作者：中铁二局股份有限公司 卿三惠等编著
出版社：中国铁道出版社
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高速铁路施工技术(“四电”工程分册)试读：
前言
2004年1月，国务院发布《中长期铁路网规划》，并于2008年进行调整，确定了“到2020年建设客运专线16000km以上”的发展目标。从此，中国铁路拉开了以“四纵四横”客运专线和城际快速客运系统为重点的大规模高速铁路建设序幕。截止2012年底，中国已建成高速铁路运营里程9356km，在建高速铁路12700km，成为世界上高速铁路发展最快、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大、系统技术最全、集成能力最强的国家。
为总结我国高速铁路的建设经验，中铁二局股份有限公司组织国内铁路技术专家及工程技术人员，在全面系统总结我国高速铁路试验研究及建设实践经验的基础上，广泛吸收国外先进技术，精心编著而成《高速铁路施工技术》系列丛书。
全套丛书包括《概论分册》、《路基工程分册》、《桥梁工程分册》、《隧道工程分册》、《轨道工程分册》、《“四电”工程分册》、《施工测量分册》、《工程试验与检测分册》共8个分册。
1.《概论分册》，主要介绍高速铁路的概念、作用、技术经济优势、主要技术特征；高速铁路基础设施（线路、路基、桥梁、隧道、轨道）的特点；国内外高速铁路的成就与发展趋势，重点突出我国高速铁路的技术创新成果及应用前景；高速铁路的系统集成、技术体系和技术标准体系等内容。
2.《路基工程分册》，主要介绍高速铁路路基的结构构造、技术标准及施工技术，重点突出地基处理、路堤填筑、路堑开挖、路基过渡段、路基支挡结构、路基边坡防护、路基防排水、路基堆载预压、路基沉降观测与评估等的施工工艺、质量检测及控制标准等内容。
3.《桥梁工程分册》，主要介绍高速铁路桥梁的结构构造、技术标准及施工技术。重点突出桥梁基础与墩台、预应力混凝土简支梁、连续梁、结合梁以及拱桥、斜拉桥、组合桥等桥式结构；钻孔灌注桩、钢围堰、预应力混凝土简支梁预制与架设、节段预制拼装、连续梁悬臂施工、原位支架法及移动模架施工、转体施工、无支架缆索吊装施工、大跨度桥梁施工监控、桥梁支座、桥面附属工程等的施工工艺、质量检测及控制标准等内容。
4.《隧道工程分册》，主要介绍高速铁路隧道的结构构造、技术标准及施工技术。重点突出隧道洞口工程、开挖与支护、二次衬砌、防排水、附属构筑物、辅助坑道，施工通风与防尘、超前地质预报、施工监控量测，不良地质与特殊岩土隧道、明挖隧道、TBM隧道、盾构隧道等的施工方法、施工工艺、质量检测及控制标准等内容。
5.《轨道工程分册》，主要介绍高速铁路轨道的结构构造及轨道的制造、运输、铺设、精调施工技术、质量检测与控制标准等内容。轨道结构的界面限定为路基基床表层以上、桥梁桥面混凝土保护层以上、隧道仰拱混凝土层以上的工程实体。重点突出CRTSⅠ型、CRTSⅡ型双块式无砟轨道，CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道，板式无砟道岔、长枕埋入式无砟道岔施工技术；有砟轨道及道岔施工技术；无缝线路施工技术；轨道施工组织方案等。
6.《“四电”工程分册》，主要介绍高速铁路“四电”系统集成的概念、程序、内容、模式、主要原则和措施、接口管理、RAMS管理、EMC技术管理、风险管理、系统兼容性和匹配性、集成试验和环境保护方案；重点突出高速铁路通信、信号、牵引供电系统施工技术及电力系统供电技术，包括系统构成、关键施工技术、质量控制要点与相关接口施工、试验与检测技术等。
7.《施工测量分册》，主要介绍高速铁路施工测量体系；精密测量控制网施工复测与加密测量；路基、桥梁、隧道工程施工控制测量及竣工测量；施工期间建筑物变形监测；轨道控制网测量、各类轨道板铺设施工测量、工程竣工测量；测量仪器设备配置的基本要求等。重点突出各工序环节的测量内容、方法、技术要点及质量检验、控制标准等内容。
8.《工程试验与检测分册》，主要介绍高速铁路试验与检测的主要技术标准及施工中混凝土、路基、桥梁、隧道、无砟轨道、无缝线路的试验检测技术，重点突出高速铁路区别于普通铁路对原材料的特殊技术要求与相应的试验检测方法，以及混凝土、无缝钢轨等结构实体的试验检测等内容。
本丛书理论联系实际，内容系统完整，工程实例丰富，展现了当今高速铁路施工的最新技术及推广应用前景，可作为铁路施工企业员工的技术培训教材，也可供高速铁路设计、施工、科研人员及大专院校土木工程专业师生学习和参考。
本丛书编撰过程中，引用了大量的参考文献资料，特向原作者个人和单位表示感谢。由于编者水平所限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请读者批评指正，以便不断完善。1高速铁路“四电”系统集成1.1概述
