作者：卿三惠
出版社：中国铁道出版社
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高速铁路建造技术·施工卷(上)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，编著了《高速铁路建造技术·施工卷》一书，该书已被列为“十二五”国家重点出版物出版规划项目。
全书共8篇，分上、下两册。上册内容为第1～4篇，下册内容为第5～8篇。
第1篇 绪论。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；高速铁路的系统构成；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建设在土建工程、牵引供电、高速列车、列车运行控制、运营调度、客运服务六个方面的重大技术创新成果。
第2篇 高速铁路路基施工技术。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。
第3篇 高速铁路桥梁施工技术。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。
第4篇 高速铁路隧道施工技术。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。
第5篇 高速铁路轨道施工技术。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。
第6篇 高速铁路“四电”施工技术。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。
第7篇 高速铁路施工测量技术。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。
第8篇 高速铁路试验与检测技术。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。
2013年5月于成都第1篇绪论1高速铁路的定义
迄今为止，国际上对高速铁路的定义尚无统一标准。1970年5月日本71号法令规定“列车在主要区间以200km/h以上速度运行”的铁路称为高速铁路；1985年5月联合国欧洲经济委员会规定“新建高速客运专线的最高速度300km/h及以上，新建客货混运线最高速度250km/h及以上的铁路”称为高速铁路；1996年国际铁路联盟（UIC）规定“新建线路达到250km/h及以上，既有线改造达到200km/h及以上的铁路”称为高速铁路。我国对高速铁路的定义与UIC相似，即“新建铁路旅客列车设计最高行车速度达到250km/h及以上，既有线改造旅客列车设计最高行车速度达到200km/h及以上的铁路”称为高速铁路。
广义地说，高速铁路包括使用轮轨技术和磁悬浮技术两大类轨道运输系统。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种；磁悬浮技术有超导排斥型和常导吸引型两种。就目前而言，世界各国的高速铁路都以非摆式车体的轮轨技术为主。
铁路列车运行速度的分级标准：100～120km/h为常速；120～160km/h为中速；160～200km/h为准高速或快速；200～400km/h为高速；400km/h以上为超高速。2高速铁路的作用
高速铁路在交通运输方面具有极为明显的优势。在运行速度上，最高速度可达350km/h及以上，堪称“陆地飞行”；在运输能力上，一个长编组的列车可以运送1000多人，每隔3min就可以开出一趟列车，运力强大；在适应自然环境上，高速列车可以全天候运行，基本不受雨雪雾的影响；在列车开行上，采取“公交化”的模式，旅客可以随到随走；在节能环保上，高速铁路是绿色交通工具，非常符合节能减排的要求。正因为如此，高速铁路正在为国家经济社会又好又快发展提供重要的支撑和保障。具体作用如下：（1）有利于强化城市间的“同城”效应。高速铁路对于满足日益增长的旅客运输需求，实现中心城市与“卫星”城镇的合理布局，发挥城市对周边地区的辐射带动作用，强化相邻城市间的“同城”效应，具有重要作用。（2）有利于推动区域和城乡协调发展。高速铁路大大缩短了各区域间和城乡间的时空距离，促进了区域间、城乡间劳动力尤其是人才、信息等要素的快速流动，带动相关产业由经济发达地区向欠发达地区转移，增强农村“造血”功能，有利于实现区域和城乡协调发展。（3）有利于促进产业结构升级。高速铁路不仅是高新技术的集成，而且产业链很长，能够带动相关产业结构优化升级。高速铁路为旅游业的发展也提供了极大便利，对于提高第三产业的比重发挥了重要作用。（4）有利于释放铁路的货运能力。高速铁路网建成之后，铁路繁忙干线可以实现客货分流运输，把既有线的能力腾出来，发展货物运输，极大地释放既有线货运能力，为国民经济平稳较快发展提供可靠的运力保障。
