主讲教师：刘海卿 等 E-mail：lhq2008@163.com 土木工程概论 主讲教师：刘海卿 等 E-mail：lhq2008@163.com

第四章 交通土建工程 铁路工程

铁路工程 铁路运输的优点：运输能力大、安全可靠、速度快、成本低、污染小，基本不受气象和气候影响，能源消耗远低于航空和公路运输，是现代运输体系中的主干力量。 *世界第一条蒸汽机车牵引的铁路1825年在英国建成。 * 1881年通车的唐（山）胥（各庄）是“中国铁路建筑史的正式开端”。 * 1905~1908年，詹天佑领导建设我国第一条自行设计、自行施工的京张铁路，全长201km，长达1091m的“八达岭”隧道是其中一项著名工程。 中国铁路之父 詹天佑

贺龙为成渝铁路通车剪彩 京津城际高速铁路建成通车 ● 至2009年底，我国铁路营业里程已达8.6万km，居世界第2位。高速铁路领先世界，高原铁路世界一流，重载铁路屡创世界奇迹，已成为高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。 1952年7月1日 2008年8月1日 贺龙为成渝铁路通车剪彩 京津城际高速铁路建成通车

铁路由线路、路基和线路上部建筑3部分组成。铁路的典型断面见下图： 属于铁路工程设施的还有桥梁、隧道、排水系统、车站设施、机务设备、电力供应等。 铁路工程既指各种土木工程设施，也指修建铁路的各个阶段(勘测、设计、施工、养护、改建等) 所运用技术和管理的总称。

⑵ 线路组成：铁路线路由直线和曲线组成，曲线采用圆曲线,并在圆曲线和直线间插入缓和曲线，使作用在列车上的离心力平稳过渡。 1铁路的组成 1.1线路 ⑴ 概念：是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面状况。 ⑵ 线路组成：铁路线路由直线和曲线组成，曲线采用圆曲线,并在圆曲线和直线间插入缓和曲线，使作用在列车上的离心力平稳过渡。 园曲线 缓和曲线 直线

列车在曲线上行驶会受到离心力作用，离心力的大小同速度的平方成正比，与曲线半径成反比。 ⑶ 最小园曲线半径 列车在曲线上行驶会受到离心力作用，离心力的大小同速度的平方成正比，与曲线半径成反比。 不同等级的铁路均规定了最小园曲线半径，列车在曲线上须限速行驶。 列车在弯道上的行驶状态 直线行驶路基横断面 曲线行驶路基横断面 7

⑷ 关于限制坡度的概念 ● 铁路线路在某区段上限制货物列车重量的坡度，称作限制坡度。 ● 线路在纵断面上设置上坡、下坡、平道。 ● 限制坡度定得越小，则所能牵引的列车重量越大，线路的运输能力越大。 铁路等级和主要技术标准

⑴ 概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。 1.2 路 基 ⑴ 概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。 ⑵ 基本型式：路堤、路堑、半路堤半路堑三种型式。 ⑶ 路基顶面宽度的确定：由铁路等级、轨道类型、道床标准、路肩宽度、线路间距等因素确定。 路堤 路堑

1.3 线路上部建筑 包括钢轨、轨枕、道床、道岔。 道床：作用传力均匀，阻止轨道位移，缓和列车冲击作用，并便于排水 轨枕是钢轨的支座，并保持钢轨的方向和轨距。轨枕长度为2.5m 钢轨：承受车重、引导车行方向。标准长度25、12.5m，标准轨距1435mm

⑴ 正线轨道类型

⑵ 道 岔 道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称。作用是控制线路转向或越过与其相交的另一条线路。大都设在车站区。 最常用、最简单的线路连接设备是普通单式道岔。 道岔透视图 铁道线上的道岔

2 铁路工程设计的主要内容 2.1 设计的主要内容 ⑴ 在经济上论证所设计线路在交通运输系统中的地位、作用和经济效益，说明其可行性； ⑵ 根据铁路的技术等级、勘测的地形地物在技术上选择线路; ⑶ 设计路基、线路上部建筑、桥梁、涵洞、隧道等工程； ⑷ 进行车站、机务、给水、供电、信号等项目的设计。

③ 布置线路上的各种建筑物：如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，总体上互相配合、全局经济合理。 2.2 铁路选线、定线 　　① 基本走向：根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过地区的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向。 ② 空间位置：根据沿线 的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施, 来设计线路的空间位置。 青藏铁路平面定线 ③ 布置线路上的各种建筑物：如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，总体上互相配合、全局经济合理。

