缓和曲线。其优点是线性简单，长度较短，计算方便，易于铺设养护。拟定缓和曲线标准时，有三点需要注意，一是保证超高顺坡不致使车轮脱轨；二是保证超高时变率不致使旅客不适；三是保证欠超高时变率不影响旅客舒适。缓和曲线长度应取三个计算值中的较大者，并进整为10的倍数。《线规》中规定缓和曲线长度如表3-1：

表3-1 缓和曲线长度（m，v<=160km/h）

选用。有条件时，应选用较长的缓和曲线。

高速铁路缓和曲线

对于高速铁路，由于旅客乘坐舒适度要求较高，因而对缓和曲线的设置要求也更为严格。在线形选择方面，我国高速铁路仍以三次抛物线缓和曲线为首选线形。

缓和曲线长度的计算取决于超高顺坡率允许值、未被平衡的横向加速度时变率允许值（欠超高时变率允许值）、车体倾斜角度允许值（超高时变率允许值）等相关参数的取值。其计算公式为：

L1≥

h

i max

=0.5h (m) (式3?1)

L2≥v G

×

h

(m)（式3?2）

L3≥v G

3.6

×

h q

[β]

(式3?3)

i max——最大超高顺坡率；

v G——设计最高速度（曲线限制速度）；

[f]——旅客舒适度允许的超高时变率限值，良好条件25mm/s，一般条件下取28mm/s,困难条件下31mm/s；

h——圆曲线设计超高（mm）；

[β]——欠超高时变率允许值，良好条件取23mm/s，困难条件取38mm/s；

h q——圆曲线设计欠超高（mm）。

设计缓和曲线长度取L1，L2，L3中的最大值，并取10的整数倍。经计算分析，对高速铁路而言，多以计算的L2控制缓和曲线长度。

普速铁路的超高时变率[f]值一般取32~36mm/s，欠超高时变率[β]一般取45~s。高速铁路为提高舒适度，一般将超高时变率和欠超高时变率减小，使缓和曲线长度相应增加。根据旅客的舒适度水平，限制速度在200km/h以上时，一般条件下超高时变率的允许值[f]取25mm/s，欠超高时变率允许值[β]取

23mm/s。其缓和曲线长度取值如表3-2。

表3-2，缓和曲线长度取值（m）

道岔技术对比

道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一个轨道是必不可少的线路设备，是铁路轨道的一个重要组成部分。它的基本形式有三种，即线路的连接、交叉、连接与交叉的组合。

我国最常见的道岔类型是普通单开道岔，简称单开道岔。单开道岔由转辙器、辙叉及护轨、连接部分和岔枕组成，单开道岔以它的钢轨每米质量及道岔

号数区分类型。目前我国的钢轨有75kg/m、60kg/m、50kg/m、45kg/m和

43kg/m等类型，标准道岔号数（用辙叉号数来表示）有6、7、9、12、18、

24号等。目前我国铁路干线上大量使用60kg/m钢轨固定性辙叉的12号单开

道岔。

高速铁路道岔在功能上和构造上与常速铁路道岔相比，没有原则上的区别，只是对行车的安全性和舒适度的要求更高了。高铁道岔的技术特点表现为：高

速度、高安全性、高平稳性、高可靠性、高平顺性与高精度、较好的适应性与

较少的维修工作量。高铁道岔结构和常速道岔一样，由转辙器、辙叉及转换设

备等三部分组成。

转辙器部分

高铁道岔的基本轨通常采用与区间线路钢轨材质及断面相同的类型。为了使基本轨保持正常断面，避免减弱钢轨的横向惯性力矩，许多国家在设计中采

用了尖轨尖端低与基本轨的办法，采用藏尖式尖轨结构。其尖轨多采用专门轧

制的矮型特种断面钢轨制造，尖轨跟端采用稳妥可靠的弹性可弯式结构。关于

尖轨的线性设计，当前主要有正割和正切两种线形。尖轨跟端结构的处理对尖

轨的伸缩位移有直接影响，为减少尖轨伸缩位移，根据道岔所处地区的温差，

可采用限位器或间隔铁结构。

辙叉部分

主要是设法消除辙叉有害空间，以使辙叉的结构能够达到不用护轨但轮缘仍可连续沿轨平稳运行，而不发生冲击的目的。主要采用可动辙叉，可动辙叉

在平面上消除了几何不平顺，在剖面及纵断面上的几何不平顺大为减少，与转