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1、高速铁路关键技术概论高速铁路关键技术概论西西西西 南南南南 交交交交 通通通通 大大大大 学学学学钱钱 清清 泉泉 院院 士士2006年年11月月 2023/5/141李白在李白在蜀道难蜀道难一诗中这一诗中这样说：样说：“蜀道之难难于上青蜀道之难难于上青天。天。西当太白有鸟道，西当太白有鸟道，可以横绝峨嵋巅。地崩山摧可以横绝峨嵋巅。地崩山摧壮士死，然后天梯石栈方钩壮士死，然后天梯石栈方钩连。上有六龙回日之高标，连。上有六龙回日之高标，下有冲波逆折之回川。黄鹤下有冲波逆折之回川。黄鹤之飞尚不得过，猿猱之飞尚不得过，猿猱(nao)欲渡愁攀援。欲渡愁攀援。”过去：古栈道过去：古栈道今天：飞机、今天：
2、飞机、高速列车、高速列车、磁悬浮磁悬浮。2023/5/142主要内容主要内容我国交通运输发我国交通运输发展的重要性展的重要性轨道交通轨道交通发展概述发展概述主要内容主要内容12高速铁路高速铁路关键技术关键技术4高速铁路高速铁路发展概述发展概述32023/5/143一、我国交通运输发展的重要性一、我国交通运输发展的重要性2413重要性重要性国家经济发展的国家经济发展的重大需要重大需要建立国家重新建立国家重新体系的需要体系的需要社会稳定的需要社会稳定的需要加速产业发展和加速产业发展和提高国际竞争力提高国际竞争力的需要的需要 交通运输在国民经济、社会发展和人民生活中起着重交通运输在国民经济、社会发展
3、和人民生活中起着重要作用，当今中国迫切需要现代化交通：要作用，当今中国迫切需要现代化交通：2023/5/144选择选择不同的不同的交通工具的优缺点交通工具的优缺点 轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。传统传统火车火车汽车汽车轮船轮船轨道轨道交通交通飞机飞机旅行者旅行者旅行者旅行者受限受限太昂贵太昂贵危险危险太慢，服务差太慢，服务差安全、快捷安全、快捷一、我国交通运输发展的重要性一、我国交通运输发展的重要性2023/5/145一、我国交通运输发展的重要性一、我国交通运输发展的重要性交通方式交通方式大气大气环境环境水环境水环境土壤、地面土
4、壤、地面状况状况躁声躁声城市生态城市生态城市景观城市景观隐性隐性污染污染道路交通道路交通有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响水运交通水运交通有影响有影响有影响有影响无影响无影响有影响有影响有影响有影响无影响无影响有影响有影响轻轨交通轻轨交通无影响无影响无影响无影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响无影响无影响无影响无影响航空航空有影响有影响无影响无影响无影响无影响有影响有影响有影响有影响无影响无影响有影响有影响管道管道无影响无影响无影响无影响有影响有影响有影响有影响无影响无影响无影响无影响有影响有影响各种交通方式对环境的影响各种交通方式对环境的
5、影响 2023/5/146不同交通方式的能耗与污染对比不同交通方式的能耗与污染对比一、一、我国交通运输发展的重要性我国交通运输发展的重要性单位单位运输运输量量（人（人/公公里）里）小小汽汽车车摩摩托托车车公公共共汽汽车车轨轨道道交交通通铁铁路路COCO111110100.280.280.010.010.130.13CO2CO2180180100100484861617979NOxNOx2.12.10.160.160.790.790.150.150.460.46VOCVOC2.22.26.56.50.290.290.150.150.310.312023/5/147一、一、我国交通运输发展的重要性
6、我国交通运输发展的重要性千焦千焦/(/(人人 Km)Km)比例比例轨道交通轨道交通102010201.51.5公共汽车公共汽车6806801 1铁路铁路127012701.871.87摩托车摩托车137013702.012.01小汽车小汽车258025803.793.79德国城市不同交通方式单位运输量的能耗德国城市不同交通方式单位运输量的能耗2023/5/148干线轨道交通干线轨道交通城市轨道交通城市轨道交通新型轨道交通新型轨道交通高速客运高速客运重载货运重载货运地地 铁铁轻轻 轨轨单轨电车单轨电车郊区铁路郊区铁路磁悬浮磁悬浮轨道交通轨道交通不不断断涌涌现现出出各各种种新新的的原原理理真空高速
