我国高速铁路主要技术特点.docx

1、我国高速铁路主要技术特点我国高速铁路主要技术特点中国铁道科学研究院研发中心 徐 鹤 寿速度是铁路运输现代化的重要标志之一。自1964年日本成功建成世界第一条高速铁路东海道新干线以来，高速铁路以其速度快、运能大、效益高、全天候、节能、环保、安全等显著特点，在世界各国得到迅速发展。我国高速铁路的主要技术特点由于各国发展高速铁路的国情、路情不同，运输模式不同，故采用的技术和装备也不同，运营管理和养护维修方式也有不同。我国具有国土辽阔、人口众多、铁路客货运输繁忙等不同于国外的特点，因此在充分借鉴国外高速铁路先进技术的基础上，结合我国的实际，逐步形成了具有中国特色的高速铁路技术体系。其特点是：满足高速度

2、、高密度、大运量、长距离、高舒适性及多种运输组织形式需求；兼容不同速度等级的列车，配备多种编组形式的动力分散型动车组；采用高平顺性、高稳定性、高耐久性且少维修的基础设施；建立智能化的调度指挥系统、列车自动控制系统及信息化的运营管理系统；高度重视环境保护，追求高安全性、高可靠性及低运营成本。高速铁路系统主要由工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、运营调度、客运服务等6大系统构成。我国高速铁路各系统的主要特点如下。2.1 工务工程技术特点为保证高速列车能够长期、持续地安全、平稳的运行，要求线下基础具有高平顺性、高稳定性、高精度、小变形、少维修等特点。线下基础的这些技术特点是高速铁路有别于中低速铁路

3、的最主要之点，需要从线路平纵断面、路基、轨道、桥梁、隧道等各方面选用必要的技术标准和措施加以保证。2.1.1 线路为保证高速列车的运行安全、平稳和旅客的舒适度，线路设计的主要特点是平、纵断面变化应尽可能平缓，并具有一个宽大封闭的运行空间。为此增大了线间距、曲线半径、缓和曲线及夹直线的长度及坡段长度等。（1）建筑限界建筑限界是铁路的基本技术标准之一，与运输模式和车辆、桥隧、站台、接触网等设备设施的设计密切相关。建筑限界一般分为基本建筑限界、桥梁建筑限界、隧道建筑限界；根据牵引种类，又分电力牵引铁路、内燃牵引铁路的建筑限界等。高速铁路的建筑限界必须同时满足高速铁路上运行的各种车辆的安全。根据我国高

4、速铁路的运输模式,采用的建筑限界有三类：纯客运（见图2）、客货（普通货车）兼顾、双层集装箱通道。 1图2 客运专线铁路建筑限界（2）线间距世界各国高速铁路都根据各自的国情、线路运行速度、车辆情况（流线型程度、车宽、气密性等）等以及综合考虑固定设施和移动设施的投资等因素，确定线间距标准，其标准相差较大。日本高速列车最大宽度3.38m，山阳新干线最高速度300km/h、线间距4.3m，其列车头部流线型程度高、气密性好；德国高速列车ICE3为2.95m（ICE1、ICE2最大宽度为3.07m），科隆法兰克福的最高速度300km/h、线间距4.5m；法国高速列车TGV最大宽度2.904m，地中海线设计

5、最高速度350km/h、运营320km/h，线间距4.8m。我国高速铁路机车车辆限界最大宽度为3.4m，“和谐号”动车组的车辆宽度最大的是CRH2型，为3.38m。我国高速铁路规定根据列车最高运行速度确定区间正线线间距，分别为：350km/h 5.0m ； 300km/h 4.8m ； 250km/h 4.6m ；200km/h 4.4m ； 160km/h 4.2m ； 120km/h 4.0m 。（3）最小曲线半径最小曲线半径是铁路线路设计的主要技术标准之一，其与运输组织模式、列车速度、曲线超高参数和轨道类型有关。要保证曲线上列车运行时旅客的舒适度和较少的养护维修工作，就必须确定合理的曲线

