高铁概论论文正文

一、世界高铁的发展历程21.1世界高速铁路发展三个阶段21.2高速铁路的优势3二、高速铁路无缝线路技术32.1铺设无缝线路的意义32.2无缝线路的类型42.3无缝线路的纵向阻力52.3.1街头阻力 52.3.2扣件阻力 52.3.3道床纵向阻力 62.4无缝线路的稳定性62.4.1影响无缝线路稳定性因素 62.4.2无缝线路稳定性计算 62.4.3预防措施和解决办法 82.5钢轨对焊的方法92.5.1钢轨闪光对焊方法及特点 92.5.2电弧焊 92.5.3铝热焊 9三、桥上无缝线路技术103.1桥上铺设无缝线路的意义103.2桥上无缝线路钢轨的应力113.3桥上与路基上无缝线路的区别113.4桥上无缝线路养护维修注意事项123.5桥上无缝道岔123.6我国桥上无缝道岔铺设情况123.7桥上底座纵连板式无砟轨道13参考文献13一、世界高铁的发展历程自从1964 年日本建成世界上第一条东京至大阪高速运营铁路以来，在短短 的四十多年里，高速铁路从无到有，发展迅速。截止 2010年底前，世界投入运 营的高速铁路近2.5 万公里，我国高铁运营里程已达近万公里。占世界高速铁 路总里程的 30%，稳占世界第一。其中主要分布在我国、日本、法国、德国、 意大利、比利时、荷兰、瑞典、赢过、韩国我国台湾等 17个国家和地区。高速 铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、运载量大、低碳环保的运输方式，已逐渐 成为世界交通发展的重要趋势！1.1 世界高速铁路发展三个阶段第一次是上世纪 60年代至 80 年代末，是世界高速铁路发展的初始阶段， 主要由发达国家日本、法国、意大利和德国推动了这一次建设高潮。在这期间 假设并且投入运营的高速铁路有：日本的东海道、山阳、东北和上越新干线； 法国的东南TGV线；意大利的罗马至弗洛伦萨线以及德国的韩诺威至维尔茨堡 高新线，高速铁路总里程达到 3198公里。这期间日本建成了遍布全国的新干线 网的主体结构，在技术、商业、财政以及政治上都取得了巨大的成就。第二次是上世纪80年代末至90年代中期。在日本等国家高速铁路建设领 导下，世界各国尤为欧洲的法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞 典和英国等最为突出，对高速铁路投入了极大的财力并付诸实践。1991 年瑞典 开通了 X2000摆式列车；1992年西班牙引进法国、德国的技术建成了第一条 471 公里的马德里至塞维利亚的高速铁路；1994 年英吉利海霞隧道把法国与英 国连接在一起，开创了第一条告诉铁路国际连接线；1997年，从巴黎开出的 “欧洲之星”列车又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。在这期间，日 本、法国、德国遗迹意大利对发展和完善告诉铁路网也进行了周密和详尽的规 划，对原有高速铁路网进行了大规模扩建。第三次是上世纪90年代中期至新世纪以来，这次建设高潮涉及到亚洲、北 美、大洋洲以及整个欧洲，形成了世界交通运输业的一场革命性的转型升级。 俄罗斯、韩国、我国台湾、澳大利亚、英国、荷兰等国家和地区先后开始了高 速铁路的建设。为了配合欧洲的高速铁路网建设，东部和中部欧洲的捷克、匈 牙利、波兰、奥地利、希腊遗迹罗马尼亚等国家正在进行干线铁路改造，全面 提速。对高速铁路开展前期研究和初步实践的国家还有土耳其、中国、美国、 加拿大和印度等。1.2 高速铁路的优势高速铁路具有其它交通工具难以比拟的技术优势。首先是行车速度，法国 的 TGV 列车曾创出 515.3 公里/小时的世界纪录；其次是车组运能大，高速列车 间隔时间可达到 5 分钟，单向每小时可开 12 列列车，这是公路和航空所无法相 比的；再次是安全性高，高速铁路线路设施的质量和精度较高，列车运行控制 系统是利用成熟的垫子技术和智能化软件所集成的，能确保两列列车的安全距 离，世界各国的高速铁路极少发生人身伤亡；还有就是全天运行，不受雨、 雾、风、雪的影响；此外还具有耗能低、节约用地、环境污染轻、舒适度高的 特点。与此同时，高速铁路还是推动经济起飞的动力，可以产生良好的经济效 益。一时促成铁路沿线的农村城市化进度，创造新的就业机会。