铁路工程是一项耗费巨大的工程，勘测和设计工作中的任何错误和疏忽都会造成巨大损失。 2.3进行全线线路的平面和纵剖面设计 铁路工程是一项耗费巨大的工程，勘测和设计工作中的任何错误和疏忽都会造成巨大损失。 内昆铁路 宝兰电气化铁路 秦沈客运专线月牙河特大桥

水柏铁路的北盘江大桥

3 高速铁路 3.1 高速铁路的概念 ⑴ 铁路速度的分档： 常速：时速100～120 km ； 中速：时速120～160 km ； 台湾高铁THSR 高速铁路是指客运列车以超过200km/h的速度高速运行的铁路。

⑷ 发展情况：1964年10月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。 ⑵ 优点： ①节省能源(平均每位乘客耗能仅为航空乘客的1/3)；②保护环境；③安全；④舒适(宽松的座位和较大的活动空间比汽车或飞机更感舒适)；⑤省时(汽车无法相比，在500～800km的中长距离可与飞机竞争)。 ⑶ 与常规铁路的区别： 弯道处曲线半径大，在4000m以上。 ⑷ 发展情况：1964年10月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。 日本东海道新干线

⑸ 高速列车的模式 日本、法国、德国和英国是高速铁路技术水平最高的国家。 日本 新干线 法国的TGV高速列车 英国 欧洲之星 德国的ICE高速列车

3.2 高速铁路的关键技术问题 ⑴ 线路标准提高：铁路曲线是决定列车速度的关键之一。最小曲线半径、缓和曲线、外轨超高等线路平面标准，坡度值和竖曲线等线路纵断面标准，以及线路构造、道岔等标准都要提高。 ⑵ 轨道的平顺性：轨道的不平是导致车辆振动、产生轮轨附加振动的根源，严格控制轨道的几何形状，提高列车行驶的平顺性和舒适性。 ⑶ 牵引动力：这关系到新型动力装置与传动装置、新的牵引方式、受电技术、制动技术等高速牵引动力技术问题。 ⑷ 信号控制系统：高速铁路的信号与控制系统包括列车自动防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、列车调度决策支持系统及列车自动监测与诊断系统等。

1994年12月22日，我国第一条准高速铁路 — 广深高速铁路建成通车。时速为160km。 3.3 我国高速铁路的发展 1994年12月22日，我国第一条准高速铁路 — 广深高速铁路建成通车。时速为160km。

北京至天津的城际高速铁路08年8月1日正式开通运营。京津城铁长120km，列车最高运营速度达350km/h，北京到天津直达运行时间在30分钟以内。 我国首条城际高铁 建设中的京津城际高铁

我国目前有京沪高铁、武广客运专线等多条高速铁路正在修建中，时速高达350km。 高速铁路的路基要“零沉降”

高速铁路使用的无砟轨道道床 双块式轨枕生产线 无砟轨道道床精调 无砟轨道道床安装 无砟轨道道床板砼浇筑

跨度32m、重900t的预应力砼箱梁制安 箱梁装车 箱梁运输 吊 梁 运 梁 喂 梁 落 梁

中国高速铁路的新篇章 中国 CRH-2高速动车组 北京南站 武广客运专线的 ——新长沙站 上海虹桥站夜景图

4 磁悬浮铁路 4.1 磁悬浮列车简介 磁悬浮列车是利用电磁学中磁极间产生吸引力、排斥力的作用原理，以直线电动机为推动力的新型交通工具。磁悬浮列车运行时悬浮于轨道上面，保持一定的间隙，因而没有轮轨摩擦及粘着极限速度等问题。 磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。

磁悬浮列车技术有两个发展方向：一是以德国为代表的电磁悬浮系统（EMS），又称常导型；二是以日本为代表的电力悬浮系统（EDS），又称超导型。 4.2 磁悬浮列车的发展方向 磁悬浮列车技术有两个发展方向：一是以德国为代表的电磁悬浮系统（EMS），又称常导型；二是以日本为代表的电力悬浮系统（EDS），又称超导型。 超导型（日本） 常导型（德国） 磁悬浮列车悬浮系统的组成示意图

4.3 磁悬浮列车优点 ● 不接触轨道、无摩擦、运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。它启动后39秒即可达到最大速度，最高时速已达552km。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达到1000公里。 ● 此外，由于采用电力驱动，磁悬浮列车的速度最终能与飞机媲美，其单位能耗却仅为飞机的一半；而且，磁悬浮列车的发展不受能源结构限制(特别是燃油供应)，无任何有害气体排放。 磁悬浮列车 德国

