铁路工程简述
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铁路工程简述
1825年9月27日，世界上第一条行驶蒸汽机车的永久性公用运输设施，英国斯托克顿——达灵顿的铁路正式通车了。在盛况空前的通车典礼上，由机车、煤水车、32辆货车和1辆客车组成的载重量约90吨的“旅行”号列车，由设计者斯蒂芬森亲自驾驶，上午9点从伊库拉因车站出发，下午3点47分到达斯托克顿，共运行了31.8公里。
斯托克顿——达灵顿铁路的正式开业运营，标志了近代铁路运输业的开端。铁路以其迅速、便利、经济等优点，深受人们的重视。
铁路的基本发展趋势
铁路作为陆上运输的主力军，在长达一个多世纪的时间里居于垄断地位。但是自本世纪以来，随着汽车、航空和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新的浪潮的冲击。 为了适应社会和经济发展的需要，适应货主和旅客——安全、准确、快速、方便、舒适的要求。各国铁路纷纷进行大规模的现代化技术改造，同时改革运输组织工作，积极采用高新技术，在重载、高速运输和信息技术方面取得了新的突破，再加之现代管理和优质服务以及铁路的区域联网、洲际联网，使铁路增添了新的活力，在陆上运输中仍继续发挥着骨干作用，在现代化运输方式中占着重要的地位。
各国铁路客运发展的共同趋势是高速、大密度，扩编或采用双层客车。采用动车组和电力机车牵引旅客列车是实现客运高速化的重要条件。轻轨交通将倍受青睐，因为它是改善城市交通环境、最富有生命力的一种交通工具；市郊铁路与地下铁道、轻轨铁路紧密合作，共线、共站，共同组成大城市的快速运输系统，这是各国解决人口密度较大地区客运繁忙的有效措施。在未来的铁路发展中，大城市快速运输系统将同全国铁路网连接，紧密配合，形成客运统一运输网。
在货物运输方面，集中化、单元化和大宗货物运输重载化是各国铁路发展的共同趋势。重载单元列车是用同型车辆，固定编组、定点定线循环运转，首先用于煤炭运输，后来扩展到其他散装货物，对提高运能，减少燃油消耗，节省运营车、会让站、乘务人员等都有显著效果，经济上受益很大，如美国铁路货运量有60％是由单元列车这种方式完成的。俄罗斯曾试验开行了重量为43407吨的超长重载列车，列车由440辆车组成，全长6．5公里，由4台电力机车牵引，情景十分壮观。
现代铁路的列车性能已趋于能源和维护费用的极限。旅客列车的速度受到安全的约束，货物列车的重量也已达到桥梁和线路的活载极限。铁路的软件革命即改进管理与控制，可使铁路的技术设备发挥更高效能。由电子计算机、光导纤维、数字技术构成的信息系统，将改变传统的通信、信号两个领域的关系。发展的趋势是以计算机联锁，取代目前的电气—机械联锁。另外，自动排列进路，可使密集列车运行作业最优化，并使调度员摆脱人脑速度和能力的限制。
在电气化铁路上，采用最高用电量控制技术，即在峰值时，可自动地暂时切断采暖等用电，以保证正常牵引用电。目前，日本及西欧各国大部分电气化铁路都采用了远动系统。这种系统的发展过程是：从有接点的继电系统，到无接点的半导体电子系统，直至电子计算机控制系统。
在硬件方面，各国都在加强铁路机车车辆的技术改造。随着内燃机车代用燃料的出现，对传统内燃机车发动机重新优化已成必然，目前，大部分电力机车采用直流串励电动机，这种电机尽管有良好的牵引特性，但易发生空转。采用交流电力机车已是
发展方向。
对于货物车辆来说，除采用大型货车外，在降低货车自重，提高轴重或增加轴数等方面下工夫。对于客车来说，为了达到高速化的目的，重在发展轻型化车辆。转向架的结构、车体的结构都在向轻量化发展。
