《軌道工程》課件

1、,,第一章 緒論,,,土木建筑工程學院 軌道工程教研室,,,,課程簡介,《軌道工程》是土木工程專業(yè)的專業(yè)主修課程及學位課，是從事鐵路和城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及軌道管理工作的重要基礎(chǔ)課。任務是使學生系統(tǒng)學習鐵路軌道的組成、設(shè)計原理和方法、軌道管理等相關(guān)知識。 就業(yè)方向？,所用教材 《軌道工程（第二版）》，高亮主編，2015參考教材《鐵道工程（第三版）》易思蓉主編，中國鐵道出版社，2015。《

2、軌道（第二版）》李成輝主編，西南交通大學出版社，2012?！盾壍拦こ獭罚毸闪贾骶?，人民交通出版社，2009?！惰F路與城市軌道交通工程》，王午生、許玉德、鄭其昌編著，同濟大學出版社，2002。《跨區(qū)間無縫線路》，張未主編，中國鐵道出版社，2001。,主要講述內(nèi)容,第一章 緒論第二章 有砟軌道結(jié)構(gòu)第三章 無砟軌道結(jié)構(gòu)第四章 軌道幾何形位第五章 軌道結(jié)構(gòu)力學分析第六章 道岔第七章 無縫線路第十章 其他軌道交通方式軌道,本

3、課程的學習要求,學習軌道工程這門課，需要學習者具有較好的數(shù)學及力學知識，便于理解與運用書本中的理論，同時希望學習者多與實際工程相結(jié)合，注意理論聯(lián)系實際，可以通過對現(xiàn)場的參觀、實習、交流等手段掌握必要的軌道工程結(jié)構(gòu)知識和維護管理知識。對于理論計算和模型計算及其數(shù)據(jù)分析應注意其基本的理論基礎(chǔ)、工程背景、精度要求、應用軟件的特點等，注重培養(yǎng)實際的動手能力和解決實際工程問題的能力，并要學會在工程中靈活運用。,說明,由于課時原因，第八、九章自主學

4、習考核方式 （1）平時30%，考試70% （2）平時=考勤 + 平時作業(yè)作業(yè)安排 （1）除第十章外，每章留一次作業(yè)，共七次作業(yè) （2）另加兩次大作業(yè),第一章 緒論,一、世界鐵路的發(fā)展概況,1.運營鐵路的誕生 1825年，英國達林頓（Darlington）到斯托克頓（Stockton）間修建了第一條鐵路，標志著鐵路的正式商業(yè)運營。 2.鐵路的發(fā)展歷程快速發(fā)展（1825年－19世紀末）

5、衰落時期（1913年－20世紀五十年代） 恢復振興（20世紀六十年代－現(xiàn)在）,快速發(fā)展（1825年－19世紀末）19世紀末，世界鐵路里程已經(jīng)發(fā)展到65萬公里，到1913年，世界鐵路營業(yè)里程達到110萬公里，其中80％集中在美、英、法、德、俄五國。從19世紀末到20世紀20年代，這30年是世界筑路高潮時期，是鐵路的黃金時代。此時鐵路運營總里程達到了127萬公里，工業(yè)發(fā)達的國家都基本形成了鐵路網(wǎng)。,衰落時期（1913年－20世紀五十年

6、代）此期間，鐵路一度被稱為“夕陽產(chǎn)業(yè)” 。（1）經(jīng)歷了兩次世界大戰(zhàn)，經(jīng)濟都受到了嚴重的破壞。（2）20世紀后期，其他新興交通運輸方式的出現(xiàn)，特別是公路和航空的挑戰(zhàn)，使得鐵路的客貨運量銳減，鐵路虧損嚴重。,恢復振興（20世紀六十年代－現(xiàn)在） （1）世界能源資源緊缺和環(huán)境惡化的現(xiàn)實矛盾，迫使許多國家重新認識到加快發(fā)展鐵路的重要性。 （2）當代高新技術(shù)的廣泛運用，促使鐵路加快升級換代。 （3）信息管理水平大幅度提高。,在這種

