1.2　高速铁路基础设施概况

铁路基础设施是指构成铁路路网的固定设施，是行车的基础和保障，它由线路、桥涵、隧道、站场、电力、通信信号等系统组成，此外还包括雨量监测、风速风向监测、异物侵限报警、地震监测在内的高速铁路防灾安全系统。铁路基础设施资产规模很大，达到全路运输业固定资产的70％～80％。

1.2.1　路基

路基是轨道的基础，也叫线路下部结构。高速铁路的出现对传统铁路路基的施工和养护提出了新挑战。与普速铁路路基相比，高速铁路路基主要表现为以下三个特点：

（1）高速铁路路基为多层结构系统。与传统的轨道、道床、土路基结构形式相比，高速铁路路基结构既能用于有砟轨道，也能用于无砟轨道。对于有砟轨道，在道床和土路基之间，已抛弃了将道砟层直接放在土路基上的结构形式，构成了多层结构系统。

（2）控制变形是路基设计的关键。采用各种不同路基结构形式的首要目的是为了给高速线路提供一个高平顺、均匀和稳定的轨下基础。由散体材料组成的路基是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源。日本东海道新干线的设计速度为220km/h，由于其在设计中仅采用了轨道的加强措施，而忽略了路基的强化，以至于从1965年起，因为路基的严重下沉，线路变形严重超标，不得不对线路大举整修，列车运行平均速度降到100～110km/h。

（3）路基质量的重要性更加突出。路基沉降变形问题相当复杂，是一个世界性的难题。日本及欧洲等国虽然实现了高速，但都是通过采用高标准的强化线路结构和高质量的养护维修技术来弥补这方面的不足。

图1-2是高速铁路某区段路基照片。

1.2.2　桥梁

高速铁路桥梁有以下三个特点：

（1）桥梁结构的比例明显增多。高速铁路中桥梁的比例大、高架桥和长桥多，同时也是保证建设周期和安全运营的关键。其原因是在软土地区及其他地质条件较差的地区，修建桥梁作为轨道下部基础，可以利用桥梁刚度大、变形小的特点，来保证轨道的平顺性，以满足高速行车的需要。例如沪宁高速铁路南京至上海段正线共有特大桥57座，总长186.047km，占线路总长50％以上。

（2）桥梁变形控制更加严格。桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，除了基础沉降外，桥梁结构在列车活载通过时产生的变形和振动，风力、温度变化、日照、制动、混凝土徐变等因素作用下产生各种变形，会干扰线路平顺性。

（3）重视线桥相互作用。高速铁路修建时需一次铺设跨区间无缝线路，以保证轨道的平顺和稳定，而桥梁在列车荷载、制动和温度变化时要产生位移，当梁、轨体系产生相对位移时，桥上钢轨会产生附加应力。因此，高速铁路桥梁必须考虑梁轨共同作用，尽量减小桥梁的位移与变形，以限制桥上钢轨的附加应力，保证桥上无缝线路的稳定和行车安全。

图1-3、图1-4是高速铁路某区段的桥梁实景，图1-5、图1-6是高速铁路桥梁与城市轨道交通高架、道路高架交叉实景。

1.2.3　隧道

高速铁路隧道与一般铁路隧道相比有诸多不同，主要体现在空气动力学特性方面。当列车高速进入隧道时，由于隧道边壁限制了隧道内空气侧向和向上流动，使列车前方空气受压，气压升高，随着列车通过，气压随之降低，即隧道内某一点的空气会经历先压缩后膨胀的瞬变过程；另外车辆进入隧道口时会产生压力脉冲，使旅客的耳朵产生不适；微气压波也会产生空气动力学噪声，对附近建筑物产生影响。因此，对隧道的洞口段、横断面、隧道结构的耐久性、洞内设施等都提出了较高的要求。

图1-7是高速铁路某区段隧道出口实景。

1.2.4　轨道

有砟轨道是铁路的传统结构，但随着行车速度的提高，其不均匀沉降产生的列车振动会使得轨道破损和变形加剧，从而使维修工作量显著增加，维修周期明显缩短。根据德国高速铁路资料，当行车速度为250～300km/h时，其线路维修费用约为行车速度为160～200km/h时的2倍。同时，考虑在桥隧结构上，无砟轨道减少了二期恒载和建筑高度，较有砟轨道更为有利。无砟轨道在高速行车时不用担心道砟飞溅。无砟轨道应用已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区。如沪宁高速铁路铁路正线K0+955～K291+435段及引入虹桥站联络线均采用无砟轨道结构。由于无砟轨道一旦损伤整修困难，对日常养护维修要求较高，并且国内外还没有成熟的养修技术和管理体系，要保障行车的高安全性和高平顺性，只能通过不断的经验累积和探索实践，进行严检慎修。图1-8是高速铁路某区段无砟轨道实景图。

1.2.5　车站房建

高速铁路车站房建设备具有以下特点：

（1）由于客流较大的原因，高速铁路车站的站房屋架、雨棚普遍采用大跨度网架结构，如广州南站房屋架跨度达。

（2）高铁站房在设计时不仅要考虑结构的可靠性和耐久性，还要考虑舒适美观的效果，大量选用新型建筑材料。

（3）高速铁路的车站房建设备，包括雨棚、站台帽、挡水板、吸音板、跨线天桥、跨线候车室及其给排水、消防设备设施，均与行车紧密相关，直接涉及运输安全。

图1-9为武广高速铁路武汉站效果图。

1.2.6　牵引供电系统

牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，所以将电力机车、牵引变电所和接触网称为电气化铁道的三大元件。电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获取电能。牵引变电所将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为27.5（或55）kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变化由牵引变压器完成。电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能，通过变压、变相后，向电力机车供电的系统。

牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、大地或回流线构成，另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。图1-10是高速铁路牵引供电系统示意图。图1-11为高速铁路某区段道岔及接触网实景图。

1.2.7　通信信号系统

通信信号系统是高速铁路服务安全正点的重要保障，它以车站设备为基础、通信网络为骨架，集调度指挥、行车控制、设备监测和信息管理等功能于一体，包括信号网络系统、运输调度指挥系统（调度集中CTC系统）、列车运行控制系统、计算机联锁系统、信号设备集中监测系统、信号供电系统等。图1-12是高速铁路某区段通信信号系统地面设备布置示意图。

与普速铁路相比，高速铁路的通信信号系统有以下特点：

（1）高速铁路设置综合调度系统，对列车运营指挥实行集中控制方式。

（2）取消了传统的地面信号机，采用先进的列车控制系统。

（3）采用计算机网络传输和交换与行车、旅客服务相关的信息。

由于通信信号系统采用的电子设备更新换代较快，因此在维修方面不仅面临工作量较大的挑战，还面临如何适应设备更换快、技术要求高等问题。