7、管真空高速管道列车道列车轨道交通的分类：三大类轨道交通的分类：三大类二、轨道交通发展概述二、轨道交通发展概述(分类分类)2023/5/149二、二、轨道交通发展概述轨道交通发展概述(构成构成)车辆车辆控制系统控制系统线路与轨道线路与轨道供电系统供电系统2023/5/1410因此高速铁路得到快速的发展。因此高速铁路得到快速的发展。社会经济社会经济效益好效益好不受气候不受气候的影响的影响安全可靠安全可靠运行准时运行准时 外部运输外部运输成本低成本低对环境对环境污染小污染小 能源消耗低能源消耗低土地占用土地占用面积小面积小 客货运量大客货运量大 旅行时间短旅行时间短高速铁路高速铁路的优点的的优点的高
8、速铁路的优点：高速铁路的优点：二、二、轨道交通发展概述轨道交通发展概述2023/5/1411发展发展现状现状以及以及趋势趋势12345城际轨道交通公交化城际轨道交通公交化城际轨道交通公交化城际轨道交通公交化货运重载化和快捷化货运重载化和快捷化货运重载化和快捷化货运重载化和快捷化铁路客运高速化铁路客运高速化铁路客运高速化铁路客运高速化高速磁悬浮交通的崛起高速磁悬浮交通的崛起高速磁悬浮交通的崛起高速磁悬浮交通的崛起城市轨道交通蓬勃发展城市轨道交通蓬勃发展城市轨道交通蓬勃发展城市轨道交通蓬勃发展二、二、轨道交通发展概述轨道交通发展概述2023/5/1412德国德国1964年年开始，新开始，新干线总长
9、度达干线总长度达1835公里公里，高速，高速列车客运量为世列车客运量为世界之最。界之最。高速铁路高速铁路是指由新一代列车提供的时速在是指由新一代列车提供的时速在200350km甚甚至更高的铁路快速运营服务。至更高的铁路快速运营服务。法国法国日本日本1983年年开通第一条现开通第一条现代化高速铁路，高速代化高速铁路，高速列车列车TGV运行速度为运行速度为300350km/h，最高试验速度为最高试验速度为515.3km/h1985年年开始研究开始研究ICE高速列车，高速列车，1991年投入运营年投入运营,有高速铁路有高速铁路700多公里多公里，高速列，高速列车最高运行速度车最高运行速度达达330k
10、m/h三、高速铁路发展概述三、高速铁路发展概述2023/5/1413三、高速铁路发展概述三、高速铁路发展概述世界高速铁路的已投入运营里程(2005年)2023/5/1414三、高速铁路发展概述三、高速铁路发展概述目前世界上铁路总长及各洲的分布目前世界上铁路总长及各洲的分布 2023/5/1415投资力度投资力度八纵八横八纵八横速度方面速度方面四横四横四纵四纵修建新线修建新线6000公里公里复线复线3000公里公里地方铁路地方铁路1000公里公里总投资总投资3500亿亿300300500500公里范围内公里范围内实现实现“朝发夕至朝发夕至”1200-15001200-1500公里范围内公里范围内
11、 “夕发朝至夕发朝至”2000200025002500 公里内实公里内实现现“一日到达一日到达”高速列车的运行速高速列车的运行速度达到度达到 200200300 300 km/hkm/h，试验速度将，试验速度将达到达到350 km/h350 km/h以上以上北京北京-上海上海北京北京-沈阳沈阳-哈尔滨哈尔滨北京北京-武汉武汉-广州广州-深圳深圳杭州杭州-宁波宁波-福州福州-深圳深圳徐州徐州-郑州郑州-兰州兰州 杭州杭州-南昌南昌-长沙长沙青岛青岛-石家庄石家庄-太原太原南京南京-武汉武汉-重庆重庆-成都成都三、高速铁路发展概述三、高速铁路发展概述城际客运城际客运环渤海地区环渤海地区长江三角洲地
12、区长江三角洲地区珠江三角洲地区珠江三角洲地区“十一五十一五”期间，国家将建期间，国家将建9800公里高速客运专线铁路公里高速客运专线铁路2023/5/1416四、高速铁路隧道的关键技术四、高速铁路隧道的关键技术接触网接触网力学和钢轨力学和钢轨电磁兼容高速铁路牵引高速铁路牵引供电系统供电系统牵引供电自牵引供电自动化系统动化系统动车组限界(动态限界)动车组供电（弓网、自动过分相）线路道岔线路道岔高速列车高速列车高速铁路高速铁路桥隧桥隧路基路基高速列车信号高速列车信号无无渣渣轨轨道道2023/5/1417大跨铁路隧道塌方预防大跨铁路隧道塌方预防 特长隧道的地质工作特长隧道的地质工作 隧道防排水隧道防
13、排水 隧道仰拱及铺底的设计隧道仰拱及铺底的设计 隧道工挖技术隧道工挖技术隧道的空气动力学隧道的空气动力学效应与隧道设计效应与隧道设计关键技术关键技术4.1高速铁路隧道的关键技术高速铁路隧道的关键技术2023/5/1418力学效应力学效应研究成果研究成果缓解和消减负面影响缓解和消减负面影响微压波和洞口缓冲结构微压波和洞口缓冲结构隧道的空气动力学效应与隧道设计隧道的空气动力学效应与隧道设计2023/5/1419隧道工挖技术隧道工挖技术特长隧道特长隧道：TBM法法中长或短隧道：矿山法中长或短隧道：矿山法特长大断面隧道：特长大断面隧道：宜采宜采用小直径用小直径TBM(直径直径34 m)加钻爆法扩大加钻
