高速铁路主要新技术简介

1高速铁路主要新技术简介昆明铁路局新技术推进办公室编二ＯＯ九年三月2一、高速铁路系统的集成高速铁路系统由工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、信息系统、运用维修六个子系统构成，各子系统间既自成体系，又相互关联，对整体性和系统性的要求高。为确保技术体系的完整性和各子系统之间的紧密衔接，我国高速铁路建设采用系统工程的方式展开。高速铁路系统构成及相互间接口见图1、2。图1高速铁路系统构成图2电动车组与各子系统主要技术接口3二、CRTSII型板式无砟轨道CRTSII型板式无砟轨道是我国引进德国博格板式无砟轨道系统技术，经过消化、吸收、再创新所形成的中国特色的板式轨道。1、轨道板结构形式轨道板分标准板和异型板。标准板长6.45m，宽2.55m，厚0.2m，为预应力砼结构。标准板纵向分20个承轨道台，承轨台间设置横向预裂缝，轨道板横向设置60根直径为10mm的预应力筋，纵向通过6根直径为20mm的精轧螺纹钢筋连接成整体。标准板示意见图3。图3标准轨道板结构示意图异型板包括补偿板、特殊板、小曲线半径板以及道岔板，其中补偿板、特殊板、小曲线半径板均在标准板基础上发展变4化而来，分别用于补偿调整线路长度、道岔前后过渡、曲线半径小于1500米地段。道岔板用于单独设计的道岔区。2、轨道结构桥梁上轨道结构包括：两布一膜滑动层，底座砼，沥青水泥砂浆联结层，轨道板及侧向挡块。曲线超高设置通过底座砼断面控制，底座砼为钢筋砼连续板带结构。结构见图4、图5。图4桥梁上直线段轨道结构示意图图5桥梁上曲线段轨道结构示意图5路基上轨道结构包括：路基防冻层、支承层砼(无筋)、沥青水泥砂浆联结层、轨道板。路基上的曲线超高通过支承层下的防冻层控制。结构见图6。图6路基上轨道结构示意图3、轨道板的制作轨道板的生产过程包括轨道板预制、轨道板存放和轨道板打磨。轨道板在工厂内成批预制生产，脱模后存放，存放期满后送上磨床，对轨道板进行测量，根据测量结果进行数控打磨，打磨精度控制在0.1mm以内。待轨道板打磨达到设计精度后，在轨道板上雕刻布板编号，并将相关数据存入生产计划系统。4、轨道板的铺设轨道板现场铺设通过将成品轨道板在轨道砼基床上的精确定位和固定来最终确定钢轨道的空间几何形态。；铺设过程主要6由五大工序流程组成，即连续底座板的铺设（桥梁底座砼/路基支承层砼及侧向挡块施工）→轨道板粗铺(含现场运输存放)→轨道板精调→沥青水泥砂浆灌注→轨道板纵向张拉连接，每道工序里面又包含若干个子工序。5、CRTSII型板式无砟轨道系统技术特点轨道板生产(预制及打磨)、精确测量和沥青水泥砂浆的搅拌和灌注是Ⅱ型板系统的三大核心技术。系统技术的主要特点为：精度要求高、工序控制严格。精度高体现在位置、几何尺寸、时间、温度等方面，如现浇梁的顶面平整度控制4m/8mm；底座板高程精度±5mm，轨道板粗定位≤10mm，轨道板精确定位控制在≤0.2mm。大量使用非标设备及工装，对操作要求提高。非标设备包括轨道板生产中的模板、布料系统、磨床；现场铺设所需的沥青水泥砂浆搅拌设备、轨道板精调系统；大量使用专用工具。广泛使用新材料。如用于轨道板生产的高标号早强水泥、预应力钢筋，用于现场铺设的硬泡沫板、两布一膜、沥青水泥砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。6、无砟轨道的维护高速铁路采用综合维修，使用综合检测列车、钢轨探伤车和轨道状态确认车，实现对轨道几何状态、接触网及受流状态、通信信号设备工况、钢轨表面及内部损伤、轨道部件状态、线路限界侵入7等的定期检测和临时检测，向调度指挥中心（综合维修系统）、地面维修部门发送信息，并作为制订维修计划和安排综合维修天窗的主要依据。目前我国已在北京、上海、武汉、广州建立综合维修中心，配备高速综合检测列车、大型机械养路设备，对高速铁路固定设备实行集中检测和大修。三、铁路精密工程测量网为在高速行驶的条件下，实现旅客列车的安全性和舒适性，线路的高平顺性要求时速大于200公里铁路的几何线性参数精度必须达到毫米级。为满足这一要求，同时为高速铁路建成后的线路维护提供高精度基准，建立了铁路精密工程测量网。1、“三网合一”的测量体系我国对无砟轨道铁路工程控制测量采用“三网合一”的测量体系。