交通運(yùn)輸工程學(xué) 教學(xué)課件

交通運(yùn)輸工程學(xué)2010.10第四篇鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)

（第一章－第三章）葉霞飛主要內(nèi)容

第一章鐵路運(yùn)輸概述第二章鐵路固定運(yùn)輸設(shè)備第三章鐵路運(yùn)輸移動(dòng)設(shè)備第一章鐵路運(yùn)輸概述

鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征

當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向當(dāng)前我國(guó)鐵路的發(fā)展趨勢(shì)第二章鐵路固定運(yùn)輸設(shè)備

鐵路線路與軌道鐵路車站與樞紐鐵路信號(hào)與通信第三章鐵路運(yùn)輸移動(dòng)設(shè)備

普通鐵路機(jī)車及車輛高速列車磁浮列車第一章鐵路運(yùn)輸概述

鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征

當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向當(dāng)前我國(guó)鐵路的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)定義由專用的列車依次沿固定的導(dǎo)軌（軌道）行進(jìn)，交通運(yùn)輸對(duì)象（客、貨）需在固定的站場(chǎng)進(jìn)出線路系統(tǒng)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)固定導(dǎo)軌固定的站場(chǎng)列車不靈活大容量、有序第一節(jié)鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征鐵路運(yùn)輸優(yōu)點(diǎn)：第一節(jié)鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征鐵路運(yùn)輸優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)量大：多輛編組，客車10-20節(jié)，貨車50-100節(jié)，5000t-10000t，大秦線2億噸/年速度快：速度80，120，160，200，300，350km／h可靠、安全：列車很少出故障，傷亡率較低全天候：較少受氣候等環(huán)境影響，全天候準(zhǔn)時(shí)節(jié)能環(huán)保：行車阻力小，能源消耗較低，運(yùn)輸成本低第一節(jié)鐵路運(yùn)輸技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征缺點(diǎn)：不靈活/自由度差：

不能離開導(dǎo)軌，其普遍性(Accessibility)受到限制,不能體現(xiàn)個(gè)人特殊需要標(biāo)準(zhǔn)高/造價(jià)高：線路半徑不能太小，縱坡度不能太大，建設(shè)成本較高；高速列車造價(jià)高維修成本高：線、站和控制管理的維護(hù)費(fèi)用較高，且固定成本比例很高，小運(yùn)量時(shí)虧本運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平較差：在我國(guó)，鐵路比公路、民航的服務(wù)水平低，一定程度上削弱了鐵路的吸引力鐵路運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)性

軌道交通運(yùn)輸?shù)倪@些性能，使之適宜于：貨運(yùn)：長(zhǎng)距離（途中少裝卸）、大運(yùn)量，即大宗物資，如煤炭、石油、原材料、糧食等客運(yùn)：城市間:大運(yùn)量中長(zhǎng)途（普速50-500km，高速100-1500km）

城市郊區(qū)：短途通勤客運(yùn)（10-80km)我國(guó)鐵路、公路的平均運(yùn)距中、長(zhǎng)途客運(yùn)；長(zhǎng)途大宗貨運(yùn)年份鐵路公路客運(yùn)貨運(yùn)客運(yùn)貨運(yùn)1950135395551119601094124519197013952539241980151526333419902757254556199534578653532000431781495920055247705565我國(guó)鐵路、公路的分擔(dān)率年份旅客運(yùn)輸量（％）旅客周轉(zhuǎn)量（％）鐵路公路鐵路公路195077.011.388.55.3196057.930.576.316.5197040.347.569.723.3198027.065.260.632.0199012.483.946.446.619958.888.839.451.120007.191.136.954.320056.391.934.753.2第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向1、國(guó)有鐵路公司化