14、爆法扩大高速铁路特长、长隧高速铁路特长、长隧道较多，为了工期和道较多，为了工期和消防救援以及维护管消防救援以及维护管理的需要理的需要,需要通过需要通过辅助坑道来实现长隧辅助坑道来实现长隧短打短打合理确定开挖进合理确定开挖进度指标度指标利用辅助坑道实现长隧短打利用辅助坑道实现长隧短打 合理确定开挖进度指标合理确定开挖进度指标注重施工方法选择的多样性注重施工方法选择的多样性2023/5/1420大跨铁路隧道塌方预防大跨铁路隧道塌方预防选择合理的大跨铁路隧道支护手段选择合理的大跨铁路隧道支护手段1及时封闭断面及时封闭断面选择合理的大跨隧道衬砌时机选择合理的大跨隧道衬砌时机建立量测体系建立量测体系23
15、42023/5/1421隧道的防排水隧道的防排水防排水设计是高速铁防排水设计是高速铁路隧道的设计的基础路隧道的设计的基础防水方法为防水方法为“以堵为主以堵为主,限量排放限量排放”防水技术防水技术隧道的防排水隧道的防排水2023/5/1422重视和加强重视和加强勘察设计阶勘察设计阶段的地质工段的地质工作作地质工作地质工作建立分层次建立分层次的施工阶段的施工阶段地质预报工地质预报工作作特长隧道的地质工作特长隧道的地质工作2023/5/1423高速铁路桥高速铁路桥的关键技术的关键技术桥梁结构桥梁结构高性能混凝土高性能混凝土桥梁架设设备桥梁架设设备纵横向水平刚度特殊要求纵横向水平刚度特殊要求高性能混凝
16、土应用是技术发展的必然趋势高性能混凝土应用是技术发展的必然趋势桥梁架设设备是架设的关键桥梁架设设备是架设的关键2023/5/1424桥梁结构桥梁结构 01.01.01.01.研究研究研究研究进一步丰富桥进一步丰富桥进一步丰富桥进一步丰富桥梁结构形式梁结构形式梁结构形式梁结构形式 02.02.02.02.研究研究研究研究研究简支箱梁研究简支箱梁研究简支箱梁研究简支箱梁设计和检测设计和检测设计和检测设计和检测 03.03.03.03.研究研究研究研究优化设计刚构连优化设计刚构连优化设计刚构连优化设计刚构连续梁及钢混结合续梁及钢混结合续梁及钢混结合续梁及钢混结合连续梁连续梁连续梁连续梁桥梁结构桥梁结
17、构特殊要求特殊要求桥梁结构桥梁结构形式研究形式研究桥梁新的桥梁新的结构形式结构形式2023/5/1425高性能混凝土与高性能混凝土与桥梁架设设备桥梁架设设备高性能混凝土应用于高速高性能混凝土应用于高速铁路桥梁工程是技术发展铁路桥梁工程是技术发展的必然趋势的必然趋势 具有优良的抗压、抗折具有优良的抗压、抗折和抗拉等力学性能具有和抗拉等力学性能具有很好的抗渗、抗冻、抗很好的抗渗、抗冻、抗碳化和抗化学侵蚀等耐碳化和抗化学侵蚀等耐久性能久性能1 1国外高速铁路发展较早国外高速铁路发展较早,架桥设备的发展较快架桥设备的发展较快,种类亦多种类亦多2 2架设设备应朝着大跨度架设设备应朝着大跨度、大吨位和机械
18、化的方、大吨位和机械化的方向发展向发展,以满足架设大吨以满足架设大吨位桥梁类型位桥梁类型(至少至少32m 32m 双线箱梁双线箱梁)的需要。的需要。高性能混凝土与桥梁架设设备高性能混凝土与桥梁架设设备2023/5/14264.2钢轨关键技术钢轨关键技术钢轨的重要性钢轨的重要性1高速铁路对钢轨的要求高速铁路对钢轨的要求钢轨技术发展钢轨技术发展钢轨的技术标准钢轨的技术标准234选轨标准选轨标准5钢轨的力学问题钢轨的力学问题轮轨滚动接触疲劳轮轨滚动接触疲劳轮轨噪声轮轨噪声678轨道力学轨道力学92023/5/1427钢轨的重要性v钢轨是轮轨式高速铁路的重要组成部分，在极其复杂的受钢轨是轮轨式高速铁路
19、的重要组成部分，在极其复杂的受力条件下工作力条件下工作v钢轨状态的好坏直接影响行车安全，因此对钢轨质量有极钢轨状态的好坏直接影响行车安全，因此对钢轨质量有极其苛刻的要求其苛刻的要求v钢轨有些性能之间是矛盾的，要综合比较才能达到合理选钢轨有些性能之间是矛盾的，要综合比较才能达到合理选择钢轨的目的择钢轨的目的2023/5/1428高速铁路对钢轨的要求高的纯净度高的纯净度材质高洁净材质高洁净有利于提高有利于提高其抗疲劳性其抗疲劳性能，保证运能，保证运行安全性行安全性严格的外形尺寸严格的外形尺寸可以减少表可以减少表面接触疲劳面接触疲劳伤损，延长伤损，延长钢轨的使用钢轨的使用寿命寿命高度的平顺性高度的平
