目 录
第1章 绪 论 .......................................................................................................... - 1 -
1.1 高速铁路发展史 .............................................................................................. - 1 -
1.1.1 高速铁路三次发展高潮 ........................................................................ - 1 -
1.1.1.1 高速铁路建设的第一次高潮 ...................................................... - 1 - 1.1.1.2 高速铁路建设的第二次高潮 ...................................................... - 2 - 1.1.1.3 高速铁路建设的第三次高潮 ...................................................... - 2 - 1.1.2 中国高速铁路发展概况 ........................................................................ - 3 - 1.2 铁路高速化的技术基础 .................................................................................. - 4 - 第2章 高速铁路轨道结构类型选择 .......................................................................... - 5 -
2.1 轨道结构类型 .................................................................................................. - 5 - 2.2 有砟轨道结构 .................................................................................................. - 5 -
2.1.1 钢轨 ........................................................................................................ - 5 - 2.1.2 轨枕 ........................................................................................................ - 6 - 2.1.3 扣件 ........................................................................................................ - 7 - 2.1.4 道床 ........................................................................................................ - 7 - 2.3 曲线轨道外轨超高 .......................................................................................... - 9 - 2.4 无缝线路概况 .................................................................................................. - 9 - 第3章 轨道各部分强度检算 ..................................................................................... - 11 -
3.1 按中速韶山9电力机车检算轨道各部件强度 ............................................. - 11 -
3.1.1 钢轨强度检算 ....................................................................................... - 11 -
3.1.1.1 检算所需公式及说明 ................................................................. - 11 - 3.1.1.2 检算过程 .................................................................................... - 12 - 3.1.2 轨枕弯矩检算 ...................................................................................... - 14 - 3.1.3 道床顶面应力检算 .............................................................................. - 17 - 3.1.4 路基道床压应力检算 .......................................................................... - 17 - 3.2 按中国高速列车ZGS检算轨道各部件强度 ............................................... - 18 -
3.2.1 钢轨强度检算 ...................................................................................... - 18 - 3.2.2 轨枕弯矩检算 ...................................................................................... - 20 - 3.2.3 道床顶面应力计算 .............................................................................. - 22 -
3.2.4 路基道床压应力计算 .......................................................................... - 23 -
第4章 路基上无缝线路设计 .................................................................................... - 24 -
4.1 无缝线路设计相关资料 ................................................................................ - 24 - 4.2 钢轨强度检算 ................................................................................................ - 24 -
4.2.1 检算目的 .............................................................................................. - 24 - 4.2.2 钢轨强度条件 ...................................................................................... - 24 - 4.3 稳定性检算 .................................................................................................... - 25 -
4.3.1 检算目的 .............................................................................................. - 25 - 4.3.2 长钢轨轴向温度压力计算 .................................................................. - 26 - 4.4 结构选择设计与相关计算 ............................................................................ - 29 -
4.4.1 温度应力式无缝线路铺设条件检验 .................................................. - 29 - 4.4.2 锁定轨温计算 ...................................................................................... - 29 - 4.4.3 伸缩区长度计算 .................................................................................. - 32 - 4.4.4 预留轨缝计算 ...................................................................................... - 32 - 4.4.5 防爬设备布置 ...................................................................................... - 34 - 4.4.6 轨条布置 .............................................................................................. - 34 -
第5章 我国发展高速铁路的意义 ............................................................................ - 35 -
5.1 我国高速铁路的建设规划 ............................................................................ - 35 - 5.2 铁路在经济发展中的纽带与动脉作用 ........................................................ - 35 - 5.3 铁路在国家安全中的战略与安全作用 ........................................................ - 36 - 结 束 语 ........................................................................................................................ - 37 - 参考文献 ........................................................................................................................ - 38 - 致 谢 ........................................................................................................................ - 39 - 附 录 1 .......................................................................................................................... - 40 -
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第1章 绪 论
1.1 高速铁路发展史
高速铁路的概念产生于德国，而高速铁路的实际应用则发源于日本。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515km，时速210km，称为东海道新干线，高速铁路由此产生。
法国高速铁路称TGV。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331km，使人们看到了这一技术的发展前景。2007年4月3日法国TGV最新型“V150”超高速列车行驶试验速度达到了574.8km/h，创下了有轨铁路行驶世界纪录。
德国ICE高速铁路的技术储备并不亚于法国，1988年5月德国ICE列车的实验运行速度就达到了406.9km/h。同时，德国和日本还在研究实验非轮轨接触式的磁悬浮列车，1979年德国修建了一个既有高架也有地面路轨的长达31.5km哑铃式的磁浮试验回路，列车空载最高时速达到450km，载客时速420km，平均时速度也有300km。