随着新材料的不断涌现，耐大气腐蚀的耐候钢、热镀锌钢板等金属材料，玻璃钢、泡沫聚氨酯、合成纤维布等聚合材料以及精密陶瓷材料，还有光导纤维、超导材料都逐步在铁路机车车辆、集装箱、线路、隧道、桥梁、通信以及接触网等各方面被普遍采用。
可以预见，随着高新技术的发展和应用，铁路将重新焕发青春。
世界高速铁路的发展
日本、法国、德国是当今世界高速铁路技术发展水平最高的三个国家。 高速铁路的实际应用发源于日本。1959年，日本国铁开始建造东京至大阪的高速铁路，并在1964年开通，全长515公里，时速210公里，称为东海新干线。随后向西延伸，于1975年开通至冈山，1975年开通至终点站博多，大阪至博多称为山阳新干线，全长1069公里。
1982年，大宫至盛冈间465公里的东北新干线开通，同年11月，大宫至新泻间的上越新干线也开通运营。 1970年，日本制定“全国新干线铁路网建设法”，1972年日本运输省又规划了五条新干线：北陆新干线（东京-大阪-富山）、东北新干线延长线（盛冈-青森）、九洲新干线（博多-鹿儿岛）、长崎新干线（博多-长崎）、北海道新干线（青森-札幌）。 法国高速铁路称TGV(Train a Grande Vitee 法文超高速列车之意）。法国国铁（SNCF）从1950年开展高速铁路技术研究，1955年研制的样车试车，就创造了当时的世界最高记录-时速331公里，使人们看到了这一技术的发展前景。
法国高速铁路实际运营开始于1967年，稍晚于日本。但法国国铁不断改进，使TGV的速度不断创新，1981年，一列由七节车厢组成的TGV列车创下了时速380公里的新记录。1990年，第二代TGV列车又以515.3公里的时速刷新了世界记录，冲破了被称为极限的375公里时速，使TGV成为法国人日常生活不可缺少的一部分。
1972年法国完成了编号为TGV001的原型列车，最高时速318公里。1981年第一代TGV-PSE创造了时速380公里的记录。1990年，一列由两辆动车、三辆车厢组成的第二代TGV Atlantigue以515.3公里时速创造了新的世界纪录。
法国TGV线路目前分为三部分：巴黎东南线（TGV PSE），由巴黎至里昂运行3小时50分，时速260公里。 大西洋线（TGV Atlantigue）,由巴黎通往大西洋岸,时速300公里，载客由第一代368人提高到485人。 后续线路包括TGV Nord、TMST、PBKA。TGV Nord从巴黎到里昂并穿越英伦海峡进入英国。另有支线到布鲁塞尔，并将延伸至阿姆斯特丹、科伦、法兰克福。TMST 由巴黎至伦敦。PBKA是由法国、德国和比利时巴黎到布鲁塞尔到科伦的线路，后来荷兰也加入，延伸至阿姆斯特丹。
德国高速铁路称为ICE（Inter City Expre）。1979年试制成第一辆ICE机车。1982年德国高速铁路计划开始实施。1985年ICE的前身Inter City Experimiental首次试车，以317时速公里打破德国铁路150年来的记录，1988年创造了时速406.9公里的记录。1990年一台机车加13辆车厢的ICE列车开始在Wurzburg-Fulda高速铁路试运行，时速为310公里。
1992年德国铁路以29亿马克购买了60列ICE列车，其中41列运行于第六号高速铁路，分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特，运行时速200公里。目前，德国已建成高速铁路1000多公里，到2000年，德国计划建成11条高速铁路。