6、超高参数，即实设超高、欠超高、过超高的允许值。我国高速铁路设计规范（试行）规定：实设最大超高：无砟轨道175mm、有砟轨道170mm，欠超高为40mm、80mm，过超高为40mm、80mm。由于，我国高速铁路规定的超高参数数值小、标准高，据此计算得出的最小曲线半径较大。350km/h线路的曲线半径一般为800010000m，最小为7000m；300km/h线路的曲线半径一般为60008000m，最小为5000m；250km/h线路的曲线半径一般为4500 27000m，最小为3500m；200km/h线路则一般为2200m，最小为2000m。而德国科隆法兰克福的最高速度300km/h，规定最大

7、超高170mm，最大欠超高150mm，最小曲线半径3320m。此外，我国高速铁路规定的缓和曲线、夹直线的长度和最小坡段长度等纵断面标准都较高，从而为高速列车的平稳、舒适地运行提供了良好基础。（4）精密测量控制网高速铁路工程测量体系必须要保证高速铁路工程建设高质量地满足设计要求，为满足测量控制网的质量满足勘测、施工和运营维护三个阶段测量的要求，以使高速铁路勘测设计阶段的测量数据和施工测量成果能够在运营维护阶段继续发挥作用，保证线路的线性的绝对位置，三个阶段的工程测量基准、坐标系统和技术标准必须一致，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准。为此，采用了基础平面控制网（CP）、线路平面控制网（

8、CP）和轨道控制网（CP）等勘测设计、工程施工、运营维护“三网合一”的精密测量控制网。2.1.2 路基路基是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，是铁路线下工程的重要组成部分。高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高平顺性、高稳定性轨道对基础提出的新性能要求：即强度高、刚度大的路基基床，沉降很小的地基以及沿线路方向平缓变化的刚度。（1）基床采用层状结构、提高压实标准、强化路基结构有砟轨道基床由表层和底层组成，表层厚度为0.7m，底层厚度为2.3m，总厚度为3.0m。一般情况下，基床表层由510cm厚的沥青混凝土和6560cm厚的级配碎石组成。无砟轨道路基表层厚度与无砟轨道的混凝

9、土支承层或混凝土底座的总厚度不应小于0.7m，底层厚度为2.3m。混凝土支承层或混凝土底座以外的路基面应设防排水层。同时，采用压实系数K、地基系数K30和动态变形模量Evd等指标控制基床和路堤质量。图3 路基结构示意图（2）严格控制路基工后沉降有砟轨道一般地段工后沉降量，300350km/h线路不应大于5cm，沉降速率应小于2cm/年，桥台台尾过渡段工后沉降量不应大于3cm；250km/h线路分别不应大于10cm 、3cm/年、5cm。无砟轨道地段路基在无砟轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；路基与桥梁、隧道或横向结构

10、物交界处的差异沉降不应大于5mm，不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。（3）保证路基刚度的均匀性在路桥，路堤与横向结构物（框构、箱涵），路堤与路堑和土质、软质岩、硬质岩的路堑与隧道，有砟轨道与无砟轨道、不同的无砟轨道类型等连接处设置过渡段，以使路基刚度变化平缓图4 路桥过渡段2.1.3 桥梁基床以下路堤基床底层4基床表层4基床底层路基面宽 m44高速铁路桥梁的梁体必须具有足够大的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，限制温差和混凝土徐m:1基床以下路堤1:01:变产生的上拱变形，以保证线路的高平顺性和避免不良的车、桥动力响应；墩台必须具有足够大的级配碎石掺水泥1.1:1.纵向刚度，以限制桥上无缝

11、线路轨道的附加应力和制动时梁轨相对位移，保证线路的稳定；桥梁结构及构造布置应符合耐久性要求，并便于检查和维修。因此，采用了刚度大、整体性能好的结构，如简支梁、连续梁、组合梁、刚架及拱等；优先选用双线整孔箱形梁桥。（1）高速铁路列车设计活载设计活载图式是桥梁设计的重要参数之一。高速铁路桥梁取用ZK标准活载(0.8UIC)作为高速铁-0列车与桥梁均会产生较大的动力响应，造成桥上轨道不平顺、乘坐舒适度降低、结构活载效应增大，甚至列车走行性能恶化，严重影响车辆运行和结构安全。因此，高速铁路桥梁必须具备足够大的刚度和良好的整体性。故对桥梁的结构变形、变位和自振频率的提出严格要求。表2 ZK竖向静活载作用

