- 鐵道線路工程概論(第二版)
- 王保成 韓峰
- 4728字
- 2019-11-04 11:03:31
第一節(jié) 世界鐵路基本狀況
一、以鐵路為骨干的交通多樣化時代
目前,世界上比較成熟的現(xiàn)代化運輸方式有鐵路、公路、水運、航空和管道運輸五種。這五種運輸方式都是隨著工農業(yè)生產和科學技術的發(fā)展先后出現(xiàn)和發(fā)展起來的。
水運是最早出現(xiàn)的運輸方式。在19世紀以前,工農業(yè)和城鎮(zhèn)大都是沿著水系發(fā)展的。美國的工業(yè)首先是在五大湖流域起家的,德國內河沿岸的工業(yè)總產值占全國的三分之一以上。同樣,我國的工農業(yè)也是沿著長江、黃河兩大水系和東南沿海發(fā)展的。
1825年,英國的發(fā)明家斯蒂芬遜發(fā)明了蒸汽機車,英國修建了世界第一條鐵路,開創(chuàng)了鐵路運輸方式,從而使工農業(yè)布局擺脫了水系與沿海,深入到腹地,在工業(yè)發(fā)達的國家出現(xiàn)了修建鐵路的高潮,一直持續(xù)到20世紀20年代末。
第二次世界大戰(zhàn)以后,在第三次工業(yè)革命浪潮的推動下,世界交通運輸領域發(fā)生了革命性變化,傳統(tǒng)的陸路運輸格局被徹底改變。公路、航空、管道等現(xiàn)代交通運輸方式迅速興起,對鐵路形成了強大的替代性競爭,綜合交通運輸體系逐步形成。特別是20世紀50年代末到80年代末,由于公路運輸?shù)臋C動靈活與門到門,航空運輸?shù)母咚俦憬莸葍?yōu)勢,使得公路和航空運輸快速發(fā)展,鐵路幾乎壟斷陸上客貨運輸?shù)臅r代結束,鐵路的地位和作用逐步弱化。在其他運輸方式的強烈競爭下,鐵路運量大幅度下降,經(jīng)營出現(xiàn)大面積虧損,有些國家甚至拆除了部分運量不大的鐵路。
然而,公路、航空業(yè)的迅速發(fā)展,在給人們出行提供更多便利的同時,也給人類社會可持續(xù)發(fā)展帶來負面影響。20世紀70年代爆發(fā)的世界石油危機給過分依賴汽車和飛機的發(fā)達國家?guī)砹藨?zhàn)后最嚴重的經(jīng)濟危機,讓人們重新審視交通政策。近年來,隨著自然環(huán)境的日益惡化和以石油為代表的化石能源的日益枯竭,人類社會開始思考和探索建設一個綠色環(huán)保交通運輸體系的有效途徑,鐵路以其綠色的本質重新煥發(fā)了青春。
在全球能源緊張、環(huán)境惡化的大背景下,鐵路以其獨特的技術經(jīng)濟特征,再次進入人們的視野。在高新技術的推動下,高速鐵路技術與貨運重載技術快速發(fā)展,鐵路運量大、節(jié)能、環(huán)保、快捷、安全的優(yōu)勢更加突出。按照完成單位運輸周轉量造成的環(huán)境成本測算,航空、公路客運分別是鐵路客運的2.3倍、3.3倍,貨運分別是鐵路的15.2倍、4.9倍。同時,在完成同樣運輸任務的情況下,鐵路的占地和排放二氧化碳、氮氧化物等污染物的數(shù)量遠小于公路和航空等交通方式。由于鐵路具有降耗和減排的顯著優(yōu)勢,許多工業(yè)發(fā)達國家紛紛投入巨額資金,積極發(fā)展高速重載鐵路和城市軌道交通。發(fā)展中國家也投入巨資,修建鐵路,擴大鐵路網(wǎng)。現(xiàn)在,從各國的交通運輸發(fā)展情況來看,世界已經(jīng)進入了以鐵路為骨干的交通多樣化時代。
二、世界鐵路發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)2014年世界銀行統(tǒng)計,世界鐵路營業(yè)里程約113萬km,其中美洲占34.5%以上,歐洲占29.9%以上,亞洲占25.5%,非洲占6.3%,大洋洲占3.8%。其中鐵路營業(yè)里程最長的十個國家是:美國22.82萬km,中國11.18萬km,俄羅斯8.53萬km,印度6.58萬km,加拿大5.2萬km,德國3.34萬km,澳大利亞3.84萬km,法國3.0萬km,巴西2.98萬km,墨西哥2.67萬km。