1.1.1 高速铁路三次发展高潮
高速铁路的发展可以划分为三个不同的阶段，即20世纪60年代至80年代末的第一次建设高潮，90年代初期形成的第二次建设高潮，以及90年代中期以后形成的第三次建设高潮。
1.1.1.1 高速铁路建设的第一次高潮
1964~1990年是世界上高速铁路发展的最初阶段。在这期间建设并投入运营的高速铁路有日本的东海道、山阳、东北和上越新干线；法国的东南TGV线、大西洋TGV线；意大利的罗马——佛罗伦萨线，以及德国的汉诺威——维尔茨堡高速新线，高速线里程达3198km。这期间，日本建成了遍布全国的新干线网的主体结构。除了北美以外，世界上经济和技术最发达的日本、法国、意大利和德国推动了高速铁路的第一次建设高潮。日本东海道新干线和法国TGV东南线的运营，在技术、商业、财政以及政治上都获得了极大的成功。东海道新干线在财务收支上已经成为日本铁路客运的主要支柱，TGV东南线也在运营10年的期限里，完全收回了投资。第一次建设高潮时期，高速铁路呈现出如下特征：由于采用了新技术，使得铁路的竞争力增强，铁路旅客运输在市场中所占的份额出现回升，经济效益开始好转；解决了运输能力紧张的
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问题；推动了沿线地区经济的均衡发展，促进了相关产业的建设；节省能源，降低对环境的污染。新建项目带动了既有铁路网的技术改造，使国家既有设施得到整治并从中受益。日本、法国、意大利和德国在建设高速铁路的初期，投入了大量的开发研究费用，利用自主知识产权建成了本国的高速铁路，成为当今世界上仅有的四个高速铁路技术保有国。
1.1.1.2 高速铁路建设的第二次高潮
高速铁路建设在日本和法国所取得的成就影响了很多国家。80年代末，世界各国对高速铁路的关注和研究酝酿了第二次建设的高潮。第二次建设高峰于90年代在欧洲形成，所波及到的国家主要有法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典和英国等。1991年瑞典开通了X2000摆式列车，1992年西班牙引进法、德两国的技术建成了471km长的马德里——塞维利亚高速铁路。1994年英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起，开创了第一条高速铁路国际连接线。1997年，从巴黎开出的“欧洲之星”又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。在这个期间，日本、法国、德国以及意大利对发展高速铁路进行了全面规划。根据1987年的计划，日本将再修建东北新干线（盛冈——青森）、北陆新干线（高崎——敦贺）、九州新干线（福冈——鹿儿岛）、九州新干线（福冈——长崎）、北海道新干线（青森——札幌）等5条新干线，总长达到1440km。1986年，意大利政府批准了交通运输发展规划纲要，准备修建横连东西（都灵——米兰——威尼斯）、纵贯南北（米兰——佛罗伦萨——罗马——那不勒斯），长达1230km的“T”型高速铁路网。法国于1992年由政府公布了建设全国高速铁路网的规划，根据规划，未来20年内高速铁路网将由4700km新线（其中1282km已于1997年开通投入运营）构成，新线建造费用预计达1800亿法郎（以1989年价格计）。1991年4月，德国联邦政府批准了联邦铁路公司改建、新建高速铁路2000km的计划。第二次建设高潮时期，高速铁路所表现出的特征体现在：已建成高速铁路的国家进入了高速路网规划和建设的年代；高速铁路的建设已经不仅仅是铁路部门的需要，修建高速铁路网成为地区之间相互联系的政治需求；能源和环境的要求呼吁发展无污染的高速铁路；出现了全国的和跨越国境的高速铁路网。 1.1.1.3 高速铁路建设的第三次高潮
高速铁路的建设与研究自90年代中期形成了第三次高潮，这次高潮波及到亚洲、北美、大洋洲以及整个欧洲，形成了交通领域中铁路的一场复兴运动。自1992年以来，俄罗斯、韩国、我国台湾、澳大利亚、英国、荷兰等国家和地区均先后开始了高速铁路新线的建设。据不完全统计，为了配合欧洲高速铁路网的建设，东部和中部欧洲的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊以及罗马尼亚等国家正在进行主干线铁路改
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造，全面提速。此间修建高速铁路新线的国家和地区达到12个，修建新线总长3509km。除了以上这些已经开工建设的项目，对高速铁路开展前期研究工作的国家还有土耳其、中国、美国、加拿大、印度、捷克等。与以前所不同的是，参与第三次高速铁路建设高潮的各个国家所表现出的特征主要体现在以下几个方面：大多数国家在高速铁路新线建设的初期即拟订了修建高速铁路的全国规划；虽然建设高速铁路所需资金巨大，但从社会效益、能源节约、治理环境污染等诸方面分析，修建高速铁路对整个社会具有很好的效益，这一点得到各国政府的共识；高速铁路促进地区之间的交往和平衡发展，欧洲国家已经将建设高速铁路列为一项政治任务，各国呼吁在建设中携手打破边界的束缚；高速铁路从国家公益投资转向多种融资方式筹集建设资金，建设高速铁路出现了多种形式融资的局面；高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。
1.1.2 中国高速铁路发展概况
为了适应我国经济发展的需要，我国高速铁路的建设问题也受到了高度重视，1990年以来，为提高列车运行速度，铁路系统已经经过六次大提速，其中包括对机车改造更新、线路改造、车辆更新、调度指挥系统信息化等等，这些措施已经取得了良好的成效。1991年，铁道部将经济发达的广州至深圳间147km的广深铁路改造成为准高速铁路，待取得经验后再进一步向高速铁路发展，该项目于1990年底经国家计委审查批准立项，于1994年底正式开通运营。其旅客列车速度为160～200km/h，不仅在技术上实现了质的飞跃，更主要的是通过科研与实验、引进和开发，为建设我国高速铁路做好了前期准备，成为我国铁路高速化的起点。2003年，我国第一条秦皇岛——沈阳快速客运专线建成并投入运营， 其中，山海关至绥北中间66.8km的综合试验段，按高速标准修建，旅客列车试运行速度在200km/h以上。通过秦沈线的建设和运营实践，可以摸索出适合中国国情的高速客运专线的技术标准、施工方法、运营管理及维护模式等一系列宝贵经验。
2004年1月7日，温家宝总理主持召开国务院常务会议，讨论并原则通过了《中长期铁路网规划》，明确了我国铁路网中长期建设目标：到2020年，全国铁路营业里程达到10万km，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电气化率达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。根据《中长期铁路网规划》，我国铁路将建成以京沪、京广、京哈、沪甬深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉的“四横四纵”客运专线为主体，城际客运专线为扩充的快速客运专线1.2万公里，客货混跑快速线路2万公里，形成我国铁路快速客运网。2008年8月1日，中国内地第一条设计时速350km的京津城际高速铁路投入运营，中国铁路正式
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步入高速时代。目前京沪、京卢、武广、石武、温福、合宁等高速铁路项目都已在建设之中。
1.2 铁路高速化的技术基础
高速铁路对高新技术的要求是全方位的：
(1) 要有大功率牵引机车。目前，一列普通客车所需的机车牵引功率为2000~3000kw，而一列时速300km的高速列车所需的机车牵引功率则高达10000kw。在现代铁路牵引动力的行列中，电力机车和内燃机车并驾齐驱，分担运输任务。两者比较，电力机车功率大、拉得多、跑得快、爬坡能力强，在运营中比内燃机车更胜一筹。一台电力机车的运输能力相当于1.5台内燃机车，而电力机车牵引每万吨/公里能耗仅为内燃机车牵引的2/3。当然，电力机车必须有供电系统，造价要高些，综合考虑，高速铁路必须采用大功率的电力机车。
(2) 要有又轻又稳的车轴。不仅如此，采用计算机技术设计的流线型车身以及采用智能化控制的车辆密闭通风结构，使高速列车具有极其良好的空气动力性能。车辆转向架是确保列车高速运行平稳的一个关键部件，采用计算机仿真技术来设计车辆转向架，同时采用先进的精确制造工艺和组装技术，能使车辆自身振动和线路干扰振动降低到最低水平。
(3) 要有良好的轨道基础。铁路是由一根根钢轨连接起来的。在普通铁路上，火车是在有缝线路上行驶，运行中会产生剧烈的震动，并发生噪声，影响旅客的休息，同时，因为车轮与钢轨的端部不断冲击，钢轨与钢轨的连接处轨缝就会产生凹陷现象，还使车轮和钢轨降低了使用寿命，隐患随之增多。高速铁路使用的是无缝线路，无缝线路与有缝线路相比，有显著的优越性，仅从节约劳力和延长设备使用寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约线路维修费用50%左右，此外，还可减少机车车辆的修理费，并能使火车运行平稳，旅客乘坐舒适。
(4) 要有先进的列车自动控制系统。该系统是由行车自动指挥、列车自动驾驶和列车自动防护三大部分组成。系统的特点是：以电子器件和微电子元件组成集中管理、分散控制的模式来替代传统的模式，从而确保高速列车高效率、高可靠性地行驶。日本是最早发展高速铁路的国家，40多年以来，从未发生过行车重大事故，创造了世界行车安全之最，其主要经验之一，就是采用了先进的列车自动控制系统。
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第2章 高速铁路轨道结构类型选择
2.1 轨道结构类型
当今世界上高速铁路客运专线轨道结构主要有两种类型：有砟轨道和无砟轨道。从实践经验看，两种轨道都可运行时速300km/h的高速列车。在高速铁路究竟铺设何种类型轨道结构，应从技术和经济角度全面衡量决定。从目前世界各国高速铁路运营情况来看，列车速度低于300km/h时，桥隧区段铺设无砟轨道，路基面宜铺设有砟轨道；当列车速度大于300km/h时，采用无砟轨道结构可较好保持轨道的平顺性，有利于列车的高速运行。
有砟轨道与无砟轨道各有优缺点，有砟轨道结构是铁路线路传统的结构，它具有弹性良好，造价低廉，更换与养护维修方便，吸收噪声特性好等优点。但随着行车速度的提高，其缺点也逐渐显现，首先有砟轨道会产生不均匀下沉，轨道破损和变形加剧，维修工作量增加。无砟轨道结构具有使用寿命长、维修费用低而且恒载小、建筑高度低、线路状况良好和宜于高速运行等优点，但其缺点是投资大、技术要求高、一旦出现损伤，维修费用较高而且不允许地基沉降。根据我国国情和铁路长期的运营经验，我国高速铁路客运专线路基地段宜铺设有砟轨道结构，桥梁和隧道可铺设无砟轨道。综合考虑我国经济技术等因素，本设计选用有砟轨道结构。
2.2 有砟轨道结构
2.1.1 钢轨
钢轨是轨道结构的主要部件，其作用是引导机车车辆车轮前进，承受车轮的巨
大压力并将该力传递到轨枕或其他支承上。因此，钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，对高速铁路而言，钢轨要提供的轮轨踏面平顺性和钢轨内侧工作边平顺性要比普通铁路高得多。为保证高速铁路运行的平顺性，线路下部基础、轨道上部结构以及各轨道部件都要为钢轨的正常工作提供良好条件。而钢轨本身，其内在质量、材料性能、断面公差、平直程度等都是十分重要的特性。钢轨在技术上要能保证足够的强度、韧性、耐磨性、稳定性和平顺性，在经济上要能保证合理的大修周期、减少养护维修的工作量。
我国钢轨随着铁路运输事业的发展经历了漫长的发展过程，钢轨类型形成了
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75kg/m、60kg/m、50kg/m的系列，钢轨材质主要有U71Mn、U74、PD3，其中PD3钢轨在强度、硬度和使用寿命上都比较占优势，近年来得到了比较广泛的使用。1998年，铁道部颁布了《时速300公里客运专线
36.373.035.425.410R30060kg/m钢轨暂行技术条件》，对60kg/m钢轨加以规范。
从钢轨单位质量上来看，在大轴重、大运量的重载线路上应采用60～75kg/m钢应采用60～75kg/m钢轨。高速客运专线铁路钢轨的断面应在既有铁路使用成熟的钢轨中选择，而我国也已形成75kg/m、60kg/m和50kg/m的断面系列，其中60kg/m钢轨应用最为广泛。综合各方面的技术要求和我国既有铁路钢轨运用情况，本客运专线设计选择使用60kg/m钢轨，定长为100m，材质为
1761:20R131:316.5轨，在列车运行速度超过160km/h的线路上
x1:3x1:97515075U71Mn，屈服极限σs＝457MPa，其横断面形 图2-1 60kg/m钢轨横断面图(单位：mm) 式如图2-1。
2.1.2 轨枕
虽然在高速铁路的发展中无砟轨道所占的比例越来越大，在许多国家已成为轨道结构的首选，但有砟轨道依然是铁路高速铁路轨道结构的主要形式，因此混凝土枕的性能和质量仍需重点关注。
在混凝土枕长度方面，我国I型和II型混凝土枕长度都是2500mm。长期使用结果表明，这个长度不能满足高速铁路的技术要求。而且世界各国的客运专线和高速铁路中无一例外地采用2600mm以上的混凝土枕。本设计采用III型预应力混凝土、无挡肩轨枕，轨枕长2600mm，每公里铺设1680根(按轨枕中心间距600mm，实际每公里为1667根)。Ⅲ型枕设计参数见表2-1。
表2-1 Ⅲ型枕设计参数
高速方案 Ⅲ型枕
轨下截面(mm) 中间截面(mm) 轨枕重量
(kg) 高度 宽度 高度 底宽 230
300
185
280
320
设计承载弯矩(kN·m) 轨下截面 19.05
中间截面 -17.30
