铁路客运专线设计概况.doc
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1、铁路客运专线设计概况中铁四院集团公司一、项目概况京广客运专线的南段,途经鄂、湘、粤三省,于2005年6月23日在长沙首先开始动工,2009年12月9日试运行成功,于26日正式运营。全长约1068.8公里,投资总额1166亿元。列车最高时速可到394公里,全程票价分两等,在490780元之间。武广高铁的开通,使得武汉至广州间旅行时间由原来的约11小时缩短到3小时左右,长沙到广州直达仅需2小时。武广高铁成为世界上运营速度最快、里程最长的高速铁路。从2010年9月20日起,武广高铁正式开启公交模式,将再度增加开行密度,每日开行140列,高峰期甚至达到160列,客座能力也将突破每天9万人次。调整后的所
2、有动车均将经停长沙站。建成的武广客运专线是我国铁路高速客运网主骨架之一,正线全长968.446公里,其中湖北省境内152.817公里,湖南省境内517.948公里,广东省境内298.481公里。武广客运专线全线总工期四年半(含调试期半年),国家批复的投资估算为1080亿元,是我国目前里程最长、技术标准最高、投资最大的铁路客运专线,于2009年12月26日全线建成通车。武广客运专线全线基本采用无砟轨道(主要为德国的雷达2000型轨道,部分采用日本的板式轨道,共948218公里)、一次铺设跨区间无缝线路。正线路基共计388公里,占线路总长的40.1%;全线桥隧总长579.549公里,占线路长度的5
3、9.9%。共有桥梁661座401.239公里,占线路长度的41.4%,其中流溪河特大桥13.431公里,为全线最长大桥。隧道237座178.858公里,占线路长度的18.5%,其中浏阳河隧道10.115公里为全线最长隧道,大瑶山1号隧道10.081公里为全线最长山岭隧道。共征用土地69615亩,拆迁建筑物375.66平方米,土石方1.01亿立方米。武(汉)广(州)高铁自2009年底开通运营以来客流量不断攀升,日开行动车组密度逐步增加,逐步实现了高密度、公交化运行,为沿线经济社会发展注入新的活力。如今,乘坐高铁出差、返乡、旅游已成为粤、鄂、湘三省旅客的首选,高铁对加速粤鄂湘交往和经济融合起到很大
4、作用。武广高铁是世界上运营速度最快、里程最长的高速铁路。武广高铁日均运送旅客5.6万人,高峰日输送量达到13.5万人,相当于整体搬运了广州、长沙和武汉三座城市的户籍人口,相当于欧洲之星高速列车一年客运量的两倍左右。武广高铁的意义远不止缓解“回家难”,它正重新塑造着沿线地区的经济、文化,催生“高铁生活圈”,影响着沿线居民的生活。武广高铁在迅速扩大珠三角、长株潭、武汉三大城市群生活半径的同时,还引发了新一轮的投资热潮,武汉、咸宁、岳阳、长沙、广州等15座城市火车站周边崛起的新城,所处地段的价值正日渐显现,成为所在城市发展的新地标。武广高铁途经的12个地级以上城市和6个县级市,城市结构、布局的调整和
5、规划也无一例外选择与高铁对接。一连串带“新”的名字,依高铁而建,因高铁而旺。“武广高铁好比一条血管动脉,为珠三角城市群、长株潭城市群、武汉中心城市群源源不断地输送养分和活力。”中南大学教授符卓表示。从武广高铁开通之日起,沿线旅游景点城市的高铁车站,彩色的导游旗就从未断过,而且越来越多,呈现出“井喷”效应。据相关统计数据,仅今年端午小长假,武广高铁发送旅客余万人次,六成以上为旅游观光客。 武广客专是京广客运专线南段,与既有京广线走向基本相同,与之共同构成京广铁路通道。北联武麻、汉丹、武九线,中衔石长、浙赣、湘黔、湘桂线,南接广深、广茂线。与在建(规划)的沪汉蓉通道、沪昆客专等线相连。是我国铁路网