總體來看,世界鐵路里程在2014年比20世紀80年代末減少了20萬km,主要是因為北美鐵路在路網(wǎng)優(yōu)化中大幅地關閉鐵路,歐洲鐵路里程也有小幅減少,但進入21世紀后,俄羅斯、亞洲國家、非洲國家、拉美國家和部分歐洲其他國家的鐵路又處在建設和發(fā)展之中,所以世界鐵路營業(yè)里程已基本止住減少勢頭。但發(fā)展中國家的鐵路路網(wǎng)密度仍低于歐美發(fā)達國家水平。主要國家鐵路按國土面積和人口計算的路網(wǎng)密度見圖1-1和圖1-2。

圖1-1 2014年主要國家鐵路路網(wǎng)密度(面積)

圖1-2 2014年主要國家鐵路路網(wǎng)密度(人口)
三、世界鐵路大聯(lián)網(wǎng)
隨著各國經(jīng)濟的發(fā)展和世界經(jīng)濟一體化的趨向,世界各國對外貿易迅速增長,鐵路在國際貿易貨運方面發(fā)揮了重要作用。國際鐵路聯(lián)盟倡導和組織了一系列的國際工程,提高鐵路競爭力,與有關各國政府共同組織“洲際走廊”工程,通過鐵路—海路聯(lián)運,將美洲、亞洲、中東、歐洲聯(lián)在一起,簡化運輸手續(xù),提高運輸能力和運輸速度,增加鐵路收益。
1.歐洲
1992年在布魯塞爾召開了全歐高速鐵路規(guī)劃會議,確定了歐洲高速鐵路遠期發(fā)展總體規(guī)劃,包括歐共體各國及奧地利和瑞士在內,高速鐵路發(fā)展將達到2.3萬km,其中新線1.2萬km。對于整個歐洲(不包括前蘇聯(lián))而言,高速鐵路網(wǎng)里程最終將達到3.5萬km,其中2萬km為新線。1994年歐盟通過了在2010年建成2.9萬km的泛歐高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃,并選定了9個優(yōu)先項目。其中從倫敦—巴黎—布魯塞爾的英、法、比三國高速網(wǎng)已于1994年5月開通,時速250km。1996年6月2日正式運營的新一代高速列車——“泰里斯”(Thalys)最高時速達300km,運行于法、比、德、荷四國之間。
西班牙、葡萄牙和法國合作發(fā)展西南歐高速鐵路網(wǎng),其連接線路是:里斯本(葡)—馬德里(西)—巴黎、巴塞羅納(西)、塞維利亞(西)—納爾榜(法)。
瑞典、丹麥和德國合作形成西歐大陸網(wǎng):馬爾默(瑞典)—哥本哈根(丹麥)—歐登塞(丹麥)—漢堡(德)。
北歐各國改造擴建既有線高速鐵路網(wǎng):奧斯陸(挪威)—斯德哥爾摩(瑞典)—馬爾默—哥本哈根。
東北歐:赫爾辛基(芬蘭)—圣彼得堡(俄)聯(lián)網(wǎng)。
歐非大陸橋:西班牙和摩洛哥兩國在直布羅陀海峽海底鐵路隧道項目上達成了許多共識,擬從西班牙塔里法到摩洛哥北部的馬拉巴塔角修建直布羅陀海峽隧道。隧道全長為37.7km,其中27.2km位于海底以下300m深處,工程預計2025年建成。
2.亞洲
新加坡與馬來西亞合作擴建一條準高速鐵路:新加坡—吉隆坡—曼谷,采用法國TGV技術。
1996年中、緬、老、越、柬、泰六國達成鐵路聯(lián)網(wǎng)協(xié)議,修建“泛亞鐵路”。泛亞鐵路東起中國昆明,經(jīng)既有的昆玉鐵路,新建的玉溪至河口準軌鐵路,在河口口岸與越南鐵路相連,并經(jīng)柬埔寨、泰國、馬來西亞的鐵路網(wǎng)后抵達新加坡,全長約5400km。中國與東南亞各國已就泛亞鐵路的建設方案達成共識。