20、顺性保证高速列保证高速列车运行的平车运行的平稳性和旅客稳性和旅客的舒适性的的舒适性的重要保证重要保证2023/5/1429钢轨技术发展加强关加强关键性能键性能开发新开发新型优质型优质钢材钢材超长无超长无缝钢轨缝钢轨2023/5/1430钢轨的技术标准我国钢轨目前执行的标准比较复杂我国钢轨目前执行的标准比较复杂v国标国标2020世纪世纪6060年代和年代和8080年代两次发布年代两次发布v铁标铁标铁道部在铁道部在2020世纪世纪9090年代发布年代发布v新铁标新铁标 铁道路在铁道路在20032003年发布年发布v铁标国标共存铁标国标共存近期将维持国标和铁路行业标准并存的近期将维持国标和铁路行业标
21、准并存的局面局面v新国标新国标整合现有钢轨标准，形成一部完整的国家强制整合现有钢轨标准，形成一部完整的国家强制性标准性标准2023/5/1431选轨标准v铁道部重新划分对钢轨的技术要求v时速在时速在200km/h200km/h以下的客货混运铁路钢轨以下的客货混运铁路钢轨 使用使用434375kg/m75kg/m热轧钢轨热轧钢轨v时速在时速在200-300km/h200-300km/h的客运专线的客运专线 使用使用250km/h60kg/m250km/h60kg/m钢轨钢轨v时速在时速在300km/h300km/h以上的客运专线顶级钢轨以上的客运专线顶级钢轨 使用使用350km/h60kg/m3
22、50km/h60kg/m钢轨钢轨2023/5/1432钢轨的力学问题 轮轨滚动接触疲劳轮轨滚动接触疲劳脱轨机理的研究脱轨机理的研究轨道力学问题轨道力学问题钢轨的钢轨的力学问题力学问题我国从现在到我国从现在到2020年，将是高速重载铁路和城市轨道交通发展年，将是高速重载铁路和城市轨道交通发展的高峰时期。虽然它们的优越性不可否认，但有许多关键技术的高峰时期。虽然它们的优越性不可否认，但有许多关键技术问题有待进一步解决，其中与轮轨相关的力学问题主要有：问题有待进一步解决，其中与轮轨相关的力学问题主要有：2023/5/1433轮轨滚动接触疲劳v轮轨磨损破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、轮轨磨
23、损破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等，这些破坏现波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等，这些破坏现象和很多因素有关，有些破坏现象的机理至今尚未搞清楚，象和很多因素有关，有些破坏现象的机理至今尚未搞清楚，对有些问题的破坏机理认识不统一对有些问题的破坏机理认识不统一v轮轨滚动接触疲劳是铁路运输的老问题，主要发生在轮轨滚动接触疲劳是铁路运输的老问题，主要发生在曲线曲线段、接头处、道岔段、接头处、道岔处。处。v人们采取各种方法和措施来人们采取各种方法和措施来阻止和减少阻止和减少它，如发展新材料、它，如发展新材料、优化轨型面匹配来减少轮轨之间的疲劳优化轨型
24、面匹配来减少轮轨之间的疲劳v铁路客货量增大和速度提高，铁路客货量增大和速度提高，轮轨磨擦轮轨磨擦变得越来越严重。变得越来越严重。v我国现在每年因更换和维修破坏轮轨，大约花费我国现在每年因更换和维修破坏轮轨，大约花费8080多亿人多亿人民币。它不仅大大民币。它不仅大大增加了铁路的运营成本，而且直接危害增加了铁路的运营成本，而且直接危害行车的安全。行车的安全。2023/5/1434轮轨噪声 高速铁路在列车行驶速度低于高速铁路在列车行驶速度低于300km/h300km/h时，轮轨噪音占主要部时，轮轨噪音占主要部分。轮轨噪音辐射出的轮轨噪声可以归纳为如下三类分。轮轨噪音辐射出的轮轨噪声可以归纳为如下三
25、类：冲击噪声滚动噪声高频尖叫声2023/5/1435轨道力学v轨道支撑并约束车辆的运行，决定着车辆安全、轨道支撑并约束车辆的运行，决定着车辆安全、舒适性。舒适性。v列车过道岔时，轮对和轨道之间发生强烈的冲击，列车过道岔时，轮对和轨道之间发生强烈的冲击，导致车轮和道岔段上钢轨磨损导致车轮和道岔段上钢轨磨损v高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度v在桥梁和隧道端点刚度不均匀，会导致强烈振动，在桥梁和隧道端点刚度不均匀，会导致强烈振动，甚至脱轨。甚至脱轨。2023/5/14364.3道岔 道岔是铁路轨道连接的重要设备，直接关系到铁路运输的道岔是铁路轨道连