國(guó)有企業(yè)的弊端：產(chǎn)權(quán)關(guān)系不明，政企不分，對(duì)市場(chǎng)反應(yīng)慢，缺乏動(dòng)力和活力。公司化運(yùn)作的形式：（1）路網(wǎng)及設(shè)備由一家公司統(tǒng)一管理，根據(jù)義務(wù)性質(zhì)劃分為若干子公司。德國(guó)DB、意大利鐵路。（2）基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)管理分開。網(wǎng)運(yùn)分離，瑞典。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向2、國(guó)有鐵路民營(yíng)化（1）采取民營(yíng)化經(jīng)營(yíng)方式，形式有：全部路網(wǎng)及設(shè)施民營(yíng)化，按地區(qū)或業(yè)務(wù)性質(zhì)分割，成立各股份公司，公開發(fā)行股票。EJR，WJR。局部路網(wǎng)或設(shè)施民營(yíng)化。鐵路養(yǎng)護(hù)維修、車站的餐飲服務(wù)、車輛廠等轉(zhuǎn)給民間企業(yè)。（2）國(guó)有鐵路私有化，形式有：鐵路產(chǎn)權(quán)全部賣給民間財(cái)團(tuán)，如新西蘭鐵路；轉(zhuǎn)讓部分產(chǎn)權(quán)，如阿根廷鐵路

兩種方式均涉及政府由經(jīng)營(yíng)者向監(jiān)督者的職能轉(zhuǎn)變。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向3、多種經(jīng)營(yíng)運(yùn)輸：客貨運(yùn)業(yè)務(wù)細(xì)分，旅游列車、快速貨運(yùn)，多式聯(lián)運(yùn)－鐵路與公路、鐵路與公交；車站的多種經(jīng)營(yíng)，餐飲業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)；鐵路沿線的開發(fā)：站點(diǎn)周圍的房地產(chǎn)。瑞典鐵路部門設(shè)不動(dòng)產(chǎn)部，專門負(fù)責(zé)鐵路車站等不動(dòng)產(chǎn)的管理和開發(fā)。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向4、鐵路客運(yùn)重新受到重視鐵路在19世紀(jì)末～20世紀(jì)初在發(fā)達(dá)國(guó)家快速發(fā)展。二戰(zhàn)后，歐美等國(guó)小汽車和高速公路的發(fā)展使得鐵路的運(yùn)輸?shù)匚淮蟠笙陆?。美?guó)拆除了近20萬公里鐵路，客運(yùn)主要靠汽車和民航。

汽車的廢氣污染、能源消耗大使一些發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的交通發(fā)展政策偏向發(fā)展鐵路。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向5、旅客列車提速