1975-1996年 年间，日本在新干线沿线的工商业增加了 49%，沿线城市的财政收入增加了 150%。法国TGV每年投资10亿法郎可创造3000个就业机会。二是投资回收 快，不会造成财政和金融负担。日本东海道新干线运营 7 年后即全部收回线路 修建和机车车辆的购置费。法国高速铁路东南线1981年投入运营，10年后即 收回全部投资。三是带动相关产业发展。拿我国来说，由于人口众多、内陆深 广，解决大规模人口流动问题，高速铁路是最安全、最快捷、最经济、最环 保、最可靠的交通方式。我国铁路决定把发展客运告诉作为实现现代化的一个 主要方向。二、高速铁路无缝线路技术2.1 铺设无缝线路的意义所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火的 25m 长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成 1000m 到 2000m 的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。无缝线路的铺设，大大减少了列车形式过程中的冲击和振动，列车行驶 在无缝线路上非常平稳，给旅客的出行，货物的运输带来的巨大的便利以及 舒适感；与此同时，无缝线路的铺设延长了机车车辆、钢轨及连接部件的使 用寿命，降低了养护维修费用，节省了大量的人力物力；在电力牵引或自动 闭塞区段可以减少接头的导电设备等。22无缝线路的类型按应力方式分可分为：温度应力式、自动放散温度应力式、定期放散温度应力式。按长度分又可分为：普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路23无缝线路的纵向阻力无缝线路的纵向阻力是当外界发生温度变化而引起轨温变化时，抵抗钢轨 两端自由伸缩的阻力。2.3.1街头阻力钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻 力，称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为了 安全，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。232扣件阻力扣件阻力是由钢轨沿着轨枕垫板面之间的阻力和板扣板与轨底扣着面之间的摩擦阻力所组成的，一组扣件的阻力F为：F=2 （卩 +卩）P1 22.3.3道床纵向阻力道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木 盒内道碴抗推力组成。2.4无缝线路的稳定性无缝线路在夏季高温季节，由于钢轨内部存存在巨大的压力，引起轨道横 向变形，在外来因素的干扰下，轨道玩去变形突然增大的现象叫做失稳。2.4.1影响无缝线路稳定性因素保持无缝线路稳定性因素主要有道床的横向阻力以及钢轨的框架刚度。其 中道床的作用占到65%,钢轨占到25%，其余的10%是扣件的作用。影响道床作 用的因素有道床的材质、道渣的级配、道床的肩宽、堆高形式以及线路的维修 作业。钢轨的框架刚度反映其自身抵抗弯曲能力的参数。主要取决于钢轨的材 质。丧失稳定性因素主要是钢轨温度压力和轨道的初始弯曲。其中钢轨的温度 压力是构成无缝线路稳定问题的根本原因。而轨道的初始弯曲是影响稳定性的 直接原因，它包括弹性初始弯曲和塑性初始弯曲两部分。2.4.2无缝线路稳定性计算无缝线路稳定性计算是为防止无缝线路胀轨跑道所进行的计算。由于这些 因素变化的随机性较大，它们对无缝线路变形直至失稳过程的影响较为复杂。 为了弄清这些因素的各自变化规律、对无缝线路的作用关系，以及在温度力的 作用下轨道变形的发展过程和规律，在铺设无缝线路之初就引起各国工程技术 人员的重视，从理论计算和实践进行了大量的研究工作。各国在研究中结合各 自的国情，所考虑的各影响因素不同，诸如对道床阻力的变化规律和取值；对 轨道的原始不平顺的影响考虑与否，对变形曲线的形式更是多种多样，考虑轨 道框架刚度的方法有的用系数表示，有的则把钢轨和扣件作用分开考虑；又如 在确定允许温度压力时方法也不一样，一种是以一定的变形量来控制，另一种 是以变形不可能出现突变情况的安全温度法，等等。