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14.3石家庄铁道学院毕业设计
2.1.3 扣件
钢轨与轨枕的连接是通过中间连接零件实现的。中间连接零件也称扣件，其作用是将钢轨固定在轨道上，防止钢轨倾覆，保持轨距并阻止钢轨相对于轨枕的纵、横向移动。扣件必须具有足够的强度、弹性和耐久性，并有效地保持钢轨与轨枕的可靠联接。在钢筋混凝土轨枕轨道上，因其弹性小于木枕轨道，扣件还必须提供较高的弹性。扣件应允许调整钢轨高低，以保证轨面得平顺性，混凝土扣件还要求有良好的绝缘性能，此外，还应结构简单，便于安装及拆卸。 本设计使用的是弹条III型无螺栓式扣件，其利用预埋于轨枕中的铁件来保持轨距，承受横向力并固定弹条，以弹条扣压钢轨，尼龙块作为绝缘部件并用于调整轨距。弹条用BS970 251 A58级弹簧钢制作，其抗横向水平力的能力静态为100kN，动态70kN(荷载循环200×106次)；预埋铁座抗力不小于60kN。弹条III型扣件具有扣压力大(不小于11kN)、弹性好(弹性变形不小于12mm)等优点，特别是取消了混凝土挡肩，从而消除了轨底在横向力作用下发生横移导致轨距扩大的可能性，因此保持轨距的能力很强；又由于取消了螺栓联结的方式，扣压力易于保持，大大减少了扣件养护工作量，非常适用于客运专线和高速铁路的运输条件。因此本设计选择使用弹条III型无挡肩扣件其结构形式如图2-2。
1.弹条 2.预埋件 3.绝缘轨距块 4.橡胶垫板
图2-2 弹条III型无挡肩扣件
2.1.4 道床
碎石道床是有砟轨道的突出特点。散粒体道床不仅要承受轨枕传递的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。对高速铁路而言，散粒体道床的这些作用显得尤为重要。我国有砟道床标准的实验参数及物理力学指标都比较多，这是根据我国铁路道砟生产量大、材质差而又无法在短期内废止石灰岩等性能较差的道砟上的特定情况下提出的。根据《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》，我国高速铁路有砟道床应满足以下技术要求：
(1) 应采用碎石道砟，道砟的物理力学性能应符合特级道砟材质指标的规定。
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(2) 正线单线道床顶面宽度3.6m，道床厚度35cm，道床边坡1：1.75，砟肩堆高15cm，双线道床顶面宽度应分别按单线设计，高速铁路单线有砟轨道道床横断面形式见图2-3。
(3) 铺设III型枕地段，道床顶面高度应与轨枕中部顶面齐平；岔枕等其它类型轨枕地段的道床顶面应低于轨枕承轨面3cm。
(4) 桥上道床标准应与路肩地段相同。通过居民区的桥梁宜于道砟下铺设厚度为2.5cm的胶垫，砟肩至挡砟墙间以道砟填平。
(5) 隧道内道床厚度应与隧道外道床厚度相同，砟肩至边墙（或高侧水沟)间以道砟填平。
(6) 线路开通前，道床密实度不得小于1.75g/cm3，支承刚度不得小于120kN/mm，纵向阻力不得小于14kN/枕，横向阻力不得小于12kN/枕。
(7) 轨道电路道床电阻不应小于2??km。
研究表明，我国的一级道砟不适用于高速铁路，必须采用特级道砟。特级道砟相关技术和要求如下：
(1) 道砟由开山块石破碎筛分而成，颗粒表面全部为破碎面。 (2) 道砟颗粒形状和清洁度指标应符合下列要求： ① 针状指数不应大于20%，片状指数不应大于20%；
② 粒径0.5mm以下的颗粒含量的质量百分率不大于0.6%；粒径0.063以下的粉末含量的质量百分率不大于0.5%；
③ 道砟出场前应用水清洗，且不含黏土团及其他杂质。
《京沪高速铁路设计暂行规定》要求基床表层应采用级配碎石或级配砂砾石材料，其压实标准应符合下表的规定：
表2-2 采用级配碎石作基床表层时的压实标准
填料 级配碎石
级配碎石
中粗砂
厚度
压实标准
地基系数K30(MPa/m) 空隙率
备注
0.70 ≥190 <18%
0.55 ≥190 <18%
0.15 ≥130
表2-3 采用级配砂砾石作基床表层时的压实标准
路堤
填料 级配砂砾石
厚度(m) 0.70
压实标准
地基系数K30(MPa/m)
≥190
空隙率 ＜18%
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防护栅栏
绿 化通道
接触网支柱 电缆槽
基床底层 基床底层
2.3 曲线轨道外轨超高
机车车辆在曲线上行驶时，由于惯性离心力作用，将机车车辆推向外股钢轨，加大了外股钢轨的压力，使旅客产生不适，货物位移等。因此需要把曲线外轨适当抬高，使机车车辆的自身重力产生一个向心的水平分力，以抵消惯性离心力，达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均匀等，满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。高速客运专线轨道平面设计中，采用了较大的曲线半径，来满足高速列车的要求。
外轨超过度是指曲线地段外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。在设置外轨超过时，主要有外轨提高法和线路中心高度不变法两种。外轨提高法是保持内轨标高不变而只抬高外轨。线路中心高度不变时内外轨分别各降低和抬高超高值的一半而保证线路中心标高不变。我国客运专线采用外轨提高法。
外轨超高的计算由下式确定：
式中，vmax——线路设计最高行车速度；
R ——曲线半径，本设计选用的曲线半径为10 000m。
2.4 无缝线路概况
无缝线路是用标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，它既是轨道结构技术进
步的重要标志，也是高速重载轨道的最优选择。各国铁路竞相发展无缝线路，目前已累计铺设8000多公里。在轨道结构强化方面，60kg/m钢轨已经成为各干线的主要类型轨，轨下基础以II、III型混凝土轨枕为主，道床标准为特级硬质道砟轨道，尤其是跨区间无缝线路和无砟轨道的发展，为高速重载运输的发展打下了坚实的基础。
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图2-3 单线路堤标准横断面示意图
vmax2h?7.1R (2-1)
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无缝线路按钢轨内部的温度应力处理方式不同，可分为温度应力式和放散温度应力式两种类型。
温度应力式无缝线路是指把钢轨焊接成长轨节铺在线路上，拧紧扣件锁定后，由于各种线路阻力约束长轨节不能自由伸缩，一年四季随钢轨温度变化，长轨节内承受着不断变化的温度拉力或压力。长轨节端部之间的连接大多采用接头夹板及螺栓，其特点是结构简单，铺设维修方便。放散温度应力式无缝线路目前一般已经不使用。
我国无缝线路从1957年开始铺设，目前，京广、京沪、京沈等主要干线均已铺设无缝线路，并且客运专线应铺设跨区间无缝线路。
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第3章 轨道各部分强度检算
3.1 按中速韶山9电力机车检算轨道各部件强度
3.1.1 钢轨强度检算
韶山9电力机车前后有两个转向架，并且两个转向架之间距离较大，彼此影响很小，因此可任选一个转向架作为计算架来寻找最不利轮位。韶山9电力机车设计最高运行速度为170km/h，其轮重及轮距如图3-1。 3.1.1.1 检算所需公式及说明
(1) 钢轨基础弹性模量u，其定义为钢轨基础产生单位弹性下沉时，施加于单位长度钢轨上的压力，计算公式为：
u?D (3-1) a
4
4×102.9kN 2.15m 7.27m 2.15m 图3-1 韶山9电力机车轮重及轮距
式中，u——钢轨基础弹性模量(N/cm2或MPa)；
D——轨道刚度(N/cm)，计算钢轨应力时取为33×10N/cm，计算轨下基
础应力时取为140×10 N/cm；
4
a——轨枕间距，其值为60cm。
(2) 刚比系数k，钢轨基础弹性模量与钢轨抗弯刚度的相对比值称为刚比系数，用k表示，计算刚比系数k的公式为：
k?4u4EJ(3-2)
式中，E——钢轨的弹性模量，值为2.1×105MPa=2.1×107N/cm2；
J ——60kg/m钢轨断面对水平轴的惯性矩，值为3217cm4。
(3) 钢轨静弯矩Mj计算公式： (4) 钢轨动弯矩Md计算公式：
Mj?1?P?4k(3-3)
?Mj(1?α?β)f ?v?120km/h或v＞200km/h? ??Md??Mj[(1?α)(1?α1)?β]f ?120km/h＜v?160km/h? (3-4)
???Mj[(1?α)(1?α1)(1?α2)?β]f ?160km/h＜v?200km/h?- 11 -
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式中，Mj——静弯矩；
α——速度系数，由表3-2可查得；
β——偏载系数，直线上为0，曲线上一般取为0.15；
直线上取为1.25，R?800m的曲线上取为1.45。 f——横向水平力系数，
(5) 钢轨动弯应力?d1和?d2的计算公式：
Md?W1??? (3-5) Md??d2?W2???d1?式中，W1——钢轨底部断面系数，60kg/m钢轨的W1?396cm3； W2——钢轨头部断面系数，60kg/m钢轨的W2?339cm3。 3.1.1.2 检算过程
(1) 计算钢轨基础弹性模量u，根据式(3-1)有，
D3300002u???5500N/cm
a60
(2) 计算刚比系数k，根据式(3-2)有，
矩，计算结果见表3-1。
表3-1 韶山9电力机车当量荷载∑Pμ计算表
计算轮
项目 P(N) x(cm) kx μ Pμ(N) P(N) x(cm) kx μ Pμ(N)
轮位
动1 102900 0 0 1 102900 102900 215 2.567 -0.1062 -10928
动2 102900 215 2.567 -0.1062 -10928 102900 0 0 1 102900
动3 102900 942 11.247 1.588×10-5
1.63 102900 727 8.680 -0.0002 -20.58
∑Pμ(N)
k?4u5500?1?4?0.01194cm4EJ4?2.1?107?3217(3) 分别以1、2轮为计算轮，计算∑Pμ(N)，并选取其中最大值来计算钢轨的弯
动1 91973.6
动2 91951.4
由表3-1可知动1轮的当量荷载91973.6N为其中的最大值，用该值计算的钢轨
- 12 -
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弯矩作为检算钢轨强度的依据。
(4) 计算钢轨静弯矩Mj，根据式(3-3)得，
11Mj?P???91973.6?1925745N?cm ?4k4?0.01194(5) 计算钢轨动弯矩Md
表3-2 速度系数α
速度系
数 α α1 α2 α
速度km/h v≤120 120＜v≤160 160＜v≤200 v＞200
电力牵引 0.6v/100 0.3△v1/100 0.1△v2/100 1~1.5
内燃牵引 0.4v/100 0.2△v1/100 0.07△v2/100
电力牵引 0.45v/100 0.23△v1/100 0.08△v2/100 0.75~1.2
内燃牵引 0.3v/100 0.15△v1/100 0.05△v2/100
计算轨底弯曲应力
计算钢轨下沉及轨下基础部件用
根据表3-2计算电力机车轨底弯曲应力的速度系数：
0.6?120???0.72 100 ? 120) 0.3? (160?1? ? 0.12 100 ? 0.1? (170160)?2? ? 0.01
100则根据式(3-4)，计算钢轨动弯矩Md，
直线上： 曲线上：
Md?Mj?(1??)(1??1)(1??2)???f?1925745??(1?0.72)(1?0.12)(1?0.01)?0??1.25?4684374.7N?cm?4684.4kN?cm Md?Mj?(1??)(1??1)(1??2)???f?1925745??(1?0.72)(1?0.12)(1?0.01)?0.15??1.45?5852724N?cm?5852.7kN?cm
(6) 计算钢轨的动弯应力?d1和?d2，由式(3-5)得， 直线上：
曲线上：
?d1??d2??d1??d2?Md4684.4?=11.83kN/cm2=118.3MPaW1396Md4684.4?=13.82kN/cm2=138.2MPaW2339Md5852.7?=14.78kN/cm2=147.8MPaW1396Md5852.7?=17.26kN/cm2=172.6MPaW2339- 13 -
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60kg/m钢轨的温度应力?t?51MPa，屈服极限?s?457MPa，钢轨安全系数K=1.3，其允许应力为：
?????sK?457=351.5 MPa1.3直线上轨底应力：?d1??t?118.3?51?169.3MPa
轨头应力：?d2??t?138.2?51?189.2MPa 曲线上轨底应力：?d1??t?147.8?51?198.8MPa 轨头应力：?d2??t?172.6?51?223.6MPa
可见，无论直线还是曲线上，上述钢轨轨头和轨底的基本应力均小于允许应力
???，满足钢轨的强度条件。
3.1.2 轨枕弯矩检算
(1) 轨枕上静压力R0计算公式：
R0?ka?P??kx? (3-6) 2(2) 轨枕上动压力Rd计算公式：
?(1?α?β)R0 ?v?120km/h或v＞200km/h? ?Rd??[(1?α)(1?α1)?β]R0 ?120km/h＜v?160km/h? ? (3-7)
?[(1?α)(1?α1)(1?α2)?β]R0 ?160km/h＜v?200km/h?