7、背景下，高速鐵路技術(shù)橫空出世，成為鐵路現(xiàn)代化的一個重要標志。直到1964年10月1日日本東海道新干線(東京—新大阪)通車，拉開了世界高速鐵路發(fā)展的序幕。40多年來，高速鐵路從無到有，迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2005年12月，全世界運行時速在200km/h以上的高速鐵路營業(yè)里程總計6355km，若包括運行時速200公里的線路，總營業(yè)里程已超過15000公里?？梢哉f，發(fā)展高速鐵路已經(jīng)成為一種浪潮。,另外，重載鐵路在美國、加拿大、俄羅斯、

8、澳大利亞、中國等一些幅員遼闊、礦產(chǎn)資源豐富的國家得到快速發(fā)展，成為世界鐵路發(fā)展的一個重要趨勢。,日本的高速鐵路線,日本 700系 希望號,德國 ICE,高速鐵路,法國 TGV,英國 歐洲之星,高速鐵路,德國高速鐵路鐵路,高速鐵路,重載鐵路,重載鐵路,我國的第一條鐵路,第一種意見1865年由英國商人杜蘭德在北京宣武門外鋪設(shè)的一條長約500米的供人觀賞的、有小型蒸汽機車行駛的模型鐵路，是我國的第一條鐵路。其根據(jù)是，這條鐵路雖然是做廣告，但

9、由小鐵軌鋪成，“長可里許”，并用了蒸汽機車，“以小汽車駛其上，迅疾如飛”。這已經(jīng)具備了鐵路的主要特征，因此有人認為這是我國的第一條鐵路。,1876年由英國怡和洋行在吳淞和上海之間擅自修建的公開運輸旅客和貨物的鐵路，是我國第一條鐵路。1866年英國殖民主義者為了擴大對我國的侵略，不惜采取欺騙手段，借口吳淞至上海間河道不易疏浚，要求建筑鐵路，以便把海運至吳淞的貨物經(jīng)鐵路運到上海。這一要求未得清政府批準。英國侵略者不甘心，1875年通過英商怡

10、和洋行將鐵路器材從英國偷偷運到上海，擅自鋪軌筑路。1876年12月1日上海至吳淞全線完工通車。英帝國主義的侵略行徑激起了強烈的反抗，沿線人民在筑路期間掀起了自發(fā)的群眾性的反對外國侵略的斗爭。1877年9月清政府用重金贖回這條鐵路，但沒有加以利用，卻昏庸地把長約15公里的鐵路線拆掉了。,第二種意見,第三種意見,由清政府洋務派組織的開平礦務局出資修建的，于公元1881年11月8日通車的唐山—胥各莊鐵路，是我國的第一條鐵路。唐胥鐵路長約10公

11、里。因為愚昧的清政府生怕火車頭這個龐然大物走起來震動清皇室的東陵，所以開始只準用騾馬拖拉車輛。只是后來因運煤效率太低，經(jīng)過往返疏通，才改用一臺叫“中國火箭號（龍?zhí)枺钡恼羝麢C車。,1876年，中國土地上第一條鐵路：吳淞鐵路。,中國自建的第一條鐵路是1881年建成的唐胥鐵路。,完全由中國自己修建的第一條干線鐵路是1909年建成的京張鐵路。,中國火箭號蒸汽機車（龍?zhí)枡C車）,我國誰最早提出了修建鐵路？,我國最早提出修筑鐵路建議的是太平天國的干

12、王洪仁玕，他在1859年所著的《資政新篇》中說，要“先于二十一省通二十一條大路”，“以為全國之脈絡(luò)”，并認為“通則國家無病焉”。,100年前，孫中山的鐵路強國夢,早在1912年2月，孫中山將臨時大總統(tǒng)的職務讓給袁世凱時，就曾表示要“舍政事，專心致志于鐵路之建筑，于十年之內(nèi)筑20萬里之線”，認為“凡立國鐵路愈多，其國必強而富”。,孫中山建國方略圖——鐵路規(guī)劃,二、我國鐵路及城市軌道交通的發(fā)展,我國改革開放三十年來，鐵路建設(shè)取得了很大的發(fā)展