上海磁悬浮示范运营线 上海浦东高速磁浮铁路正线全长30km，将上海市区与浦东国际机场连接起来，列车最高时速430km。2002年12月31日通车。

●常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。 4.4 磁悬浮列车技术不足 ●由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的,断电后磁悬浮的安全保障，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。 ●常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。　 ●超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。 日本磁悬浮列车 31

轻型吊轨磁悬浮技术验证车 “中华06号”轻型吊轨磁悬浮技术验证车2005年5月在大连首次亮相，设计时速可达400km，适用于城际之间的“人流”与“物流”投送市场，是专为大中型城市的区域经济圈设计的城际交通工具。

5 地铁与城市轻轨 城市轨道交通分为地铁和轻轨两种制式，地铁和轻轨都可以建在地下、地面或高架。地铁和轻轨都选用轨距为1435mm的国际标准双轨作为列车轨道，与国铁列车的轨道规格相同，并没有所谓的钢轨重量轻重之分。 5.1 地铁的概念 地铁，即地下铁路。是以地下运行为主的城市铁路捷运系统,为配合修筑的环境，地铁也会有地面化的路段存在，因此地铁涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度有轨交通运输系统。 上海地铁

优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源； 5.2 地铁的优缺点 优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源； 缺点：前期时间长，建造成本高，建设周期长，对地震、水灾、火灾和恐怖主义的抵御能力弱。 北京地铁

5.3 城市轻轨 是城市客运有轨交通的又一种形式,大多采用浅埋隧道或高架桥的方式，它比公共汽车速度快、效率高、省能源、无空气污染。轻轨比地铁造价更低、见效更快。 武汉轻轨 大连轻轨

我国规范：轴重相对较轻，单向输送能力在1～3万人次的轨道交通系统称为轻轨；每小时客运量3～8万人次的轨道交通系统称为地铁。 5.4 地铁和轻轨的区别 国际标准：城市轨道交通列车分为A、B、C三种型号，分别对应3m、2.8m、2.6m的列车宽度。凡是选用A、B型列车的称为地铁，采用5～8节编组列车；选用C型列车的称为轻轨，采用2～4节编组列车。 B、C型列车的造价和技术含量要小于A型车，列车的车型和编组决定了车轴重量和站台长度。 我国规范：轴重相对较轻，单向输送能力在1～3万人次的轨道交通系统称为轻轨；每小时客运量3～8万人次的轨道交通系统称为地铁。 上海轨道交通3号线采用6节A型列车，90%的线路高架，按照车型分类标准属于地铁；上海轨道交通6号线采用4节C型列车，70%的线路都在隧道内，但按照车型分类标准仍属轻轨。

5.5 地铁和城市轻轨特点 ● 线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除对车辆结构采取减震措施及修筑隔声屏障外，对轨道结构也要求采取相应的措施。 城市轻轨的 隔声屏障 ● 行车密度大，运营时间长，须采用较强的轨道部件，一般用砼道床等少维修轨道结构。 ● 采用直流电机牵引，以轨道作供电回路。为减少泄漏电流的电解腐蚀，钢轨与基础间应有较高的绝缘性能。 ● 曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小，一般为100m左右，因此要解决好曲线轨道构造问题。

天津轻轨

主要分成两类。悬挂式单轨铁路的列车悬挂在轨道之下。另一种较为常见的是跨座式单轨铁路，列车跨座在路轨之上，两旁盖过路轨。 6 单轨铁路 6.1 单轨铁路的概念 单轨铁路只使用一条轨道，而非传统铁路的两条平衡路轨。单轨铁路的路轨一般以钢筋砼制造，比普通钢轨寛很多。单轨铁路由电动机推进，一般使用轮胎而不使用钢制的车轮。轮胎会在路轨的上面及两旁转动，推动列车及维持平衡。 6.2 单轨铁路的种类 主要分成两类。悬挂式单轨铁路的列车悬挂在轨道之下。另一种较为常见的是跨座式单轨铁路，列车跨座在路轨之上，两旁盖过路轨。 跨座式单轨列车

德国乌伯塔的悬挂式单轨铁路 6.3 悬挂式单轨铁路 悬挂式单轨列车是乌伯塔市的地标建筑，全长13.3km，1901年建成开放，日载客量超过 7 万人，乘坐列车可以欣赏乌伯河的水景与沿岸风光。

日本是单轨铁路发展较成熟的国家，有6个城市建有单轨铁路。左边两张图片为千叶市、右边图片是神奈川市的悬挂式单轨铁路。

6.4 跨座式单轨铁路 美国 内华达 马来西亚吉隆坡 东京 迪斯尼乐园

中国第一条单轨铁路--重庆轨道交通二号线 轻轨从大楼中穿过