客运专线施工组织设计探讨修.ppt
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1、客运专线施工组织探讨,目 录,客运专线铁路概述工程特点与难点指导原则与方法建设工期主要施工方法与措施施工准备与大型设施及装备施工质量管理,一、客运专线铁路概述,(一)客运专线铁路界定的标准高速列车运行速度是一项重要的技术指标,也是铁路现代化水平的重要体现。国际上通常将列车运营时速达到200 km/h以上的铁路称为高速铁路。根据所采用的不同技术,高速铁路又分为轮轨接触技术类型和磁悬浮技术类型。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种;磁悬浮技术又根据所采用的悬浮技术分为超导和常导两种。,一、客运专线铁路概述,(一)客运专线铁路界定的标准日本:60 年代,日本把新干线速度目标值定为200kmh及以上;欧
2、洲铁路联盟:1996年 9月,发布的互通运营指导文件(96/0048/EC)对高速铁路的行车速度有了更确切的规定-新建铁路运行速度达到或超过250kmh;既有线通过改造使基础设施适应速度200kmh;线路能够适应高速,在某些地形困难、山区或城市环境下,速度可以根据实际情况进行调整。,一、客运专线铁路概述,(一)客运专线铁路界定的标准中国:新建客运专线铁路的速度目标值在200kmh及以上。,一、客运专线铁路概述,(二)四个方面的主要技术特征采用轮轨技术的高速铁路具有以下四个方面的主要技术特征:1.轮轨方面:持久高平顺性的轨道,轻量化、高走行稳定性的列车;2.弓网方面:大张力的接触网,高性能的受电
3、弓;3.空气动力方面:流线形、密封的列车,较大的线间距和隧道断面;4.牵引与制动方面:大功率的交-直-交列车和大容量的牵引供电设施,大能力的盘形、再生、涡流列车制动系统和车载信号为主的列控模式。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别 在轮轨接触的铁路技术中,随着速度的提高,出现了一些新的问题,对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求,可归结为两个主要方面,即:-当速度超过250 km/h以后,空气动力特性产生的显著变化,对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求;-高速运行的列车要求具备持久稳定、高平顺性、能供列车安全舒适运行的轨下基础。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别
4、空气动力学特性。列车高速运行时,行车阻力、震动和机械动力噪音有所增加,移动体与空气摩擦噪音的指标亦有所提高。对列车的结构,需要修改头型及外轮廓设计,改善空气流向,优化弓网关系及受电弓的位置,增加减振措施等。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别试验证明,高速铁路对车辆的密封性能有很高的要求,这包括对车辆空调、门、窗、排污设施等,以满足高速运行的空气动力学特性。此外,还要求具有高性能的制动系统和较高的乘座舒适度。高速行驶的列车在会车时所产生的空气压力波明显高于既有线,因此,高速铁路在进行线路规划时,要适当加大线间距(包括站台安全距离)。通过隧道时,洞口空气阻力与高速列车在瞬间产生的压
5、力,形成巨大的微气压波,对行车安全、乘客舒适度以及环境都产生了明显的影响。因此,要适当加大隧道断面积,改善洞口及辅助结构的设置等。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别高速列车动力学的特性:高速运行出现的高频振动,要求桥梁及建筑物除了满足静态荷载的条件,还必须满足高速列车动力学的特性要求。概括地讲,除了保证“强度”这一基本要求外,更要严格控制其“变形”。因此,保持轨道持续稳定的高平顺性,是高速铁路工程最基本的要求。但是,轨道的高平顺性又是路基、桥梁、轨道变形的综合的最终体现。要求轨道高平顺性,必须从控制上述工程变形着手。具体表现在:,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别