大量事实表明：高速铁路沿线已经成为中国经济发展最活跃和最具潜力的地区。我们有理由乐观地预见，高速铁路在支撑我国区域经济协调发展、优化资源配置和产业布局、构建高效综合运输体系、降低社会物流成本、促进城镇一体化进程和经济可持续发展等方面，都将发挥巨大的作用。3高速铁路的技术经济优势
高速铁路与公路、航空相比，主要技术经济优势表现在以下几个方面。（1）速度快。速度是高速铁路技术水平的最主要标志，各国都在不断提高列车的运行速度。中国、法国、日本、德国、西班牙、意大利高速列车的最高运行速度分别达到了350km/h、300km/h、300km/h、280km/h、270km/h和250km/h。如果作进一步改善，运行速度可以达到350～400km/h。除最高运行速度外，旅客更关心的是旅行时间，而旅行时间是由旅行速度决定的。以北京至上海为例，在正常天气情况下，乘飞机的旅行全程时间（含市区至机场、候检等全部时间）为5h左右，如果乘高速铁路（350km/h）的直达列车，全程旅行时间则为5～6h，与飞机相当；如果乘既有铁路列车，则需要15～16h；若与高速公路比较，以上海到南京为例，沪宁高速公路274km，汽车平均时速83km，行车时间为3.3h，加上进出沪、宁两市区一般需1.7h，旅行全程时间为5h，而乘高速列车，则仅需1.15h。（2）安全性好。高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的。高速铁路问世近半个世纪以来，日、德、法三国共运送了60多亿人次旅客。高速铁路被认为是最安全的，几个主要高速铁路国家，一天要发出上千对的高速列车，其事故率及人员伤亡率远远低于其他现代交通运输方式。与此成对比的是，全世界由于公路交通伤亡事故每年约死亡25万～30万人；1994年全球民用航空交通中有47架飞机坠毁，1385人丧生，死亡人数比前一年增加25％，比过去10年的平均数高出20％。（3）正点率高。由于高速铁路系统设备的可靠性和较高的运输组织水平，可以做到旅客列车极高的正点率。西班牙规定高速列车晚点超过5min就要退还旅客的全额车票费；日本规定到发超过1min就算晚点，晚点超过2h就要退还旅客的加快费，1997年东海道新干线列车平均晚点只有0.3min。高速列车极高的准时性深得旅客信赖。（4）全天候运行。高速铁路线路为全封闭结构，具有自动化的控制系统和自动驾驶系统。一般情况下不受天气变化的影响，可以全天候安全运行，按图行车，除非发生地震。在较为严重的自然灾害条件下，可以采取减速运行的方式维持行车，不会像公路和航空运输那样，在浓雾、暴雨和冰雪等恶劣天气情况下，则必须关闭停运。高速铁路的安全保障系统不但保证了高速列车运行安全，也使铁路运输全天候的优势得到了更充分发挥。（5）舒适方便。高速铁路一般每4min发出一列客车，日本在旅客高峰时每3.5min发出一列客车，旅客基本上可以做到随到随走，不需要候车。为方便旅客乘车，高速列车运行规律化，站台按车次固定化等，这是其他任何一种交通工具无法比拟的。高速铁路列车车内布置非常豪华，工作、生活设施齐全，座席宽敞舒适，走行性能好，运行非常平稳。减振、隔声效果好，车内很安静。（6）能源消耗低。如果把各种交通运输工具以平均每人公里的能耗来进行比较的话，普通铁路为1，高速铁路为1.42，大客车为1.45，小轿车为8.2，飞机为7.44。高速列车利用电力牵引，不消耗宝贵的石油等液体燃料，可利用多种形式的能源。（7）环境影响小。当今，发达国家对新一代交通工具选择的着眼点是对环境影响小。高速铁路符合这种要求，明显优于汽车和飞机。（8）占用土地少。双线铁路用地宽度为13.8m，6车道高速公路用地宽度为37.5m，要完成一条高速铁路的运量，高速公路需要8车道。（9）载客量高。无论是高速公路或机场都会发生挤塞。高速铁路的优点是载客量非常高。