中国铁路的现状分析 机车车辆篇
我国的机车车辆整体技术较世界先进水平差距大，特别是许多关键技术远远落后于发达国家。在客车速度方面，时速300公里的高速铁路成套技术至今还是空白；在货运重载方面，先进国家早已掌握开行2万吨单元列车的成套技术，我国目前重载列车大部分在5000吨左右。在机车传动方面，发达国家已普遍使用三相交流传动技术，我国目前处于开发试验阶段。我国机车车辆的数量、品种、功能不适应现代化运输发展的需要，尤其是在标准化、系列化、模块化、信息化方面与发达国家相比存在明显的差距。我国技术装备的运用和维修成本较高，以机车为例：俄罗斯电力机车大修周期为230万~240万公里，法国电力机车大修周期为400万~450万公里，而我国目前仅为120万~160万公里，大修周期比国外短2~3倍。我国旅客列车的平稳性、舒适性差距明显，货物列车重载技术和专用车水平较低。
承认差距正是为了缩小差距。铁路跨越式发展背负着这样的历史责任：把差距、不足转化为前进的动力。推进跨越式发展两年来，铁路机车车辆现代化取得了重要进展：我们已经成功引进了时速200公里动车组技术、大功率交流传动电力机车技术，成功试制了23吨轴重通用货车样车，按时速120公里技术要求，完成了2万辆既有货车的提速改造，进行了自主研发装备的试验和运行考核。
基础设施篇
我国近年来线路等基础设施的发展成效显著。如钢轨不断重型化并不断增加重轨比重；钢轨材质进一步优化，钢轨强韧性、耐磨性能大大提高；解决了超长无缝线路的一系列技术难题；大量铺设提速道岔；采用新技术处理路基、桥隧病害；工务检测设备、大型养路机械的制造和使用取得明显成效。但与先进国家相比，我国的基础设施还存在很大差距。如线路标准偏低，曲线半径过小；线桥结构与高速度、大轴重、高密度行车的矛盾突出；工务工程作业手段、养路机械化有待完善。
通信信号篇 我国铁路信号技术与发达国家相比，还存在较大差距，如机车信号未达到作为行车凭证的主体信号的安全可靠程度；无线列调在全路虽已普及，但仍存在场强的覆盖率低和频率不统一问题；列车运行监控装置监控功能不完善，在可靠性、准确性、稳定性方面还不理想；铁路专用通信设备水平落后。既有线路上使用的均是模拟设备，不同的业务使用的设备彼此间相互独立，造成行车指挥信息资源不能共享，维修检修困难，只能采用预防维修模式。承载地车安全检测、控制信息的专用移动通信平台基本上是空白；信息移频、交流计数、自动闭塞制式落后，超期严重，故障较多，移频自动闭塞不具备断轨检查功能，有些提速区段仍采用三显示方式。总之，我国铁路通信信号系统自动化程度需进一步提高，目前还不能生产适用于时速200公里以上的客运专线和高速铁路的列车运行控制系统，调度集中（CTC）刚刚起步，尚处在研发和应用的初级阶段。近年来，特别是铁路跨越式发展以来，我国铁路通信信号技术取得了很大进展，已实现了以机械信号为主向继电技术为主发展的现代化技术改造，目前正向微电子技术发展，现有的设备除个别为引进国外产品外，绝大部分实现了国产化。
我国新一代调度集中系统（CTC）建设应用取得突破，2004年4月份，新一代CTC在西宁--哈尔盖段正式投入运用，实现了列车进路和调车进路的集中自动控制，17个车站中的10个实现了行车岗位无人化。
路网篇
铁路路网是铁路运输的重要基础设施。铁路路网的规模、结构和质量，不仅直接反映出一个国家铁路的发展水平，也深刻地影响着一个国家铁路甚至整个国民经济的发展速度。世
界各国铁路发展史，集中体现为铁路路网不断优化和发展，谋求路网规模、结构、质量和谐统一的历史过程。