6、控制路基工程的变形是必须认真解决的一个非常关键的问题。除了线路平面有较大的曲线半径和适当长度的缓和曲线、夹直线长度以外,设计、施工都要将重点放在控制路基的工后沉降、不均匀沉降及路基顶面的初始不平顺。京沪高速铁路设计暂规规定,工后沉降5cm(无碴轨道的工后沉降2 cm),台尾过渡段cm(无碴轨道的工后沉降10mm/m),地基固结达到 9095%)。这是从路基竣工算起至1520年内的沉降总和,初期沉降值2cm/年。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别桥梁要有足够大的刚度。主要控制挠度,梁端转角,扭转变形,结构自振频率,还要限制预应力徐变和不均匀温差引起的结构变形。所有这些变形的控制必
7、须以高速列车的动态作用力相耦合为前提。设计暂规虽作了某些规定,但还有待于深化研究。一次铺成跨区间无缝线路。轨道结构无论有碴或无碴均必须严格控制铺轨的初始不平顺,保证精度达到高平顺性的要求。钢轨的物理化学性能都有新的要求,冶金部门正在试制。根据高速铁路对轨道平顺性的要求,传统边铺边架的施工组织方法及工艺已不适用。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别 接触网方面:列车高速运行时对接触网作用,导线产生较高频率的波动。为了降低弓网离线率,要求接触网具有较大的张力体系、高度的平顺性,以保证良好的受流供电。列车及牵引动力:高速列车采用动车组的形式,牵引有动力分散、动力集中两种方式,采用大功率
8、交流传动GTO及IGBT或IPM元件,大幅度提高牵引功率。为了提高速度、减小对轨道结构及基础设施的影响,高速铁路要求降低车体重量并限制轴重。这包括:合理的转向架结构、良好的空气动力学性能和气密性、制动装置的特殊要求,降噪措施,车载微机故障监控诊断系统,集便装置的特殊设计等。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别 通信信号系统:以地面信号为主变为车载信号为主,司机制动转变为车载计算机判别、自动控制,并通过超速防护系统自动施行制动。为了提高运营指挥效率,保证正点,高速铁路采用综合调度系统指挥控制;围绕运营指挥所采用的计算机网络及通信系统,需要很高的可靠性和安全保障。高速运动的列车给车地
9、之间的信息传递带来更大的难度,高速铁路要求信息传输误码率低,且更加准确;高速列车装备有大量的计算机检测设备,形成一个车载计算机网络,使得列车控制、维修的效率得到很大的提高。,一、客运专线铁路概述,(三)与普通铁路的主要区别其他主要区别。由于高速行车的特殊情况,高速铁路配置了风、雨、雪、地震等自然灾害告警系统,监测信息经过通信网与调度中心直接相连,以保证高速行车的安全。沿高速线设置的跨线桥需安装坠落物告警装置,高速全线必须封闭,不设平交道口。由于高速行驶中列车与空气摩擦产生了大量噪音,因此,高速铁路途经人口密集的地区时,沿线需采取降低噪音的措施,安装隔音墙。,一、客运专线铁路概述,(四)各国高速
10、铁路技术体系的同一性与差异性 各国因国情不同而异。大致有四种类型:1、新建高速铁路双线,专门用于旅客快速运输,如日本新干线和法国高速铁路,均为客运专线,白天行车,夜间维修。基本上自成独立的系统,采用综合调度集中方式。日本采用动力分散式动车组、大量采用无碴轨道,法国采用动力集中式动车组、有碴轨道。2、新建高速铁路双线,实行客货共线运行,如意大利罗马佛罗伦萨高速铁路,客运速度250kmh,货运速度120kmh;,一、客运专线铁路概述,(四)各国高速铁路技术体系的同一性与差异性 3、部分新建高速线与部分既有线混合运行,如德国柏林汉诺威线,承担着客运和货运任务;动车组有动力集中式向动力分散式发展、大规