26、接的重要设备，直接关系到铁路运输的效率和行车安全。效率和行车安全。道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的行车速度及旅客乘坐舒适度。行车速度及旅客乘坐舒适度。2023/5/14374.3高速道岔主要性能指标直向直向侧向侧向速度速度 A A安全性安全性C C旅客的旅客的舒适性舒适性 B B2023/5/14384.3高速铁路道岔关键技术可动部件可动部件转换设备的适应性和可靠性转换设备的适应性和可靠性动力学性能动力学性能几何设计几何设计2023/5/14394.3国外高速铁路道岔概况v日本日本 不设区间渡线（车站的渡线无高速列车侧向通过的
27、不设区间渡线（车站的渡线无高速列车侧向通过的要求）要求）v法国法国 车站少、区间渡线多，高速线间或高速与既有线的连车站少、区间渡线多，高速线间或高速与既有线的连接采用接采用tg0.0154tg0.0154道岔。道岔。v德国德国 铁路客货混运。铁路客货混运。2023/5/14404.3我国秦沈铁路道岔 我我国国秦秦沈沈客客运运专专线线设设计计速速度度为为200200km/hkm/h，部部分分基基础础设设施施预预留留提提速速至至250 250 km/hkm/h。根根据据速速度度和和运运输输组组织织要要求求,决决定定采采用用1818号号和和3838号号可动心轨辙叉单开道岔可动心轨辙叉单开道岔。经经过
28、过研研究究、设设计计、试试制制、试试铺铺、试试验验五五个个阶阶段段的的工工作作,特特别别是是直直向向以以250250km/hkm/h三三次次综综合合试试验验,证证明明其其能能够够满满足足旅旅客客列列车车,侧侧向向3838号号道道岔岔(渡渡线线)以以140140km/hkm/h通通过过时时,满满足足安安全全性性和和舒舒适适性性的要求。的要求。2023/5/14414.4高速列车信号关键技术高速列车信号关键技术 调度指挥系统调度指挥系统列车运行控制列车运行控制信号基础设备信号基础设备车站联锁系统车站联锁系统自动闭塞自动闭塞2023/5/1442v信号基础器件由信号基础器件由电磁式电磁式向向电子、微
29、处理器电子、微处理器元器件发展，广元器件发展，广泛采用泛采用检测检测及及故障诊断故障诊断技术，提高信号装置的运行技术，提高信号装置的运行可靠性可靠性。v道岔控制方式由道岔控制方式由直流直流向向交流交流控制转变，发展控制转变，发展外锁闭外锁闭道岔，道岔，减少道岔维护的工作量。减少道岔维护的工作量。v我国研制的我国研制的ZD9ZD9（J J）、ZYJ7ZYJ7 型等转辙机与交流转辙机型等转辙机与交流转辙机S700KS700K、EBISWITCH EBISWITCH 等国外道岔转换设备仍有一定的差距。等国外道岔转换设备仍有一定的差距。信号基础设备信号基础设备2023/5/1443调度指挥系统调度指挥
30、系统v以铁路以铁路调度管理信息系统调度管理信息系统(DMIS)DMIS)为平台为平台v以以调度集中调度集中(CTC)CTC)为核心为核心(重点讲述重点讲述)v以以行车指挥自动化行车指挥自动化为目标为目标 构建我国铁路现代化的运输调度指挥管理系统。构建我国铁路现代化的运输调度指挥管理系统。2023/5/1444 站间广域网中心通信前置服务器中心局域网表示墙控制器车务终端联锁EtherNET车站自律机联锁系统联锁EtherNET车站自律机联锁系统车务终端路由器路由器路由器路由器路由器路由器V.35/G.703V.35/G.703V.35/G.703值班主任工作站数据服务器调度员工作站综合维修工作站
31、防火墙通信前置服务器磁盘阵列应用服务器打印机绘图仪控制工作站鼠标助理调度员工作站鼠标鼠标计划员工作站系统维护工作站网管工作站电务维护终端综合维修终端（无人站）综合维修终端（无人站）电务维护终端系统总体构成图系统总体构成图2023/5/1445v在在已已建建DMISDMIS的的区区段段，以以DMISDMIS为为基基础础建建设设CTCCTC；在在未未建建DMISDMIS的区段，新建的区段，新建CTCCTC同时具备同时具备DMISDMIS的全部功能的全部功能v考考虑虑装装备备CTCCTC的的新新建建、改改建建铁铁路路，车车站站联联锁锁设设备备应应全全部部采采用计算机联锁；并具有区间信息采集功能用计算
32、机联锁；并具有区间信息采集功能v对对于于半半自自动动闭闭塞塞区区段段，应应同同步步装装备备区区间间检检查查设设备备，实实现现自自动站间闭塞。动站间闭塞。v调调度度员员与与司司机机的的语语音音、数数据据通通信信系系统统是是实实现现CTCCTC的的重重要要基基础础。在在主主要要干干线线建建设设CTCCTC的的区区段段，应应同同步步规规划划建建设设GSM-RGSM-R铁铁路路移移动动通通信信系系统统；在在其其它它条条件件艰艰苦苦、运运量量较较小小的的区区段段，可采用目前无线列调系统补强方案可采用目前无线列调系统补强方案规划原则规划原则2023/5/1446v全路全路2004200420202020年