6、的中枢,是重要的交通大动脉。武广铁路客运专线位于湖北、湖南、广东三省境内,线路自武汉枢纽武汉站引出,向南经咸宁、岳阳、长沙、株洲、衡阳、郴州、韶关、清远等市,终于广州枢纽内新广州站,正线全长968.57km,其中鄂、湘、粤境内长度分别为152.01km、518.03km、298.53km。为满足跨线客车开行之需,全线设株洲北、株洲南、衡阳南、广州北等跨线列车联络线。配套工程还有武汉、广州两动车段,新长沙动车运用所。武广客专是我国开工建设最早的首批高速铁路,其总体特点有三: 线路里程最长; 技术标准最高; 投资规模最大。二、运量与运输组织(一)概述武广通道客运量总表区 段 名2002年2010年
7、2018年2028年武昌蒲圻1529253441995100蒲圻岳阳1503252041505000岳阳长沙1777278045005400长沙株洲2290350057506750株洲衡阳2755400062007500衡阳郴州2494335055606500郴州韶关2570339055606500韶关广州2668395060007050预测武广通道客运量中,以株洲衡阳区段为最大。推荐运输组织模式:本线列车和跨线列车混合运行,动车组运行时速200km/h及其以上。(二)两线分工原则1.既有线运行全部货物列车及少量速度等级较低的客车;2.客运专线上运行高速及中速列车。 武广通道客车对数总表区段名
8、通道客车总对数既有线客车对数专线客车对数2010年2018年2028年2010年2018年2028年2010年2018年2028年武昌蒲圻8114017823181558122163蒲圻岳阳8114017823181558122163岳阳长沙8914818624181665130170长沙株洲11216921538272274142193株洲衡阳12318823038342785154203衡阳郴州11016719825252284142176郴州韶关11216719825252287142176韶关广州12017821128282392150188预测2018年武广客专开行客车122154对
9、,以株洲衡阳段最大。 武广通道远景输送能力: 货运量7800万吨、单向客运量9000万人。 其中,武广客运专线单向客运量8000万人。三、主要技术标准(1)铁路等级:客运专线(2)正线数目:双线(3)速度目标值 :350km/h,B类跨线车200km/h (4)最小曲线半径:一般9000m,困难7000m (5)正线线间距 :5m (6)最大坡度 :一般12 ,局部20 (7)到发线有效长 :650m (8)牵引种类 :电力 (9)机车类型 :动车组 (10)列车运行方式 :自动控制 (11)行车指挥方式 :综合调度四、站前工程(一)线路1.概况线路全长968.57km。在平纵断面设计中,以列
10、车运行的平稳性、旅客乘座的舒适性为重的理念,贯之于始终。 平面曲线142个,共长451.845km,占线路的46.65%; 曲线半径,最大14000m,最小5500m,常用900011000m; 446个坡段,坡段长平均2164m,最大7714m,最小600m; 最大坡度20,其对应的最大长度为2865m; 竖曲线半径,2500035000m,常用30000m。全线采用全封闭、全立交设计,提供宽大、独行的线路空间2.其它特征(1) 本线与其它铁路、公(道)路交叉均设计为立交。(2)跨越客运专线的构筑物净空满足限界要求(7.25m),并另满足接触网要求。 (3)线路两侧设计隔离栅栏,实现全封闭。
11、 (二)桥梁1.概况全线有桥梁684座468.5km,占线路全长的48.4%。(1)常用孔跨:主导梁型32m简支箱梁,调跨用24m梁,两者占总量的95。(2)小刚构:部分地段采用(16+20+16)m、(16+24+16)m等连续刚构。 (3)道岔桥:在道岔区采用632m连续梁、532m变截面连续梁。 (4)大跨结构:在跨越大江大河及高等级公路等条件下,采用大跨度连续梁和连续刚构、 T构、提蓝拱、钢箱系杆拱、钢桁拱等9种类型的特殊结构。 (5)最长桥梁:西华海特大桥,位于广州附近,全长13.4km。 (6)最高桥墩:大禾特大桥,位于郴州附近,墩高42m。 (7)最大孔跨:上跨环城高速特大桥,位
