1.2　高速鐵路基礎設施概況

鐵路基礎設施是指構成鐵路路網的固定設施，是行車的基礎和保障，它由線路、橋涵、隧道、站場、電力、通信信號等系統組成，此外還包括雨量監測、風速風向監測、異物侵限報警、地震監測在內的高速鐵路防災安全系統。鐵路基礎設施資產規模很大，達到全路運輸業固定資產的70％～80％。

1.2.1　路基

路基是軌道的基礎，也叫線路下部結構。高速鐵路的出現對傳統鐵路路基的施工和養護提出了新挑戰。與普速鐵路路基相比，高速鐵路路基主要表現為以下三個特點：

（1）高速鐵路路基為多層結構系統。與傳統的軌道、道床、土路基結構形式相比，高速鐵路路基結構既能用于有砟軌道，也能用于無砟軌道。對于有砟軌道，在道床和土路基之間，已拋棄了將道砟層直接放在土路基上的結構形式，構成了多層結構系統。

（2）控制變形是路基設計的關鍵。采用各種不同路基結構形式的首要目的是為了給高速線路提供一個高平順、均勻和穩定的軌下基礎。由散體材料組成的路基是整個線路結構中最薄弱、最不穩定的環節，是軌道變形的主要來源。日本東海道新干線的設計速度為220km/h，由于其在設計中僅采用了軌道的加強措施，而忽略了路基的強化，以至于從1965年起，因為路基的嚴重下沉，線路變形嚴重超標，不得不對線路大舉整修，列車運行平均速度降到100～110km/h。

（3）路基質量的重要性更加突出。路基沉降變形問題相當復雜，是一個世界性的難題。日本及歐洲等國雖然實現了高速，但都是通過采用高標準的強化線路結構和高質量的養護維修技術來彌補這方面的不足。

圖1-2是高速鐵路某區段路基照片。

1.2.2　橋梁

高速鐵路橋梁有以下三個特點：

（1）橋梁結構的比例明顯增多。高速鐵路中橋梁的比例大、高架橋和長橋多，同時也是保證建設周期和安全運營的關鍵。其原因是在軟土地區及其他地質條件較差的地區，修建橋梁作為軌道下部基礎，可以利用橋梁剛度大、變形小的特點，來保證軌道的平順性，以滿足高速行車的需要。例如滬寧高速鐵路南京至上海段正線共有特大橋57座，總長186.047km，占線路總長50％以上。

（2）橋梁變形控制更加嚴格。橋上線路與路基上、隧道中的線路不同，除了基礎沉降外，橋梁結構在列車活載通過時產生的變形和振動，風力、溫度變化、日照、制動、混凝土徐變等因素作用下產生各種變形，會干擾線路平順性。

（3）重視線橋相互作用。高速鐵路修建時需一次鋪設跨區間無縫線路，以保證軌道的平順和穩定，而橋梁在列車荷載、制動和溫度變化時要產生位移，當梁、軌體系產生相對位移時，橋上鋼軌會產生附加應力。因此，高速鐵路橋梁必須考慮梁軌共同作用，盡量減小橋梁的位移與變形，以限制橋上鋼軌的附加應力，保證橋上無縫線路的穩定和行車安全。

圖1-3、圖1-4是高速鐵路某區段的橋梁實景，圖1-5、圖1-6是高速鐵路橋梁與城市軌道交通高架、道路高架交叉實景。

1.2.3　隧道

高速鐵路隧道與一般鐵路隧道相比有諸多不同，主要體現在空氣動力學特性方面。當列車高速進入隧道時，由于隧道邊壁限制了隧道內空氣側向和向上流動，使列車前方空氣受壓，氣壓升高，隨著列車通過，氣壓隨之降低，即隧道內某一點的空氣會經歷先壓縮后膨脹的瞬變過程；另外車輛進入隧道口時會產生壓力脈沖，使旅客的耳朵產生不適；微氣壓波也會產生空氣動力學噪聲，對附近建筑物產生影響。因此，對隧道的洞口段、橫斷面、隧道結構的耐久性、洞內設施等都提出了較高的要求。