許多國(guó)家的鐵路都在致力于列車提速：1987年有15個(gè)國(guó)家的特快、直快列車達(dá)到或超過120km/h;歐洲大陸普通鐵路客車普遍達(dá)到160km/h，德、法、英個(gè)別線路可達(dá)200～225km/h；日本窄軌鐵路客車普遍達(dá)130km/h，計(jì)劃向200km/h發(fā)展。我國(guó)廣深線在1994年12月通車，后來主要干線5次提速。廣深線用擺式列車可達(dá)200km/h。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向6、發(fā)展高速鐵路成為世界潮流1964年，日本率先建成210km/h的東海道高速新干線；法、德、英、意、俄、瑞典、西班牙等也相繼建成超過200km/h的高速鐵路；目前高速鐵路總里程超過10000km；高速鐵路最高速度提高到300km/h，向350km/h進(jìn)軍。第二節(jié)當(dāng)前世界鐵路發(fā)展方向7、重載貨運(yùn)鐵路重載始于20世紀(jì)20年度的美國(guó)。一般單列質(zhì)量超過5000t的稱為重載列車8、新型大功率機(jī)車：增加輪軸牽引力、制動(dòng)系統(tǒng)、車鉤強(qiáng)度、減輕自重、提高軸重9、先進(jìn)的信息控制技術(shù)和指揮系統(tǒng)：運(yùn)營(yíng)管理自動(dòng)化、貨物裝卸機(jī)械化、行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、ATC(ATO,ATP,ATS)第三節(jié)我國(guó)鐵路的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)鐵路發(fā)展現(xiàn)狀及問題我國(guó)鐵路發(fā)展趨勢(shì)年份營(yíng)業(yè)里程(km)合計(jì)復(fù)線電氣化內(nèi)燃化1980499408119(16.3%)1667(3.3%)7401(14.8%)19905337813024(24.4%)6941(13.0%)16097(30.2%)19955461616909(31.0%)9703(17.8%)24749(45.3%)20005865621408(36.5%)14864(25.3%)39440(67.3%)20056220025566(41.1%)20151(32.4%)42049(67.6%)我國(guó)鐵路發(fā)展?fàn)顩r2009年8.5萬km20世紀(jì)發(fā)展客貨共線的鐵路我國(guó)鐵路發(fā)展的成就綜合交通的骨干：目前，鐵路/公路（其中高速公路）8.5/230（5.5）萬km，客運(yùn)周轉(zhuǎn)量比例為34.7%/53.2%，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量比例為25.8%/10.8%運(yùn)輸效率高：與公路比，里程1/27，但運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量差異不大，單位噸（人）公里的土地、能源等消耗具有數(shù)倍的優(yōu)勢(shì)大面積提速、雙層客車、高速列車、重載運(yùn)輸、青藏鐵路、電氣化等，有數(shù)不清的重大成就。是否有問題呢？我國(guó)鐵路存在的問題壟斷：建設(shè)方單一，投資來源單一，總體上供不應(yīng)求，大部分運(yùn)能用于保障國(guó)家大宗物資及長(zhǎng)途客運(yùn)的要求管理體制較落后：壟斷行業(yè)，服務(wù)水平下降、效率不高、效益降低，人才吸聚能力減弱與地方各級(jí)政府的協(xié)調(diào)互動(dòng)機(jī)制弱：鐵路在地方政府與市民心目中的形象較差，沒有充分發(fā)揮其短途客運(yùn)、為地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)的功能，等等客運(yùn)能力非常緊張。北京西站2009.1.19春運(yùn)客流為22.2萬人，最高日為28萬人/日北京站我國(guó)鐵路客運(yùn)的平均運(yùn)距鐵路客運(yùn)平均運(yùn)距逐年增大，越來越大的短途客運(yùn)市場(chǎng)由公路占有，其中相當(dāng)一部分是“被迫”的轉(zhuǎn)移，且?guī)憝h(huán)保、能源、交通安全等社會(huì)問題我國(guó)鐵路的發(fā)展趨勢(shì)貨運(yùn)：重載化、電氣化；我國(guó)京滬寧線、京廣線、京哈線等超過5000t；大秦線超過10000t及20000t組合列車客運(yùn)：高速化、客運(yùn)（專線）化我國(guó)秦沈客運(yùn)專線250km/h（2003年7月通車）武廣高速鐵路350km/h（2009年12月26日通車）第三節(jié)當(dāng)前我國(guó)鐵路發(fā)展趨勢(shì)2004年通過了《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，計(jì)劃到2020年建成：

--客運(yùn)專線1萬km,“四縱四橫”客運(yùn)專線骨架

--城際鐵路網(wǎng)約2000km（環(huán)渤海圈、長(zhǎng)三角、珠三角）全國(guó)干線鐵路：2010年9萬km，2020年10萬公里，2050年12萬公里“十一五”鐵路建設(shè)目標(biāo)“十一五”期間建設(shè)鐵路新線目標(biāo)將達(dá)到19800公里，其中客運(yùn)專線9800（高速5457）公里。投資12500億元，其中近10000億元用于客運(yùn)專線建設(shè)。高速客運(yùn)專線基礎(chǔ)工程按時(shí)速350公里設(shè)計(jì)（運(yùn)營(yíng)速度300km/h），普通客運(yùn)專線（含城際鐵路）按200～250公里/h以上的速度設(shè)計(jì)。環(huán)渤海灣鐵路網(wǎng)

京津城際2008.8.1開通,開行列車47對(duì)/日2008.8.14日開行列車57對(duì)/日，日上下車客流高達(dá)6.6萬人次2009.1.23開行列車74對(duì)/日,最短間隔5min北京南站長(zhǎng)三角洲區(qū)域城際軌道交通網(wǎng)長(zhǎng)三角軌道交通網(wǎng)總里程6700公里，其中：客運(yùn)專線-830公里；城際客運(yùn)鐵路1800公里；普通鐵路-2170公里；其它是各城市的輕軌、地鐵等