12、下的梁体的竖向挠度限值表3 ZK竖向静活载作用下的梁端转角限值墩台基础工后沉降限值如下：墩台均匀沉降量： 有砟轨道桥梁 30 mm； 无砟轨道桥梁 20 mm 静定结构相邻墩台沉降差：有砟轨道桥梁 15 mm； 无砟轨道桥梁： 5 mm 2.1.4 隧道高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应随列车速度的提高而加大，因此会产生一系列负面影响，主要表现在三个方面，即瞬变压力、洞口微气压波和行车阻力。高速铁路隧道工程设计必须考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、车辆结构强度和环境等方面的不利影响。根据研究，隧道内气动力效应与隧道净空面积、长度，列车横断面、头部形状、密封性，以及道床

13、类型、竖井和横洞位置等因素有关。我国高速铁路隧道设计特点：加大了隧道净空面积，采用斜切式、明洞扩大式等不同形式洞门，必要时设置洞口缓冲结构，减缓隧道内空气动力学效应的不利影响。各国高速铁路隧道净空面积见表3。表3 隧道内轨面以上净空横断面面积2.1.5 轨道高速铁路对轨道结构的技术要求主要是保证轨道高平顺性、高可靠性、长寿命和高稳定性。高平顺性是消除轮轨接触面上的短波不平顺和中、长波不平顺，保持轨道弹性的均匀性；高可靠性主要是指轨道结构保持平顺性，维持线路正常运营的能力；长寿命指的是轨道结构有较长的维修和大修周期；高稳定性是要提高轨道结构的纵、横向阻力，保持轨道结构的稳定性。我国高速铁路轨道的

14、主要技术特点是采用60kg/m的100m长定尺钢轨、跨区间无缝线路、大号码道岔和无砟轨道。借鉴国外先进技术与成熟经验，逐步实现自主知识产权的无砟轨道技术体系和高速道岔的国产化及创新。（1）无砟轨道我国高速铁路设计规范规定；200250km/h线路主要采用有砟轨道，大于等于6km的隧道采用无砟轨道；300350km/h线路主要采用无砟轨道。引进吸收国外先进技术的无砟轨道有：CRTS型板式无砟轨道（沪宁、哈大），CRTS 型板式无砟轨道（京津、沪杭、京沪），CRTS型双块式无砟轨道（武广）和CRTS 型双块式无砟轨道（郑西）等。我国自主研究开发的CRTS 型板式无砟轨道，主要由钢轨、扣件系统、轨道

15、板、自密实混凝土、支承层或底座、板间连接系统等部分组成。已用于成灌线，并在盘营、沈丹、武黄等高速铁路推广使用。（2）高速道岔18号可动心轨单开道岔：客专线（07）004 有砟 V直=250km/h、V侧=80km/h，石太、温福、 福厦；客专线（07）009 无砟 V直=350km/h、V侧=80km/h，武广、沪宁、沪杭。42号可动心轨单开道岔：客专线（07）006 无砟，V直=350km/h，V侧=160km/h，沪宁、沪杭、哈大、京石武；62号可动心轨单开道岔：客专线（08）013 无砟 V直=350km/h、V侧=220km/h，哈大。2.2 牵引供电技术特点高速铁路牵引供电系统主要由

16、牵引供电系统和电力系统组成。其技术要求为:满足高速运行的弓网关系；满足可靠稳定的供电要求；满足免维护、少检修、抵御自然环境侵害的要求；动车组自动过分相；供电能力适应高速度、高密度、大功率；具有综合一体化远程监控能力。2.2.1 供变电外部电压：牵引变电所外部电压等级采用220kV双电源供电，互为备用。其特点是输送能力高，电压损失小，保证较高的供电质量；改善对电力系统的负序和谐波影响，系统具有更大的负序承受能力，电压畸变小；安全可靠，能保证高速列车稳定运行。供电方式：采用先进的AT供电方式，供电能力大、电分相少、节能环保、电磁污染低、外部电源投资低。2.2.2 接触网国外高速铁路接触网有不同的悬