上述所假定的条件不相 同，则计算公式也就不同，所以各国都有自己的无缝线路稳定性计算公式。中国铁路自20世纪50年代未开始铺设无缝线路以来，各铁路院校、科研 部门、设计院和铁路局部相继开展了试验研究工作，先后进行了单项因素如对 道床阻力变化规律的试验研究和小轨道模型轨道以及试验轨道的试验，取得了 大量的有用数据，对无缝线路在温度压力作用下其变形变化规律和失稳过程有 了深入的认识，并发表了各种形式的无缝线路稳定计算公式。在此基础上，于 1977年经过多方共同研讨并提出，假定变形曲线波长与初始波长相等，并取变 形为2mm时对应的温度压力，除以安全系数，即为保证线路稳定的润许温度压 力。经过十多年以后，由于中国无缝线路的发展和实践经验及科学研究的不断 深入，铁道科学研究院无缝线路研究组于1989年又提出了变形曲线波长与初始 弯曲波长不相等的无缝线路稳定性计算公式（简称不等波长稳定性计算公 式）。铁道部于1990年5月1日颁布实施的无缝线路铺设及养护维修方法 中，铺设无缝线路允许温差表就是以这种计算方法为依据的，现正在推广应 用。该法主要特点是：假定变形曲线波长与初始弯曲波长不相等，并考虑了温 度压力分布不均匀性；锁定轨温变化的影响；以及初始弯曲分布的随机性，道 床密实度、扣件拧紧程度的不均匀性；轨温测量的不准确和计算过程的误差； 高温条件下无缝线路可能产生横向变形积累等因素的影响。2.4.3预防措施和解决办法要确保无缝线路的稳定，就必须针对上述影响无缝线路的稳定的的主要因 素实行有笑控制，具体防护措施和解决办法如下：在铺设无缝线路前，合理确定锁定轨温。对锁定轨温不明、不准、偏高、 偏低、不匀的线路要调整，并重新锁定线路。尽可能矫直长轨条的初始弯曲， 保持线路方向顺直，各项几何尺寸偏差应保持在保养限度值之内。保持无缝线路设备状态良好，保证足够的抵抗弯道的变形能力和稳定性。 按照要求安装防爬器，防止线路爬行；混凝土枕扣件应当齐全，并保持状态良 好，使之达到“密、紧、正、润”的要求。道床断面的几何尺寸应符合设计标 准，并使道床保持丰满、紧密、排水良好、有弹性，道渣一经移动要及时夯 拍，尽快恢复道床阻力。无缝线路养护工作必须认真执行“一准（锁定轨温准）、二清（综合维修 成段保养作业半年一清，零星保养临时养修一季一清）、三测（作业前、中、 后测量轨温）、四不超（作业不超温，气道不超高，扒渣不超长，拔道不超 量）、五不走（扒开的道床未回填不走，作业后道床为未夯拍不走，未组织 回检不走，线路质量未达标不走，发生异常情况未处理不走）”的作业制度。发生“胀轨跑道”事故，应立即设置停车新号防护，采取以下措施来确保 线路的稳定：首先要浇水降温，从“胀轨跑道”的范围以外两侧50m-100m开始 由两端向中间浇水。待轨温明显下降后，拔回线路，回填道渣。即使补充道 渣，适当加大道床断面，开通线路方形列车，应限速慢行。总之保持无缝线路的稳定性的工作不是一劳永逸的，它贯穿于无缝线路管 理的全过程。只有深入研究各影响因素间的变化和相互关系，才能确保无缝线 路在实际可能的最不利因素下保持稳定。2.5 钢轨对焊的方法2.5.1钢轨闪光对焊方法及特点闪光对焊是各国铁路无缝线路中使用最广泛、也是最主要的钢轨焊接方 法，其焊接质量优良、力学性能接近钢轨母材。闪光焊有连续闪光焊、预热闪 光焊和脉动闪光焊三种方式。连续闪光焊的焊缝中出现“灰斑”缺陷的几率 多、面积和数量也较多，焊接高强耐磨轨的使用焊接性受到限制。预热闪光焊 焊接过程中，主要通过钢轨端面短路预热电流产生的热量加热钢轨端头，因此 需要大功率的焊接电源。脉动焊接的主要特征是:送进油缸油压脉动，脉动加热 过程闪光火花飞溅少。与连续闪光焊相比较，脉动闪光焊焊缝中出现，灰 斑”缺陷的几率低，适用焊接高强耐磨钢轨。焊工使用电焊条或焊丝与钢轨端面产生电弧电热熔化，冷却后形成对焊焊 头，是熔化焊方法。目前只有日本铁路干线上使用电弧焊，日本钢管(NKK)称其 为强迫成型电弧焊，用于单元轨节的焊接。这种方法不仅焊接时间长，而且对 焊接工艺、焊工技术要求很高，焊接质量稳定性较差。2.5.3铝热焊常用于线路上钢轨对焊，其实质是冶金铸焊，焊头力学性能与交光焊相比 较，各项检验指标均较低。法国TGV铁路2001年统计，自1983年开通运营后 断轨80起，焊缝断裂占30%，其中90%是铝热焊头。