倘若旅程以大城市中心为出发及目的地，使用高速铁路加上转乘的时间可能只跟驾驶汽车相仿，但高速铁路毋须自行驾车，较为舒适。另外，虽然高速铁路的速度比不上飞机，但在距离稍短的旅程（650km以下），高速铁路因为无需到通常较远的机场登机，也不需行李托运，故仍较省时。由于高速铁路的班次安排可较为频密，其总载客量亦远高于民航。（10）输送能力大。目前各国高速铁路几乎都能满足最小行车间隔时间4h及其以下（日本可达3min）的要求，扣除维修时间4h，则每天可开行的旅客列车约280对；如每列车平均乘坐800人，日均输送能力将达到44.8万人次；年均输送能力1.6亿人次。4车道高速公路客运专线，单向每小时可通过小轿车1250辆，全天工作20h，可通过25000辆。如大轿车占20％，每车平均乘坐40人；小轿车占80％，每车平均乘坐2人，年均单向输送能力为8760万人。航空运输主要受机场容量限制，如一条专用跑道的年起降能力为12万架次，采用大型客机的单向输送能力只能达到1500万～1800万人。
高速铁路的上述技术经济优势，使其在一定距离范围内成为一种更为经济、合理、有效的运输方式。法国TGV东南线（巴黎—里昂430km）、西班牙高速铁路（马德里—塞维利亚471km）和日本东海道新干线（东京—新大阪515km）的运营统计资料表明，以旅客周转量计算，高速铁路和航空相比，巴黎—里昂间为90∶10，马德里—塞维利亚间为82∶18，东京—新大阪间为85∶15。因此，在全球范围内，必将有更多的国家修建高速铁路，这是解决交通运输面临一系列问题的有效途径。4高速铁路的主要技术特征
一般地说，安全（高可靠性、高耐久性）、快速（高速度、高密度）、舒适（高平顺性、高稳定性、高环保性）是高速铁路的三大要素，三者缺一不可。
在轮轨接触的铁路技术中，随着速度的提高，对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求，主要可以归结为两个方面：一是当速度超过250km/h时，空气动力特性发生显著变化，对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求；二是由于高速运行的列车需具备持久稳定、高平顺性及安全舒适的运行条件，对轨下基础提出新的要求。
列车高速运行时，行车阻力、振动和机械动力产生的噪声将大幅增加，列车与空气摩擦产生的噪声也会有所提高。因此，对列车的结构，需要重新进行头型及外轮廓设计，以改善空气流向、优化弓网关系及受电弓的位置等，同时要增加减振措施。
试验证明，高速列车运行时对车辆的空调、门、窗、排污设施等的密封性能有很高的要求，以满足高速运行的空气动力学特性。此外，还要求具有高性能的制动系统和较高的乘坐舒适度。
高速行驶的列车会车时所产生的空气波压力较普速情况有明显提高。因此，高速铁路在进行线路规划时，要适当加大线间距（包括站台安全距离）。通过隧道时，洞口空气阻力与高速列车在瞬间产生的巨大微气压波，对行车安全、乘坐舒适度以及环境都会产生明显的影响。因此，要适当加大隧道断面面积，改善洞口形状或设置洞口缓冲结构等。
高速运行出现的高频振动，要求结构物除了满足静态荷载的条件外，还必须满足高速列车动力特性要求，即除了保证“强度”这一基本要求（即使用期不致破坏）以外，还须严格控制其“刚度”。因此，保持轨道持续稳定的高平顺性，是对高速铁路工程提出的最基本要求。轨道的高平顺性又是路基、桥梁、隧道、轨道变形的最终表现，要求轨道高平顺性，必须从控制上述工程变形着手。
高速铁路路基、桥涵、隧道等主体结构设计使用年限为100年，无砟轨道主体结构设计使用年限不小于60年。由于高速行车的特殊情况，高速铁路需要配置风、雨、雪、地震等自然灾害告警系统，监测信息经过通信网与调度中心直接相连，以保证高速行车的安全。沿高速铁路设置的跨线桥需安装坠落物告警装置。高速铁路必须全封闭、全立交，不设平交道口。由于高速行驶中列车与空气摩擦产生了大量噪声，当高速铁路途经人口密集地区时，沿线需要采取降低噪声的措施，如安装隔声墙等。5高速铁路基础设施的特点
高速铁路基础设施主要包括线路、路基、桥梁、隧道、轨道等，要求具有持久稳定的高平顺性，世界各国在建设高速铁路工程中运用了诸多新技术、新设备和新结构，使任何一个组成部分都达到了良好的状态，保证了高速列车安全、平稳、舒适地运行。为了达到安全运营要求，高速铁路的线路、路基、桥梁、隧道、轨道结构等重要基础设施的建设标准与技术要求比一般铁路高得多，除了要具有足够的强度条件外，还要保证在高速行车条件下，避免出现列车振动、轮轨力过大等影响安全舒适运营的状况。5.1高速铁路线路