33、总体规划建设年总体规划建设CTCCTC共共51,49551,495公里公里v规划范围包括：规划范围包括：近期规划共计近期规划共计13,16313,163公里，公里，13851385个车站个车站中长期规划中客运专线约中长期规划中客运专线约12,00012,000公里公里完善路网布局及西部开发性新线约完善路网布局及西部开发性新线约16,00016,000公里公里其它主要干线及条件艰苦、运输需要的线路约其它主要干线及条件艰苦、运输需要的线路约10,33210,332公里公里规划目标规划目标2023/5/1447DDBBC CAACTCCOMTRACSMIS运输计划运输计划日本高速铁路综合调度日本高速
34、铁路综合调度COSMOS系统系统F FE E维修作业管理维修作业管理车辆基地作业管理车辆基地作业管理2023/5/1448设备运输计划车辆管理维护业务管理电力系统控制站内运行管理集中信息运输计划设备管理计算机车辆管理计算机 维护业务服务器电力系统控制计算机运行管理计算机 集中信息管理高速数字线路高速数字线路运转区所服务器 运转报告终端 分公司终端 车辆管理服务器维护区终端原有远程控制装置分局站内作业终端基地车站PRC装置 旅客指南装置 运行信息终端原有地区调度计算机设备管理终端运输计划终端车辆管理终端维护业务电力系统运行管理终端集中信息COSMOS 系统构成图系统构成图管理终端管理终端中央网络
35、4.4.3 COSMOS系统的整体概要系统的整体概要2023/5/14494.4.3 COSMOS运行管理系统的特征运行管理系统的特征提供最适于高速提供最适于高速高密度运行具高密度运行具有实践经验的运行管理技术有实践经验的运行管理技术实现了运行计划实现了运行计划,维护计划维护计划,在线在线信息等统一管理的综合系统信息等统一管理的综合系统系统化范围向车站系统化范围向车站车辆基地车辆基地维护区的大幅度扩大维护区的大幅度扩大信息服务的提高信息服务的提高 以区域广范围大的自律分散思想为基础的车站以区域广范围大的自律分散思想为基础的车站 分散控制系统分散控制系统（高应答性自动控制系统（高应答性自动控制系
36、统)采用实时列车行走模拟的预测控制型运转整理采用实时列车行走模拟的预测控制型运转整理 支援机能支援机能 确实传递时刻表的变更（指令传递机能确实传递时刻表的变更（指令传递机能)维护管理系统维护管理系统 运输计划系统运输计划系统 沿线监视系统沿线监视系统 运行管理系统运行管理系统 电力管理系统电力管理系统 设备管理系统设备管理系统 维护计划支援系统维护计划支援系统 维护作业系统维护作业系统 站内进路控制系统站内进路控制系统 车载传递系统车载传递系统 提供事故信息提供事故信息 向顾客提供细致入微的指南服务向顾客提供细致入微的指南服务2023/5/1450新一代自动闭塞技术特征新一代自动闭塞技术特征新
37、一代自动闭新一代自动闭塞技术特征塞技术特征无绝缘无绝缘多信息多信息四显示四显示双方向双方向数字化数字化带超防带超防 实现有形化到无形化的转变，确保列车运行安全实现有形化到无形化的转变，确保列车运行安全和和列车追踪间隔时列车追踪间隔时间间的计算，列车运行安全的验证和列车追踪间隔时间的计算工作量的计算，列车运行安全的验证和列车追踪间隔时间的计算工作量将更加繁重，就目前的设计工具而言，尚无法满足计算要求。将更加繁重，就目前的设计工具而言，尚无法满足计算要求。2023/5/14514.5接触网关键技术接触网关键技术3421接触线接触线受电弓配套技术受电弓配套技术无交叉线岔无交叉线岔电分相电分相运行管理
38、运行管理2023/5/1452v高速铁路的特点高速铁路的特点列车速度非常快，密度与负荷特别大列车速度非常快，密度与负荷特别大 受电弓的上下振动与左右晃动剧烈受电弓的上下振动与左右晃动剧烈接触线抬升量比常速铁路高接触线抬升量比常速铁路高 v高速铁路对接触网的要求高速铁路对接触网的要求机械结构具有稳定性和足够的弹性机械结构具有稳定性和足够的弹性,在高速运行时保证电力在高速运行时保证电力机车正常取流机车正常取流设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力 尽量延长设尽量延长设备的使用年限备的使用年限设备结构尽量简单设备结构尽量简单 便于施工，有利于运营和维修便于施