(3) 轨枕下截面及中间截面弯矩计算公式：
??a12b??Mg????Rd?2e8 ? ? ? (3-8) ??3L2?4e2?8a1e?12a1L??Mc???Rd??4(3L?2e)???式中，a1——荷载作用点至枕端距离，取a1?50cm；
e——每股钢轨下，轨枕的全支承长度，e?110cm；
b?——枕下衬垫宽度，一般取轨底宽，取b??15cm。
L——轨枕长，本设计使用的III型混凝土枕长为260cm。
① 计算轨下基础弹性模量u，根据式(3-1)得，
u?D1400000??23333.3N/cm2a60- 14 -
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② 计算轨下基础刚比系数k，根据式(3-2)得，
k?4u23333.3?1 ?4?0.0171cm74EJ4?2.1?10?3217③ 分别以1、2轮为计算轮，计算?P?(N)，并选取其中最大值来计算钢轨的弯矩，计算结果见表3-3。
表3-3 韶山9电力机车当量荷载 P ? (N)计算表
计算轮
项目 P(N) x(cm) kx ?
轮位
动1 102900 0 0 1 102900 102900 215 3.6765 -0.0431 -4434.99
动2 102900 215 3.6765 -0.0431 -4434.99 102900 0 0 1 102900
动3 102900 942 16.1082 1.8×10-6 -0.01 102900 727 12.4317 -3.88×10-5
-12.01
??P?(N)
动1 98465
P?(N)
P(N) x(cm)
动2
kx ?
98453
P?(N)
由表3-3可知计算轮动1的当量荷载98465N为其中的最大值，该值用以计算轨枕静弯矩。
④ 计算轨枕上静压力R0，根据式(3-6)得，
ka0.0171?60R0??P??kx???98465?42536.88N=42.54kN
22⑤ 计算轨枕上动压力Rd，先计算速度系数?，由表3-2得轨下基础弯曲应力的速度系数：
直线上：
0.45?120?0.541000.23?(160?120)?1??0.0921000.08?(170?160)?2??0.008100??计算轨枕上动压力Rd，根据式(3-7)得，
Rd????1????1??1??1??2?????R0????1?0.54??1?0.092??1?0.008??0???42.54?72.11kN- 15 -
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曲线上：
Rd????1????1??1??1??2?????R0????1?0.54??1?0.092??1?0.008??0.15???42.54?78.49kN
⑥ 轨枕下截面正弯矩Mg计算，根据式(3-8)得，
直线上： 曲线上： 直线上： 曲线上：
?3L2?4e2?8a1e?12a1L?Mc????Rd4(3L?2e)???3?2602?4?1102?8?50?110?12?50?260?????78.49?4?(3?260?2?110)????564.34kN?cm??5.64kN?m?a12b??Mg????Rd?2e8??50215??????72.11?2?1108??684.25kN?cm?6.84kN?m?a12b??Mg????Rd?2e8??50215??????78.492?1108???744.79kN?cm?7.45kN?m⑦ 轨枕中间截面负动弯矩Mc计算，根据式(3-8)得，
?3L2?4e2?8a1e?12a1L?Mc???Rd?4(3L?2e)???3?2602?4?1102?8?50?110?12?50?260??????72.114?(3?260?2?110)????518.47kN?cm??5.18kN?mM? 19.05kN?mIII型混凝土轨枕的允许弯矩 ? g ? ? m ， ? M c ? ? ? 17.30kN ，所以? ?轨枕弯矩检算合格。
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3.1.3 道床顶面应力检算
道床顶面应力，无论是沿轨枕纵向还是横向，分布都是不均匀的，道床顶面上的最大压力可近似取为：
Rdm (3-9) be?
3Le3?26001100e ? ? ??? ? 1250mm式中，e?——轨枕有效支承长度， ； 8484b——轨枕地面平均支承宽度，III型轨枕值为300mm；
max?z? m——应力分布不均匀系数，取为1.6。
道床顶面应力检算，根据式(3-9)得， 直线上： 曲线上：
max?z?Rd78.49m??1.6?0.000335kN/mm2?0.34MPabe?300?1250max?z?Rd78.49m??1.6?0.000335kN/mm2?0.34MPabe?300?1250特级碎石道床允许应力??z??0.5MPa，因此道床强度满足要求。
3.1.4 路基道床压应力检算
道床压应力计算的基本假设：
① 道床上的压力以扩散角?按直线扩散规律从道床顶面传递到路基顶面； ② 不考虑相邻轨枕的影响； ③ 道床顶面的压力是均匀分布的。
根据以上假设，道床内部的压力传递如图3-2，轨枕横向及纵向的压应力扩散线交点分别为k1、k2，距枕底高度分别为h1、h2，
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K2
K1 Rd
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由图可知：
be?t (3-10) h1?cot? h2?co?22式中，? ——压力扩散角，??37°。
根据式(3-10)得，
b300cot??cot37°?200mm 22e?1250cot37°?833.3mm h2?cot??22h1?由已知条件，道床的计算厚度h?35cm，所以计算厚度在h1和h2之间，计算该区域道床应力的公式为：
Rd (3-11)
2he?tan??r?根据式(3-11)计算该区域道床应力， 直线上：
?r?Rd72.112??0.0001099kN/mm?0.11MPa °2he?tan?2?350?1250?tan37曲线上：
?r?Rd78.492??0.0001196kN/mm?0.12MPa °2he?tan?2?350?1250?tan37 新建砂粘土路基允许应力??1??0.15MPa，因此路基强度满足要求。
3.2 按中国高速列车ZGS检算轨道各部件强度
3.2.1 钢轨强度检算
中国ZGS高速列车设计最高行车速度为300km/h，其轮重与轮距如图3-3所示。 (1) 计算钢轨基础弹性模量u，根据式(3-1)有，
D330000u???5500MPa
a603.0m 8.46m 3.0m 图3-3 中国ZGS高速列车轮重与轮距
4×95kN (2) 计算刚比系数k，根据式(3-2)有，
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k?4u5500?1 ?4?0.01194cm74EJ4?2.1?10?3217(3) 中国ZGS高速列车的两个转向架距离较大，彼此影响很小，可任选一个转向架作为计算架。本设计选1、2轮作为计算轮来计算当量荷载∑Pμ(N)，并选取其中最大值来计算钢轨的弯矩，计算结果见表3-4。
表3-4 中国ZGS动车组当量荷载∑Pμ计算表
计算轮
项目 P(N) x(cm) kx μ Pμ(N) P(N) x(cm) kx μ Pμ(N)
轮位
动1 95000 0 0 1 95000 95000 300 3.582 -0.0133 -1263.1
动2 95000 300 3.582 -0.0133 -1263.1 95000 0 0 1 95000
动3 95000 1146 13.683 -0.24×10-6
-0.4 95000 846 10.101 -0.27×10-5
-3.5
∑Pμ(N)
动1
93736.5
动2 93733.4
由表3-4可知计算轮动1轮的当量荷载93736.5N为其中的最大值，该值用以计算钢轨静弯矩。
(4) 计算静弯矩Mj，根据式(3-3)得，
11Mj?P???93736.5?1962657N?cm ?4k4?0.01194(5) 计算钢轨动弯矩Md，由于ZGS高速列车设计行驶速度为300km/h＞200km/h，则由表3-2知只考虑速度系数?，?=1~1.5，本设计取?=1.3，根据式(3-4)得，
直线上： 曲线上：
Md?Mj[(1??)??]f?1962657?[(1?1.3)?0]?1.25?5642638.88N?cm?5642.64kN?cmMd?Mj[(1??)??]f?1962657?[(1?1.3)?0.15]?1.45?6972338.99N?cm?6972.34kN?cm(6) 计算钢轨的动弯应力?d1和?d2，根据式(3-5)得，
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直线上：
?d1?Md5642.64?=14.25kN/cm2=142.5MPaW1396M5642.64?d2?d?=16.65kN/cm2=166.5MPaW2339曲线上：
?d1??d2?Md6972.34?=17.61kN/cm2=176.1MPaW1396Md6972.34?=20.57kN/cm2=205.7MPaW2339
直线上轨底应力：?d1??t?142.5?51?193.5MPa
轨头应力：?d2??t?166.5?51?217.5MPa 曲线上轨底应力：?d1??t?176.1?51?227.1MPa 轨头应力：?d2??t?205.7?51?256.7MPa
无论直线还是曲线上，上述钢轨轨头和轨底的基本应力均小于允许应力???，满足钢轨的强度条件。
3.2.2 轨枕弯矩检算
(1) 计算轨下基础弹性模量u，根据式(3-1)得，
弯矩，计算结果见表3-5。
由表3-5可知计算轮动2轮的当量荷载93347.3N为其中的最大值，该值用以计算轨枕静弯矩。
(4) 计算轨枕上静压力R0，根据式(3-6)得，
ka0.0144?60P??kx???93347.3?40326.03N=40.33kN?22u?D1400000??23333.3MPaa60(2) 计算轨下基础刚比系数k，根据式(3-2)得，
k?4u23333.3?1?4?0.0171cm4EJ4?2.1?107?3217(3) 分别以1、2轮为计算轮，计算?P?(N)，并选取其中最大值来计算钢轨的
R0?