13、，尤其是在路網(wǎng)建設(shè)、線路狀況、技術(shù)裝備和運輸效率上，都取得了輝煌的成就。截止到2016 年底，全國鐵路營運里程達12. 4萬 km，其中高速鐵路2. 2萬 km 以上，超過世界其他國家總和，是世界上高速鐵路投產(chǎn)運營里程最長、在建規(guī)模最大的國家。2016年，中國鐵路建設(shè)發(fā)展不斷取得新進展。全國鐵路行業(yè)固定資產(chǎn)投資完成8015億元，投產(chǎn)新線3281km，新開工項目 46 個。2016年全國鐵路累計完成貨運量33.32億噸，全年鐵路發(fā)送旅

14、客 27.7 億人次。目前，我國鐵路現(xiàn)已成為世界上最繁忙的鐵路，在推動社會經(jīng)濟發(fā)展進程中占有重要的地位。,《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》（2016年調(diào)整）,規(guī)劃達到的目標：到2020年，一批重大標志性項目建成投產(chǎn)，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到15萬公里，其中高速鐵路3萬公里，覆蓋80%以上的大城市。到2025 年，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到17.5萬公里左 右，其中高速鐵路3.8萬公里左右，網(wǎng)絡(luò)覆蓋進一步擴大，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。,《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃圖》（2016年

15、調(diào)整）,根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調(diào)整）》，中國將規(guī)劃建設(shè)“四縱四橫”客運專線,“四縱四橫”,四縱：京滬高速鐵路京港高速鐵路京哈高速鐵路杭福深客運專線（東南沿?？瓦\專線）四橫：徐蘭客運專線（含徐連客運專線）滬昆高速鐵路青太客運專線滬漢蓉高速鐵路,“八縱八橫”,2016年7月，國家發(fā)展改革委、交通運輸部及中國鐵路總公司聯(lián)合發(fā)布了 《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，勾畫了新時期“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的宏大藍圖。,“八縱”通道

16、包括：沿海通道、京滬通道、京港（臺）通道、京哈～京港澳通道、呼南通道、京昆通道、包（銀）海通道、蘭（西）廣通道。“八橫”通道包括：綏滿通道、京蘭通道、青銀通道、陸橋通道、沿江通道、滬昆通道、廈渝通道、廣昆通道。,近年我國鐵路建設(shè)的主要成就:,1.既有繁忙干線的提速 2.重載鐵路 3.客運專線和高速鐵路4.青藏鐵路,1.既有線提速改造,我國鐵路從1997年至2007年先后進行了六次較大規(guī)模的既有線提速。

17、2007年4月18日，我國鐵路成功實施了第六次大面積提速，時速200公里及以上提速線路延展里程達到6227公里，其中時速250公里的“和諧號”動車組線路達到1019公里。,2.重載鐵路,什么是重載鐵路？ 傳統(tǒng)定義： 所謂重載，是指年運量為2000萬噸的線路、單元或組合列車達到或超過5000t、車列中車輛軸重為25t，具備以上條件之二者，可視為重載。IHHA2005，修訂后，至少滿足3項中的2項：①列車牽引質(zhì)量不少于8000

18、t ；②車列中車輛軸重達到或超過27t；③線路長度不少于150 km的區(qū)段，年計費貨運量不低于4 000萬噸。,大秦鐵路,2004年12月12日，我國的能源大動脈——大秦鐵路上一列2萬噸的重載貨運列車試運成功。它由4組5000噸組成，牽引重量2.02萬噸，全長2658米；機車使用4臺8軸SS4G型電力機車；共用201輛25噸軸重，載重80噸的運煤專用敞車。 20000t的重載列車 ；京滬、京廣、京哈、重載5000t的重載列車、軸

19、重25t的雙層集裝箱列車 等。,大秦鐵路線萬噸列車編組場,朔黃鐵路,朔黃鐵路西起山西朔縣，東至河北黃驊港，為雙線重載鐵路,是我國“八五”、“九五”期間的重點建設(shè)項目2007年10月，《改建鐵路朔黃鐵路擴能預可行性研究報告》通過中國國際工程咨詢公司評估 。經(jīng)重載改造，近期開行10000噸列車，擴能至2.3億噸，可滿足近期22565萬噸/年運量需求；遠期逐步增加開行20000噸列車，擴能至3.6億噸，可適應35890萬噸/年運量的要求。,

