【文章內(nèi)容簡介】 1995 年 6 月 28 日，鐵道部部長辦公會議決定 :“提速是提高旅客列車及貨物列車的運行速度，倡導(dǎo)一種高質(zhì)量的服務(wù)精神，積極參與運輸市場的競爭。”這是一個極具戰(zhàn)略意義的決策。 提速對鐵路之所以重要，首先表現(xiàn)為它是鐵路在市場經(jīng)濟中求得生存與發(fā)展的必由之路，再不提速，鐵路 在市場經(jīng)濟中所占的份額將越來越少，這決不是全國人民所希望看到的。 提速能促進鐵路加快實現(xiàn)“兩個根本性轉(zhuǎn)變”。目前，全國各個企業(yè)都在按照黨中央提出的要求，實現(xiàn)“從傳統(tǒng)的計劃經(jīng)濟體制向社會主義市場經(jīng)濟體制的轉(zhuǎn)變，從粗放型向集約型的經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變”。鐵路要真正邁向市場經(jīng)濟，提速恰恰是最關(guān)鍵的一步。 提速是鐵路科技進步的體現(xiàn)。歷史告訴我們，社會科技每前進一步，運輸速度就登上一個臺階。各國鐵路旅客列車的旅行速度，是衡量鐵路運輸技術(shù)水平的重要指標，在相當程度上反映一個國家鐵路的水平。從這個角度分析，提 速就是鐵路科技進步邁出的一大步。 華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 3 提速也是社會進步的重要標志。速度是社會進步的窗口，在商品經(jīng)濟社會中，運輸速度更具有明顯的社會性。它不僅能促進商品的流通和經(jīng)濟的發(fā)展，而且還能影響人類的文明和生活水平的提高。更由于鐵路在我國運輸行業(yè)中起骨干作用，所以，鐵路提速將會大大降低我國全社會的運輸總成本。從這個意義上說，鐵路提速確實是我國社會進步的一個重要標志。 我國既有線路提速概況 隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速協(xié)調(diào)健康地發(fā)展，運輸市場需求將進一步增長，鐵路運輸將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。解決鐵路運輸?shù)摹捌款i”問題，需 要加快鐵路建設(shè)，擴大路網(wǎng)規(guī)模，推進技術(shù)裝備 現(xiàn)代 化，挖掘運輸潛力，提高運輸效率，擴大運輸能力，盡最大努力減少對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的制約。 自 1997 年以來，我國鐵路連續(xù)進行了六次大面積提速，基本形成了“四縱四橫”的提速 網(wǎng)絡(luò) ，使我國鐵路提速網(wǎng)絡(luò)總里程超過 16000 公里，超過 6400 公里的鐵路開行時速 160 公里及以上的旅客列車， 同時，部分貨運列車速度也相應(yīng)提高。這是中國鐵路落實 科學 發(fā)展觀、適應(yīng)國民經(jīng)濟持續(xù)快速、協(xié)調(diào)、健康發(fā)展要求所做出的重要戰(zhàn)略抉擇。但是相對于 7 萬多公里的鐵路營業(yè)里程，已經(jīng)提速的線路只占鐵路總里程的 %。因此，鐵路既有線提速空間依然廣闊。 我國鐵路提速的特殊性和復(fù)雜性 目前我國鐵路營業(yè)里程居世界第三位，完成的貨物發(fā)送量和客運周轉(zhuǎn)量居世界第一位，貨運周轉(zhuǎn)量居世界第二位。我國鐵路營業(yè)里程雖然只占全世界的6%，但卻完成 了全世界鐵路工作總量的將近四分之一，運輸密度為世界之最，鐵路運輸效率非常高。京滬、京廣、京哈、京九、隴海、浙贛等六大鐵路主要干線的運輸能力已經(jīng)飽和，長期處于超負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。以京滬線為例，這條鐵路以占全國鐵路 2%的營業(yè)里程，完成了全路 10%的旅客周轉(zhuǎn)量和將近 8%的貨物周轉(zhuǎn)量，是世界上客貨運輸最繁忙的干線。 中國鐵路具有世界上最高的運輸強度，運輸能力高度飽和，在線路上客貨共線運行，不同等級列車混跑。在高強度的運輸中，不同等級列車的速度、密度、重量對于運輸組織、軌道結(jié)構(gòu)、信號系統(tǒng)和牽引動力等技術(shù)和裝備的要求截 然不同，實施提速所面臨的情況十分復(fù)雜，處理不好不僅會降低效率，還會給行車安全帶來嚴重影響。 王遠 :提速線路軌道工程設(shè)計 4 我國鐵路是客貨共線，不同種類列車共線運行，客貨爭占線路能力的問題十分突出。