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表3-5 ZGS高速列车当量荷载计算轮
项目 P(N) x(cm)
动1
动1 95000 0 0 1 95000 95000 300 5.13 -0.0174 -1653
?P?(N)计算表 动3 95000 1146 19.60 -0.14×10-5
-6.8 95000 846 14.47 3.2×10-5
0.3
轮位 动2 95000 300 5.13 -0.0174 -1653 95000 0 0 1 95000
?P?(N)
kx ?
93340.2
P?(N)
P(N) x(cm)
动2
kx ?
93347.3
P?(N)
(5) 计算轨枕上动压力Rd，先计算速度系数?，由于ZGS高速列车设计行驶速度为300km/h＞200km/h，则由表3-2知只考虑速度系数?，本设计取?=1.2，?=1~1.2，根据式(3-7)得，
直线上：
Rd????1???????R0????1?1.2??0???40.33?92.76kN曲线上：
Rd????1???????R0????1?1.2??0.15???40.33?98.81kN
(6) 轨枕下截面正弯矩 g 计算，根据式(3-8)得， M直线上：
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?a12b??Mg????Rd?2e8??50215??????92.76?2?1108??881.43kN?cm?8.81kN?m石家庄铁道学院毕业设计
曲线上：
直线上： 曲线上：
?3L2?4e2?8a1e?12a1L?Mc???Rd?4(3L?2e)???3?2602?4?1102?8?50?110?12?50?260??????98.814?(3?260?2?110)????710.44kN?cm??7.10kN?m?a12b??Mg????Rd?2e8??50215??????98.81?2?1108??937.61kN?cm?9.38kN?m(7) 轨枕中间截面负动弯矩Mc计算，根据式(3-8)得，
?3L2?4e2?8a1e?12a1L?Mc????Rd4(3L?2e)???3?2602?4?1102?8?50?110?12?50?260?????92.76?4?(3?260?2?110)????666.94kN?cm??6.67kN?mIII型混凝土轨枕的允许弯矩 ? g 19.05kN ? m ， c ? ? ? 17.30kN ，所以轨? ? M?m? M? ?枕弯矩检算合格。
3.2.3 道床顶面应力计算
道床顶面应力检算，根据式(3-9)得， 直线上： 曲线上：
max?z?Rd98.81m??1.6?0.000422kN/mm2?0.42MPabe?300?1250max?z?Rd92.76m??1.6?0.000396kN/mm2?0.40MPabe?300?1250特级碎石道床允许应力??z??0.5MPa，因此道床强度满足要求。
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3.2.4 路基道床压应力计算
根据式(3-10)得，
b300cot??cot37°?200mm 22e?1250cot37°?833.3mm h2?cot??22h1?由已知条件，道床的计算厚度h?35cm，所以计算厚度在h1和h2之间，根据式(3-11)计算该区域道床应力，
直线上：
?r?Rd92.76??0.0001413kN/mm2?0.141MPa °2he?tan?2?350?1250?tan37曲线上：
?r?Rd98.81??0.0001456kN/mm2?0.146MPa °2he?tan?2?350?1250?tan37 新建砂粘土路基允许应力??1??0.15MPa，因此路基强度满足要求。
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第4章 路基上无缝线路设计
4.1 无缝线路设计相关资料
本设计选择在济南地区铺设无缝线路，已知济南最高轨温Tmax?62.5°C、最低轨温为Tmin?-19.7℃，高速列车为中国ZGS动车组。钢轨支承刚度D=33kN/mm，轨下基础刚度D=140kN/mm。
表4-1 区段线路条件
平面曲线半径R(m)
10 000
钢轨类型(kg/m) 60
轨枕种类 III型混凝土枕
配置(根/km)
1667
道床厚度h(cm) 35
基础弹性系
数
4.2 钢轨强度检算
4.2.1 检算目的
无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在动弯应力、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，仍能正常工作。此时，要求钢轨所承受的各种应力的总和不超过规定的容许值，并据此钢轨强度条件确定容许的轨温变化幅度。
4.2.2 钢轨强度条件
(1) 普通地段无缝线路的钢轨强度，按受拉和受压条件分别为：
?d1??t??c???? (4-1)
?d2??t??c???? (4-2)
式中，?d1——钢轨轨底最大动弯应力； ?d2——钢轨轨头最大动弯应力； ?t——钢轨温度应力；
?c——钢轨承受的制动应力，取10MPa；
?s457????351.5MPa 。 ——钢轨受弯容许应力， ?????K1.3 ?t??E?t (4-3)
式中，?——钢轨的线膨胀系数，取11.8?10?6/℃；
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E——钢轨的弹性模量，取2.1×105MPa=2.1×107N/cm2。
?t——当地最高或最低轨温与锁定轨温之差(℃)。
?E?11.8?10?6?2.1?105?2.48MPa/℃
钢轨受拉容许最大轨温降低幅度??ts?(℃)计算式为；
??ts??(2) 检算强度：
?t降?????d1??c? (4-4) ?E?E该区段直线和曲线上的钢轨动弯应力第3章已经计算，见下表4-2。
表4-2 钢轨动弯应力值(单位MPa)
计算条件 钢轨动弯应力
直线 118.3 138.2
中速
曲线(R=10 000m)
147.8 172.6
直线 142.5 166.5
高速
曲线(R=10 000m)
176.1 205.7
?d1
?d2
由于高速列车的动弯应力值均大于中速列车的动弯应力值，所以只按高速列车计算即可。
根据式(4-4)得， 直线上：
曲线上：
??ts????????d1??c?E351.5?142.5?102.48?80.2℃??ts????????d1??c?E351.5?176.1?102.48?66.7℃4.3 稳定性检算
4.3.1 检算目的
无缝线路稳定性检算的目的，在于研究在给定的道床横向阻力和具有原始弯曲的轨道框架刚度的条件下，温度压力必须限制在多大范围内才能保证线路的稳定。并据
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此确定无缝线路的锁定轨温，以及限制维修作业轨温和作业量，并判断钢轨受力状态。可见，稳定性检算的设计、铺设和维修都是十分重要的。
4.3.2 长钢轨轴向温度压力计算
无缝线路稳定性的计算，不在于求出临界温度压力，因为在这之前胀轨已很明
显，不能确保行车安全，而是在于具有一定原始弯曲的轨道，求出它产生横向位移时的温度压力值PN 。
(1) 稳定性检算相关公式及说明
① 根据能量法原理和定曲率法，可推导出变形曲线弦长l及温度压力值PN分别为：
??2223???EI??EI?1?22kkl??????EIk?f?foe?Q? (4-5) ???Q?R?R??4??? PN??EIk?2?f?foe42?Qll2?3 (4-6)
4?1?2f?foe?3??l??R??式中， l——变形曲线长度；
f——变形曲线矢度，取f =0.2cm；
foe——弹性初弯曲矢度；
?——轨道框架水平刚度换算系数，其值取2； Ik——钢轨对竖直轴的惯性矩，Ik?524cm4；
E——钢轨弹性模量，取值为2.1?105MPa?2.1?107N/cm2； R?——合成半径(cm)。
1118fop1???2? (4-7) R?RopRl0R式中，R——曲线半径(cm)，R=1×106cm；
l0——原始塑性弯曲半波长，取lo?l； fop——塑性初弯曲矢度；
Q——等效道床阻力，Q=84.3N/cm。
② 长钢轨容许温度压力计算方法： 将计算温度压力除以安全系数，得，
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?P??式中，PN——计算温度压力(N)；
K——安全系数，取K?1.3。
PN (4-8) K③ 稳定条件容许最大轨温升高幅度：
??tc???P??2??P (4-9)
2?EF式中，?P——对于路基地段无缝线路?P=0；桥梁地段无缝线路?P为桥上无缝
线路钢轨伸缩压力和挠曲压力中的较大者。
F——钢轨横断面面积，60kg/m钢轨F=77.45cm2。 (2) 稳定性检算过程 直线上：
假定l0?400cm，塑性初弯矢度fop?0.3cm，弹性初弯矢度foe?0.3cm，根据式(4-7)得，
118fop8?0.3??2??1.5?10?5cm?1 2R?Ropl04007 ?EIk?2?2?2.?11?05??242?12.?1712?10 Nmm根据式(4-5)得，
??2223???EI??EI?1??22kk?l? Q?R???R????EIk?4?f?foe?Q?????
3??21?11?511?511 ???2.172?10?1.5?10??2.172?10?1.5?10??2.172?10??0.2?0.3??84.3?84.3?4???
52?1.458?10cm
所以 l?382cm，计算得到的l与原假定l0?400cm不符。再设l0?382cm代入公
f0.3式：f oe ? ? l 0 2 oe 2 ? 382 2 ? 2 ? 0.27cm ，再将运算结果代入式(4-5)，再次试算l，得
400400
l2?1.4295?105cm2，所以l?378cm。该l与第二次设的l0?382cm不符，再设
，计算foe??，得 l0?378cm
?0.272foe2??foe?l0?378??0.264cm22382382代入式(4-5)，再求l2、l，得到l?377cm，基本与原l0?378cm一致，因此取
l?377cm作为变形曲线长度，foe?0.264cm作为原始弹性初弯矢度。
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计算温度压力值PN，根据式(4-6)得，
0.2?0.264422.172?1011???84.3?37723377?PN?4
0.2?0.264?3?1.5?10?5?3772??4.23?106N计算长钢轨容许温度压力?P?，根据式(4-8)得，
PN4.23?106?3.254?106N ?P???K1.3曲线上：
假定l0?377cm，塑性初弯矢度fop?0.3cm，弹性初弯矢度foe?0.264cm，根据式(4-7)得，
1118fop1 8 ?0.3?5 ? 1 6 ? 1.7 ? 10 cm ? 1 ???2?? 2R?RopRl0R 377 1 ? 10
?EIk?2?2?2.1?107?524??2?2.172?1011N?mm2
计算l，根据式(4-5)得，
??2223???EI??EI?1?22kkl? ?????EIk?f?foe?Q????Q?R?R??4???