基本形成以南京、上海、杭州為中心的"1-2小時(shí)交通圈"。珠三角城際軌道體系主要城市間1小時(shí)互通

珠三角擬建2000公里城鐵連接所有縣以上城市研討：

鐵路在我國(guó)大都市市郊客運(yùn)中的發(fā)展我國(guó)鐵路客運(yùn)的平均運(yùn)距我國(guó)交通界曾有一種觀點(diǎn)：鐵路僅可作為中長(zhǎng)途運(yùn)輸，弱化或取消短途客運(yùn)（包括市郊列車）在大城市市郊，鐵路具有廣闊的發(fā)展前景鐵路客運(yùn)除了電氣化、客運(yùn)化、高速化之外，還要城市化：（1）大力發(fā)展大城市的市郊鐵路；（2）大力改善鐵路車站與城市各種交通方式的銜接。理由：鋼輪鋼軌間摩擦力遠(yuǎn)小于橡膠輪胎與道路路面間的滾動(dòng)摩擦力；城市人口的大量增長(zhǎng)；市郊鐵路造價(jià)遠(yuǎn)低于地鐵與輕軌系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展的要求：環(huán)保、節(jié)能、節(jié)地膠輪鋼軌間滾動(dòng)摩擦阻力是鋼輪鋼軌的5～10倍在規(guī)?；瘲l件下，鐵路比道路交通節(jié)能中國(guó)大城市數(shù)量多1952年58個(gè)，100萬人以上的城市9個(gè)1979年193個(gè)，100萬人以上13個(gè)，50-100萬人27個(gè)2000年

663個(gè)，100萬人以上40個(gè)，50-100萬人53個(gè)，20-50萬人218個(gè)，20萬人以下小城市352個(gè)2007年655個(gè)，100萬以上119個(gè)（其中200萬以上36個(gè)）預(yù)計(jì)到2010年，100萬人以上125個(gè)左右，其中200萬以上特大城市50個(gè)左右2007年我國(guó)城市人口約為6

億人，如果在2050年要達(dá)到70－75％，我國(guó)城市人口將在2007年基礎(chǔ)上增加5

億人以合肥為例，今天的近郊就是未來的城區(qū)，市郊鐵路將成為未來城市交通的骨干time1980年1995年2005年2020年中心城（市區(qū)）建成區(qū)人口（10thousands)68125224360（525）建成區(qū)面積(km2)60112225360（596）合肥2007年城鎮(zhèn)化水平47%，

規(guī)劃2020年70%-74%，

人口與面積加速增長(zhǎng)東京田園都市線市郊20-35km1960年代初一體化建設(shè)東京市郊鐵路盡早發(fā)展市郊鐵路，有許多效益：節(jié)省建設(shè)成本節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本引導(dǎo)城市發(fā)展10-20年20-30年城市發(fā)展軸高建設(shè)成本：地下5~8億元/km（拆遷、地下建筑、環(huán)控、防災(zāi)設(shè)備等費(fèi)用高）高運(yùn)營(yíng)成本：通風(fēng)、空凋、排水、防災(zāi)、照明等費(fèi)用高接駁交通矛盾突出常規(guī)的交通升級(jí)模式柏林S-Bahn（城鐵）與U-Bahn（地鐵）比較城市鐵路最大速度Vmax80-120km/h平均旅速VL40-50km/h平均站距1-2km路權(quán)專用運(yùn)能：3-5萬人/h供電電壓1500或25000V城市鐵路與地鐵在市郊的客運(yùn)功能基本相同地鐵80km/h35-40km/h0.7~1km專用3-5萬人/h750或1500V鐵路人均乘次的比較我國(guó)目前鐵路客運(yùn)量14億人次/年,平均1.1乘次/人年德國(guó)：鐵路年運(yùn)量17億人次/年，平均21乘次/人年日本：JR+私鐵：160億人次，平均128乘次/人年聯(lián)邦鐵路網(wǎng)德國(guó)路網(wǎng)密度1113km/萬km25.6km/萬人

中國(guó)路網(wǎng)密度80km/萬km2

0.6km/萬人Berlin鐵路局2872kmHamburg鐵路局2212kmEssen鐵路局

3161kmKoeln鐵路局

2200km德國(guó)鐵路的列車類型中長(zhǎng)途：ICE(城間快車)1.5~2.5小時(shí)的短途列車：RE（停站較少的面向大站的列車）,RB(停站較多的面向村鎮(zhèn)車站的列車),SE（面向5萬人以上城市停站的列車）S-Bahn(在大城市中心區(qū)及其與市郊城鎮(zhèn)之間開行的列車)德國(guó)鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)在鐵路運(yùn)量中，短途運(yùn)量占90％