12、于广州附近,主跨240m 钢桁拱。 箱梁以预制为主,移动模架造桥为辅,困难条件下采用满堂支架法现浇。制梁规模达100孔以上时,采用梁场预制,全线共设40处预梁制场。最大梁场预制梁559孔,设10个制梁台座、85个承梁台座,占地241亩。2.桥梁下部结构设计特别考虑的因素(1) 墩台顶纵向线刚度;(2) 墩顶横向刚度;(3) 墩台工后沉降控制要求非常严格。3.武广桥墩的主要特点(1) 墩顶不设顶帽;(2) 采用空心墩,且大量采用矩形空心墩;(3) 墩身刚度占下部结构总刚度的比例合理;(4) 注重检查维修附属设施设计。桥墩分空心墩、实心墩两种形式,墩高6m以上时采用前者。4.桥墩基本尺寸(1)矩
13、形 墩,预制梁时为3m6.8m,现浇梁时为3.3m6.8m ;(2)圆端形墩,预制时为3m8m,现浇梁时为3.3m8m ;(3)圆 形 墩,一般直径4m,墩高超过20m时采用4.5m。 桥梁基础多采用桩基,以钻孔为主,少用挖孔。桥梁桩基尺寸(4)直径1.00m,墩高20m以内;(5)直径1.25m,墩高2035m或桩长超50m时,或地质条件复杂的桥墩;(6)直径1.50m ,墩高3545m时。 桩基础桩数采用812根。承台厚度一般约2倍桩径。5.重点桥梁工程(1) 汀泗河特大桥 140m钢箱系杆拱,跨京珠高速公路;(2) 株洲湘江特大桥 (60+5100+60)m连续梁,跨湘江;(3) 衡阳湘
14、江特大桥 (64+4116+64)m连续梁,跨湘江;(4) 跨环城高速特大桥 240m钢桁拱,跨东平水道。(三)隧道1.概况全线有隧道226座177.2km,占线路全长的18.3%。重点隧道工程:(1) 五尖大山隧道,全长6859m ;(2) 浏阳河隧道,全长10115m;(3) 大瑶山1、2、3号隧道,分别长10081m、6024m、8387m;(4) 牛岭隧道,全长7588m;(5) 高岭隧道,全长5558m;(6) 金沙洲隧道,全长3510m。2.特点与难点(1)隧道断面大:轨面以上净面积100m2,高8.78m、宽13.2m的马蹄形。(2)可靠性和耐久性要求高:设计使用年限100年,主
15、体结构“零缺陷”。(3)防排水要求高:防水等级一级,衬砌表面无湿渍。(4)环保与景观要求高:沿线植被发育,部分隧道穿景区或与公路长段并行。(5)防灾救援难度大。(6)洞口气动效应控制严:距隧道洞门50m处,微压波振幅最大值为20Pa。3.结构衬砌全线隧道均采用复合式衬砌。级围岩地段采用曲墙式带底板或仰拱衬砌。、级围岩地段采用曲墙式带仰拱衬砌衬砌厚3555cm围岩基本开挖量130160m2线路中线与等高线基本正交时,洞门型式优先采用斜切类洞门。线路中线与等高线斜交情况下,洞门型式采用台阶式洞门或明洞门。4.防排水一般内设双侧侧沟,长大隧道地下水丰富时,加设中心水沟。 初期支护与二衬间铺设防水板加
16、土工布。 防水板后设环向盲沟,墙脚处设纵向盲沟。 二衬沉降缝及施工缝采用复合防水处理。 隧道衬砌用防水混凝土,抗渗等级不小于P8。5.关键技术问题处理其一、支护结构设计与基底处理 (1)隧道跨度大,洞口位置多外延,浅埋段较长,专门设计浅埋段支护结构。(2)突出“加强基底”,注重“刚度变化”: 针对高速列车运行要求,隧道加强了基底设计; 级围岩分有仰拱和无仰拱两种结构,不利条件下用带仰拱封闭断面, 适宜时采用无仰拱结构,其两端设置不小于10m带仰拱封闭断面过渡; 端墙带挡翼墙洞门,其外基底设置刚性过渡段; 明暗分界处、基地软硬不均或软硬分界、基底有空穴等处设置变形缝。(3)二次衬砌部分采用钢筋混
17、凝土结构。其二、隧道工程的耐久性隧道结构物按设计基准期100年修建,由以“强度”为主导向以“性能”为主; 隧道工程耐久性,其极限状态由围岩、初期支护和二次衬砌共同确定,不单以混凝土炭化深度判别; 除对模筑混凝土本身进行耐久性控制外,也要求喷射混凝土、锚杆、防排水材料等达到相应的耐久性要求。其三、长大隧道群地段防灾与救援 由于大部分火灾系由车辆引起,机车丧失牵引能力的可能性较小,而火灾发生后前7min内其影响相对较小,以300km/h车速计,5min(扣除火灾通报时间2min)内列车行驶距离可达25km,大瑶山隧道群地段最长隧道为10.08km,因此完全可使列车驶离隧道在隧道外实现消防及救援。为