11、模采用无碴轨道。4、在既有线上使用摆式列车运行,这在欧洲国家多见,在美国“东北走廊”摆式列车速度为240kmh。,一、客运专线铁路概述,(四)各国高速铁路技术体系的同一性与差异性我国客运专线铁路有自已独特的技术特点。1、新建300kmh及以上行车速度的双线高速铁路,专门用于旅客快速运输。近期的运输组织模式采用本线旅客列车和跨线旅客列车高、中速混合运行的模式。2、新建行车速度250kmh旅客列车与120kmh货物列车混合运行的模式。3、通信信号制式要考虑既有路网的兼容性。但各国高速铁路在某些技术方面也有逐渐接近或融合的趋势,如采用动力分散式动车组、大量采用无碴轨道等。,一、客运专线铁路概述,(五
12、)主要技术标准1、铁路等级:高速铁路;2、正线数目:双线;3、设计速度:列车最高运行速度350Km/h,最低运行速度200Km/h;4、运输模式:高中速混跑;5、线间距:5米;6、最小曲线半径:一般7000米、困难5500米;,一、客运专线铁路概述,(五)主要技术标准7、最大坡度:1220;8、到发线有效长度:520700米;9、牵引种类及列车类型:电力、动车组;10、列车运行控制方式:自动控制;11、行车指挥方式:综合调度集中。,二、工程特点与难点,本部分以新的建设理念为切入点,抓住客运专线最主要的四个基本技术体系(轮轨、弓网、空气动力特性、牵引和制动),从建设、运营、维修全过程;从安全性、
13、舒适性、可靠性、经济性和可施工性等角度对路、桥、隧、轨道工程的特点和难点做一些分析。,二、工程特点与难点,总体技术要求:1.路基变形是影响列车运行速度的重要因素之一,控制沉降和纵向刚度的变化是高速铁路路基设计、施工的关键问题。2.桥梁结构设计强调结构的耐久性和良好的动力特性,严格控制桥梁结构的纵横向刚度、基频和铺轨后的残余(工后)沉降,满足高速列车安全运行和旅客乘座舒适度的要求。3.隧道设计考虑空气动力学效应,隧道有效断面积拟采用100m2,必要时洞口可设缓冲结构。,二、工程特点与难点,总体技术要求:4.轨道结构的可靠性、稳定性和高平顺性是高速铁路安全可靠、平稳舒适、经济耐久运行的关键。主要设
14、计特点是采用一次铺设跨区间无缝线路,推广采用少维修的无碴轨道,转线地段采用大号码高速道岔。5.信息系统集成了列车运行控制、车站计算机联锁和综合调度,实现通信、信号和计算机技术的一体化,充分发挥通信、信号系统的整体综合效能,使其成为一个集行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测于一体的综合自动化系统。,二、工程特点与难点,总体技术要求:6.牵引供电系统的技术特点在于供变电系统的安全、可靠性高和高度自动化,接触网系统的高平顺性和良好的受流特性,高速铁路牵引供电系统拟采用AT供电方式、简单链型悬挂和基于网络化、分层化管理的电力调度系统。7.高速列车拟采用当今世界上最先进的300-350km/h动力分散
15、型动车组。列车具有运行速度高、安全可靠、车内布置宽敞舒适、车体轻量化、外观流线型、大功率、低能耗、加速快、爬坡能力强等技术特点,同时具备兼容既有线信号制式、多制动方式、自动诊断等功能。,二、工程特点与难点,总体技术要求:8.防灾安全监控系统由风监测、雨量及洪水监测、地震监测、轨温监测、火灾监测、突发事故、异物侵限及非法侵入防护等系统组成。9.高速铁路按环保型绿色通道设计,采取设置声屏障等综合治理措施。,二、工程特点与难点,(一)路基 1、设计理念新 为保证轨道具有持久的平顺性,路基结构设计首次采用了变形与强度结合控制的原则。目的为轨道提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、长久稳定、顶面平顺的弹