圖1-7是高速鐵路某區段隧道出口實景。

1.2.4　軌道

有砟軌道是鐵路的傳統結構，但隨著行車速度的提高，其不均勻沉降產生的列車振動會使得軌道破損和變形加劇，從而使維修工作量顯著增加，維修周期明顯縮短。根據德國高速鐵路資料，當行車速度為250～300km/h時，其線路維修費用約為行車速度為160～200km/h時的2倍。同時，考慮在橋隧結構上，無砟軌道減少了二期恒載和建筑高度，較有砟軌道更為有利。無砟軌道在高速行車時不用擔心道砟飛濺。無砟軌道應用已從橋梁、隧道發展到土質路基和道岔區。如滬寧高速鐵路鐵路正線K0+955～K291+435段及引入虹橋站聯絡線均采用無砟軌道結構。由于無砟軌道一旦損傷整修困難，對日常養護維修要求較高，并且國內外還沒有成熟的養修技術和管理體系，要保障行車的高安全性和高平順性，只能通過不斷的經驗累積和探索實踐，進行嚴檢慎修。圖1-8是高速鐵路某區段無砟軌道實景圖。

1.2.5　車站房建

高速鐵路車站房建設備具有以下特點：

（1）由于客流較大的原因，高速鐵路車站的站房屋架、雨棚普遍采用大跨度網架結構，如廣州南站房屋架跨度達。

（2）高鐵站房在設計時不僅要考慮結構的可靠性和耐久性，還要考慮舒適美觀的效果，大量選用新型建筑材料。

（3）高速鐵路的車站房建設備，包括雨棚、站臺帽、擋水板、吸音板、跨線天橋、跨線候車室及其給排水、消防設備設施，均與行車緊密相關，直接涉及運輸安全。

圖1-9為武廣高速鐵路武漢站效果圖。

1.2.6　牽引供電系統

牽引供電系統主要由牽引變電所和接觸網兩部分組成，所以將電力機車、牽引變電所和接觸網稱為電氣化鐵道的三大元件。電力機車靠其頂部升起的受電弓和接觸網接觸獲取電能。牽引變電所將電力系統輸送來的110kV三相交流電變換為27.5（或55）kV單相電，然后以單相供電方式經饋電線送至接觸網上，電壓變化由牽引變壓器完成。電力牽引供變電系統是指從電力系統接受電能，通過變壓、變相后，向電力機車供電的系統。

牽引供電回路是由牽引變電所、饋電線、接觸網、電力機車、鋼軌、大地或回流線構成，另外還有分區亭、開閉所、自耦變壓器站等。圖1-10是高速鐵路牽引供電系統示意圖。圖1-11為高速鐵路某區段道岔及接觸網實景圖。

1.2.7　通信信號系統

通信信號系統是高速鐵路服務安全正點的重要保障，它以車站設備為基礎、通信網絡為骨架，集調度指揮、行車控制、設備監測和信息管理等功能于一體，包括信號網絡系統、運輸調度指揮系統（調度集中CTC系統）、列車運行控制系統、計算機聯鎖系統、信號設備集中監測系統、信號供電系統等。圖1-12是高速鐵路某區段通信信號系統地面設備布置示意圖。

與普速鐵路相比，高速鐵路的通信信號系統有以下特點：

（1）高速鐵路設置綜合調度系統，對列車運營指揮實行集中控制方式。

（2）取消了傳統的地面信號機，采用先進的列車控制系統。

（3）采用計算機網絡傳輸和交換與行車、旅客服務相關的信息。

由于通信信號系統采用的電子設備更新換代較快，因此在維修方面不僅面臨工作量較大的挑戰，還面臨如何適應設備更換快、技術要求高等問題。