1.1.1 “四电”系统集成的发展状况
高速铁路“四电”系统主要包括通信、信号、电力、电气化四个专业系统。“四电”系统集成是指“四电”系统集成商按照建设单位提供的高速铁路“四电”系统初步设计方案和具体要求，提出一套完整、系统的“四电”系统工程建设方案和全方位的技术服务方案，主要包括“四电”系统集成组织机构设置、人力资源配置、总体技术方案研究与策划、工程设备方案研究、工程设备采购、制造、型式试验与供应、工程建筑与安装、系统专用软件开发与应用、系统联调联试以及工程管理模式及管理方法研究与实施等多方面工作的集成，是为高速铁路“四电”系统工程建设提供的一个完整的系统管理与服务平台。
高速铁路“四电”系统构成如图1-1所示。
图1-1 高速铁路“四电”系统的构成
截至2012年底，我国建成投入运营高速铁路9356km，成为世界上高速铁路运营里程最多的国家。高速铁路“四电”集成技术也得到发展并发挥了巨大作用。这主要体现在将传统意义上的通信、信号、电力、电气化四个分散专业整合为一体，统一进行设计、施工、管理和执行，实现了铁路建设技术中多学科的交叉融合。
在牵引供电技术方面，实现了良好的高速弓网匹配，动车组自动过分相；供电可靠、稳定，少检修；供电能力满足高速度、高密度、大功率的要求，且具有一定的综合一体化远程监控能力。
在通信信号技术方面，广泛采用GSM-R无线通信技术，实现了移动话音和数据、车地双向列车运行控制信息的传输，满足在固定设备与移动体间，实现大容量信息交换的要求。结合我国国情、路情，自主制定了CTCS技术标准，打破日本、德国、法国三种高速列控系统自成体系、不兼容、不开放的技术壁垒，代表未来高速列车运行控制技术的发展方向。
在运营调度技术方面，实现了以北京、上海、武汉、广州为中心的调度指挥系统，构件运营调度技术体系，达到了国际领先水平。
在综合维护检测方面，研制了高速综合检测列车，实现了对列车运行支撑体（路基、轨道等）和“四电”系统的一体化检测，提高了检测评估和故障判断的效率。
1.1.2 “四电”系统集成的必要性
高速铁路“四电”系统是四电自身发展及高铁建设的必然结果，其必要性主要体现在四电协同、标准统一、资源整合、接口管理、造价降低、管理有效等方面。（1）“四电”系统是实现同一目的（向移动设备提供服务）的不同方面。具体内容如下：
1）通信系统是信息传输保障。
2）信号系统是安全与控制保障。
3）牵引供电系统是动力保障。
4）电力供电系统是以上三电正常工作的保障。
5）只有以上四个方面的协同动作才能保证动车组的顺利运行。“四电”系统相互间及与动车组间的相互关系，如图1-2所示。
图1-2 “四电”系统相互间及与动车组间的关系（2）“四电”系统技术方面的标准应一致，这样才能在满足各专业需求的同时，实现各系统间的互联与互操作。（3）“四电”系统的协同性需要系统间技术与资源的整合，如信号系统，需要列控技术与通信技术的整合；远程监控、视频监控、电源等需要资源性整合，以实现资源共享。（4）“四电”系统的接口可分为四电系统间的、与土建设施间的、与移动设备间的、与铁路外的以及与环境的，具有多样性、分散性，需要统筹考虑。（5）通过标准的协调和系统的整合达到资源共享，实现节约投资的目的。
1.1.3 “四电”系统集成的内容和程序“四电”系统集成的主要内容包括：系统总体设计，接口技术，项目管理技术，RAMS（可靠性、可维护性、可用性、安全性）技术，EMC（电磁兼容）技术，安装调试技术，综合试验技术，维护培训技术，环境条件技术，用户/建设经验等方面的工作。“四电”系统集成工作内容具体见表1-1。整个系统集成技术和方法将运用于高速铁路建设从设计、供货、安装、试验、培训、技术服务到运营维护的全过程。
表1-1 “四电”系统集成工作内容“四电”系统集成是一个全方位的技术服务过程，从技术层面看包括：设计策划→总体设计→设备采购→检验→安装调试→系统试验→集成试验→试运行→后期技术服务等流程，以及各子系统的多层次系统集成工作界面。
从流程上可分为设计阶段、采购供货阶段、施工安装阶段、试验调试阶段、后期技术服务阶段。