短途平均乘距約為

18～25km

長(zhǎng)途平均乘距約為

230～256km在鐵路運(yùn)量中，通勤通學(xué)占40～53％，其平均乘距約為20km發(fā)展短途鐵路具有巨大市場(chǎng)需求及效益德國(guó)聯(lián)邦鐵路里程約4萬km小于2小時(shí)短途客運(yùn)量占鐵路總客運(yùn)量的90％S-Bahn（城鐵）里程約2000kmS-Bahn里程只有鐵路總里程的5.3%，而其運(yùn)量占鐵路運(yùn)量的65％

可見在大城市區(qū)域修建鐵路具有巨大市場(chǎng)需求及良好經(jīng)濟(jì)效益

1)至1950年，JR鐵路及私鐵分別為98、107km(區(qū)部)，353、258km(都市圈)；

2)至1996年，JR鐵路及私鐵分別為235、330km(區(qū)部)，973、1037km(都市圈)。

范圍年份國(guó)鐵私鐵地鐵軌道交通小計(jì)軌道交通占各種交通工具運(yùn)量比例都區(qū)部19605453428697364.3%都區(qū)部1980684654537187583.1%都區(qū)部1996932902766260086.5%都市圈1970974868406224857%都市圈198010791074556270958%都市圈199214681330845364455.6%20km半徑圈延伸到50km圈外線路共8條，其中私鐵3條，JR鐵5條東京西部20

～40km半徑

圈內(nèi)有放射線

19條，其中：私

鐵12條，JR鐵

7條。地區(qū)鐵路網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)區(qū)域、省、市管轄范圍內(nèi)以客運(yùn)為主的地區(qū)鐵路網(wǎng)大力環(huán)渤海灣、長(zhǎng)三角、珠三角城際鐵路及大城市市郊鐵路我國(guó)缺少地區(qū)鐵路網(wǎng)及大城市市郊鐵路東京都內(nèi)不同范圍內(nèi)各軌道交通方式線路長(zhǎng)度分布比例圖東京交通圈內(nèi)市郊鐵路分布2005年東京交通圈內(nèi)各種運(yùn)輸方式分擔(dān)率上海城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃與上海鐵路網(wǎng)規(guī)劃示意圖

第二章鐵路固定運(yùn)輸設(shè)備

鐵路線路與軌道鐵路車站與樞紐鐵路信號(hào)與通信第一節(jié)鐵路線路與軌道一、線路總體特征線路總體特征是指整條線路均要滿足的設(shè)計(jì)要求。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：包括線路等級(jí)、正線數(shù)目、最小曲線半徑、最大坡度、閉塞方式、機(jī)車交路、到發(fā)線有效長(zhǎng)、牽引種類和機(jī)車類型、軌距等。最小曲線半徑影響平面；最大坡度影響縱斷面，正線數(shù)目、到發(fā)線有效長(zhǎng)、牽引種類及機(jī)車類型、軌距等影響橫斷面。線路平面－線路路基頂面中心線水平面投影；縱斷面－線路平面走向沿路基頂面中心線投影在垂直面上展平后的圖形；橫斷面－垂直于線路平面的垂直面的斷面輪廓線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——為適應(yīng)不同的功能要求，各種軌道交通設(shè)計(jì)中規(guī)定的一些基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。包括:①設(shè)計(jì)行車速度②線路等級(jí)③設(shè)計(jì)運(yùn)量④正線數(shù)目⑤牽引種類⑥機(jī)車類型⑦控制方式（閉塞方式）

⑧到發(fā)線有效長(zhǎng)1.設(shè)計(jì)行車速度影響各類軌道交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)行車速度（km/h）線路幾何特征的設(shè)計(jì)和車站的分布系統(tǒng)類型、線路等級(jí)、設(shè)計(jì)運(yùn)量設(shè)計(jì)行車速度決定系統(tǒng)類型和等級(jí)高速軌道交通普通鐵路專用線城市軌道交通磁浮客運(yùn)專線客貨共線ⅠⅡⅢ地鐵輕軌設(shè)計(jì)行車速度450~500300~350200（120）140（80）120(80)100（80）100（80）80~12060~80是列車在某種設(shè)計(jì)特征（主要是軌道線路幾何特征）的路段上行駛所能保持的最大安全行車速度。注：括號(hào)內(nèi)為貨車的最高運(yùn)行速度普通鐵路線路等級(jí)和相關(guān)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)路網(wǎng)中作