中亞五國與中俄聯(lián)網(wǎng)。1995年中亞五國(哈薩克斯坦、土庫曼斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦和塔吉克斯坦)、中國和俄羅斯七國鐵道部長在北京協(xié)商,就統(tǒng)一車輛限界、貨運運價、運輸計劃、車輛改造等問題達成協(xié)議。
歐亞大陸橋中段開通。1996年5月13日伊朗馬什哈德和土庫曼的捷詹兩市之間296km鐵路新線開通,把伊朗鐵路網(wǎng)與中亞干線連通,它向東可直通到我國新疆,向西與東歐的保加利亞、羅馬尼亞等國連成一體。
2009年6月11日,聯(lián)合國亞洲及太平洋經(jīng)濟社會委員會在曼谷舉行儀式,慶祝被稱為“鋼鐵絲綢之路”的《泛亞鐵路網(wǎng)政府間協(xié)定》當天正式生效。泛亞鐵路網(wǎng)是指由包括中國、緬甸、印度、蒙古、韓國、俄羅斯、塔吉克斯坦、泰國等28個亞歐國家鐵路網(wǎng)連接貫通而成的區(qū)域性鐵路網(wǎng)。它是在各國現(xiàn)有鐵路網(wǎng)的基礎上建設的,為了彼此貫通,將新建8300km鐵路,投資約250億美元。完工后的泛亞鐵路網(wǎng)將總長11.4萬km,橫貫28個國家和地區(qū)。
泛亞鐵路路線已確定為四大走廊,不僅連接亞洲國家,還通過俄羅斯與歐洲相連,通過伊朗與中東相連,有望成為亞歐貿易大通道。
東南亞走廊全長14029km,包括柬埔寨、老撾、馬來西亞、緬甸、越南、泰國、新加坡和印尼。印尼是整個鐵路網(wǎng)的最南端。
東北亞走廊是四大走廊中最長的,全長44839km,可連接歐洲和太平洋。從德國出發(fā),經(jīng)波蘭、白俄羅斯、俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古、中國,到達鐵路網(wǎng)最東端的朝鮮半島。全長9200km的泛西伯利亞鐵路可將大量貨物從東亞運到莫斯科,再運到歐洲。
中亞—高加索走廊全長29843km,它連接著北歐和波斯灣,伊朗是它的中樞。這條走廊從芬蘭的赫爾辛基出發(fā),通過俄羅斯到里海,然后分成三路,西路經(jīng)過阿塞拜疆、亞美尼亞和伊朗西部;中路通過海運直穿里海到達伊朗;東路從哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦到伊朗東部。三條路線在伊朗首都德黑蘭交會,然后延伸到伊朗港口。
南亞走廊將中國和印度這兩個地區(qū)大國連在了一起,全長17738km,連接土耳其、伊朗、巴基斯坦、印度、孟加拉、緬甸、泰國(與中國云南省連通)、馬來西亞和新加坡。
3.北美洲
美國、加拿大合作擴大運能,積極開發(fā)高速重載列車技術,建立美、加、墨三國北美自由貿易區(qū)和太平洋沿岸走廊,使鐵路運量大增。
4.非洲
阿爾及利亞、摩洛哥和突尼斯計劃重新啟動修建連接三國的鐵路線項目,總長度約1800km。利比亞決定修建一條3000km的鐵路來連接埃及、利比亞和乍得。西非國家經(jīng)濟組織計劃修建一條1000km的鐵路來連接貝寧、布基納法索、尼日爾和多哥。坦桑尼亞計劃建成一條與盧旺達相連的鐵路。
非洲南部八國(南非、剛果、博茨瓦那、莫桑比克、贊比亞、津巴布韋、安哥拉、坦桑尼亞)合作實行貨物列車運行圖一體化。由南非為首建立各國的運營管理中心,大大提高了運輸效率。從南非約翰內斯堡到剛果伊拉波的列車,過去要40天運達,而今減少為7天。
5.歐、亞、北美大陸橋建設
以西伯利亞大鐵路為中段,向西與歐洲鐵路網(wǎng)相連,向東經(jīng)白令海峽與北美鐵路聯(lián)網(wǎng)。亞洲部分分兩期進行,近期,由西伯利亞干線東段分支,向東北經(jīng)雅庫塔楚科奇地區(qū)到白令海峽往西與歐洲鐵路網(wǎng)相連;遠期,另修一條東西向干線,由白令海峽西岸的烏厄連經(jīng)雅庫茨克往西與歐洲相連。北美部分,大陸橋東段由美國加拿大合作鋪設新線到白令海峽,與亞洲相連。俄羅斯擬修建白令海峽海底隧道,隧道工程長約103km,深度于海面下不小于110m,隧道包括一條高速鐵路和一條高速公路、多條輸油管道、電纜和光纜,耗資120億美元,海底隧道工程預計10~15年完成。