高速铁路线路的设计标准以提高线路的平顺性为主，尽可能地降低列车的横向和竖向加速度，减小列车各种振动叠加可能性，从而提高旅客的乘坐舒适度。同时也要考虑减小工程量，降低造价，便于施工、运营、维修等因素。国内外铁路的长期运营实践证明，线路的平、纵断面对行车速度影响很大。线路平面标准包括最小曲线半径、缓和曲线、超高、欠超高、过超高等；线路纵断面标准包括坡度值和竖曲线等。由于列车运行速度的不断提高、大功率机车和动力分散式动车组的应用，以及对乘坐平稳舒适度的高标准、高要求，高速铁路线路平纵断面的变化要尽可能地平缓，以保证线路高速行车的安全稳定与高平顺性。5.2高速铁路路基
路基是轨道的基础，其强度、刚度、稳定性以及在运营条件下使线路轨道参数保持在允许的标准范围之内，是确保列车高速、安全、舒适、平稳运行的前提条件。具体要求有：路基基床的强度高、刚度大；地基沉降很小或没有沉降；路基刚度纵向平顺变化；良好的耐久性等。这些要求普通铁路路基是不能满足的，必须在路基结构、路基材料及路基施工工艺等方面采取一系列更高的技术标准才能实现。高速铁路的出现对传统的铁路设计、施工和养护维修提出了新的挑战，必须将路基作为结构物对待，用全新的观念来设计、施工。
高速铁路路基具有以下技术特点：（1）路基结构形式的变化。高速铁路路基结构的形式较普通铁路路基有明显的变化。高速铁路一般为双线路基，也有路堤、路堑、半路堤、半路堑等形式。
高速铁路的轨道结构分为有砟轨道和无砟轨道两种类型，两种类型的轨道对路基结构有不同的技术要求。
有砟轨道线路结构已经突破了传统的轨道—道床—土路基这种结构形式。在高速铁路发达国家，铁路路基基床结构各不相同，有各自的特点。如日本基床表层的材料选择比较特殊，法国路基结构基床厚度的确定与线路运营养护结合起来，德国路基结构有严格的防冻要求，但都具有强化基床表层的共性，而且都采取了路基基床防水措施，以保护基床下部填土不受水的影响。如日本以沥青层或水硬性级配矿渣防止雨水渗透，德国对路基保护层进行强化，法国则增设防水层，以保证路基土不受水的侵蚀。我国高速铁路有砟轨道基床厚度为3.0m（其中基床表层级配碎石厚0.7m），这与普通铁路基床结构明显不同。
无砟轨道以其弹性均匀、线路状态稳定、养护维修工作量少、行车安全性和舒适性好等优点，在高速铁路中呈不断发展态势。我国在高速客运专线路基上采用的无砟轨道主要有板式和双块式轨道。无砟轨道基床厚度为2.7m（其中基床表层级配碎石厚0.4m），这也与有砟轨道在结构上有明显不同。（2）强度高、刚度大的基床结构。路基不仅要承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车运营时动荷载的长期反复循环作用。高速铁路必须将路基作为土工结构物来进行设计与施工，对填筑材料、压实标准、变形控制、检测要求等较普通铁路有很大提高，同时强化了基床结构，特别是基床表层。基床表层是路基直接承受列车动荷载的组成部分，也是路基中的最重要部分，不但给轨道提供了一个坚实的基础，也对其下的土路基提供保护。因此，基床表层必须有足够的强度和刚度，同时还要有较好的稳定性和耐久性。作为基床表层的材料，需要有较好的力学性能，充分压实后要能在长期动荷载作用下保持稳定，并有很好的水稳定性和较小的渗透性。我国高速铁路路基基床采用级配碎石强化表层结构。基床表层一般为级配碎石、级配砂砾石，基床底层及以下部分路堤采用A、B组填料或改良土。此外，还需加强基床排水，保证基床在列车动荷载作用下的长期稳定性。（3）严格控制路基的沉降变形。高速行车需要高度平顺和稳定的轨下基础，控制变形是高速铁路路基设计的关键。路基工后沉降包括长期行车引起的基床累积下沉、路基本体填土压实下沉和地基的压缩下沉。列车行驶中的弹性变形、运营阶段的塑性变形及路基填土的压实下沉，只要满足基床及路基本体填筑材料、压实标准，其值是有限的。因此，如何控制路基的沉降变形特别是工后沉降，关键在于控制软弱地基的沉降。此外，为控制路基的工后沉降和刚度，高速铁路路基施工一般采用物理和力学指标双控制，对路基填料及压实标准较普通铁路有更严格的要求，检测指标、检测方法及仪器也与普通铁路有很大不同，基床表层采用压实系数K、地基系数K 、动态变形模30量或二次变形模量E 三项指标控制。工程建设中，为有效地控制工v2后沉降量及沉降速率，必须在每个软土地基工点及各种过渡段设置沉降和位移观测设备，并随施工进程观测，及时绘制填土—时间—沉降曲线。根据沉降发展趋势、工期要求等，在铺轨前对路基沉降进行评估，以确保铺轨后路基工后沉降量与沉降速率控制在允许范围内。可以说，对路基工后沉降控制的高标准，是高速铁路区别于普通铁路路基的一个最大技术特点。