3??21?11?511?511 ???2.172?10?1.7?10??2.172?10?1.7?10??2.172?10??0.2?0.264??84.3?84.3?4???
52?1.49562?10cm 所以 l?386.7cm，计算得到的l与原假定l0?377cm不符。再设l0?386.7cm代
foe0.26422?入公式： f ? 0.247cm ，再将运算结果代入式(4-5)，再次试?l?386.7?oe040024002算l，求得：
l2?1.47944?105cm2 l?385.6cm
该l与第二次设的l0?386.7cm相差不大，因此取l?385.6cm作为变形曲线长度，
foe?0.247cm作为原始弹性初弯矢度。
计算温度压力值PN，根据式(4-6)得，
0.2?0.24742.172?1011??3?84.3?385.622385.6?PN?4
0.2?0.247?3?1.7?10?5?385.62??2.94?106N- 28 -
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计算长钢轨容许温度压力?P?，根据式(4-8)得，
PN2.94?106?2.26?106N ?P???K1.3稳定条件容许的最大轨温升高幅度由式(4-9)得， 直线上：
3.254?106?2?0?84.7℃ ??tc??2?248?77.45曲线上：
2.94?106?2?0?76.5℃ ??tc??2?248?77.454.4 结构选择设计与相关计算
4.4.1 温度应力式无缝线路铺设条件检验
将由强度条件和稳定条件计算得的最大轨温升降幅度列于表4-3。
表4-3 最大轨温升降幅度(单位：℃)
线路条件 直线 曲线(R=10 000m)
??ts?
80.2 66.7
??tc?
84.7 76.5
Tmax?Tmin
82.2
?t锁
8~10
检验该区域是否可以铺设温度应力式无缝线路的条件是：
??ts????tc??Tmax?Tmin??t锁
80.2?84.7?164.9＞82.2??t锁 66.7?76.5?143.2＞82.2??t锁
因此，在该区段直线和曲线上，均可铺设温度应力式无缝线路。
4.4.2 锁定轨温计算
为了与施工时的锁定轨温相区别，这里将设计锁定轨温称为中和轨温。 对于温度应力式无缝线路来说，钢轨锁定后，轨温升高或下降的幅度直接影响钢轨内部温度力的变化，如何根据当地气象条件选择铺轨时的锁定轨温，以保证夏季高温时不跑道，冬季低温时钢轨不折断是无缝线路设计的核心问题。中和轨温就是根据
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当地最高、最低轨温和无缝线路允许温升、允许温降，计算所得的无缝线路设计锁定轨温。实际施工时，应根据该设计锁定轨温，即中和轨温对线路进行锁定。
(1) 计算容许铺轨轨温的上下限 直线上：
t上?Tmin???ts???19.7?80.2?60.5℃t
下?Tmax???tc??62.5?84.7??22.2℃曲线上(R=10 000m)：
t上?Tmin???ts???19.7?66.7?47℃t下?Tmax???tc?
?62.5?76.5??14℃(2) 设计锁定轨温(中和轨温)计算公式
T?Tmax?Tmin??ts2?????tc?e2??Tk 式中， Te——设计锁定轨温；
Tmax——当地历年最高轨温； Tmin——当地历年最低轨温；
?Tk——设计锁定轨温修正值，一般可取0~5℃。
根据式(4-10)得， 直线上：
T62.5?19.780.2e?2??84.72?5 ??19.2?5?℃曲线上： Te?62.6?22.866.7?71.8
2?2?5??17.4?5?℃
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(4-10)
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根据以上计算可知直线上和曲线上都可用的中和轨温范围为14.2℃~24.2℃，本设计暂取中和轨温为Te?20℃ 。
(3) 锁定轨温计算图(如图4-1)
Tmax ??tc? ??ts? Tm Te Tn 图4-1 锁定轨温计算图
Tmin 在计算出锁定轨温Te 后，可给出设计锁定轨温的上、下限，即： 设计锁定轨温上限：Tm?Te?(3?5)℃?23?25℃ 取Tm?25℃ 设计锁定轨温下限：Tn?Te?(3?5)℃?15?17℃ 取Tn?15℃ 设计锁定轨温上下限应满足下式条件：
Tm?Tmin???ts?Tmax?Tn???tc?
(4) 最大升温幅度?tmax升和最大降温幅度?tmax降分别为
?tmax升?Tmax?Tn?62.5?15?47.5℃?tmax降?Tm?Tmin?25???19.7??44.7℃
(5) 最大温度压力和拉力
max Pt压??EF?tmax升?248?77.45?47.5max Pt拉?912361N??EF?tmax降?248?77.45?44.7?858580N
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(6) 检算最大温度压力峰
max P峰压?max Pt拉+max Pt压2912361?858580 ?2?885470.5N(7) 换算max P峰压时所对应的轨温升高幅度?t升
?t升??max P峰压?EF885470.5
248?77.45?46.1℃R=10 000m曲线上，?t升?46.1℃＜??tc??76.5℃，满足无缝线路稳定条件。因此设计锁定轨温(中和轨温)可以取Te?20℃ 。
4.4.3 伸缩区长度计算
伸缩区长度的计算公式为：
max Pt?Rj (4-11) l伸?r式中， l伸——伸缩区长度(mm)；
max Pt——钢轨最大温度拉力或压力(N)；
Rj——接头阻力，取570 000N； r——道床纵向阻力，取12N/mm。
根据式(4-11)得，
max Pt?Rjl伸?r?912361?570000?28530mm12l伸应取标准轨长的整数倍，故取l伸=50m。
4.4.4 预留轨缝计算
长轨节一端伸缩量?1计算公式：
max P?R???tj22EFr标准轨一端伸缩量?2计算公式：
?1(4-12)
?2?max P?R??l??tjEFrl22EF(4-13)
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式中，?2——标准轨一端伸缩量(mm)；
l——标准轨长度的一半(mm)。
计算长轨节一端伸长量?1?和缩短量?1??，根据式(4-12)得，
?1????max Pt压?Rj?22EFr?858580?570000?22?2.1?105?7745?12?2.1mm?1?????max Pt拉?Rj?2
2EFr?912361?570000?22?2.1?105?7745?12?3.0mm计算标准轨一端伸长量?2?和缩短量?2??，根据式(4-13)得，
max P????2rl2?EF2EF2500025000212?()?858580?570000??22 ??2.1?105?77452?2.1?105?7745?1.7mmt压?Rj??lmax P?????2rl2?EF2EF2500025000212?()?912361?570000??22 ??2.1?105?77452?2.1?105?7745?2.1mmt拉?Rj??l长轨与标准轨之间的预留轨缝为?，
最高轨温时，保证轨缝不顶严的预留轨缝值为?1：
?1??1???2??2.1?1.7?3.8mm
最低轨温时，保证螺栓不受力的预留轨缝值为?2：
?2??0??1????2???18??3.0?2.1??12.9mm
所以，?1?3.8mm＜?＜?2?12.9mm，本设计取?=8mm。 标准轨与标准轨之间的预留轨缝为??，
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??石家庄铁道学院毕业设计
最高轨温时，保证轨缝不顶严的预留轨缝值为?1?：
?1???2???2??1.7?1.7?3.4mm
最低轨温时，保证螺栓不受力的预留轨缝值为?2?：
?2???0??2????2???18??2.1?2.1??13.8mm
所以，?1??3.4mm＜??＜?2??13.8mm，本设计取??=8mm。
??4.4.5 防爬设备布置
在铺设无缝线路的地段，应考虑在伸缩区、固定区和缓冲区按不同要求布置足够的防爬设备。但本设计在该区段铺设无缝线路时使用弹条III型扣件的混凝土枕，因一根轨枕上的扣件阻力(32kN)远大于一根道床的纵向阻力(14kN)，因此，本设计中可不布置防爬设备。
4.4.6 轨条布置
跨区间无缝线路和区间无缝线路的轨条布置应满足下列要求：
(1) 跨区间无缝线路长轨条长度不受限制，区间无缝线路的长轨条长度应以车站最外道岔间的距离减去两个缓冲区长度计算；
(2) 长轨条可由若干单元轨节组成，区间内单元轨节长度宜为1000~2000m，最短不应小于200m，每组无缝道岔应按一个单元轨节计；
(3) 下列地段宜单独设计为一个或数个单元轨节： ① 长大桥梁及两端线路护轨梭头范围之内； ② 长度超过1000m的隧道；
③ 大跨度连续梁的两端设置调节器时，单元轨节长度应与每联连续梁长度相同。
跨区间无缝线路、区间无缝线路按单元轨节等距离设置位移观测桩，桩间距离不宜大于500m，单元轨节长度不足500m整数倍时，可适当调整桩间距离。
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第5章 我国发展高速铁路的意义
5.1 我国高速铁路的建设规划
目前，持续高速发展的国民经济对交通运输的巨大需求得不到满足，铁路运输成为了经济发展的巨大制约。针对这种情况，我国高速铁路的建设规划发展如下：第一，对选定的既有线进行改造，以较少的投资、较短的时间建成旅客列车时速达160km的准高速铁路，并在其中设置供高速列车运行的试验段，在积累经验的同时，为我国大量的既有线进一步提高速度提供技术储备；第二，在21世纪初，建成一条时速达250～300km的高速客运专线，以后再逐步发展。十年中持续实施六次大提速的成功实践，大大加快了中国铁路现代化的历史进程。通过以全面引进核心技术、实现消化吸收再创新、增强自主创新能力为主的途径，科研人员整合和再创新研制出了适合我国国情的高速动车组及电力机车系列，完成了对既有铁路线的提速改造和对高速铁路技术的内化吸收，取得了重大成果。世界高速铁路客车的设计与制造等关键技术的掌握，对于我国高速铁路的发展和建设具有重大的开创意义。建设中的京沪高速铁路是迄今为止我国投资规模最大、技术含量最高、具有世界先进水平的高速铁路，正线全长约1318km，全线为新建双线，设计时速350km，初期运营时速300km，共设置21个客运车站。该项工程预计5年左右完成，2010年投入运营。京沪高速铁路建成后，与既有京沪铁路实现客货分流。
5.2 铁路在经济发展中的纽带与动脉作用
21世纪以来，世界经济发展总体上处于调节、休整、攀升阶段。全球经济一体化进程的加快使得当前经济的发展具有以下特点：世界性产业结构分工加剧、经济实体集团化发展的区域范围扩大、国与国之间经济发展相互依存度提高、生产要素和物资跨国界、大范围、长距离、大宗量、快速流转的交换物流格局开始形成。
我国是人均资源严重不足的国家，许多重要资源人均占有量均低于世界平均水平，其中人均耕地仅相当于世界水平的42%。铁路具有运力大、占地省、能耗低、污染少、全天候、适应性强的技术经济比较优势。可持续发展战略的实施要求建立以铁路为骨干的资源节约型、环境保护型的现代化交通体系。国民经济持续快速增长，工业化、市场化、城镇化进程的加快，必将带动全社会人员、物资加快流动，使全社会运输需求总量持续增长。随着人民水平的不断提高和经济结构的优化升级，旅客、货
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主对运输快捷舒适、经济便利、安全正点等方面的质量要求越来越高，运输市场结构将发生深刻变化。铁路安全度高、舒适性强，作为大众化的交通工具，必须全面提高运输质量。
实施西部大开发战略，促进区域经济协调发展，是关系全国发展的大局。铁路具有长距离、大能力、低成本的技术经济优势，这要求铁路在巩固边防、扩大本地区对外开放、将西部资源优势转化为经济优势、带动经济发展和加快当地致富步伐中，进一步发挥先行作用。
高速铁路的兴建和正常运行需要大批的修建人员，铁路建成后将在沿线形成大批的中、小城市，这将促进农村的城市化进程，带动沿线区与外界商品、技术、人员、物资的交流和流通，吸引资本的投入，形成新的经济发展产业群，为我国的工业化，信息化，城镇化建设提供新的发展契机。高速铁路的兴建和正常运行将创造许多新的就业机会，这将加快我国目前产业结构的调整，为企业整合合并、产业链的升级优化产生的剩余劳动力提供了就业分流渠道，缓解了当前企业和单位的人事改革难题。同时，高速铁路作为新兴的高新技术产业，将推动和诱发相关产业的配套发展。
5.3 铁路在国家安全中的战略与安全作用
东亚是世界上最具经济活力的区域，同时也是世界上最大的贸易与投资市场之
一。我国是东亚地区、也是世界经济快速发展的重要力量，我国铁路建设就是世界经济快速发展的“火车头”。历史发展的轨迹表明，亚欧大陆始终是国际政治的中心舞台，亚欧大陆板块的腹地，历来也是各种政治力量竞相角逐的战略要地。一方面，我国已有和正在规划、建设的国际铁路运输通道对于资源、物资的输入输出，具有重要的经济、政治、军事意义；另一方面，国际经验表明：作为交通运输的铁路是强化控制和保护领土的最有效的工具。作为亚洲最大的陆权国家，必须从全球发展定位和国家经济角度、领土完整及国防安全的战略高度认识中国铁路具有的重大现实和战略意义。在国际市场经济一体化进程和国内可持续发展的和谐发展理念的战略层面上，铁路发展的地缘政治战略和安全作用毋庸置疑。
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结 束 语
在本设计的书写和成稿过程中，我对国内外高速铁路客运专线的各方面知识都有了一个更加深入的了解、理解和学习，并熟悉了相关的作业程序，也加深了对有关客运专线铁路轨道设计规程的了解。
在这段时间的学习中，对高铁客专做了比较详细的分析，明确了高速铁路设计所需要计算及检验的钢轨、轨枕的强度刚度等关键问题。这为我以后步入社会的工作和学习打下了坚实的基础，开阔了我的视野，拓广了自己的知识面，使我能有机会接触到更多的学习机会。
