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第1章 线路是重载铁路成功的关键 1

1.1 概述 1

1.2 与车辆的相互作用 3

1.2.1 轮对对线路的作用 4

1.2.2 列车悬挂部件和轨道响应 9

1.2.3 结论 15

1.3 轨道几何形位 16

1.3.1 几何形位的定义 16

1.3.2 轨距的几何参数 19

1.3.3 轨道找平 20

1.3.4 轨向 22

1.3.5 轨道几何形位的作用和特征 27

1.3.6 轨道几何形位要素之间的相互作用 31

1.4 轨道超高以及车辆互相作用 33

1.4.1 为短编组列车而平衡的超高 33

1.4.2 牵引和制动状态下的曲线伤损模式 34

1.4.3 列车作用力 37

1.4.4 轨道分析 38

1.4.5 满足超高要求的列车运行参数影响 39

1.4.6 长大坡道上长列车运行所需的超高 46

1.4.7 结论 48

1.5 轨道刚度 49

1.5.1 轨道刚度的作用 49

1.5.2 轨道特性对其刚度的影响 55

1.5.3 轨道过渡段及其重要性 56

1.5.4 轨道过渡段设计实例 57

1.6 轨道的横向稳定性 61

1.6.1 轨道横向稳定性问题概述 62

1.6.2 胀轨跑道机理与安全 67

1.6.3 影响胀轨跑道的主要参数 68

1.6.4 胀轨跑道分析方法 69

1.6.5 参数的影响 71

1.6.6 胀轨跑道安全评估新概念：风险评估 72

1.6.7 预防胀轨跑道的应用指南 73

第2章 铁路经济 78

2.1 概述 78

2.1.1 重载铁路的经济问题 78

2.1.2 简介 80

2.2 寿命周期成本法 80

2.2.1 寿命周期成本法简介 80

2.2.2 术语 81

2.2.3 方法 83

2.2.4 重载铁路寿命周期成本法案例 85

2.3 单位成本 87

2.3.1 概述 87

2.3.2 生产效率 89

2.3.3 列车晚点成本 90

2.3.4 每吨-英里成本估计 91

2.3.5 轨道质量和运营局限 92

2.3.6 重载铁路效益评价：北美铁道协会关于大轴重情况的经济性分析 93

2.4 寿命周期成本法在欧洲的实际应用 97

2.4.1 格拉茨技术大学寿命周期费用评估模型的基本定义和特征 99

2.4.2 轨道与道岔的优质组件分析论证 100

2.4.3 评估创新 103

2.4.4 创新部件评估 105

2.4.5 养护维修创新评估 108

2.4.6 结论 109

2.5 概要 109

第3章 轨道结构部件 115

3.1 概述 115

3.1.1 本章简介 115

3.1.2 重载铁路轨道和路基发展 115

3.2 钢轨 116

3.2.1 概述 116

3.2.2 钢轨伤损（病害） 116

3.2.3 钢轨钢的微观结构和化学特征 125

3.2.4 钢轨材质要求与性质 129

3.2.5 结束语 135

3.3 钢轨焊接 136

3.3.1 概述 136

3.3.2 焊接性能定义 136

3.3.3 理论背景 138

3.3.4 伤损和破坏模式 140

3.3.5 成功的焊接实例 143

3.3.6 其他钢轨焊接工艺 148

3.3.7 钢轨焊接前景 149

3.4 钢轨接头 149

3.4.1 概述 149

3.4.2 绝缘接头 150

3.4.3 非绝缘接头 153

3.5 道岔和铁路交叉 153

3.5.1 概述 153

3.5.2 道岔 154

3.5.3 交叉辙叉设计 162

3.5.4 有轮缘支承的特殊辙叉 163

3.6 轨枕、扣件和防爬器 165

3.6.1 概述 165

3.6.2 轨枕／扣件类型 165

3.6.3 木枕 166

3.6.4 塑料／复合材质轨枕 168

3.6.5 钢枕及弹性扣件 168

3.6.6 混凝土轨枕 169

3.6.7 特殊轨道结构部件和特殊环境 171

3.7 道砟和底砟 171

3.7.1 概述 171

3.7.2 道砟 171

3.7.3 底砟 174

3.8 路基 176