“三网”：无砟轨道铁路工程测量的平面和高程控制网，按施测阶段、施测目的和功能的不同，分为勘测控制网、施工控制网和运营维护控制网，简称“三网”。“三网合一”：三个阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准，简称为“三网合一”。其内容和要求：一是“三网”坐标高程系统的统一，二是“三网”起算基准的统一；三是线下工程施工网与轨道控制施工网、运营维护控制网的坐标高程8系统和起算基准的统一；四是“三网”测量精度的协调统一。2、绝对定位与相对定位相结合的铺轨测量定位模式时速大于200公里的铁路轨道采用绝对定位与相对定位测量相结合的铺轨测量定位模式。轨道的外部几何尺寸测量为绝对定位，通过各级平面高程控制网组成的测量系统来实现，从而保证轨道与线下工程路基、桥梁、隧道、站台的空间位置坐标和高程相匹配协调。3、小投影变形的铁路工程测量平面坐标系统无砟轨道铁路工程测量平面坐标系统采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系。4、三级布网的布设原则无砟轨道铁路工程测量平面控制网分为三级，分别是：CPI:第一级为基础平面控制网，主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准，采用GPSB级网精度要求施测。CPII：第二级为线路控制网，主要为勘测和施工提供控制基准，采用GPSC级网精度要求施测或采用四等导线精度要求施测。CPIII:第三级为基桩控制网，主要为铺设无砟轨道和运营维护提供控制基准，采用五等导线精度要求施测或后方交会网的方法施测。无砟轨道铁路首级高程控制网按二等水准测量精度要求施测，铺轨高程控制测量按精密水准测量（每公里高差测量中误9差2mm）要求施测。四、中国列车运行控制系统（CTCS）CTCS是英文ChinaTrainControlSystem的缩写，意为中国列车运行控制系统，简称列控系统。CTCS是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。我国CTCS技术规范参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制。1、列控系统的功能列控系统是由地面设备和车载设备构成，用于实现列车间隔控制和速度控制的、保证行车安全和提高运输能力的安全控制系统。它具有线路空闲检测、危及行车安全因素的检测和间隔控制和速度控制功能。2、列控系统的分级根据系统配置，CTCS按功能分为0～4五个级别。CTCS-0级为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成。CTCS-1级由主体机车信号+安全型监控记录装置组成，用于时速160公里以下区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车主体信号化要求，增加点式设备，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。CTCS-2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向10提速干线与高速新线，主要用于时速200-250公里客货共线铁路，及既有线提速时速200公里线路。采用车-地一体化设计，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统，面向提速干线、高速新线或特殊线路，主要用于时速300-350公里客运专线。基于无线通信的自动闭塞或虚拟自动闭塞，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。CTCS4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞，由RBC（无线闭塞中心）和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查，地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。3、CTCS级间关系同条线路上可以实现多种应用级别，CTCS-2、CTCS-3和CTCS-4系统车载设备可向下兼容。