1.1.4 “四电”系统集成的主要原则和措施（1）统筹考虑包括运营调度系统、客运服务系统、电力机车及动车组、基础设施等在内的整体系统的匹配性、兼容性，以及振动、噪声、电磁干扰等环境影响及其控制措施和信息共享平台。（2）统筹考虑通信、信号系统、牵引供电和电力供电系统对基础设施、电力机车及动车组、运营调度系统和客运服务系统间的接口要求。（3）满足近期最高设计速度、远期设计速度，接触网的验收速度为最高设计速度1.1倍的要求；满足旅客列车、货物列车最小追踪间隔的要求。（4）满足近、远期预测客货运量及高峰时间段客货运量的需求，并满足适应运输组织模式的需要，满足组织动车组、旅客列车与货物列车混合运行要求。（5）满足动车组在既有提速线及其他线上运行的需要。（6）严格执行相关技术标准、规范。（7）系统设计、产品的选择、安装与调试、试验等方面，应密切联系，统筹协调，使之形成有机的统一体。（8）引入枢纽的牵引供电方案，要结合枢纽内其他线路进行整体规划，确保相互之间的供电支援。（9）系统应选择供电能力强、可靠性高的牵引供电方式，并且优先选择容量利用率高的牵引变压器，牵引变电所外部电源应选用可靠性高的地方电力系统。（10）应通过充分吸收国内外同级别铁路线路的设计和运营经验，并充分考虑国内施工企业的施工能力和水平，进行系统优化，选用的产品（设备、材料和零部件）应成熟可靠。（11）“四电”系统的动力及环境监控纳入SCADA统一系统平台，合理利用资源，方便运营管理。（12）采用列控系统，以连续速度控制模式曲线监控列车安全运行，并具备升级扩展条件。（13）涉及行车安全的系统/设备应满足“故障导向安全”原则，其中列控和联锁系统的安全等级应达到SIL4级的要求；系统设备采用高可靠、高安全、高可用性的冗余体系结构，采用模块化设计，便于系统升级和扩展。（14）充分利用系统集成商的优势，对各系统主要设备机架机柜外观等进行统一，以体现工程实施的标准化和一致性。（15）集成的系统设备应具有抗电磁干扰、防雷电干扰和抗牵引电流干扰的能力，抗干扰能力及电磁辐射应符合相关国际、国内标准要求。（16）按时完成整个系统的集成试验，参与建设单位主持的运行试验，确保“四电”系统集成总目标的实现。
1.1.5 “四电”系统集成的模式
目前，我国高速铁路“四电”系统集成的模式主要有两种，即项目总承包系统集成和项目施工总承包系统集成。
1.项目总承包系统集成
在这种模式下，系统集成商应具备设计资质和施工总承包资质，负责系统总体方案设计、设备（材料）采购与供货、安装、试验以及后期技术服务等方面的工作，一般是施工单位与设计单位组成联合体参与投标。
2.项目施工总承包系统集成
在这种模式下，设计文件由设计单位编制完成。系统集成商主要负责协调建设单位与设备材料供货商、各专业施工单位之间的接口工作，以及进行联合设计、施工、试验和后期技术服务等方面的工作，一般是施工单位独立参与投标。1.2“四电”系统集成的接口技术与管理
1.2.1 接口技术
接口技术是系统集成技术的重要内容之一，接口本身就是一个系统，其工作具有总体工作的性质，目前越来越多的项目都逐步在原来的系统分工中增加了这个子系统，并且接口系统的管理方法和管理工具也得到了不断丰富和完善。
1.2.2 接口分类“四电”系统接口分为系统接口和设备接口，我们把因为系统分工引起的系统与系统之间的工作界面上的搭接关系称为系统接口。系统接口分为内部接口和外部接口。也可按照站后工程与承载体的关系（图1-3）、技术关系（图1-4）等分类。“四电”系统的内部接口如：牵引供电系统与变电所系统之间，变电所系统与接触网系统之间的接口等（图1-5）。外部接口如：牵引供电系统与外部电源系统之间，接触网系统与桥梁系统、隧道系统之间等存在的接口关系，如图1-6所示。
图1-3 站后预留接口与站前承载主体之间关系示意图
图1-4 系统主要技术接口关系图
图1-5 “四电”系统内部接口示意图
图1-6 “四电系统外部接口示意图
1.2.3 内部接口管理内容“四电”系统集成内部接口管理的主要工作内容包括：“四电”系统集成商、设计单位、施工单位、设备供应商相互之间的工作接口管理（组织管理层面）；“四电”系统集成工程设计各专业间的技术接口管理（技术层面）；各系统设备间的技术接口和物理接口管理（系统结构实施层面）。
1.2.4 外部接口管理内容（1）外部系统对本系统的接口需求或建议，主要指其他系统对本系统提出的要求或条件。（2）对外部接口的要求或建议，主要指系统集成商将提供通信、信号、牵引供电、电力供电系统与其他外部系统的接口要求或建议。包括：系统集成商分别与建设单位、外部电网运营商、相关既有铁路线运营单位、移动通信运营商、施工监理、相关工程承包人、设备供应商（由建设单位确定的供货设备商）、动车组及机车车辆提供商、环境、除系统集成外的工程设计等单位间的接口管理。（3）系统集成商组织其他各方参与接口管理磋商会议，明确组织管理接口、专业技术接口及“四电”系统结构与外部系统的物理接口等需求或条件。
1.2.5 接口管理工作流程
接口管理工作流程如图1-7所示。
图1-7 接口管理工作流程
1.2.6 接口工作方案
站前各专业与站后各专业接口较多，为避免相互影响，在施工中各专业的进度计划需协调一致，接口作业项目要统一组织进行。各相关专业施工配合关系见表1-2。
表1-2 各相关专业配合关系表
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