3.8.1 概述 176

3.8.2 土工技术要求 176

3.8.3 路基问题 178

3.8.4 路基的治理 181

3.8.5 路基填土的改善技术 182

3.8.6 土工合成材料 183

3.8.7 热拌沥青（HMA） 183

3.9 轨道过渡段 184

3.9.1 概述 184

3.9.2 轨道过渡段的明显变化 185

3.9.3 过渡段的解决方法 186

3.9.4 最佳实例 187

3.10 电气化线路的轨道结构 189

3.10.1 电气化线路轨道的特性 189

3.10.2 重载铁路牵引回流系统设计标准 191

3.10.3 钢轨总装和绝缘接头标准 193

3.10.4 与铁路自动化、远动和通信设备兼容的牵引回流网 194

3.10.5 重载铁路加强牵引回流系统的措施 195

3.10.6 其他 196

第4章 轨道检测 202

4.1 概述 202

4.2 重载铁路轨道检测 203

4.2.1 检测类型 203

4.2.2 数据管理与分析 205

4.3 全面的轨道检测 206

4.3.1 钢轨伤损检测和相关技术 206

4.3.2 轨距检查测试仪GRMS的应用和数据分析 213

4.3.3 钢轨应力测试技术 218

4.4 轨道几何形位和新技术 223

4.4.1 轨道几何形位检测系统 223

4.4.2 基于车辆性能的轨道几何形位检测 229

4.5 轨道部件／轨下基础状态检查 233

4.5.1 钢轨接头检查 233

4.5.2 轨下基础检测 234

4.6 摩擦系数检测 235

4.6.1 人工测量 236

4.6.2 自动 238

4.6.3 汇总和格式 239

4.6.4 未来的发展 241

4.7 智能基础设施 242

4.7.1 概述与技术要求 242

4.7.2 特殊轨道部件／道岔钢轨磨损 242

4.7.3 落石和岩土工程灾害 245

4.8 限界测量 247

4.8.1 重载线路限界 247

4.8.2 横向和垂向限界 247

4.8.3 轨道中心线距离 248

4.8.4 限界测量 248

4.8.5 限界处理 249

4.8.6 建筑限界和装载限重、限界 249

4.8.7 保持最小限界 250

第5章 线路重载化轨道改造 253

5.1 概述 253

5.2 运营中的重载密度评估 253

5.3 加强轨道结构 254

5.4 轨道部件 254

5.4.1 轨枕 254

5.4.2 钢轨 255

5.4.3 钢轨接头 256

5.4.4 扣件 257

5.4.5 轨下垫板 257

5.5 重视特殊轨道结构部件 258

5.5.1 道岔 258

5.5.2 辙叉 258

5.5.3 尖轨 259

5.5.4 护轨 259

5.5.5 绝缘接头 259

5.6 桥梁结构 260

5.6.1 条件评估 260

5.6.2 过渡段 261

5.6.3 更换 261

5.7 轨道设计和施工 262

5.7.1 概述 262

5.7.2 轨道设计参数 262

5.7.3 规划 264

5.7.4 土建工程 266

5.7.5 轨道施工方法 269

5.7.6 道岔施工 270

5.7.7 重载线路信号系统 270

第6章 轨道养护维修 275

6.1 概述 275

6.2 重载铁路轨道结构排水 275

6.2.1 概述 275

6.2.2 排水沟以及砟肩和路肩养护维修 276

6.2.3 推荐的轨道断面外部排水设备 277

6.2.4 表面排水 278

6.2.5 道砟和底砟的排水 279

6.2.6 脏污道砟 280

6.2.7 有利排水的道床养护 281

6.2.8 下部结构排水 282

6.2.9 轨道下部结构排水 283

6.2.10 非轨道地下水截留和排水 283

6.2.11 排水沟 284

6.2.12 排水沟的优势 285

6.2.13 排水沟设置 286

6.2.14 总结 290

6.3 钢轨打磨 290

6.3.1 概述 290

6.3.2 钢轨打磨原因 291

6.3.3 钢轨打磨定义 291