系统车载、地面配置如具备条件，在系统故障条件下允许降级使用。系统级间转换自动完成，转换时不影响列车正常运行，系统各级状态有明显显示。4、CTCS-2级列控系统构成CTCS-2级列控系统是基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行的列车运11行控制系统，包括车载设备和地面设备。列控车载设备即车载ATP，由车载安全计算机（VC）、轨道电路信息接收单元（STM）、应答器信息接受单元（BTM）、列车接口单元（TIU）、记录单元（DRU）、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。列控地面设备由ZPW-2000（UM）系列轨道电路、车站电码化、应答器和车站列控中心（包括地面电子单元LEU）、微机联锁、调度集中（CTC）等设备组成。车站列控中心应具备与车站联锁系统、TDCS/CTC、微机监测等系统的接口。CTCS-2级列控系统设备结构见图7。图7CTCS-2级列控设备结构示意图125、CTCS-2级列控系统工作原理我国列车运行控制系统采用点连式列车运行控制系统，点式应答器传输点式信息，包括线路长度、线路坡度、线路固定限速、列车定位、列车进路、临时限速信息等。轨道电路传输连续信息，包括行车许可、空闲闭塞分区数量和道岔限速等。首先，调度中心通过CTC或TDCS网络向车站列控中心发送临时限速命令，车站列控中心接收到临时限速命令后返回确认。其次，车站列控中心收到限速命令后检查命令的有效性，如果正确则执行该命令，与车站联锁连接获取列车进路信息。根据相应的限速命令选取相应的限速报文发给LEU，由LEU将临时限速信息和进路信息发送到室外应答器。最后，列车运行过程中车载ATP设备不断检测列车运行速度，接收轨道电路低频信息，根据空闲闭塞分区数量确定目标距离，结合地面提供的列控动态信息（包括运行许可、进路信息等）、线路静态信息、临时限速信息及有关动车组数据，计算生成控制速度和目标-距离模式曲线，通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车运行。CTCS2级采用目标距离控制模式（又称为连续式一次速度控制）。目标距离模式根据目标距离、目标速度及列车本身性能确定列车制动曲线，不设定每个分区速度等级，采用一次制动方式。一般情况下列车实际运行在常用制控制线下方，当列车运行速度超过常用制动控制线时，设备报警并自动实施常用制动，13当列车运行速度超过紧急制动控制线时，则引发紧急制动。车载ATP设备主要控制模式分为：完全监控模式、部分监控模式、目视行车模式、调车模式、隔离模式和机车信号模式。同时，记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。ATP设备具备设备制动优先（机控优先）与司机制动优先（人控优先）两种模式，通过ATP车载设备内部设置选择其中一种模式。人控优先是司机按照模式曲线控制列车速度，设备不干涉司机正常驾驶，只有当列车超速时设备采取有效的减速措施确保列车运行安全。设备制动的缓解须设备允许和司机操作确认。机控优先是设备能够按照模式曲线自动控制列车减速并保证列车运行安全。设备常用制动后一旦满足缓解条件将及时自动缓解。动车组运行示意图见图8。图8CTCS-2级动车组运行示意图6、CTCS-3级列控系统构成14CTCS-3级列控系统是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。CTCS-3采用GSM-R无线通信传输列控信息，以实现基于无线通信的自动闭塞或虚拟自动闭塞。系统包括车载设备和地面设备。列控车载设备即车载ATP，由车载安全计算机（VC）、轨道电路信息接收单元（STM）、应答器信息接受单元（BTM）、GSM-R无线接收模块、列车接口单元（TIU）、记录单元（DRU）、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。列控地面设备由ZPW-2000（UM）系列轨道电路、无线闭塞中心（RBC）、应答器、车站列控中心（包括地面电子单元LEU）、微机联锁、调度集中（CTC）等设备组成。CTCS-3级列控系统设备结构及运行示意见图9、图10。15图9CTCS-3级列控设备结构示意图图10CTCS-3级动