16、性基础。,二、工程特点与难点,(一)路基2、结构标准高 路基基床由表层和底层组成,表层厚度应为0.7m,底层厚度应为2.3m,总厚度为3.0m。其中:基床表层由510cm厚的沥青混凝土防水层和6560cm厚的级配碎石或级配砂砾石组成;基床底层填筑A、B组填料。路基与桥台及横向结构物间均设置过渡段(刚度过渡、沉降过渡),以满足轨道平顺性要求。,二、工程特点与难点,(一)路基 3、工后沉降和沉降率需严格控制 规定路基铺轨后的残余(工后)沉降:有碴轨道路基(含软土路基)不大于5厘米,年沉降率不大于2厘米;过渡段,工后沉降不大于3厘;无碴轨道路基残余沉降不大于10mm10m或15mm。对沉降控制较困难
17、的软土及松软土地质地段的路基均采取了地基加固措施。,二、工程特点与难点,(一)路基4、填料标准高,路基结构所使用的材料质量必须先期选择和确定 基床表层所采用的级配碎石或级配砂砾石等材料,基床底层采用的A、B组填料均有严格的材质、粒径和级配要求。为保证达到设计标准,设级配碎石拌合站或填料改良场,对填料进行集中拌合或改良。,二、工程特点与难点,(一)路基5、路堤施工的工期长根据国外及国内秦沈客运专线、京沪高速铁路昆山试验段的施工经验,良好地基的有碴轨道路堤填筑后一般放置1个月以上,地基不良地段路堤放置6个月以上;黏土地基上的路堤支承板式轨道时放置6个月以上,其他地基放置3个月以上;同时要进行详细地
18、基地质勘察,进行必要的沉降观测,并测算沉降稳定时间,以保证沉降时间,满足稳定和沉降要求(施工工期、固结工期)。,二、工程特点与难点,(一)路基6、要建立先进、可靠、精确、完整、有效的质量控制与检测体系,保证:(1)地质勘察深度及所采用的设计方法和计算参数正确;(2)填料特性、工程措施及适用范围全过程受控。(3)路基均匀或不均匀沉降及其沉降值得到持续正确的检查。,二、工程特点与难点,(二)桥梁1、刚度大除控制挠度,梁端转角,扭转变形,结构自振频率,还要限制预应力徐变、不均匀温差引起的结构变形。并进行车桥耦合动力响应分析。,二、工程特点与难点,(二)桥梁2、耐久性要求高 主要承重结构按100年使用
19、要求设计,统一考虑合理的结构布局和构造细节,强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用等(设计、施工、维护三个阶段共同来保障)。,二、工程特点与难点,(二)桥梁3、墩台基础的沉降控制严格其铺轨后(工后沉降)残余沉降不应超过下列容许值:墩台均匀沉降量:对于有碴桥面桥梁:30 mm 对于无碴桥面桥梁:20 mm 静定结构相邻墩台沉降量之差:对于有碴桥面桥梁:=15 mm 对于无碴桥面桥梁:=5 mm 预应力混凝土梁的徐变上拱值:轨道铺设后,有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于20mm;无碴桥面梁的徐变上拱值不应大于10mm或跨长的15000。对于外静不定结构,其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值,除要满足
20、外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外,还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。对于沉降难以控制区段的桥梁,采用可调支座。,二、工程特点与难点,(二)桥梁4、上部结构优先采用预应力混凝土结构 预应力混凝土结构刚度大、噪音低,由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小。,二、工程特点与难点,(二)桥梁5、大跨度的特殊孔跨结构多跨越主要交通干线或通航河流大量采用钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等特殊结构的大跨度梁式。技术复杂,施工难度大。,二、工程特点与难点,(二)桥梁6、双线简支箱梁制、架需特殊的大型施工装备32米跨度的双线简支箱梁重约900吨、梁宽13.4米,制、运、架需专门的大型施工设