39、工，有利于运营和维修对地绝缘好，安全可靠对地绝缘好，安全可靠4.5高速铁路高速铁路的特点及对接触网的要求的特点及对接触网的要求2023/5/14534.5.1 接触线接触线v接触线的相关情况接触线的相关情况在高速运行时，如果离线，则会产生电火花、拉弧、事故大电在高速运行时，如果离线，则会产生电火花、拉弧、事故大电流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面处于局部过流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面处于局部过热状态而发生软化，造成强度和表面硬度下降，使磨耗加快、热状态而发生软化，造成强度和表面硬度下降，使磨耗加快、使用寿命缩短；高温强度低而发生断线弓网事故使用寿命缩短；高温强度低而发
40、生断线弓网事故v对接触线的要求对接触线的要求高导电率高导电率 良好的受流性良好的受流性耐热性好耐热性好 抗软化温度高抗软化温度高耐磨性好耐磨性好抗拉强度高抗拉强度高抗大气腐蚀性能好抗大气腐蚀性能好线膨胀系数小线膨胀系数小2023/5/14544.5.1 接触线材料接触线材料接触线材料接触线材料接触线接触线复合复合 铜合金铜合金铝合金铝合金纯铜纯铜2023/5/14554.5.1 一些高速电气化铁路接触线的性能一些高速电气化铁路接触线的性能接触线材料接触线材料速度速度km/h国别国别抗拉强度抗拉强度MPa导电率导电率%IACS铜铜240日本日本34097.0铜铜300法国法国35897.0铜银铜
41、银250德国德国39596.5铜银铜银140中国中国36596.6铜银锡铜银锡180中国中国367.596.0铜锡铜锡350法国法国537.577.6铜镁铜镁330德国德国50368.1铜钢铜钢300日本日本65560.2铜钢铜钢300日本日本49381.1铝钢铝钢370日本日本35046.52023/5/1456v采用侧线接触线与正线接触线无交叉式的平面布置结构，采用侧线接触线与正线接触线无交叉式的平面布置结构，即在铁路线路道岔上方的侧线接触线，始终保持与在正即在铁路线路道岔上方的侧线接触线，始终保持与在正线线路上运行的机车受电弓不接触线线路上运行的机车受电弓不接触v对于反位运行有严格限制，
42、在反位方向只能以不高于对于反位运行有严格限制，在反位方向只能以不高于45km/h45km/h的速度通过；反位运行时可能发生弓网故障，需的速度通过；反位运行时可能发生弓网故障，需要对受电弓进行适当改造要对受电弓进行适当改造无交叉线岔受电弓配套技术无交叉线岔受电弓配套技术2023/5/14574.5.3 电分相电分相v器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击v目前大多采用锚段关节式电分相来消除此问题，这种关节目前大多采用锚段关节式电分相来消除此问题，这种关节式电分相一般由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组式电分相一般由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成
43、成v但要求多个受电弓之间满足严格的限制条件否则很有可能但要求多个受电弓之间满足严格的限制条件否则很有可能产生相间短路。目前只有要求机车乘务员频繁进行一系列产生相间短路。目前只有要求机车乘务员频繁进行一系列操作来避免事故发生；这样大大增加乘务员的工作强度，操作来避免事故发生；这样大大增加乘务员的工作强度，实际运行中该故障已多次发生实际运行中该故障已多次发生2023/5/1458v对于客运专线，列车速度较高，分相环节成为制约列车运行对于客运专线，列车速度较高，分相环节成为制约列车运行速度的主要障碍。因此自动过分相技术成为解决这一问题的速度的主要障碍。因此自动过分相技术成为解决这一问题的重要途径。应
44、该对研究和运行了几十年的自动过分相技术进重要途径。应该对研究和运行了几十年的自动过分相技术进行总结和提高，使之在高速铁路得到应用。行总结和提高，使之在高速铁路得到应用。v一相供电无需电分相环节，不会影响列车速度，因此借助电一相供电无需电分相环节，不会影响列车速度，因此借助电力电子技术的同相供电研究十分必要。力电子技术的同相供电研究十分必要。同相供电与自动过分相技术研究同相供电与自动过分相技术研究2023/5/1459（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）闭合闭合 无列车状态无列车状态自动过分相技术研究自动
