铁道工程简介

1. 铁路概况

铁路运输是为发展国民经济和高提高人民物质文化生活需要的重要基础设

施，铁路线路是客流和物流的主要载体。

1.1 国内铁路发展概况

近些年来，我国铁路发展迅速，尤其是高速铁路建设成绩斐然。目前，我国

高速铁路运营里程居世界首位，达到6500多公里，其中，新建时速250～350km

的高速铁路有3600多公里，既有线提速达到时速200～250km的高速铁路有2800

多公里。

目前，随着国家铁路技术发展和全球经济低靡的影响，国家加大了对铁路建

设的投资力度。国家规划建设“四纵，四横”八条主要客运专线，长三角、珠三

角和环渤海等城际铁路网络蓬勃发展起来。先后建成了京沪高铁和秦沈、京津、

沪宁、沪杭等客运专线，缓解了客货运输压力，促进了经济的发展。

预计，到2012年，我国铁路运营里程将达到11万公里以上，其中新建高速

铁路将达到1.3万公里；到2020年，我国铁路运营里程将达到12万公里以上，快

速客运网将达到5万公里以上，届时，将实现“人便其行、货畅其流”的目标，

客货运输得到极大的改善。

图1 青藏铁路线 图2 京沪高速铁路

1.2 国外铁路发展现状

美国铁路主要以货运为主，铁路网分布不均衡，以密西西比河为界可将美国铁路网分为东西两部分；美国铁路主要是单线，复线率只占10﹪左右；美国是重

载运输和集装箱运输最发达的国家，如图3所示。

日本是世界上发展高速铁路最早的国家，1964年建成了世界上最早的高速铁

路—东海道新干线；目前，日本新干线通车里程达2100多公里，允许最高速度

300km/h高速铁路与其他线路的衔接；日本拥有世界一流的调度控制系统、信号系

统、车辆制造和检修中心；新干线的作业方式较为简单，提高了作业效率。如图4

所示。

图3 美国铁路网 图4 日本东海道新干线

2. 铁路的等级与主要技术标准

2.1 铁路的等级划分

铁路等级是铁路的基本标准。设计铁路需要首先确定铁路等级，然后选定其

他技术标准和各种运输装备的类型，然后再付诸实践。

铁路修建的目的是满足社会发展中客货运输的需求，而且修建铁路的经济效

益也直接反映在客货运量上，铁路的运量越大，铁路的等级也越高。

我国的《铁路线路设计规范》(GB 50090-2006)规定铁路等级划分应根据其在

铁路网中的作用和性质，并满足远期客货运量的需要，分为三个等级：

(1)Ⅰ级铁路。铁路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量大于或等于20Mt。

(2)Ⅱ级铁路。铁路网中起骨干铁路的铁路，远期年客货运量小于20Mt的；或

在铁路网中起联络、辅助作用的铁路，远期年客货运量大于或等于10Mt的。

(3)Ⅲ级铁路。为某一区域服务具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量小

于10Mt的。2.2 铁路的主要技术标准

铁路的主要技术有铁路等级、正线数目、限制坡度、最小曲线半径、车站分

布、到发线有效长度、牵引种类、机车类型、机车交路、闭塞类型等多项。其中

前六项为基建标准，建成后很难改变，应按远期运量来确定。后四项为技术装备

型标准，可随运量增长逐步实现技术装备的更新。线路平面的组成要素是直线和

曲线。

(1)影响牵引吨数的主要技术标准有：牵引种类和机车类型、限制坡度、到发

线有效长度。到发线有效长度是车站到发线能停放货物列车而不影响相邻股道作

业的最大长度。

(2)影响通过能力的主要技术标准有：正线数目、车站分布和闭塞方式。

单线和双线铁路的通过能力悬殊很大，双线的通过能力远远超过两条单线的

通过能力。车站分布距离的长短决定列车在站间的往返走行时分，从而影响通过

能力。车站分布必须满足国家要求的年输送能力和客车对数；并应考虑站间通过

能力的均衡性。

闭塞方式是指为了保证行车安全、提高运输效率，利用信号设备等来管理列

车在站间运行的方法。我国的基本闭塞方式有半自动闭塞和自动闭塞，在次要支

线和地方铁路有的还采用电气路签。电气路签是在一个站间两端的车站上，各装

设一个路签机，彼此间有电气锁闭关系。半自动闭塞是闭塞机与信号机发生联锁

作用的一种闭塞装置。自动闭塞时，区间被分为若干闭塞分区，进一步缩短了同

向列车的行车间隔距离，见图5所示。

图 5区间闭塞分区图

(3)影响行车速度的主要技术标准有最小曲线半径和机车交路等。最小曲线半

径是设计线采用的曲线半径最小值，最小曲线半径不仅影响行车安全、旅客舒适

等行车质量指标，而且影响行车速度、运行时间等运营技术指标和工程投资、运

营支出和经济效益等经济指标。机车交路由于交路类型、运转方式和乘务制度不

同可分为肩回式短交路、肩回式长交路、循环式短交路、半循环式短交路、两处

驻班制超长交路、中途驻班制超长交路和随乘制超长交路7种形式，如下图6所示。

图 6 机车交路

铁路建设是关系到国民经济的大事，建设标准的选择不仅要能够适应当前的

运输要求，而且要着眼于未来社会经济的发展和资源的有效利用。随着机车车辆

等移动设备的技术日新月异，列车控制、信息技术不断发展，作为基础设施建设

标准重要参数的速度目标值的确定，应做好前瞻性规划，适当预留发展，这样对

我国铁路建设事业是有利的。

3. 线路定线和方案比选

3.1 铁路定线和定线的主要方法