世界各国高速铁路都十分重视路基沉降控制。日本第一条高速铁路东海道新干线修建时，由于对高速铁路路基的重要性重视不够，标准偏低，致使通车后出现大量路基下沉、基床翻浆冒泥等病害，轨道难以达到正常的工作状态，列车运行速度无法达到设计速度目标值。日本修建高速铁路初期拟定的工后总沉降为10cm，年沉降量3cm；而在后来修建的高速铁路中，工后总沉降已按3cm控制，对无砟轨道工后沉降的控制更为严格。法国修建高速铁路前，通过研究发现道床下增加一定厚度的“垫层”对防止路基病害有重要作用，因而在制定TGV线路技术标准中，明确了强化基床表层的措施。要求路基工后总沉降小于20cm，并在最后一次捣固和运行第一列高速列车之前，沉降应完全稳定。德国在修建高速铁路时，充分吸取既有线的经验，采用了较高的路基标准，认为在列车开始运行后，路基工后总沉降不应大于1cm，年沉降速率不应超过2mm，并应避免在短距离内发生不均匀沉降，在桥台附近不应有任何不均匀沉降。我国对路基工后沉降标准的认识和制定也有一个过程，早期传统的铁路路基是按强度设计的，对路基的变形不作要求，由此带来的经验教训是惨痛的，许多线路运营后就出现相当多的病害，铁路工务部门只有通过加大维修工作量来保证列车正常运营。随着对路基变形影响铁路运行的逐步认识，我国对高速铁路路基的工后沉降有更严格的标准。如速度为300～350km/h的客运专线，有砟轨道路基一般地段工后沉降要求不大于5cm，路桥过渡段工后沉降不大于3cm，沉降速率不大于2cm/年；而对无砟轨道，由于其基础一旦出现变形或破坏，其整治和修复较困难，资金和人力投入很大，维修耗时长，对无砟轨道的变形控制较有砟轨道更严格。我国对无砟轨道的路基工后沉降要求一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm，路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm。（4）路基刚度纵向平顺变化。铁路线路由不同特点的结构物（路基、桥涵、隧道等）和轨道结构构成，这些结构在强度、刚度、变形等方面都有很大的差异。因此，在路桥、路涵、路隧、路堤与路堑等相连地段，纵向轨下基础刚度的变化必然导致路基—轨道—车辆系统刚度的不均匀性，造成高速铁路系统振动加剧，增加对轨下基础的动力作用，影响高速行车的平稳和安全。为保证差异沉降小和纵向刚度均匀，必须在路桥、路涵、路隧、堤堑、无砟轨道与有砟轨道间设置一定长度的路基过渡段（正梯形或倒梯形结构），这与一般地段路基的结构形式明显不同，以控制轨道刚度的逐渐变化，最大限度地减少路基过渡段的沉降不均匀而引起的轨道不平顺，保证高速列车安全、舒适运行。5.3高速铁路桥梁
高速铁路桥梁除了满足一般铁路桥梁的要求外，还要满足一些特殊的要求，这是因为列车在高速行车条件下桥梁结构的动力响应加剧，对列车的安全性、旅客乘坐的舒适度、荷载的冲击、材料的疲劳、列车的运行噪声、结构的耐久性等产生不利的影响。高速铁路桥梁作为轨道的下部结构，桥梁结构应具有良好的刚度和整体性、高平顺性、高稳定性、高可靠性和耐久性等，外形构造简洁合理，力求标准化，便于施工和控制建造质量，减少维修工作量。同时，应强调结构与环境的协调，减小运营噪声，重视生态环境保护。（1）刚度大、整体性好。高速铁路桥梁必须具有足够的刚度和良好的整体性，才能满足列车高速运行的需要。以中小跨度为主，应用最广泛的是32m箱梁，采用整孔预制架设施工和桩基础，其经济性和整体性都比较好。一般来说高速铁路桥梁设计主要是由刚度控制设计，强度基本上不控制设计，所以虽然高速铁路活载小于普通铁路，但在梁高、梁重等方面均超过普通铁路。与普通铁路桥梁相比，高速铁路桥上的无缝线路受力状态与路基不同，结构的温度变化、列车牵引（制动）力、桥梁挠曲等都会使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上钢轨产生附加应力，过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，要求墩台基础有足够的纵向刚度，以减少钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。