17、挂方式，日本采用复链形悬挂（300km/h线路采用简单链形悬 6挂）、德国采用弹性链形悬挂、法国采用简单链形悬挂。我国200250km/h高速铁路一般采用简单链形悬挂(合武铁路、长吉城际采用弹性链形悬挂),300350km/h线路一般采用弹性链形悬挂(京津城际、广深港客专采用全补偿简单链形悬挂)。接触线悬挂点高度一般为5300mm，最低点不小于5150mm；结构高度宜采用1600mm，特殊情况下，300350km/h区段不得小于1100mm；设计坡度，速度大于250km/h时应为0、250km/h时应小于等于1、坡度变化率小于等于0.5；接触线采用铜合金150m时的张力，250300km/h时

18、不小于25kN，350km/h时不小于28.5kN ；承力索张力不小于20kN。2.2.3 远程监控系统（SCADA）高速铁路综合监控子系统采用SCADA系统，提供用户监控的人机界面以及牵引供电设备和电力供电设备的监测、手动或自动控制。远程监控系统集通信、信号、牵引供电、电力远程监控一体化设计。采用分层分布式系统结构，控制中心采用独立的监控网络及设备，通过网络安全隔离措施与其他系统进行接口。系统监控范围包括220V220kV的通信、信号、牵引供电、电力供电设备在线实时监控。2.3 列车运行控制系统列控系统是确保行车安全的信号系统。利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态，列控车载设备

19、自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制。各国采用不同的列控系统，德国的LZB系统采用轨道环线电缆传送列控信息；日本DS-ATC系统采用有绝缘数字轨道电路传送列控信息；法国UM2000+TVM430系统采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息。2.3.1 中国列车运行控制系统（CTCS） CTCS-0/1级：基于轨道电路传输信息，车载设备由机车信号和列车运行监控装置（LKJ） 构成。 CTCS-2级：基于轨道电路（ZPW-2000）和应答器传输列车行车许可信息,采用目标距离连 续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。 CTCS-3级：基于GSM-R无线通信

20、实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车 许可，轨道电路（ZPW-2000）实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。 CTCS-4级：完全基于无线传输信息的列控系统，地面可取消轨道电路，由RBC和车载验证 系统共同完成列车定位和完整性检查，点式应答器提供列车用于测距修正的定位信息，实现移动闭塞。我国高速铁路200250km/h等级采用CTCS-2级列控系统，300350km/h等级的采用CTCS-3级列控系统，均由车载设备（ATP）和地面设备组成。其中，列控车载设备由车载安全计算机，轨道电路信息读取器、接收天线，应答器信息接收单元、接收天

21、线，列车接口单元，纪录单元，人机界面，速度传感器和GSM-R无线通信单元、接收天线等组成；列控地面设备由列控中心、 ZPW-2000 7（UM）系列轨道电路、应答器、临时限速服务器和无线闭塞中心、GSM-R接口设备等组成。2.4 通信系统我国高速铁路的通信系统包括：光传输系统、数据网、电话交换系统、调度通信系统、GSM-R、会议电视系统、应急通信系统、综合视频监控、时钟同步、综合网管、监测系统、防雷与接地系统、通信电源及线路等等。其与行车和运营秩序关系更加密切，如列车控制、票务、旅客服务；与既有铁路通信网统一：具有设备冗余、系统冗余、业务保护等高可靠设计；监测和管理手段加强，如电源监控、机房环