45、过分相技术研究2023/5/1460（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）闭合闭合 列车靠近列车靠近自动过分相技术研究自动过分相技术研究2023/5/1461（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨 在线检测在线检测开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）闭合闭合 进入中间断电区、在线检测进入中间断电区、在线检测自动过分相技术研究自动过分相技术研究2023/5/1462（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关
46、断路器（）（）断开断开 在线开关断路器开关断路器（）（）断开断开自动过分相技术研究自动过分相技术研究2023/5/1463（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨在线开关断路器开关断路器（）（）闭合闭合 开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）闭合闭合自动过分相技术研究自动过分相技术研究2023/5/1464（）（）电源电源（）（）电源电源架线中间断电区轮轨无列车开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）断开断开 开关断路器开关断路器（）（）断开断开自动过分相技术研究自动过分相技术研究2023/5/14654.5.4 4.5.4 运行
47、管理运行管理v西欧典型的供电段西欧典型的供电段全员劳动生产率约全员劳动生产率约8.58.5条条km/km/人人每接触网工负责约每接触网工负责约1515条条kmkm的检修任务的检修任务v我国某供电段我国某供电段全员劳动生产率仅为全员劳动生产率仅为0.970.97条条km/km/人人每接触网工负责检修约每接触网工负责检修约2.02.0条条kmkmv某铁路局全局某铁路局全局供电部门全员劳动生产率约为供电部门全员劳动生产率约为0.980.98条条km/km/人人每接触网工平均负责检修每接触网工平均负责检修1.91.9条条kmkm2023/5/14664.6路基设计的关键技术路基设计的关键技术严格控制路
48、基的工后沉降严格控制路基的工后沉降 严格控制路基的不均匀沉降严格控制路基的不均匀沉降控制路基刚度及其纵向变化连续均匀性控制路基刚度及其纵向变化连续均匀性包括路基本体沉降和地基沉降包括路基本体沉降和地基沉降2023/5/1467严格控制路基的工后沉降严格控制路基的工后沉降1.1.工后沉降是指路堤建成后铺轨时的路基剩余沉降，主要包工后沉降是指路堤建成后铺轨时的路基剩余沉降，主要包括括路基本体沉降路基本体沉降和和地基沉降地基沉降。路基的工后沉降量应越小越好，经综合技术经济比路基的工后沉降量应越小越好，经综合技术经济比选确定选确定,京沪客运通道路基工后沉降限值为京沪客运通道路基工后沉降限值为5 5 c
49、mcm2.2.国外高速铁路的建设经验证明，路基本体沉降约为路基填国外高速铁路的建设经验证明，路基本体沉降约为路基填土高度的土高度的0.11%0.12%0.11%0.12%，且能在建成，且能在建成1 1 年内完成。秦沈客运年内完成。秦沈客运专线的建设也证明了以上结论。专线的建设也证明了以上结论。2023/5/1468严格控制路基的不均匀沉降严格控制路基的不均匀沉降v在在100 100 m m范围内的路基不均匀沉降，将直接造成幅范围内的路基不均匀沉降，将直接造成幅值较大的轨道长波高低不平顺。值较大的轨道长波高低不平顺。v更短范围内的路基不均匀沉降，将直接造成路基更短范围内的路基不均匀沉降，将直接造
50、成路基的稳固和安全。的稳固和安全。我国我国“高速铁路设计暂行规定高速铁路设计暂行规定”规定路基工规定路基工后总沉降量为后总沉降量为5 5 cmcm，沉降速率小于沉降速率小于2 cm/2 cm/年年，桥台，桥台台尾过渡段路基工后沉降不大于台尾过渡段路基工后沉降不大于3 cm3 cm，2023/5/1469控制路基刚度及纵向变化连续均匀性控制路基刚度及纵向变化连续均匀性v路基刚度与列车的安全、平稳、舒适运行及轨道的维修工路基刚度与列车的安全、平稳、舒适运行及轨道的维修工作量密切相关。作量密切相关。v纵向刚度均匀性变化是高速铁路路基设计和施工的关键，纵向刚度均匀性变化是高速铁路路基设计和施工的关键，