四、高速鐵路是鐵路建設的熱點
回顧鐵路技術發(fā)展的歷史,是一部牽引能力與車速提高過程的歷史。各國鐵路都把提高速度作為技術發(fā)展的目標和提高競爭能力的重要手段。鐵路要想生存發(fā)展必須提高車速。1825年世界第一條鐵路在英國出現(xiàn)時,時速為24km。1829年10月6日在利物浦—曼徹斯特線上,“火箭”號蒸汽機車首創(chuàng)48km/h的世界紀錄。20年后法國的車速已經(jīng)超過了100km/h,1890年“克洛伯頓”號蒸汽機車時速達143.5km。1931年6月21日德國費蘭獲·克魯肯貝格設計的流線形“鋼軌策佩林”號機車創(chuàng)230km/h紀錄。1936年2月17日柴油機車“萊比錫”號在德國的帝國鐵路線上運行速度達205km/h。1955年5月29日德國波爾多—達克斯線上“BB9004”號機車創(chuàng)331km/h紀錄。1981年2月26日法國巴黎—里昂線TGV高速機車時速達380km。1988年5月1日德國ICE高速列車,在富爾達—維爾茨堡區(qū)段上時速達409km。1990年5月18日法國TGV-A高速列車創(chuàng)試驗速度515.3km/h紀錄。1996年7月26日日本X300系列高速列車時速達443km。2003年11月19日,日本MLX01型磁懸浮列車創(chuàng)造了558km/h的世界紀錄。2007年4月3日,法國進行了超高速列車最新型“V150”列車的行駛試驗,時速達到574.8km。
1964年10月1日日本建成世界上第一條高速鐵路——東京到大阪的東海道高速鐵路新干線,全長515.4km,最高運行速度210km/h。東海道新干線創(chuàng)造了世界上鐵路與航空競爭中首次取勝的實例,日本譽之為“經(jīng)濟起飛的脊骨”。日本東海道新干線和法國TGV東南線的運營,在技術、商業(yè)、財政以及政治上都獲得了極大的成功。東海道新干線在財務收支上已經(jīng)成為日本鐵路客運的主要支柱,TGV東南線也在運營10年的期限里完全收回了投資。高速鐵路建設在日本和法國所取得的成就影響了很多國家。對虧損嚴重的各國鐵路,提供了解脫困境和可以借鑒的出路。于是,從20世紀80年代末期開始,許多資金充裕、科技先進的國家,紛紛興建新線和改建既有線路,實現(xiàn)250~300km/h的最高時速。據(jù)不完全統(tǒng)計,截止到2015年底,全世界運營中的高速鐵路營業(yè)里程總長達31408km,這些線路分布在中國、日本、韓國、土耳其、俄羅斯、英國、法國、德國、比利時、瑞典、意大利、西班牙等16個國家。
我國于1994年開通了時速160km的廣深準高速鐵路。2003年全長404.641km的秦沈客運專線正式運營,設計速度為200km/h,基礎設施預留提速至250km/h。2008年8月1日京津城際高速鐵路投入運營,最高速度為350km/h,成為世界上運營中的列車速度之最,CRH3“和諧號”動車組更于2008年6月24日跑出時速394.3km的速度。截止到2015年底,我國高速鐵路總運營里程達1.95萬km,占世界高速鐵路營業(yè)里程的60%,在建高速鐵路規(guī)模超過其他國家的總和。2015年底我國高速鐵路運營線路統(tǒng)計如表1-1所示。
表1-1 中國高鐵運營線路統(tǒng)計

續(xù)上表

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