铁路定线是在地形图或地面上选定线路的方向，确定线路的空间位置，并布

置各种建筑物，是铁路勘测设计中决定全局的重要工作。

要作好定线工作，必须综合考虑多方面的因素，逐步接近地、分阶段地进行

工作。每一阶段都应精心设计，多作方案比选。内容应从粗到细，从整体到局部，

工作过程是从面到带，从带到线，直到确定线路的具体位置。

根据紧坡和缓坡地段的实际条件选择适当的定线方法。紧坡地段定线要把握

四个要点，即：用足坡度、留有余地、不设长坡和有难到易的原则。遇到缓坡地

段定线时，根据缓坡地段地形平易的特点，定线时可以航空线为主导方向，既要

力争线路顺直，要尽量节省工程投资。

3.2 方案比选

方案比较的任务是对各方案技术经济特征进行全面的分析比较，以便选出最

合理的方案。为保证比较的结论正确，方案比较应遵守下列原则：①完成规定的

运输任务；②不遗漏有比较价值的方案；③各方案应在同等精度的基础上比较。

选线设计方案的技术经济评价通常采用以下四个指标：技术指标、工程指标、运营指标和经济指标。技术指标指线路长度、展线系数、限制坡度、拔起高度等；

工程指标指土石方和桥隧工程数量、劳动力和材料消耗量等；运营指标指输送能

力、牵引吨数、旅行速度、运用机车台数等；经济指标指工程投资、运营费、换

算年费用、投资回收期等。

面对几条不同的比较线路，工程设计人员可以根据各自的工程费和通过能力

对线路进行比较和评估。除了考虑区域性的经济条件、政治条件以外，一般来说，

都认为造价低、通过能力大和绿色环保等特点的线路方案更好一些。根据对许多

条线路的计算和比选，可以做出决策。

4. 高速铁路介绍

4.1 高速铁路概念

按照《国际铁路联盟》(UIC)的定义，高速铁路指通过对原有线路的改造和提

升，使火车运营速度达到每小时200km以上；新建高速铁路，火车运营速度每小

时达250km以上，轨距皆为1.435m的国际标准铁路系统。 根据这一标准，世界

上首开高速铁路先河的是日本的东海道新干线，时间是1964年，时速为210km。

其次是法国的巴黎至里昂线，全长417km，1981年9月建成并投入商业运营。

4.2 高速铁路技术

高速铁路有两种技术。一种是磁悬浮技术，一种是传统的轮轨技术。磁悬浮

技术虽然先进，但由于铁路造价昂贵，并与现有铁路无法接轨，因此能否大规模

投入商业运营目前还有些争论。这是因为发达国家虽然有钱，但鉴于传统铁路已

经饱和，是否还有必要花巨资修建磁悬浮铁路存在很大争议。而发展中国家虽有

需求，但又不掌握技术。引进技术代价又太高，超过发展中国家能够承受的财力。

目前掌握这两种高速铁路技术的国家只有德国、日本和法国。但在这3个国家运

营的高速铁路仍然属于传统的轮轨技术。

4.3 高速铁路的优势

(1)行车速度高

高速铁路的核心技术是速度高。1990年5月18日法国TGV 列车创(轮 /轨系

统)515.3公里/时的世界纪录，在2007年4月3日的试验时更达到每小时574.8公

里的纪录。2001年5月26日， TGV 列车在加米——马赛间创旅行速度317.5公

里/时的世界记录，最高运行速度曾达366.6公里/时。目前，德国ICE3 高速列车

最高运行速度已达330公里/时。西班牙已订购Talgo350型及VELARO-E 型列车， 最高速度均为350公里/时。

(2)运能大

高速列车列车间隔时间按5min计(日本新干线在高峰时段，列车间隔时间仅为

3min)，单向每小时可开12列列车，全员按1200人计，每小时可运送14400人，

双向为28800人。若全日行车时间按18h计(夜间6h“天窗”维修时间)，每日可运

送518400人，每年可运送1.89亿人。这是公路和航空所无法相比的。

(3)安全性高

高速铁路线路设施的质量和精度都很高，高速列车技术先进。列车运行控制

系统是利用成熟的电子技术和智能化软件所集成的。自动化水平极高，能确保两

列车间的安全距离。日本高速铁路已安全运送40亿旅客，每日到发800多列高速

列车。40余年来，从未发生过一件人身伤亡事故，这在交通运输史上是值得骄傲

的。

(4)全天候运行

除遇危及行车安全的自然灾害外，高速列车可以全天候运行，不受雨、雪、

雾、风(航空公司则需停开航班或关闭机场)的影响。日本东海道新干线年均列车晚

点不到0.3分钟(18秒)。西班牙AVE 高速列车晚点5分钟要向旅客退回票款全额。

(5)能耗低

根据日本国内统计，每人公里能耗：高速铁路为136大卡(小汽车为765 大卡，

飞机为714大卡)，是小汽车的17%，飞机的19%。高速铁路用的是二次能源电(火、

水、核)，而汽车、飞机用的是石油。在当今石油价格飞涨之际，高速铁路的优势

更为明显，不受石油价格的影响，但公路、航空业不得不随之提高票价。

(6)节约用地

双线高速铁路路基面宽9.6~11m，占地仅为4车道高速公路26m的42%，其

运量却为高速公路的4倍以上。

(7)环境污染轻

高速铁路用电力牵引，消除了煤烟、粉尘及有害气体的排放。据我国统计，

每人公里的治污染费用：高速铁路为1，高速公路为3.76，飞机为5.21。

(8)舒适度高

高速铁路线路平顺、稳定，列车运行平稳，座位宽敞，设备完善，活动空间

大，乘客在列车中行动自如，乘坐舒适。而长途汽车及飞机座位狭窄，乘客难以

活动，极易疲劳。