伴随铁路在全球范围内的复兴，人们逐步认识到路网在铁路发展和国民经济发展中具有基础地位和重要作用。因此，许多国家制定了长远路网总体发展规划，指导铁路建设和发展。如德国有“Netz21”路网发展规划、法国有“高速铁路总体计划”、意大利有“T型高速路网规划”、曰本有“整备新干线计划”、印度有“统一轨距工程”等。这些长远规划，明确勾勒出通过优化和发展路网，实现以高速、重载、安全、高效为主要方向的现代铁路发展趋势。
在路网的优化和发展中，各国都将改造既有线作为一篇大文章。无论是英、美、德、法等路网结构比较完善的发达国家，还是众多发展中国家，都纷纷加大既有线投资改造力度，提升既有线路能力。各国通过提高线路技术标准、强化线路结构、实施电气化改造和编组站自动化改造等，对线路基础设施进行全方位和全面改造。如英国铁路线路公司制定了10年基础设施改造计划，计划将客运能力提高30%，货运能力提高2倍。美、德等国也以提高速度为主，长期致力于路网基础设施改造。
在改造中，各国把一些“瓶颈”、拥堵区段和繁忙干线作为重点区段，通过单线改复线、实施电气化改造等措施大大提高线路运输能力。如曰本、法国、美国等许多发达国家铁路主要通道已经实现了四线甚至多线，客货列车分线运行，使运输效率大大提高。俄罗斯以铁路电气化为主要方向，不断提高运输能力。各国铁路还通过改造曲线半径、更新钢轨、更换道岔、延长车站到发线、更新信号设备等措施，不断强化线路结构，适应高速重载的要求。
在改造既有线的同时，各国也积极适应国土开发和扶助贫困地区需要，适应资源开发和新经济区的建设发展需要，适应经济全球化和区域经济发展需要大力修建新线。新线建设的主要方向是修建高速客货运专线和城际铁路，发展国际联运不断完善路网布局，谋求路网规模的扩大和路网质量的提高。
新线建设中，尤以客货运专线建设引人瞩目。几乎所有发达国家都建成了高速铁路网络，有了成熟、可靠的高速路网技术支撑。曰本已形成以几大新干线为主的全国高速干线网，为曰本经济高速增长起到重要作用。但曰本推行开发建设新干线的脚步还在继续。法国将发展高速铁路作为一项基本国策和重大战略，在推动高速路网通车里程不断扩大和高速列车开行密度不断加大方面始终坚定不渝。德国、美国高速铁路发展同样如火如荼。
无论改造既有线，还是修建新线，各国都着眼铁路长远发展不断完善路网布局，提升路网效率。如俄罗斯、法国等国在新线建设中，合理规划，围绕资源开发和贫困地区发展设计铁路线路，带动区域经济发展。英国则通过撤并一些小站，调整站车布局，提高路网质量，提高线路通过能力。
伴随各国经济发展和城市化进程加快，铁路也开始在城市轨道交通体系中扮演重要角色。一是通过构建完善的市郊铁路网，在特大城市郊区形成完善的客运轨道系统。二是在客流较大的地区修建市郊客运专线。法国市郊铁路占法国国铁总客运量的65%。德国在13个城市修建了城市快速铁路，分别承担了德国铁路总客运量和短途客运总量的66%和74%。
适应国际间贸易深入发展，发展国际联运也成为各国铁路路网发展的重要方向。北美、俄罗斯、欧盟国家铁路公司通过跨国合并发展和优化路网，在国际间经济往来中承担起重任。
客运篇
以客货分线，提高列车速度为主战略。
列车速度是一个国家铁路技术水平的最重要的标志。速度和价格是人们在选择交通工具时首先要考量的因素，也是交通工具占据市场的有力砝码。经过市场的检验，提高列车的速度成了大多数国家走出铁路发展低潮期的一个必然选择。
在提高客运速度时，首先要加以考虑的是客货分线。因为，客货混跑同一线路，由于货运与客运所需开发、增强的技术不一致，在线路的建设和维修上产生了矛盾；由于线路的单一，