22、境监控、视频监控、通信网管、GSM-R接口监测、光纤监测、漏缆监测等。高速铁路通信系统的主要技术特点是采用数字移动通信系统（GSM-R），其场强覆盖、服务质量标准（QoS）必须符合要求。特别是CTCS-3列控信息区段，必须采用系统冗余设计设计，以满足调度指挥、公务通信、信息传输和列车运行控制的需要。2.5 动车组日本新干线一直采用动力分散型动车组；德、法则大多采用动力集中型动车组，但300km/h及以上则也采用动力分散型动车组，如德国的ICE3为4M+4T、330km/h，法国的AGV为9辆编组、3（1M+3T）、360km/h。由于动力分散动车组具有轴重小、牵引功率大、启动加速性能好、可靠性

23、高和编组灵活、列车利用率高等优点，已成为当今世界高速动车组技术发展的方向。我国明确发展动力分散型动车组。我国CRH系列动车组类型如下： CRH1型动车组为南车集团青岛四方庞巴迪公司（BST）生产、轴重16t，最高运营速度 250km/h。 CRH2型动车组为南车集团四方股份公司生产，轴重14t，分250km/h和350km/h两种速度。 CRH3型动车组为北车集团唐山厂生产、轴重17t、最高运营速度350km/h。 CRH5型动车组为北车集团长客股份公司生产、轴重17t（动）、16t（拖），最高运营速度 250km/h。 新一代高速动车组CRH380，持续运行速度350km/h、最高运行速度3

24、80km/h、试验速度大 于400km/h。其中包括：南车集团四方股份制造：CRH380A 8辆 6M+2T 9600kW，已用于沪杭、武广、海南东环 CRH380AL 16辆 14M+2T 20482kW 总长403m。北车集团长客股份/唐车公司制造：CRH380BL（铁科院牵引系统）16辆、8M+8T、18400kW、总长400m;2011年1月9日CRH380BL(唐客厂、12辆)在京沪先导段试验速度最高达487.3km/h。长客股份制造: CRH380C（新头型和永济牵引系统）；南车集团青岛BSP公司制造：CRH380D 8辆编组、4M+4T，目前正在进行型式试验。 新一代城际动车组C

25、RH6型，南车集团四方厂生产， 8辆编组、全长199.5m，按运行速度 分为200km/h和160km/h两类。200km/h等级的动车组运营速度最高220km/h、试验速度最高250km/h，定员载客量586（座席）、超员载客量1506人（4人/）。2.6 运营调度高速铁路调度指挥系统分为管理层（铁道部调度中心）、调度层（高速铁路调度所）、执行层（基地、站、段、所、车）。高速铁路行车指挥采用分散自律调度集中系统（CTC），由铁路局、车站两级构成,具备列车进路及调车进路的控制、列车运行监视、车次号追踪、列车运行计划调整和列控限速设置等功能。CTC控制模式包括分散自律控制和非常站控两种模式。分散

26、自律控制模式的操作方式又分为中心操作方式、车站调车操作方式和车站操作方式等三种。 铁道部调度中心(管理层)管理并组织全路运输生产，负责组织基本运行计划的编制，安排重要生产任务，处置重大突发事件，监视、协调全路运输生产，必要时接管区域调度中心的调度指挥。 高速铁路调度所(调度层)根据部调度中心和基本运行计划，编制管辖范围内的列车运行、动车组运用、乘务管理、供电和维修施工等计划，监视、调整、控制列车运行，及时处置各类运行异常情况，管理各类维修作业，组织事故救援、抢险，发布运输指令和行车命令。高速铁路调度所是高速铁路运输组织和调度指挥的主要实施机构。 基地、站、段、所、车(执行层)接受高速铁路调度所

27、的指挥和控制，按照调度命令办理各类业务。车站执行层具有最高级别的优先控制权，特殊情况下可直接办理本站行车作业。2.7 客运服务系统在借鉴国外高速铁路客运服务理念、成熟经验、先进技术和系统集成方法的基础上，结合中国铁路的实际情况，依靠自主创新，自主开发，建立具有自主知识产权的、国际领先水平的客运服务系统，其包括票务系统、旅客服务系统、市场营销策划系统和综合服务平台、数据平台、安全保障平台等。2.8 高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统高速铁路的灾害防护，应以工程措施的主动防护为主；根据沿线的气象、地形地貌、地质条件以及线路周边环境、运营速度，设置相应的子系统，合理构建“高速铁路自然灾害及异物侵限监