（2）结构耐久，检查、维修方便。高速铁路列车速度高，线路运营繁忙，行车中断会造成很大的经济损失和社会影响，桥梁结构按使用100年设计，一般具有较强的耐久性，并易于检查、少维修或免维修。同时，重视接口设计，协调桥梁与轨道、接触网、通信、信号、电力、牵引供电、综合接地、沉降观测标、养护维修、救援疏散通道等各专业之间的接口关系，综合考虑专业之间的系统集成技术，满足养护维修作业的需要。（3）注重减隔震和环保。高速铁路运行速度快，会产生很大的噪声。虽然高速铁路桥梁建筑材料没有限制，但绝大多数桥梁都选用混凝土材料，主要是混凝土梁具有刚度大、噪声低、养护工作量少、造价经济等优点。在建设、运营中的各个环节，严格控制对水源、土壤、大气等的污染，在城镇和居民区附近的桥梁必须设置声屏障等降噪设施。（4）结构与环境协调一致。高速铁路桥梁造型与环境保持一致，注重结构外观和色彩，强调结构与环境的协调；在高速铁路桥梁穿越优美的自然景区、经过城市范围的桥梁，除发挥交通建筑的主要功能外，还要体现出与环境和谐统一美观的特征。5.4高速铁路隧道
高速铁路隧道与普速铁路隧道最大的区别是与列车空气动力学相关。当列车以高速通过隧道时，原来占据空间的空气被排开，空气的黏着性以及隧道壁面和列车表面的摩擦作用使被排开的空气不能像在隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流，而是列车前方的空气受到压缩，列车后方形成一定的负压，从而产生一个压力波动的过程。这种压力波动又以声速传播至隧道口，形成反射波，再发生回传、叠加，进而产生一系列复杂的空气动力学效应。主要表现在瞬变压力、洞口微气压和行车阻力三个方面，对行车安全性、旅客舒适度及洞口环境等均产生不利影响。据研究，当列车以200km/h以上的速度通过隧道时，这种不利影响就十分明显。因此，区别于普通隧道，高速铁路隧道的设计要着重考虑列车空气动力问题。理论和试验研究表明，为降低隧道空气动力效应的影响，一般采用以下技术措施：（1）扩大隧道断面净空和减小阻塞比。由于列车运行速度的提高，空气动力学效应对行车、旅客乘车舒适度、洞口环境的不利影响十分明显且起控制作用。根据国内外有关高速铁路隧道的试验研究，增大隧道断面，减小阻塞比是降低瞬变压力的有效途径。德国、法国、日本和意大利等国家均加大了高速铁路隧道的断面积。我国规定：设计行车速度300km/h、350km/h的双线隧道断面净空有效面积不应小于100m 2 ，单线隧道断面净空有效面积不应小于70m 2 ；设计行车速度250km/h的双线隧道断面净空有效面积不应小于90m 2 ，单线隧道断面净空有效面积不应小于58m 2 。大断面隧道受力比较复杂，尤其是隧道底部，而两侧边墙底直角变化容易引起应力集中，边墙底与仰拱连接处需进行加强。（2）改变隧道入口形式。改变隧道的入口形式，可降低瞬变压力和微气压波在洞口附近引起的噪声干扰。一般做法是在隧道入口处外接一段明洞，并在其墙壁上开设通气孔。英美有些专家认为，这种入口边墙上的最佳开孔率为隧道横断面的75％，沿边墙等距离排列。有的隧道把这种明洞做成喇叭形入口，喇叭口端部的面积为隧道横断面的2.5倍。试验研究表明这种式样的明洞入口，可使列车进入时产生的空气压力峰值减少约25％。（3）设置通风竖井。在长隧道中设置通风竖井，不但能缓和列车通过时所发生的瞬变压力，而且也能降低行车的空气阻力。由于竖井的存在，列车前方压力较大的空气不仅可通过隧道出口排出隧道，而且也可由列车前方的竖井排出隧道，这样就能降低列车前方与后方的空气压力及列车的空气阻力。另外，在隧道内合理地设置通风竖井，也可使因高速行车产生的瞬变压力幅值降低5％左右。当考虑修建通风竖井（或斜井）时，应尽可能利用施工中留下的竖井，因此在确定施工竖井的位置时，最好能兼顾到高速列车降低瞬变压力的要求。（4）修建平行辅助隧道。对于特长隧道，往往因其埋深很大，不宜设置竖井，这种情况下可在行车的主隧道旁修建一条小断面的平行辅助隧道，且每隔一定距离用横通道与主隧道连通。这样，每当列车经过一个横通道口就产生一次压力脉冲。虽然瞬变压力变化频繁，但强度较弱，旅客较易承受。