在对高铁客专的资料查询、搜索、整理和了解过程中，我侧重对国内外已经修建和即将修建的线路所使用的技术做了深入了解，在对一些外文期刊和杂志等资料的阅读和查询过程中，我同时也接触到了很多与本专业和课题相关的专业词汇、语句，提高了自己在外文翻译方面的能力，对拓展自己在接受国外先进技术接受消化能力方面有很大帮助。
整个本页设计的成稿过程也是我的一个学习的过程，它使我学到了一些相对课本来讲更为专精的相关专业知识和理论，对我以后的工作有很大促进帮助作用。
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参考文献
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致 谢
首先要感谢我的毕业设计指导老师——马超老师，在整个毕业设计过程中，马老师总是悉心指导，她不仅提供了我做设计所必须的一些资料，耐心为我讲解疑难问题，而且对于设计中我所忽略的环节提出了许多许多宝贵的意见，使我能够圆满的完成毕业设计课题。
其次要感谢我的同组同学，谢谢同学的帮助、指正。我们互相交流意见，扩展思路，才使得毕业设计更加趋于严谨和完善。
最后要感谢校领导的关心与支持，感谢学校为我们提供了一个良好的环境，促进了我们毕业设计的顺利完成。
毕业设计已经结束，再次对全体指导老师、校领导、以及同学们在此次设计期间所给予的帮助和支持表示我由衷的谢意。
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附录1
High speed railway system and its social value
Ignacio·ParkHeon
The definition of high-speed railway needs to consider a number of specific norms. According to the provisions of the European Union in strict sense of the term high-speed means the train that runs at a speed more than 250km per hour when it is in the new dedicated high-speed line.
On certain conditions,after renovation of the existing lines using tilting train technology it can also reach the requirement of running the train which moves at 200km per hour (or slightly lower).This kind of line can also be called high-speed, because at most of the time the business running speed of these two types of high-speed lines are very similar .
Technically,200km/h is a very important ridge.The traditional train which drived by a locomotive train cannot run more than 200km/h. High-speed railway locomotives must use two or more powered engines to compose a multi-power train.On the other hand, the existing lines even after the greatest degree of renovation it can only reach the speed of 200km/h (220km/h and 240km/h belong to individual ceiling speed). If we need reach a higher speed we must build a special dedicated lines,moreover, special transmission system and signal indicative of the train control system is needed for the high-speed railway signal system when the train is faster than 200km/h.
Systematicness
The most important principle of high-speed railway is the systematicness. It involves such as Infrastructure,Rolling stock,Signal system,Operating rules,Maintenance system, Station,Marketing,Financing, Management and so on. It means that high-speed railway is not only a faster train and high-performance conveyance.In factly, high-speed railway is a extremely complex system project which is made up of the most efficient infrastructure, the most advanced rolling stock, the most modern design, the most powerful maintenance of security system, the most advanced operation and management system. Of course, it also includes excellent marketing strategy,cost-effective financing system and the detailed
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evaluation system for social and economic benefits,etc., all these aspects get together perfectly,each performs its own functions,constitutes a high-speed railway system.
Diversity
High-speed railway has a number of different forms,even though high-speed railway system in all aspects as mentioned above is very similar,but from a global perspective, there are some differences between high-speed railway systems,some systems especially noticeable differently. For example,different high-speed mode operation requires the application of different standards,whether passenger or goods lines,trains are running to follow the standard. In addition,different modes of high-speed train,corresponding to the highest speed,the construction and operation of various standards closely related indexes are not all the same,customer service,marketing mode will exist great difference.In a word,different countries must develop different high-speed railway mode which suits its actual need.
High-performance
Set aside the mode to achieve high-speed is not mentioned,simply from the perspective of passenger high-speed in a sense means high-performance. A further indicator is the high- freedom. For all other modes of transport couldnot catch up with the high degree of passenger’s freedom. High-speed railway line is smooth, stable, train running smoothly, the vibration and swing range is very small, everyone can occupy a much larger activity space than transport by plane or car, the seats are spacious, the facilities are advanced, the equipments are completed, even if the trains run at the speed of F1 Formula Racing passengers can move about freely at any time convenient to use electronic appliances, without the need for the use of seat belts and safety measures broadcasting.
High-security
Security is the most important factor that needs to be considered when we chouse the transportation mode, it is also the first element. The use of advanced high-speed railway train operation control system can guarantee the necessary of two trains a safe distance and prevent train collision and positive accident. Almost all the fixed facilities and mobile devices which are related to train operation have a high degree of information-based diagnostic and monitoring equipment and scientific maintenance system. It has forecast warning devices for some natural disasters which may endanger the safety of train running. All of these constitute the high-speed railway’s modern and perfect security system. This
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system can prevent human errors, equipment failures and natural disasters, accidents caused by unexpected events. High-speed railway has been operating for more than four decades of practice. Except Germany, June 3, 1998 roll-over accident occurred in 101 people were killed and 23 October, 2004 the first time in the earthquake in the operation of the Shinkansen train derailment occurred in a serious accident (no one died), there were no other passenger casualties.
High-accuracy
The safety and security of high-speed railway system is not only ensured the safety of train operation, but also made the advantage of railway transport all-weather got more sufficient developed. Besides the train is likely to be endangered by natural disasters, it was hardly be affected on atmosphere and climate conditions.