在运输安排上又会互相干扰。这样，客货混跑不仅不能提高运行速度、增加车行密度以及发展重载运输，反而会让运输安全受到严重影响。这就是发达国家共同选择客货分线运输的客观原因之一。这种决定最根本的原因是客运专线列车最小行车间隔可达3分钟，列车密度可达每小时20列，理论上每小时最大运输能力可达2×32000至2×36000人，能够实现大量、快速和高密度运输。为提高服务质量和运输效率，发达国家都确定了在繁忙干线实行客货分线运输的技术政策和发展方向。目前，法国的客货分线运输里程占路网总里程的32%，德国占19%，英国目前正将4条干线改造为客运专线。从发达国家实践来看，客运专线取得了非常好的社会和经济效益。如法国3条客运专线每年输送旅客各2000多万人次，曰本4条客运专线自开业以来客运量增加6倍多。客货分线的目的之一就是提高运输速度，有了客运专线，客运的高速化和快速化也就理所当然地成了各个国家提高客运运输效能的共同话题。1964年，第一条高速铁路---东海道新干线在曰本诞生，这意味着世界铁路高速化开始形成了气候。1981年，法国第一条高速铁路---东南新干线开通，巴黎至里昂间开始行驶高速列车。1990年，法国创造了时速515.3公里的高速铁路世界纪录（这个纪录一直保持至今）。在德国，铁路为了保住所占的客运市场份额，近二三十年一直以提高旅客列车速度为主要战略，1991年，德国两条高速铁路相继开通。1992年，西班牙首条马德里至塞维利亚高速铁路开通。
未来中国铁路的发展
火车作为五大运输方式(铁路、公路、水陆、航空、管道）之一,在当今的运输业务中占了重要地位! 它充当了旅客、货物长距离运输。又由于铁路运输安全、迅速、不易受天气影响、对环境的影响远小于公路和航空。但目前随着大众时间观念的提高，铁路运输也面临巨大的挑战。然而中国国情的特殊性（中国农村人口及外出打工者多）而铁路的票价又比航空便宜，使铁路运输在长距离旅客运输中比航空要承担更大比例的运输任务。这也在一定程度上给铁路运输增加了困难！
虽然中国铁路经历了五次大提速，但速度仍然无法满足运输的需要。以前铁路自称为“铁老大”，但随着经济的发展，铁路面临的其他运输方式的挑战也越来越大。我们要从以前的“酒香不怕巷子深”改为“酒香也需勤吆喝”，这就需要我们提高铁路服务质量！ 而提高铁路服务质量，最关键的就是提高铁路运输速度！我们经历了铁路提速，而现在以提速来提高服务质量是很困难的。原因就是提速越来越难！ 为什么？ 因为我国目前主要是客货车混跑。中低速客车混跑，这就给提速带来很大的困难。货车遇到客车要给客车让路，低速客车要给中速列车让路，我们称之为会让和越行！
为解决这种情形，我国要发展高速铁路！ 高速铁路又称客运专线。即这样的线路上只跑客车，而且速度都在200km/h以上。这与我们现在130km/h左右是一很大的突破！到2020年我们将建成全国四纵四横的高速铁路线！ 具体是京哈客运专线（北京至哈尔滨1880公里）京广客运专线（北京至广州2230公里）京沪客运专线（北京至上海1300公里）杭州-宁波-深圳客运专线1600公里。四横是：青岛-济南-石家庄-太原客运专线770公里、徐州-郑州-洛阳-西安-兰州客运专线1400公里、南京-武汉-重庆-成都客运专线1900公里、杭州-南昌-长沙客运专线880公里。除此外，还有单线铁路线改为双线铁路线。磁悬浮列车、地铁也被运用到运输中。这给我们铁路运输一个很好的发展形势！
到2020年，我国铁路营业里程达100000公里。其中：客运专线12000公里、复线（双线）50000公里、电气化50000公里。