實施提速，快速的客車要不斷越行慢行的貨車，必然造成列車密度的下降，列車速度與密度相互影響。重載列車對線路的破壞力大，而快速客車則對線路的平順性要求很高。 列車的“重量、密度、速度”是擴能提速提效中相互關(guān)聯(lián)的三個重要因素。長期以來，我國鐵路進行技術(shù)裝備更新的擴能改造都是遵循提高列車重量和增加行車密度的原則，對列車速度的儲備能力不足。實施 提速，原先的“重量、密度、速度”的匹配關(guān)系不能適用。列車速度提升的影響，不僅涉及到行車組織，而且關(guān)系到鐵路各方面的基礎(chǔ)設(shè)施，線路軌道標準、牽引動力、車輛性能、機車車輛制動能力、行車安全設(shè)施、道口防護等各個方面都必須進行提速改造。 在 中國 的鐵路上實施提速工程，是對鐵路原有運輸模式的重大突破，是從“大重量、高密度、中低速度”的運輸模式向“快速度、大重量、高密度”運輸新模式的重大轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變在中國和世界鐵路 發(fā)展 史上都是極為罕見的。中國鐵路大提速必然打破原有的運輸模式，通過 科學 的管理、先進的技術(shù)裝備和高效的運輸組織，探索出一條具有中國特色的、實現(xiàn)列車速度、密度、重量最佳匹配的既有線提速挖潛改造之路。 鐵路大提速的 經(jīng)濟 效益和社會效益 1. 通過提速提高鐵 路經(jīng)濟效益 據(jù)統(tǒng)計，鐵路經(jīng)過 6 次大提速后，客車平均運行速度提高了 25%，特快列車最高時速提高到了 140～ 160 公里，廣州 深圳最高時速已經(jīng)達到 200 公里。鐵路經(jīng)過六次大提速后，開行了“夕發(fā)朝至”列車、“城際列車”等快速列車，使距離 2020 公里左右的城市，一天即可到達。在提速的同時，安全正點率、服務(wù)質(zhì)量也在明顯提高，做到了提速與提高服務(wù)質(zhì)量同步進行。提速后的鐵路客流大幅度攀升。據(jù)統(tǒng)計，提速后客流年均增長百分之六點八，超過了公路、航空和水運的增長速度。客票收入年均增長率為 20%。鐵路在與航空、公路、水運競爭 中的優(yōu)勢越來越得以顯現(xiàn)，增強了鐵路的市場競爭能力和自我發(fā)展能力，提高了鐵路的經(jīng)濟效益，為鐵路跨越式發(fā)展創(chuàng)造了良好的經(jīng)營環(huán)境。 2. 鐵路大提速使整個社會受益 鐵路大提速不僅僅是列車速度的提高，同時全面提高了工作效率和質(zhì)量，提高了管理水平，縮小了與世界先進水平的差距。 1993 年以前，人們出門 80%靠坐火車，鐵路是人們外出選擇的主要運輸工具。 20 世紀 90 年代以來，我國客運華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 5 市場逐步形成鐵路、公路、民航三方競爭的局面，鐵路在競爭中，市場份額逐步下降。 1994 年鐵路客運量降至最低點。 1996 年，公路客運量首次 超過鐵路。隨著京沈、京滬高速公路的全線貫通，全國國道主干線已建成過半，高速公路網(wǎng)正在形成。北京 — 沈陽、北京 — 上海、成都 — 重慶、廣州 — 深圳、濟南 — 青島等大城市間，都可通過高速公路出行。高速公路的快速發(fā)展，使運輸市場競爭更加激烈，也給鐵路運輸帶來巨大的壓力。同時，廣大旅客貨主對運輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，特別對快捷性和舒適性提出了更高的要求。 鐵路實施提速調(diào)圖，進一步縮短了客車的旅行時間，開行“夕發(fā)朝至”列車、直達特快列車，增加大宗貨物直達列車等，適應(yīng)了旅客貨主對鐵路運輸高質(zhì)量的要求。通過五次大提速，鐵路在許多方面 有了明顯的改進和提高，使整個社會從中受益。 3. 提速促進了安全基礎(chǔ)的加強 幾年來，為了實施提速，全路完成了大量的提速基礎(chǔ)工程。更換提速道岔、Ⅲ型軌枕、優(yōu)質(zhì)道碴，改造小半徑曲線、平交道口，延展無縫線路長度，在線路兩側(cè)設(shè)封閉柵欄，推廣大型養(yǎng)路機械，整治線橋隧病害，使線路基礎(chǔ)得到了明顯加強。購置配備新提速機車客車，更換 20 206 型轉(zhuǎn)向架。改進檢修手段，提高檢修能力和水平，使移動設(shè)備的性能和質(zhì)量得到了明顯提高。推廣應(yīng)用一批功能先進的監(jiān)控裝備、檢測設(shè)備，加強了對移動設(shè)備和固定設(shè)備的動態(tài)監(jiān)控和檢測。