6.3.4 钢轨打磨理论 292

6.3.5 最佳的钢轨打磨实例 294

6.3.6 影响预防性钢轨打磨的因素 298

6.3.7 预防性打磨的金属磨削率 300

6.3.8 预防性打磨的打磨周期 303

6.3.9 钢轨打磨的表面磨光度 304

6.3.10 道岔打磨 305

6.3.11 钢轨打磨计划及质量管理 306

6.3.12 案例分析 309

6.4 钢轨润滑和摩擦改善 313

6.4.1 减小磨耗的摩擦 314

6.4.2 摩擦对横向作用力的影响 315

6.4.3 摩擦系数的目标 316

6.4.4 钢轨工作边润滑方法 317

6.4.5 钢轨工作边用润滑剂的特征 318

6.4.6 钢轨润滑最佳实例 319

6.4.7 钢轨顶面摩擦控制 323

6.4.8 100％有效的钢轨磨耗控制 327

6.5 钢轨应力放散与无缝线路中和轨温改善 328

6.5.1 概述 328

6.5.2 钢轨折断基本机理 330

6.5.3 中和轨温调整的新方法 334

6.5.4 实际应用的指导方针 337

6.5.5 中和轨温管理中应用的“智能技术” 339

6.6 道砟养护 340

6.6.1 概述 340

6.6.2 道床清筛 343

6.6.3 边坡清筛 350

6.6.4 道床的特殊维修方法 352

6.6.5 重载铁路最佳实例 353

6.6.6 轨道的打磨、起拨道和动力稳定 354

6.6.7 结论 369

6.7 养护管理分析工具 370

6.7.1 养护管理分析工具介绍 370

6.7.2 钢轨寿命预测和维修计划 371

6.7.3 轨枕寿命预测及维修计划 374

6.7.4 抄平预测及维修计划 375

6.7.5 风险管理模型 376

6.7.6 制作监测工具 377

第7章 重载铁路的桥梁和结构概述 381

7.1 铁路桥梁的类型 382

7.1.1 桥梁布局和构造 382

7.1.2 桥梁的建筑材料 384

7.1.3 铁路桥桥面 385

7.1.4 铁路桥梁上部结构 387

7.1.5 下部结构和基础 389

7.2 重载铁路桥梁评估 392

7.2.1 重载铁路桥梁检测 392

7.2.2 铁路桥强度 397

7.2.3 铁路桥梁的疲劳强度 399

7.2.4 重载运营桥梁的经济性 404

7.3 重载铁路桥梁的安全性和可靠性 408

7.3.1 铁路运营考虑 408

7.3.2 重载铁路桥梁的维护 409

7.3.3 既有桥梁的维修加固 411

7.3.4 既有桥梁的更换 417

7.4 有关重载铁路桥梁的特殊问题 419

7.4.1 重载铁路桥梁设计 419

7.4.2 重载作用下的纵向力 422

7.4.3 桥上无缝线路 427

7.4.4 铁路桥梁的抗震评估 430

7.4.5 桥梁健康监测 431

第8章 实例分析 434

8.1 概述 434

8.2 中国重载铁路运煤专线——大秦线 436

8.2.1 线路概况 436

8.2.2 年运量的增长及相应的技术问题 438

8.2.3 延长钢轨使用寿命 440

8.2.4 线路的评估与强化对策 442

8.2.5 桥梁结构加固和寿命评估 446

8.2.6 工务部门的努力 448

8.2.7 结束语 449

8.3 联合太平洋铁路公司重载粉河盆地运营线 450

8.3.1 概述和历史透视 450

8.3.2 运营现状 451

8.3.3 重载的挑战——轨道和材料设计的改进 455

8.3.4 当前的轨下基础构造 456

8.3.5 养护维修实践 457

8.3.6 检测方法 459

8.3.7 粉河盆地线效率和性能的改进 462

8.4 严峻环境下基础设施的挑战；瑞典的经验 466

8.4.1 概述 466

8.4.2 基础设施构造 469

8.4.3 轨道维修实践 474

8.4.4 将来的规划 476

8.5 南非铁矿石输出线电力牵引系统扩能 478

8.5.1 历史背景 478

8.5.2 目前的电力牵引系统 479

8.5.3 系统扩能的必要性 479

8.5.4 发展适合的电力系统 480

8.5.5 选择牵引系统 481