土木工程概论 教学课件 ppt 作者 姜晨光 主编 第1篇 土木工程的学科分支第4章 铁道工程.ppt

* 第4章 铁道工程 4.1 铁道工程的特点 目前，在我国，铁路运输是现代化运输体系之一，也是国家的运输命脉之一。铁路运输的最大优点是运输能力大、安全可靠、速度较快、成本较低、对环境污染较小、基本不受气象及气候影响、能源消耗远低于航空和公路运输，是我国现代运输体系中的主干力量。世界铁路的发展已有近200年的历史，1825年英国在大林顿到斯托克顿之间修建了世界上第一条机车牵引铁路（长21km），后来又于1830年建成了第一条完全用于客货运输而且有特定时间行驶列车的铁路（利物浦到曼彻斯特，铁路全长56km）。以后各国竞相仿效。在铁路发展初期的1825年---1860年全世界共修建了105000km的铁路，在铁路筑路高潮的1870年---1913年（第一次世界大战前）全世界每年平均修建铁路20000km以上。第一次世界大战后到20世纪60年代初，战争对铁路的破坏，使主要资本主义国家的铁路基本停止发展（此时，他们的公路、航空却得到快速发展），而殖民地、半殖民地、独立国、半独立国的铁路则发展较快，到1940年世界铁路营业里程已达到1356000km。上个世纪60年代末，随着电力牵引技术、集装箱技术、通信信号与管理自动化技术的发展世界铁路迈入了现代化的道路，20世纪70年代中期的世界石油危机，使铁路得到了进一步重视，高速铁路、重载铁路、磁悬浮铁路纷纷涌现。 目前，我国是按速度对铁路进行等级划分的，见表4-1-1。 表4-1-1 我国的铁路等级 4.1.1 高速铁路 发展高速铁路的关键问题是改善轮轨系统，速度V越快、轮轨磨擦系数U越小、牵引力降低越大、对提速影响越大，经测试，通常情况下V≤120 km/h时U＝0.2---0.25；V=160 km/h时U=0.13；V=300 km/h时U=0.03---0.05（此时，单机牵引已不够）。因此，高速铁路上必须采用高速牵引方式，目前典型的高速牵引方式有单一强力型或头尾式、动力集中式（西欧较多）、动力分散式（我国及日本的多动力车）。火车高速行驶时空气阻力会随车速V的增加而增加（阻力与V2成正比），因此高速车体都是流线型。车速越快、振动越大、噪声越大，因此为环保考虑高速车体及铁路均有相应的减振降噪措施。另外，高速铁路能耗大、运营及维护管理成本相对较高。 高速铁路轮轨系统的经济速度（能耗小、成本低），英国取230 km/h、德国取270 km/h、法国取280---360 km/h、国际铁路联盟（UIC）（办事机构在法国）取V＝270---300 km/h。 磁悬浮一般采用相吸或相斥的电磁原理。目前主要有2种代表性技术，一是超导电动磁悬浮技术（日本原创，技术含量高、价高、浮起高度较高，浮起高度为10 cm），另一个是常导电磁磁悬浮技术（德国原创，浮起高度1cm，要求高、优势差）。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，具有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油、污染少等优点，轨道采用高架方式，占用耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的噪声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。磁悬浮原理见图4-1-1。 日本、法国、德国是当今世界高速铁路技术发展水平最高的三个国家。 图4-1-1 磁悬浮原理 4.1.2 重载铁路 国际重载运输理事1994年6月对重载铁路下的定义是凡符合下列条件之二者即为重载铁路。 （1）、经常定期开行或准备开行总重≥5000吨的单元或组合列车。（单元是指一车头拉几个车厢。组合是指机车＋几个车厢＋机车＋几个车厢串联起来）。 （2）、在长度不小于150 km线路区段上，年计费运量≥2000万吨。 （3）、经常开行或准备开行轴重≥25吨的列车。 重载线路的特点是对轨道破坏严重。 我国重载专线的典型代表是大秦重载铁路线。 4.1.3 城市轨道交通 城市轻轨与地下铁道已是各国发展城市公共交通的重要手段之一。我国第一条地下铁路出现在北京，上海2000年12月顺利建成了我国第一条轻轨铁路（明珠线），目前，我国已有30多个城市开展了城市轨道交通的建设或前期工作，从而将我国的城市交通发展推向了一个新阶段。珠江三角洲、长江三角洲正在酝酿城际轨道交通。 城市轨道交通包括地铁、轻轨、有轨电车等。城市不同、轨道交通形式不同、目标速度不同，其设计条件也有所不同（像最小半径问题、坡度问题等，比如重庆的跨座式单轨工程）。 地铁是指轴重较重、单向断面高峰小时客流量在3---7万人次以上的城市轨道交通系统。轻轨是指轴重较轻、单向断面高峰小时客流量在0.8---3万人次以上的