20、,新建重載鐵路,山西中南部鐵路通道是“十一五”期間國家重點工程，是我國第一條按30t重載鐵路標準建設(shè)的鐵路。起點為山西省呂梁市興縣瓦塘鎮(zhèn)，終點為日照港，全長1260公里，山東省境內(nèi)426公里，其中日照市境內(nèi)75.4公里，項目總投資998億元，已于2014年12月30日全線貫通。在京滬、京廣、京哈等重要干線普遍開行了5000t的重載列車、軸重25t的雙層集裝箱列車等，重載鐵路占據(jù)了我國貨運市場54.6%的份額，取得了顯著的經(jīng)濟效益，為

21、國民經(jīng)濟建設(shè)做出了巨大的貢獻。,3.客運專線與高速鐵路,我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調(diào)整）》確立了客運專線鐵路網(wǎng)“四縱四橫”的建設(shè)藍圖，2010年我國客運專線建設(shè)約7000公里，到2010年規(guī)劃建設(shè)客運專線1.6萬公里以上。 目前，已開通運營的有：秦沈、京津、膠濟、石太、合武、滬寧、滬杭、鄭西等客運專線或高速鐵路。世界上第一條運營速度達到350km/h的鐵路：京津城際世界上最長的高速鐵路：京廣高鐵（全場2298km）我國在

22、嚴寒地區(qū)設(shè)計建設(shè)標準最高的客運專線：哈大高鐵世界上一次性建設(shè)歷程最長的高鐵：蘭新高鐵到目前位置，我國高速鐵路居世界第一。,秦沈客運專線我國第一條客運專線,CRH 380 電力動車組,高速鐵路,遂渝線,中國鐵路首條無砟軌道試驗段在遂渝線（遂寧－重慶）2006年建設(shè)成功，200km/h線路平面條件下，實車試驗最高速度達232km/h。,遂渝線,京津城際鐵路開通運營,京津城際,京滬高鐵,起點：北京南站終點：上海虹橋全長：1318公

23、里連接京津冀城市群和長江三角洲城市群兩大城市群?？偼顿Y約2209億元，設(shè)23個車站?；A(chǔ)設(shè)施設(shè)計速度為380公里/小時，目前運營速度降低為300公里/小時。,京滬高速鐵路主要工程特點和工程數(shù)量,路基：全長235.5km，占線路總長的17.9％橋梁：正線橋梁233座,1067km,占正線長度80.9%隧道：正線隧道20座,15.6km,占正線長度1.2%軌道：正線鋪軌2768km，站線鋪軌485km 單開道岔1268

24、組，特種道岔34組,京張高鐵,一條全面創(chuàng)新的高速鐵路線路,京張高鐵線路示意圖,京張高鐵建成后，將成為世界上第一條設(shè)計時速350公里有砟軌道高速鐵路，也是世界上第一條設(shè)計時速350公里的高寒、大風沙高速鐵路。起點：北京北終點：河北張家口全長：174公里,3.青藏鐵路的建設(shè),全長約1956公里，線路經(jīng)過地區(qū)海拔4000米以上的地段有960公里，翻越唐古拉山線路最高處達5072米；經(jīng)過多年連續(xù)凍土地段550公里，經(jīng)過九度地震烈度區(qū)216

25、公里。 沿線高寒缺氧，生態(tài)環(huán)境脆弱，地殼運動活躍。青藏鐵路從設(shè)計規(guī)劃到施工著重于青藏高原的生態(tài)環(huán)境的不被破壞，建設(shè)過程中應用了許多新技術(shù)，進行了許多科研攻關(guān)，促進了鐵路創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，成為我國鐵路建設(shè)史上的一座里程碑 。,青藏鐵路為西藏地區(qū)發(fā)展注入了巨大活力，2006年西藏經(jīng)濟增長13.2%，增幅為歷年來最高，人均GDP突破萬元。,拉薩車站(3641m),世界最高的唐古拉車站(5068m),拉薩河特大橋,雪水河大橋——格爾木至拉薩段第