21、施与装备。,二、工程特点与难点,(三)隧道1、三大空气动力效应 A.瞬变压力。B.洞口微气压波 C.行车阻力2、措施A.采用大断面(A=100m2),低阻塞比,洞口设缓冲结构。以减轻高速行车条件下瞬间气压变化对车内旅客带来的舒适度降低和微气压波给环境带来的噪声污染。,二、工程特点与难点,(三)隧道B、重视构造设计由于隧道的横断面较大,受力比较复杂,且列车运行速度较高,维修有一定的时间限制。隧道结构按二次衬砌设计,中间设防水板,隧道边墙与仰拱的连接方式采用顺接。铺底厚度及仰拱、隧底填充及底板混凝土强度等级均较一般铁路有所提高。,二、工程特点与难点,(四)轨道1、铺设500m长钢轨技术难度大,对设
22、备和工艺有新要求(1)厂制标准轨长100米或50米;(2)工厂焊接并铺设500米长轨;(3)现场采用移动接触焊工艺。,二、工程特点与难点,(四)轨道2、严格控制铺轨的初始不平顺,保证精度达到高平顺性的要求(1)采用单枕连续铺设法;(2)大型养路机械作业;(3)对钢轨精确打磨。,二、工程特点与难点,(四)轨道3、无碴轨道需要坚固稳定的基础。路基和桥梁工后要实现“零沉降”,需研发或引进专用成套设备以满足施工的需要,对施工人员素质要求很高。-板式轨道是通过灌注CA砂浆永久性定位的,施工操作及定位精度要求很高;-轨枕埋入式无碴轨道和弹性支承块无碴轨道需要专用机械设备;-为降低造价,材料要实现国产化。,
23、二、工程特点与难点,(四)轨道4、铺设无缝线路受环境温度控制,作业时间受限制起拨道作业轨温应在无缝线路锁定轨温的20范围内,当轨温高于锁定轨温20时,轨道内有76吨的内力未被释放,温度每增加1度内力增加3.6吨,温度过低时起拨道作业会引起线路失稳。,二、工程特点与难点,(四)轨道5、轨道要保持持久的高稳定性,必须对轨道结构、轨道基础进行系统优化。-合理的道床结构和几何尺寸;-无碴轨道耐久性与可修复性;-有碴轨道需要优质的特级道碴-实车运行和及时的养护维修。,二、工程特点与难点,(五)通信1、业务种类多;2、安全、可靠性要求高;3、设备的集成化程度高,系统调试工作量大、技术复杂。,二、工程特点与
24、难点,(六)信号1、与通信和计算机网络技术一体化;2、列车运行控制采用一级连续速度模式,采用无绝缘连续编码轨道电路和GSMR进行列车与地面之间的信息交换;3、系统兼容性强,能与既有线的信号系统兼容,满足不同速度的列车共线混跑及上、下高速线;,二、工程特点与难点,(六)信号 4、接地系统采用全线贯通接地铜缆,车站(中继站)集中接地,提高了系统的稳定性;5、轨道电路工程量大,轨旁设备的安装受轨道施工的控制。,二、工程特点与难点,(七)电气化1、采用单相AT供电方式;2、增大铜合金接触导线面积和接触悬挂张力,满足高速机车良好平稳受流的需要;3、全过程精确测量、准确定位和满足大张力要求的恒张力导线架设
25、,确保接触悬挂具有持久的高平顺性;4、接触网支柱基础采取机械化施工。,二、工程特点与难点,(八)电力高可靠、免维护和实现远程控制与监测。,二、工程特点与难点,(九)动车段及综合维修基地必须与基础设施同步设计、统一实施、综合联调、整体开通 1、动车段是保证动车组可靠运行,实现动车组的动态检测、状态修,并具备与之相配套的检测与诊断技术,完备的综合维修保障体系;2、综合检修基地承担着工务、电务、供电、抢修、抢险等功能,是保障高速铁路基础设施正常运营的核心系统。,二、工程特点与难点,(十)大型站房 大型车站一般位于中国经济发达地区,是城市交通运输枢纽和现代化的窗口。集城市地铁、轻轨、公交等现代交通设施
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