18、此,应以“消灭火灾于初期,尽量使列车驶离隧道,实施洞外救援”为第一原则。 (四)路基1.概况全线有路基322.82km,占线路全长的33.3%。无碴轨道路基要求按土工构筑物设计。要求:(1)应具有足够的强度、刚度、稳定性; (2)满足耐久性要求; (3)与相邻构筑物的变形与刚度协调统一。特点:(1)具有路基变形控制标准高; (2)路基强度高刚度大且均匀性要求高; (3)在高速运行以及自然条件下长期稳定。2.关键特点其一、路基变形控制标准高普速铁路级干线路基:不大于20cm,过渡段不大于10cm;高速铁路有碴轨道路基:不大于5cm,过渡段不大于3cm;高速铁路无碴轨道路基:不大于15mm,严格控
19、制不均匀变形。 其二、路基强度高刚度大且均匀性要求高要求路基的刚度越大,弹性变形小,且刚度变化均匀。从路基基床厚度、填料要求、压实标准以及检测方法等方面加以保证。 其三、在高速运行以及自然条件下长期稳定要求路基在列车动荷载的长期反复作用,以及各种不良自然环境的影响(气温、雨雪、地震、洪涝等)下,路基整体稳固,路基强度保持不变,弹性不改变,不变形等,做到寿命长、少维修。客专无碴轨道路基,须在以下6方面,采取高标准控制措施:(1)路基结构;(2)填筑材料;(3)路基施工工艺;(4)质量控制标准;(5)工后沉降控制;(6)抵御不良环境的加固防护。为此,需在勘测、设计、施工各个阶段共同采取措施,严格控
20、制。控制路基沉降的工程措施据地基条件、填土高度 ,计算工后沉降值,不满足要求时采取以下措施:(1)强夯或强夯置换;(2)振动碾压;(3)冲击压实;(4)搅拌桩;(5)旋喷桩;(6)CFG桩复合地基;(7) 刚性桩-网复合地基;(8)预压等地基加固措施。 其中,对厚层巨厚层第四系黏性土、花岗岩全风化层、灰岩残积红黏土层、膨胀土路基,根据现场载荷试验成果,另计算路堤地基沉降量。 3.CFG桩复合地基为本线主要加固措施 用于处理厚层黏性土、粉土和松软土地基,特别是当具有较厚的硬壳或硬层夹软弱层地基。桩径0.5m,按C15砼强度要求配制。 成孔工艺有长螺旋、震动沉管、冲击等。现场施工检验,长螺旋泵灌混
21、凝土,每天成桩600800m,检测施工质量合格率在95%以上。4.控制路基不均匀沉降的措施(1)纵向不均匀沉降: 武广客运专线路基设计中进行了整体变形分析,以控制不均匀沉降的出现。特殊地段须检算相邻断面,或按每50m进行工后沉降的检算。(2)横向不均匀沉降:陡坡路堤地段,当路堤基底无法通过挖台阶,使基底水平时,应进行横向不均匀沉降差的检算。沉降差控制在5mm内。(3)过渡段不均匀沉降:过渡段范围,桥台台尾路基进行工后沉降分析,且与桥台工后沉降差不超过5mm,同时应考虑相邻断面的不均匀沉降的检算。 对于桥桥、桥隧、桥堑之间小于60m的过渡段,按58mm工后沉降控制设计。5.路基沉降监测系统与分析
22、评估路基沉降极其复杂,沉降计算只是路基沉降粗略估算,与其实际的沉降量存在较大差别,仅如此不能适应无碴轨道对路基沉降要求。 采用路基沉降监测是控制路基沉降和不均匀沉降最可靠的方法。为此,建立全路段路基沉降监测网络监控路基沉降和不均匀沉降。 路基沉降监测通过在路基面或地基中埋设仪器元件,精确地测量路基的竖向和横向变形。 通过大量监测数据整理分析路基的沉降大小、速率、与施工填土高度的关系以及沉降的趋势,分析与评估路基沉降数值,预测沉降完成时间,确定无碴轨道施工时间并指导无碴轨道的施工。6.路基过渡段设计桥路过渡段,采用级配碎石中掺入35%水泥材料填筑。 路堤与横向结构物(箱涵)过渡段,当涵顶距路肩高
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