With the accelerated pace of life, people not only increased the value of time, but also put forward higher requirements on the accuracy of transportation. The impact of air transport by the climate, it is difficult to achieve quasi-point flights, and sometimes suspended. Highway congestion is also frequently so the traffic delay is unavoidable. As the high speed railway accident is almost zero, plus 24-hour can run normally, so high-speed train has always running in a very stable system operation, the punctuality rate is very high. Japan Tokaido Shinkansen trains an average late less than 0.3 minutes, almost as punctual as a watch. This is a modern that any other mode of transportation can not catch up with. If the Spanish AVE high speed train five minutes late behind schedule they would return all passengers the ticket fare. This is also a modern any other mode of transportation can not catch up with.
High carrying capacity
Like all other rails high-speed railway system also has a very large transport capacity. In certain circumstances, a daily delivery of high-speed railway passenger traffic even as high as 36 million passengers, such as Japan's Tokyo - Osaka. The great transport capacity of high-speed railway plays a important role for mitigating urban traffic congestion and improve the efficiency of passenger travel and promote economic development along the line,moreover,it is in favor of the connet of every area then curb the vicious self-expansion of big cities effectively.
When a new high-speed railway line is put into operation, the increase transport capacity of the entire transport system is not only determined by their own transport capacity, but also depended on the original route of the passenger carrying or goods flow
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weather transfer, whether liberation of capacity for passenger transport area or process. In addition, the new high-speed line as a result of the use of technologies, on the need to design a different business model, which will result in the differences in transport capacity. At present, countries around the world as well as the various railway companies have adopted their own definition of high-speed railway, the use of technology and business model led to lines of different types of equipment planning and design, as well as the use of procurement there is a considerable difference.
Low investment
Project investment is a important factor that Constraints whether any kind of modern transportation way can develop rapidly. The investment of high-speed railway project is higher than the ordinary rail, but not higher than the highway. For example, the investment of French high-speed railway infrastructure costs cheaper than the 4-lane highway at 17%. It was estimated that urban areas in the United States the cost of the construction of high-speed railway is only 1/4~1/5 of highway. All these show that the investment of high-speed railway project is relatively low in the high-speed traffic.
High benefit
Highway traffic jams and accidents cause great damage to the national economy. The costs of European Union countries in resolving highway traffic jams is about 2.6%~3.1% of the GDP, the total amount is between 900,00 ~1000,00 million in U.S. dollars, equivalent to the total investment of high-speed rail network across Europe.
The direct benefit of building high-speed railway is very good. According to the statistics, The total investment of Japan's Tokaido Shinkansen is 3800,00 million yen. Due to the rapid growth of passengers after the train operation and the transportation cost is only 1/5 of the airplane, in the seventh year after the formal operation all the investment has been recovered, the direct economic benefits in the end of 20th century, has been 13.5 times of the amount investment.The French TGV high-speed line operators is also good. In the mid-90 of 20th century, South-East Line and the Atlantic TGV line net profit rate has already reached 31% and 21%, operating for 11 years or 12 years will be able to repay the investment.
Based on the factors above, we can conclude that the high-speed railway system will become the most common infrastructure in the future of passenger services market and become the most important vehicle that carries passengers travel.
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高速铁路系统及其社会价值
伊格纳西欧·巴宏
高速铁路的定义需要考量多个特定的指标，按照欧盟的规定，严格意义上的“高速”是指在新建的专用高速线路上以每小时不低于250km的速度运行。
在某些条件下，既有线路经过改造，应用摆式列车技术，也可以达到运行200km时速（或者稍低）列车的要求，这类线路也可以称之为“高速”，因为在大多数时间这两类“高速”线路的商业运行速度是非常相近的。
从技术上来说，200km/h是一个重要的分水岭。由一个火车头带动车厢运行的传统列车不可能在200km/h以上的速度运行。高速铁路必须运用两个以上机车的合成多动力列车，另一方面，既有线路即使经过最大程度的改造，也只能达到200km/h的运行速度（220km/h和240km/h属于极个别的极限速度了）。更高的速度就要求必须修建特殊的专用线路，而且，时速在200km/h以上的高速铁路的信号系统也需要特殊的传输系统和列车控制室的信号指示系统。
系统性
高速铁路首要的原则是系统性，它涉及到诸如基础设施、机车车辆、信号系统、运行规则、维修系统、车站、市场营销、融资、管理等各个方面。这就意味着高速铁路不仅仅是一列速度更快的列车或者高性能的交通工具，事实上，高速铁路是一个由最高效的基础设施、应用最先进技术的机车车辆、最现代化的设计、最强大的维修保障体系、最先进的运营管理体系构成的一个极其复杂的系统工程。当然，这其中还包括优秀的市场行销策略，高效的融资体系和详尽的社会经济效益评价体系等等，所有这些方面高效完美的整合在一起，各司其职，构成了高速铁路系统。
多样性
高速铁路有多种不同的形式，尽管高速铁路系统在如上所述的各方面非常相似，但是从世界范围来看，各地的高速铁路系统还是有一定的差别，某些系统差别尤其显著。比如，不同的高速模式需要适用不同的运行标准规范，不论是客运线路还是货运线路，列车的运行都要遵循这个标准规范，另外，不同的高速实现模式，相应的列车最高运行速度、车站建设标准等各种与运行密切相关的指标都不相同，对应的客户服务、营销模式等也会存在很大的差别。总之，不同的国家必须制定出不同的适合自己实际需要的高速铁路模式。
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高性能
抛开高速实现模式不提，单纯从顾客的角度来说“高速”在某种意义上意味着“高性能”。“高性能”具体来说就是较高的商业运行速度，总耗费时间上具有竞争力的点对点运输服务，较高的运行频率，高可靠性及舒适度，具有竞争力的价格，当然，最重要的是高安全系数。一个进一步的指标就是“高自由度”，让所有其他运输模式望尘莫及的高乘车人身自由度，高速铁路线路平顺、稳定，列车运行平稳，震动和摆动幅度很小，每一旅客所占有的活动空间，比乘坐飞机和汽车都大得多，座位宽敞，设施先进，装备齐全，即使列车运行在F1方程式赛车的速度，乘客也能在列车上自由的走动，随时方便的使用电子电器等随身装置，而不需要使用安全带以及安全指南广播等安全措施。
高安全性
安全性是我们选择运输方式时需要考虑的最重要的因素，因此也是第一要素。高速铁路采用先进了列车运行控制系统，能保证前后两列车必要的安全距离，防止列车追尾及正面冲撞事故。几乎与行车有关的固定设施与移动设备都有信息化程度很高的诊断与监测设备，并有科学的养护维修制度。对一些有可能危及列车安全的自然灾害，设有预报预警装置。所有这些构成了高速铁路现代化的、完善的安全保障系统。这一系统可以防止人为的过失、设备故障及自然灾害等突发事件引起的事故。高速铁路已有四十多年运营实践，除德国1998年6月3日发生的翻车事故造成101人死亡和2004年10月23日在地震中首次出现运行中的新干线列车发生脱轨的严重事故（无人死亡）外，未发生其他乘客伤亡事故。
高准确性
高速铁路的安全保障系统不仅保证了告诉列车运行安全，也使铁路运输全天候的优势得到了更充分的发挥。除可能危及列车安全的自然灾害外，几乎不受大气和气候条件的影响。
随着生活节奏的加快，人们除了时间价值观念日益增强外，还对交通运输的准确性提出了更高的要求。航空运输受气候影响，航班很难做到准点，有时还会停航。高速公路也是经常发生堵塞，行车延误在所难免。由于高速铁路事故率几乎为零，再加上全天候都可正常运行，因此高速列车始终是在一个十分稳定的系统中运行，其正点率非常高。日本东海道新干线列车平均晚点不到0.3分钟，几乎与钟表一样的准。这是其他任何一种现代交通运输方式都做不到的。西班牙AVE高速列车晚点5分钟就要向旅客退回全部票款。这也是其他任何一种现代交通运输方式都做不到的。
高运载能力
高速铁路系统和其他所有铁路一样具有非常大的运输能力，在某些特定的环境
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下，一条高速铁路每天可运送的旅客量甚至高达36万人次，比如日本的东京——大阪。高速铁路巨大的运输能力对于缓解城市交通拥堵，提高旅客出行效率，带动沿线经济发展具有重要作用，而且有利于各地的快速连接，进而有效遏制大城市的恶性自我膨胀。
当一条新的高速铁路线路投入运营时，整个运输系统运输能力的提高不只决定于高速线路自身的运能，也取决于原有线路承载的客流或货流是否会转移，进而能否解放出部分运力用于运送区域内客流或者货流。另外，新的高速线路由于采用技术不同，就需要设计不同的运营模式，由此就会产生运能上差别。目前，世界各国乃至各国内部的各个铁路公司都采用了他们自己对高速铁路的定义，采用技术及运营模式的不同导致线路规划设计以及各类装备的采购使用都存在着相当大的差别。
低投资
工程投资是制约某种现代交通运输方式能否得到迅速发展的重要因素。高速铁路的工程投资要高于普通铁路，但并不比高速公路高。例如，法国高速铁路基础设施造价要比4车道的高速公路节约17%。有人估计在美国城区修建高速铁路其造价仅为高速公路的1/4~1/5。这些都说明，高速铁路工程投资在高速交通中是比较低的。
高效益
高速公路的交通堵塞和事故给国民经济带来了巨大的损失，欧共体国家用于解决高速公路堵塞的费用约占国民生产总值的2.6%~3.1%，总金额在900~1000亿美元之间，相当于整个欧洲高速铁路网的全部投资。
修建高速铁路的直接经济效益是很好的。据统计，日本东海道新干线总投资为3800亿日元，由于投入运营后客流迅速增长，而运输成本只有飞机的1/5，正式投入运营的第7年便全部收回投资，其直接经济效益在20世纪末，已是投资额的13.5倍。法国TGV高速线运营情况也不错，20世纪90年代中期，TGV东南线和大西洋线净盈利率就分别达到31%和21%，运营11年或12年就能偿还投资。
基于以上各方面的因素考虑，我们可以断定高速铁路系统必将成为未来客运服务市场的最普遍的基础设施，成为承载旅客出行的最主要工具。
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