另外，平行辅助隧道除可降低瞬变压力和空气阻力外，还可用于通风、排水，且当隧道发生火灾时，还可为旅客及隧道内养护作业人员提供安全出口。另外，保持隧道内的表面的平整光滑，改善轨道结构，采用具有良好空气动力学形状的车辆等都是解决高速铁路隧道内空气动力效应的有效措施。（5）隧道工程质量要求高。高速列车运行速度快、密度高，隧道维修有一定的时间限制，对隧道衬砌的安全性、耐久性和防水性能均要求较高的工程质量，使隧道建筑物在高速行车条件下，能够满足养护维修工作量最小的要求，并及时发现病害，分析造成病害的原因，采取及时有效的措施，延长隧道建筑物的使用寿命。由于隧道是一种特殊结构物，在列车通过隧道时发生火灾的后果往往是灾难性的。因此在勘察、设计、施工中都要重点关注高速铁路隧道的防灾救援问题。5.5高速铁路轨道
高速铁路和普通铁路一样，轨道结构也是由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成，这些材料力学性质不同的部件共同承受列车荷载，任何一个轨道部件的结构、性能、强度的变化都会影响其他部件的正常工作，对高速铁路的正常行车产生影响。由于列车对轨道结构的作用力与速度密切相关，所以要求高速铁路线路的轨道结构具有更高的安全性、稳定性和平顺性，在部件性能、技术水平和养护维修等方面的标准更高、要求更严。（1）高速铁路轨道结构类型。应用在高速铁路上的轨道结构可分为有砟轨道和无砟轨道两种类型。由于这两种轨道类型自身的优缺点，目前世界高速铁路轨道结构的发展趋势是完善有砟轨道结构和运用无砟轨道。（2）有砟轨道。有砟轨道是铁路一种传统的轨道形式，具有建设费用低、噪声传播范围小、建设周期短、破坏时修复时间短、自动化及机械化维修效率高、轨道超高和几何状态调整简单等优点，在国内外已获得广泛应用。但有砟轨道在运营过程中，易产生不均匀下沉，导致轨道结构破损加剧，线路几何形状变化，维修工作量加大，行车时空气动力作用会使道砟飞散，造成损伤。高速铁路有砟轨道在结构上与普通的有砟轨道没有本质的区别，只是在部件的性能与维修标准上要求更高、更严。高速铁路有砟轨道结构要保证轨面的高平顺性和高稳定性，正向着重型化方向发展，对钢轨、混凝土轨枕、扣件、道砟的材质和道床断面尺寸等也比普通的有砟轨道严格得多。如为减小枕下作用荷载和增加轨道横向阻力，而增大轨枕底部与道床表面接触面积，出现了重型轨枕和宽轨枕结构形式；为增大轨枕纵向支撑的连续性，采用宽轨枕、框架轨枕和纵向轨枕；为提高轨道的弹性，在轨下、枕下和道砟下应用弹性垫层等。（3）无砟轨道。无砟轨道结构与有砟轨道结构的根本区别在于用塑性变形小、耐久性好的混凝土或沥青材料代替有砟轨道结构中容易磨耗、粉化和破碎的道砟材料。无砟轨道因其稳定性好、维修工作量少、使用寿命长、整体综合经济效益好等优点，成为高速铁路轨道结构的发展方向，得到了广泛的应用。如德国、日本新建铁路的无砟轨道已达到线路总长的70％～80％，法国、中国台湾等高速线路都大量应用无砟轨道，荷兰、西班牙、意大利、韩国等世界各国也都积极进行无砟轨道的试验与试铺。国外主要有板式、双块式、长枕埋入式、弹性支撑块式、PACT及浮置板式无砟轨道等。大部分国家将无砟轨道铺设在隧道和桥梁上，部分国家铺设在路基上。以德国高速铁路为例，其在路基上铺设无砟轨道的技术经验对发展无砟轨道具有重要意义。进入20世纪90年代以来，为适应发展高速铁路的需求，我国开始针对高速铁路无砟轨道技术进行试验研究，提出适用于高速铁路桥、隧结构上的三种无砟轨道形式：长枕埋入式、弹性支承块式和板式无砟轨道。先后在秦岭隧道Ⅰ线铺设了弹性支承块式无砟轨道，在秦沈线双何、狗河、沙河桥上及渝怀线鱼嘴2号隧道、赣龙线枫树排隧道内分别试验铺设了长枕埋入式和板式无砟轨道，取得了一定的经验。自2005年开始，我国先后引进了国外高速铁路先进成熟的无砟轨道系统，包括德国的博格（Bogl）型、雷达（Rheda）2000型、旭普林（Zublin）型及日本板式轨道的《设计、制造、施工及相关接口技术》。2004年，我国在遂渝铁路线上建设了无砟轨道试验段，对各种轨道结构进行了系统试验研究，包括板式无砟轨道、双块式无砟轨道、无砟道岔等多种类型。试验段于2007年1月进行了实车试验，动车组试验最高速度227km/h，货物列车最高试验速度141km/h，这标志着我国铁路无砟轨道试验段建设成功，并为我国客运专线无砟轨道技术再创新打下了坚实的基础。此后，在京津、武广、郑西、京沪、哈达等客运专线的建设中，积极推广和研究开发无砟轨道，在桥梁、隧道和路基上均大量采用了板式无砟轨道和双块式无砟轨道。6高速铁路系统集成6.1高速铁路系统集成目标