加強人 員培訓，提高了職工適應(yīng)提速需要的技能。 4. 提速推動了運輸改革 全路以提速為契機，積極調(diào)整生產(chǎn)，撤并一批行車站段，改革客車乘務(wù)制度，實現(xiàn)了減員增效。提速也促進了經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)變，“我開車，你來坐”的封閉型生產(chǎn)組織方式發(fā)生了變化，運輸 企業(yè) 開始注重研究市場，按照市場需求來配置運力資源、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。幾年業(yè)運行圖編制工作不斷改進，推動了運輸組織的改革，優(yōu)化了運力資源的配置，挖掘了運輸潛力，提高了運輸效率。 提 速線路主要技術(shù)問題及對策 既有線提速改造是個系統(tǒng)工程，運輸、機務(wù)、工務(wù)、電務(wù)等各專業(yè)的改造應(yīng)綜合考慮、合理匹配。提速工程對鐵路線路而言就是克服軌道的薄弱環(huán)節(jié)、提高其技術(shù)標準。文章下面將從提速線路軌道結(jié)構(gòu)類型的選取、軌道強度檢算、曲線撥正計算、縱斷面拉坡設(shè)計、提速道岔優(yōu)化及監(jiān)測等方面進行討論和研究。 王遠 :提速線路軌道工程設(shè)計 6 第二章 線路對軌道結(jié)構(gòu)的要求 線路軌道結(jié)構(gòu)的要求 鋼軌結(jié)構(gòu)由鋼軌、軌枕、連接零件、道床、防爬器、軌距拉桿、道岔等所組成。它支撐和引導(dǎo)列車車輪，直接承受豎向、橫向和縱向力的作用。軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證機車車輛在規(guī)定 的最大荷載和最高速下運行時，具有足夠的強度、穩(wěn)定性和合理的修理周期。 穩(wěn)定的軌道結(jié)構(gòu) 在高速鐵路條件下，軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)備和材料有了比較大的加強，軌道各部件的靜力強大已不是對結(jié)構(gòu)軌道整體結(jié)構(gòu)承受能力起控制作用的因素。但是，高速鐵路軌道在不穩(wěn)定重復(fù)荷載作用下，其承受能力卻不一定能滿足高速行車的要求，它的破壞形式主要表現(xiàn)在列車荷載反復(fù)作用下，軌道各部件的疲勞折損、軌道整體結(jié)構(gòu)參與變形積累超限。對普通鐵路的軌道結(jié)構(gòu)，它和一般的工程結(jié)構(gòu)的顯著差別是在運用條件下能夠進行個別折損部件的更換和整體結(jié)構(gòu)參與變形的矯正 ，軌道結(jié)構(gòu)的工作過程是一個邊工作、邊折損更換、邊變性維修的過程。但對客運專線必須保證最高程度的穩(wěn)定。 平順的運行表面 為了保證高速行車的需要，軌道必須為列車提供列車平順的運行表面。軌道的不平順從結(jié)構(gòu)上大約可以分為三種類型，即結(jié)構(gòu)不平順、附加不平順和動態(tài)不平順。結(jié)構(gòu)不平順是指由于軌道結(jié)構(gòu)及部件固有的不平順，如鋼軌表面由于軋制工藝造成的鋼軌垂向玩去、焊縫凹凸不平、軌道鋪設(shè)和整道時形成的不平順；附加不平順是指在運行過程中濺在軌面碾壓形成的軌面損傷、鋼軌彈性墊層破損等；動態(tài)不平順是指在列車運行中產(chǎn)生的不平 順。動態(tài)不平順一般情況有兩種：一種是軌道彈性不均和荷載波動，輪軌接觸點呈波浪形；另一種是存在暗坑吊板和倒床不均勻的彈性下沉。 是否能實現(xiàn)高平順性的標準是高速鐵路成敗的核心問題，要求高、難度大、涉及面廣。高外高速鐵路在工程建設(shè)和設(shè)備管理方面積累了大量的經(jīng)驗，但也出現(xiàn)過不少挫折。這些失敗的教訓，很多都是因為對高平順要求認識不夠、對平順華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 7 性控制不嚴、采取的措施不當造成的。因此從事高速鐵路研究、設(shè)計、施工、監(jiān)理、管理人員都應(yīng)該十分重視高速鐵路的平順性問題。 良好的軌道彈性 高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)具有良好的彈性是十 分重要的。軌道具有良好的彈性，不僅可以使軌道具有較強的抗振動與抗沖擊能力，而且有利于減少噪聲干擾，因此軌道結(jié)構(gòu)良好彈性是各國高速鐵路追求的目標。