28、测系统”（原称“防灾安全监控系统”）。根据高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统总体技术方案的规定，灾害监测系统是对铁路沿线风、雨、雪、地震及异物侵限进行实时监测，同时具备报警、预警及联动触发功能的系统，采用铁路局中心系统、现场监测设备两级架构。目前，新建高速铁路都装有风、雨和异物侵限监测子系统，根据需要设置雪、地震子系统。京津城际和京沪高速铁路已设置地震监测系统。2.8.1 风速监测极大风速值超过15m/s的地区应设置风监测点。山区垭口、峡谷、河谷等区段，风速风向监测点的平均间距1km-5km；桥梁、高路堤等区段，风监测点的平均间距5km-10km。2.8.2 雨量监测年降雨量大于200mm的地

29、区设置雨量监测点。连续路基区段，有砟轨道线路雨量监测点的布设间距一般为1520km；无砟轨道线路布设间距一般为2025km。位于高路堤、高路堑地段、隧道口等特殊地段应重点考虑并根据需要增设雨量监测点。2.8.3 雪深监测雪量监测点设置雪深计，最大积雪深度36cm以上的地区原则上按50km设置一处，一般设置于车站、综合维修车间、工区、路堑等处所。2.8.4 异物侵限监测设置在公跨铁桥梁、公铁并行地段、高路堑及可能存在危险的隧道口等地点（线路允许速度不大于160km/h区段内的公跨铁立交桥不设置）。对于护栏防撞性能达到SB级、设计车速不超40km/h的公跨铁立交桥，需结合公路桥两端的线形、路侧情况

30、等交通条件确定是否设置。2.8.5 地震监测地震发生时产生P波和S波两种波形，引起上下震动的地震波为P波（纵波），其传播速度为7 8km/s，振动强度较弱，一般不导致破坏性后果；引起晃动的地震波为S波（横波），其传播速度为4 5km/s，产生的破坏性后果较大。利用两者的时间差进行预警。沿线地震动峰值加速度大于等于0.1g（相当于震级烈度级）的地区，应具有S波监测功能，有条件时宜具备P波预警功能。可设置于牵引变电所、AT所、分区所等处所，设置间隔宜为20km。每个监测点设置两台地震仪，间隔宜为40m。当两个及以上地震监测点监测出的地震动加速度达到45gal及以上时，即发出地震报警信息，并立即发送

31、给地震影响范围的列控系统接口继电器，列控系统收到报警信息，控制列车运行；同时将报警信息发送给地震影响范围的牵引变电系统接口继电器，停止向接触网供电。2.9 养护维修高速铁路采用了“预防为主、防治结合、重检慎修”养护维修理念，明确了“资源综合、专业强化、集中管理”管理模式，日常保养由既有站段延伸管理或新成立段管理。如工务系统新成立北京、济南、上海、沈阳等4个工务段，专门管理局管内的高速铁路。同时，铁道部组建了北京、上海、武汉、广州、西安、成都等6个高速铁路基础设施维修基地，分区域负责基础设施的高级修理和动态精确检测。高速铁路固定设备的养护维修（上线检查、检测、维修）必须在“天窗”时间进行，“天窗

32、”时间4h，一般为垂直天窗。线桥设备实行设备等级修和专业修；接触网实行计划预防修；通信系统实行计划预防修和状态修；信号地面设备实行设备状态修和故障返厂修。（1）综合检测列车采用综合检测列车对固定设备（轨道、接触网、通信、信号）的状态进行定期、等速检测。 0号高速检测列车2008年7月，我国第一列高速综合检测列车研制成功，由铁科院系统集成、长客厂制造，8辆编组、最高检测速度250km/h。首次将轨道、轮轨力、接触网、通信、信号等检测系统安装在同一 10列动车组上，实现时空同步、综合显示、分析和处理。 CRH380A-001高速综合检测车铁科院系统集成、四方厂制造，7M+1T、11760kW，最高检测速度385km/h，包括轨道、轮轨力、车辆动态响应、弓网、转向架载荷、通信、