各国铁路对铝热焊使用的 情况不同，西欧使用较多，日本较少而且新干线上不再使用。从我国秦沈客运 专线焊头检验数据统计显示，铝热焊头的塑性、韧性指标很难达到 TB/T1632- 1991 标准中规定要求。气孔、夹渣、裂纹、未熔合是铝热焊缝的主要缺陷，也 是造成焊头断裂的直接原因。三、桥上无缝线路技术31桥上铺设无缝线路的意义桥上铺设无缝线路技术是 高速铁路轨道的关键技术之一 桥上铺设无缝线路能有效的减 少列车车轮对桥梁的冲击作用 提高列车通过桥梁的舒适性和 安全性；延长设备使用寿命； 减少养护维修工作量；提高列 车通过桥梁的速度。中国从1963年开始，先后在一些中小跨度的多种类型桥梁（简支梁、 连续梁、桁梁、有碴无碴桥）上铺设无缝线路，并对桥上无缝线路梁轨相互 作用的原理进行大量的试验研究，涉及了多种类型桥梁上无缝线路纵向力作 用规律，以及桥梁墩顶位移（高墩）等多种因素的影响，并建立了桥上无缝 线路伸缩附加力、挠曲附加力的计算原理和计算方法，为中国在桥上铺设无 缝线路奠定了基础，至今已成功地在桥梁上铺设了无缝线路。除一般中小桥 外，至今已成功地在桥梁上铺设了无缝线路。除一般中小桥外，同时在一些 特大桥上铺设了无缝线路。除一般中小桥外，同时在一些特大桥且有一定代 表性的桥梁上也成功铺设了无缝线路，如南京长江大桥、武汉长江大桥、九 江长江大桥等。32桥上无缝线路钢轨的应力Bl一1bA5P_一 桥上无缝线路除受到列车动载、温度力、制动力等的，用外，还受到由 于桥梁的伸缩或挠曲变形产生的梁轨相互作用力纵向附加力。附加纵向 力增加了钢轨应力，并反作用于桥梁，并通过桥梁作用于墩台。此外，桥上 无缝线路钢轨一旦断裂，不仅危及行车安全，还将产生断轨附加力，并通过 桥跨结构而作用于墩台上。因此，设计桥上无缝线路时，为保证安全，必须 考虑在上述各种力的联合作用下，保证钢轨、桥跨结构及墩台满足各自的强 度条件、稳定条件以及钢轨段缝条件。33桥上与路基上无缝线路的区别在路基上，钢轨强度的检算主要是动弯应力、温度力以及制动力；稳定 性的检算则是温度力。而在桥上则有所不同，钢轨的强度是一样的，但是钢 轨的稳定性除了温度力还有一个附加力，钢轨断缝检算是在最大降温幅度下 的断缝，桥梁墩台检算主要是伸缩力、挠曲力、制动力。所以桥上铺设无缝 线路给设计上带来了很大的困难。3.4桥上无缝线路养护维修注意事项根据设计文件规定，保持扣件布置方式和拧紧程度；对桥上钢轨焊缝要加强 检查，发现伤损及时处理；对桥上伸缩调节器的伸缩量应定期检查，发现异常 要及时分析原因并整治；定期测量长轨条爬行，做好记录，超过10mm及时分析 原因并整治；严格按规定的作业轨温条件进行作业。3.5桥上无缝道岔随着高速铁路、客运专线、快速客货混跑铁路和城市轨道交通的发展，受 环保和地形条件限制，以及轨道平顺性的要求，越来越多的道岔设置在桥上。 桥上无缝道岔技术是铁路轨道的前沿性技术难题，它是桥上无缝线路技术、无 缝道岔技术和无砟轨道技术的综合。目前为止，国内外都没有对桥上铺设无缝 道岔进行系统研究，也缺少相应的应用经验。36我国桥上无缝道岔铺设情况浙赣线湄池站桥上有砟无缝道岔雷大桥上底座板纵连板式无缝道岔滑动层轨道扳诙泡秣墊料板3.7桥上底座纵连板式无砟轨道轨道板和底座板均为连续铺设，贯通全桥，不存在板缝；采用统一的轨道板和扣 件；取消了钢轨伸缩调节器的设置；底座板和桥梁间设置滑动层，大大降低桥梁 伸缩对底座板产生的附加力；墩台固定支座处底座板和桥梁设置固定联结机构，将 轨道板的纵向力尽快传至桥墩上；梁体因温度变化产生的伸缩或因活载产生的变形引 起桥梁和轨道间的相互作用由于滑动层的存在，相应减弱；连续底座板两端的台后路 基上设置端刺和摩擦板，抵抗连续板产生的多余纵向力，确保轨道在桥梁两端与路基 过渡段的稳定性。轨道板采用与路基相同的结构型式，底座板根据桥梁具体情况进行 单独设计。参考文献【1】陈庆民，无缝线路，北京：中国铁道出版社，2004【2】卢耀荣，无缝线路研究与应用，北京：中国铁道出版社，2004【3】广钟严，高慧安铁路无缝线路，北京：中国铁道出版社，2001【4】卢祖文，客运专线铁路轨道，北京：中国铁路出版社，2005【5】郝瀛，铁道工程，北京：中国铁道工程出版社，2002