高速铁路是信息技术、自动控制技术和新材料、新工艺等多种技术门类、多专业综合的高新技术集成，代表了当今世界铁路技术的最高成就。发达国家的实践表明，高速铁路具有很强的系统性，各子系统之间既自成体系，又相互关联、相互影响。在高速铁路建设中，必须尊重科学，尊重客观规律，高度重视系统集成工作，确保各子系统相互匹配，相互兼容，整体优化，协调运转。
高速铁路系统集成的目标是要集中人力资源、管理资源、设计资源、施工资源及装备制造资源，实现高速铁路系统在技术上的优化配置，达到一流工程质量、一流装备水平、一流运营管理的目标。
中国高速铁路建设规模空前、技术复杂、举世瞩目，涉及设计施工、装备制造、运营管理、养护维修等众多单位和部门，是一个庞大的系统工程，必须统一协调、精心组织、强力推进。6.2高速铁路系统构成
高速铁路系统可以划分为工务工程系统、牵引供电系统、列车运行控制系统、高速列车系统、运营调度系统、客运服务系统六个部分，如图1-6-1所示。
图1-6-1 高速铁路系统结构图（1）工务工程系统。工务工程是一个庞大的系统，涉及路基、桥涵、隧道和轨道等专业工程，还涉及路基与桥梁的过渡，路基与隧道的过渡、桥梁与隧道的过渡，以及路基和桥隧等线下基础与轨道结构的衔接等，与普速铁路相比采用了很多新技术和新工艺，其设计和施工控制标准高。为了达到高速铁路线路的运营要求，高速铁路工务工程系统既要为高速度运行的机车车辆提供高平顺性与高稳定性的轨面条件，又要保证线路各个组成部分具有一定的坚固性与耐久性，使其在运营条件下保持良好的状态。同时，要求建立严格的线路状态检测和保障轨道持久高平顺的科学管理系统。为满足列车的高速平稳运行，工务工程系统要求具备高平顺、高精度、小残变、少维修的轨道结构；高稳定性的轨下基础；宽大、独行的线路空间；高标准的环境保护；列车以设计速度开通运营；科学的轨道管理及严格的安全监控。（2）高速列车系统。高速列车是高速铁路的核心技术装备和实现载体，是当代高新技术的集成，涵盖了信息通信、电子电力、材料化工、机械制造、自动控制等多学科、多专业，是世界各国科学技术和制造产业创新能力、综合国力以及国家现代化程度的集中体现和重要标志之一。高速列车不仅包含传统的轨道列车的车体、转向架和制动技术，还有复杂的牵引传动与控制、计算机网络控制、车载运行控制等关键技术。（3）列车运行控制系统。高速铁路列车运行控制系统是集计算机、通信、自动控制技术为一体的综合控制与管理系统，采用电子器件或微电子器件作为控制单元，并利用集中管理、分散控制的集散式控制方式，是保证列车运行安全、提高行车效率的关键组成结构。（4）牵引供电系统。牵引供电系统是高速铁路系统的能力保障子系统，主要功能是为高速铁路列车运行控制提供稳定、高质量的电能。牵引供电系统一般由供电系统、变电系统、接触网系统、SCADA系统、电力系统等构成。总的来说，高速铁路电力牵引所需牵引功率更大、弓网作用关系更加复杂。与普通电气化铁路相比，高速铁路牵引供电系统具有两个特点：功率需求大，负荷电流大；交—直—交动车组功率因数高，谐波含量低。（5）运营调度系统。运营调度系统是集计算机、通信、网络等现代化技术为一体的现代化综合系统。运营调度系统主要是铁路管理部门对运力资源进行动态调配，优化完成列车的计划、运行、设备维修等一系列任务，是完成高速铁路运输组织特别是高速铁路系统日常运营的根本保证。运营调度系统，涵盖运输计划管理、列车运行管理、动车管理、综合维修管理、车站作业管理、安全监控及系统维护等工作。调度指挥是围绕运输计划对资源进行动态调配的工作，反映出运输组织的具体执行过程，是铁路系统运转的中枢部位。调度模式的选取与运输组织特点、工作量大小和技术装备的水平都有着密切的关系。（6）客运服务系统。客运服务系统的主要功能是处理与旅客运输服务相关的事件，主要包括发售车票、信息采集、信息发布、日常投诉处理、紧急救助、旅客疏散、旅客赔付和客户关系管理等工作。此外，还可提供统计分析功能，为管理层提供决策参考。客运服务系统由订/售票铁路票务系统、自动检票系统、旅客信息服务系统、市
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