軌道結(jié)構(gòu)彈性良好包括兩方面的含義：一是高速行車引起的振動起到“吸振”作用的足夠的彈性；二是沿軌道縱向彈性的均勻性。 可靠的軌道部件 高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)是十分重要的工程結(jié)構(gòu)，要求其具有極高的安全可靠，對組成軌道結(jié)構(gòu)的各部件自然也提出了極嚴格的性能和質(zhì)量要求。 在列車運行何在作用下，軌道結(jié)構(gòu)及其部件產(chǎn)生應(yīng)力和變性。不同的軌道結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)和各部件的盈利和變形有很 大的差異。由于運輸條件的變化和輪軌關(guān)系都具有很強的隨機性，軌道在一定的運輸條件下安全地完成規(guī)定任務(wù)的概率應(yīng)該達到規(guī)定的要求。軌道的破損表現(xiàn)為為軌道整體結(jié)構(gòu)變形和軌道部件折損。軌道整體結(jié)構(gòu)變形包括彈性變形和永久變形。軌道的永久變形不僅影響列車的平穩(wěn)運行，而且當這種變形積累到一定程度后，將大大削弱線路的強度和穩(wěn)定性，威脅行車安全。軌道結(jié)構(gòu)和一般工程結(jié)構(gòu)的顯著差別實在運營條件下，要隨時消除這些永久變形。對高速鐵路來講，軌道變形的速率應(yīng)非常緩慢，而一旦發(fā)生永久變形，必須及時消除。為保證列車安全、可靠運行，對軌道結(jié)構(gòu) 應(yīng)具備的狀態(tài)和各部件的關(guān)系都規(guī)定了嚴格的技術(shù)標準。 軌道結(jié)構(gòu)選取的原則 軌道結(jié)構(gòu)是由鋼軌、軌枕、扣件、道岔、道岔等部分組成這些力學性質(zhì)決然不同的材料承受來自列車車輪的作用，它們的工作是緊密相關(guān)的，任何一個軌道部件性能、強度和結(jié)構(gòu)的變化都會影響所有其他零部件的工作條件，并對列車運行質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。因此，軌道結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)，要用系統(tǒng)論的觀點和方法進行研究。鋼軌直接接受由機車車輛傳來的巨大的動力，并傳向軌枕；軌枕承受鋼軌傳來的豎向垂直力、橫向和縱向水平力后再將其分布于道床，并保持鋼軌正王遠 :提速線路軌道工程設(shè)計 8 常的幾何位置；輪 軌間的各種作用力通過軌枕和扣件的隔振、減震、和衰減后傳遞給道床，使道咋重新排列，并將作用力擴散傳遞于路基。由于列車速度的提高給鋼軌結(jié)構(gòu)的作用力與速度的 n 次方成正比，高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)必然比普通鐵路具有更高的安全性、可靠性和平順性。為保證軌道結(jié)構(gòu)的這些要求，軌道各部件的力學性能、使用性能和組成為結(jié)構(gòu)的性能呢個都比普通軌道部件高得多。 軌道結(jié)構(gòu)的類型 ? 有砟軌道 有砟軌道即所謂的常規(guī)的軌道，是鐵路一種傳統(tǒng)的軌道結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)外的已獲得廣泛的應(yīng)用。有砟軌道具有結(jié)構(gòu)形式簡單、造價低、建設(shè)周期短，線路的彈性和減 振性能較好、噪聲較小，軌道超高和幾何形態(tài)調(diào)整簡單、且破壞后修復(fù)時間短、自動化及機械化維修效率高等優(yōu)點。但是缺點是軌道橫向抗力較小，容易產(chǎn)生不均勻下沉，橋上道床穩(wěn)定性較差、行車中會使道砟飛散，軌道結(jié)構(gòu)被破壞后，加大維修工作量。 ? 無砟軌道 無砟軌道結(jié)構(gòu)是耐永久性好、塑性變性小的材料代替道砟材料的一種新型軌道。由于取消了碎石道床，軌道保持幾何狀態(tài)的能力提高，軌道穩(wěn)定性增強，維修工作減少，明顯優(yōu)于有砟軌道，成為目前高速鐵路的主要發(fā)展方向。根據(jù)無砟軌道的貼點和線下基礎(chǔ)的設(shè)計要求，在橋梁、隧道和路基穩(wěn)定的地段采用無砟軌道。 華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 9 表 21 無砟軌道和有砟軌