26、一橋,思考：為什么要建設(shè)客運專線？,客貨混行存在的問題?,(a)速度差問題,速度差越大，對列車密度，也就是運輸能力的影響越大。在高強度運輸中，列車的速度、密度、重量三者之間相互影響、相互制約，處理不好不僅會降低效率，而且還會對行車安全造成嚴重影響。在客車提速時，一般也要求貨車也應盡可能地提速，減少速度差。,（b）貨車的影響(線路角度),貨物列車要求較小曲線超高，而快速旅客列車則要求較大的曲線超高 ；客貨共線對軌道幾何狀態(tài)的急劇破壞，

27、以及客車對軌道不平順的高質(zhì)量要求，將給軌道的維修帶來困難。,（c）客車的要求(線路角度),客車速度的提高要求線路具有良好的平順性、軌道彈性、線路的穩(wěn)定性、旅客的舒適性，要求軌道結(jié)構(gòu)受力均勻傳遞和線下結(jié)構(gòu)剛度均勻過渡。,(d)客貨混行有不同要求，甚至是矛盾的要求,因此，發(fā)展客運專線具有一定的優(yōu)勢。,三、軌道的作用與特點,軌道的作用 鐵路和城市軌道交通均是輪軌體系，軌道結(jié)構(gòu)是重要的基礎(chǔ)設(shè)施。 軌道的作用是

28、引導機車車輛的運行，直接承受來自列車的荷載，并將荷載傳至路基或者橋隧結(jié)構(gòu)物。軌道結(jié)構(gòu)應具有足夠的強度、穩(wěn)定性和耐久性，并具有固定的幾何形位，保證列車安全、平穩(wěn)、不間斷地運行。因此，可以說軌道結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和狀況決定了鐵路和城市軌道交通車輛的運行品質(zhì)。,傳統(tǒng)有砟軌道,狀態(tài)良好的有砟軌道,軌道結(jié)構(gòu)為機車車輛的提供平順的運行表面。各種軌道不平順,軌道結(jié)構(gòu)是一種邊工作邊維修的結(jié)構(gòu)工程物,汶川大地震中破壞嚴重的鐵路線路,四、軌道的類型,正線：連接車

29、站并貫穿或直股伸入車站的線路。站線：鐵路車站范圍內(nèi)，除正線以外的其他鐵路線路的統(tǒng)稱。,,正線,特重型,重型,次重型,中型,輕型,,站線,到發(fā)線,駝峰溜放部分線路,其他站線及次要站線,五、城市軌道交通的建設(shè),目前，地鐵與輕軌經(jīng)歷了150多年的發(fā)展，世界已有30多個國家和地區(qū)近70個中大城市修建了總長5000km左右的地鐵，有20多個國家與地區(qū)的70多座城市修建了總長3000km的城市輕軌交通線路。目前國際軌道交通形式有地鐵、輕軌、市郊

30、鐵路、有軌電車以及懸浮列車等，稱之為“城市交通的主動脈”。 城市軌道交通和其他公共交通相比，具有以下特點：用地省，運能大，軌道線路的輸送能力是公路交通輸送能力的近10倍，已成為很多國家解決城市軌道交通擁堵問題的重要途徑，對實現(xiàn)21世紀城市可持續(xù)發(fā)展具有非常重大的意義。,2015 年末，國內(nèi)累計已有 26 個城市開通城市軌道交通運營，共計 116 條線路，總長度達 3618 公里，其中，當年新增運營長度 445 公里，同比增長 14%，

31、完成投資3683 億元，同比增長 27%。參考中國城市軌道交通協(xié)會數(shù)據(jù)，整個“十二五”期間國內(nèi)軌交總投資額約 1.2 萬億元，而 16 年 3 月印發(fā)的《交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)三年行動計劃》中指出，2016-2018 年國家將在城市交通領(lǐng)域重點推進 103 個項目前期工作，新建城市軌道交通 2000 公里以上，共涉及資金 1.6 萬億元，僅 3 年時間投資額已超越“十二五”的投資總額，因此，預計整個“十三五”期間軌道交通發(fā)展將進一步

32、提速。,北京地鐵線路圖（更新至2016年）,六、軌道結(jié)構(gòu)新技術(shù),1.高標準的有砟軌道 2.無砟軌道 3.鋼軌的重型化與強韌化4.高彈性扣件 5.跨區(qū)間無縫線路 6.提速道岔和高速道岔7.軌道動力設(shè)計8.軌道工務維修管理的現(xiàn)代化,高速鐵路有砟軌道在結(jié)構(gòu)上與普通的有砟軌道沒有本質(zhì)的區(qū)別，為了滿足高速列車運行平穩(wěn)與安全的需要，只是在部件的性能與維修標準上要求更高、更嚴。 高速鐵路有砟軌道結(jié)構(gòu)要保證軌面的高平順性和高穩(wěn)

33、定性，確保旅客的舒適度和減少那些只能在夜間進行的維修工作，正向著重型化的方向發(fā)展，對鋼軌、混凝土軌枕、扣件、道砟的材質(zhì)和道床斷面尺寸等也均比普通的有砟軌道嚴格的多。,無砟軌道結(jié)構(gòu),京津城際無砟軌道,減振降噪軌道措施,減振降噪鋼軌,鋼軌埋入式軌道結(jié)構(gòu),浮置板軌道,可動心軌道岔,可動心軌道岔,無砟軌道道岔,彈性扣件,日本直結(jié)8K型,Pandrol Fast無砟軌道扣件,德國Vossloh300型無砟軌道扣件,秦沈客運專線無砟軌道扣件,無縫線

34、路,隨著高速、重載鐵路的發(fā)展，要求強化鐵路軌道結(jié)構(gòu)，提高線路的平順性和穩(wěn)定性，消除現(xiàn)有一般無縫線路的緩沖區(qū)和道岔區(qū)鋼軌接頭的影響，實現(xiàn)線路的無縫化。把焊接軌條長度延長達整個區(qū)間或跨區(qū)間并與道岔焊聯(lián)成一體，這種超長軌條的無縫線路稱為區(qū)間無縫線路或跨區(qū)間無縫線路。它是當今軌道結(jié)構(gòu)的一項新技術(shù)，世界各國競相發(fā)展，現(xiàn)已逐漸成為鐵路工程中鋼軌鋪設(shè)的主要趨勢。,一次性鋪設(shè)無縫線路,軌道動力學效應,列車運行速度越高，車輛與軌道之間的動態(tài)相互作用越強

35、，行車安全性與乘車舒適性問題越顯突出。車輛運載重量越大，輪軌之間的動力作用越強，車輛對線路結(jié)構(gòu)的動力破壞作用也越嚴重。導致在工程設(shè)計方面，僅僅采用傳統(tǒng)的靜力、準靜力設(shè)計方法已不能滿足提速、高速鐵路發(fā)展的需要。因此，在設(shè)計方法上，除了要考慮結(jié)構(gòu)的靜力學行為外，還要考慮結(jié)構(gòu)的動力影響效應，使結(jié)構(gòu)的性能更為完善、延長設(shè)備的使用壽命。我國翟婉明教授研究的車輛-軌道耦合動力學。,軌道工務維修管理的現(xiàn)代化,1.軌道狀態(tài)的診斷 各種綜合檢

36、測車、探傷車、輕型軌道不平順檢測小車、車體振 動加速度監(jiān)測、軌面短波不平順檢測設(shè)備、軌面長波不平順檢 測設(shè)備的應用。2.軌道管理的科學化與信息化 鐵路工務軌道管理實現(xiàn)著三個轉(zhuǎn)變： 從定性和傳統(tǒng)經(jīng)驗向定量化科學管理轉(zhuǎn)變； 對軌道狀態(tài)和質(zhì)量的檢測從靜態(tài)向動態(tài)和綜合檢測轉(zhuǎn)變； 軌道管理從分散的單獨的系統(tǒng)向覆蓋全路的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、 智能化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。3.大型機械在養(yǎng)護維修中的應用 大型養(yǎng)