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关键词：水泥改良土；动力特性；高速铁路；路基填料
Key words： cement improved soil；dynamic characteristics；high-speed railway；roadbed filler
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）19-0100-02
0 引言
铁路路基基床而言，除了承受上部结构的静荷载外，还要受到列车东荷载的反复作用，因此，在高速铁路路基基床底层改良土的设计中，不应局限于传统的准静态设计，只分析静态指标，还应考虑其在列车动载荷作用下的动态特性。本论文研究了水泥改良土作为高速铁路路基填料时，其在列车动荷载作用下的动态特性，探讨了水泥改良土作为铁路路基基床填料的可行性。
1 试验方案
1.1 试验设备和工作原理 本试验仪器为DDS-70型振动三轴仪，实验系统包括压力室、激振设备和量测设备三个部分组成。
动三轴试验原理是将一定密度和含水率的试样在固结稳定后在不排水条件下作振动试验。设定某一等幅动应力作用于试样进行持续振动，直到试样的应变值或孔压值达到预定的破坏标准，试验终止。记录试验中的动应力、动应变和孔压值随振动周次的变化过程线。采用多个试样得到动应力和破坏周数的关系曲线，即动强度曲线。
1.2 试验参数选择 铁路荷载是一种动荷载，我们在试验中用正弦波来模拟，加载的频率与列车的长度、轴距及运行速度有关，本次试验正弦波的频率取5HZ，即按列车时速为160km/h考虑。
1.3 试验材料 试验土样取自洛湛铁路永州至岑溪段，土样深度为地表以下2～5m。土样定名为粉砂，填料类型为C类。对土样加入5%的水泥进行改良。改良土的干密度为1.68g/cm3，含水量为17.6%，黏聚力151KPa，内摩擦角35.5°。
1.4 试验方法
1.4.1 试样的制备和养护 试样按照《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2010）制备，试样直径39.1mm，高度80mm，具体方法按照该规程第18.3.3条的规定进行。
1.4.2 试验过程 试样在仪器内安装固定后，先向压力室内施加一等向围压σ3，然后再在轴向施加静压力σ1，待试样固结稳定后，轴向施加等幅正弦动荷载±σd。本次试验加载的正弦波频率为5HZ。本试验是在不排水条件下进行的。实验结果见表1。
1.4.3 试验结果分析 水泥土的动应力（σd）-动应变（εd）关系，见图1。
如图1所示，水泥混合土的动应变随动应力的增大而增加，开始时，动应变随动应力的增加，增大的幅度较大，随着动应力的增加，动应变增加的幅度变小。随围压的增加，临界动应力值的增加幅度较大，相应的应变值减小。初始变形以弹性变形为主，后塑性应变逐渐累积，曲线斜率逐渐增大，动应力愈大，同一围压下，动应变也愈大。根据实验，σ3为50KPa时，临界动应力值约为140KPa；σ3为100KPa时，临界动应力值约为210KPa；σ3为150KPa时，临界动应力值为约400KPa。
2 结论
高速铁路路基基床表层顶面动荷载幅值的大小为100KPa，根据国内外既有铁路的实测结果表明，基床底层顶面的动应力幅值为50～85KPa。
从试验结果可以看出，即使是在围压为50KPa的时候，水泥改良土土的临界动应力达到140KPa，可以满足路基基床表层及路基基床底层及以下路堤填土的强度要求。而且本次试验采用的试件养护期为7d，水泥土后期强度增长缓慢，但增长量很大，所以临界动强度还有提高的空间，约为30%～40%。所以对于掺入5%水泥的改良土，从动力学方面来说，完全可以满足设计要求。
参考文献：
中图分类号：U412文献标识码： A
1引言
铁路的发展必须以安全性、可靠性、舒适性等为前提，以线路的高平顺性和轨下基础的稳定性作保证。高速铁路的建设不可避免地会遇到不同轨下基础连接处的过渡段，这些地段恰恰是高速铁路线路的薄弱环节，由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起钢轨的弯折变形，致使不平顺的产生。为了保证高速铁路线路的高平顺性，必须对线路刚度有突变的区域进行过渡段的设置。
2国外轨道过渡段的研究现状
随着高速铁路的修建并成功投入运营，国外在高速铁路的修建过程中，一直非常注重过渡段部位，并对过渡段的处理措施做过专门的研究。90年代初德国Gobel和Weisemann等人在室内模拟时速160km的列车作用下，由土工格栅加固后路堤承载力的增加和沉降量减小的问题。意大利国家铁路公司曾经应用双向土工格栅加固铁路路堤，在不同的横断面上安装测试原件，以确定不同类型车辆经过时产生的动应力场。美国TTCI研究人员CharityD.Sasaoka和David Davis为解决大轴重对轨道过渡段的影响，利用NUCARSTM和GeotrackTM软件模拟轨道刚度和阻尼对过渡段的影响分析，得出提高过渡段区域轨道结构的阻尼可以使车轮对轨过渡段的作用衰减30%，此外还认为减小桥梁刚度的最好方法是调整桥上枕下刚度；美国TTCI研究人员Dingqing Li和David Davis对引起和加速路桥过渡段及轨道过渡段破坏的因素进行了研究并得出评估过渡段和一些减缓过渡段破坏的措施。
对于路基与桥梁、涵洞、隧道、隧道与桥梁等过渡段的研究国外己有不少，日本在路基与桥梁过渡段设置碎石填筑段；德国则是加宽路基与桥梁过渡段中路基的宽度，道柞厚度沿桥梁至路基方向逐渐递减，以使线路刚度逐渐变化；法国是在路基与桥梁过渡段设置过渡桥台等。
3国内轨道过渡段的研究现状
在国内，我国铁道部科学研究院、西南交通大学、原上海铁道大学等有关研究者也先后通过模拟试验研究了在列车重复荷载作用下路基基床的动应力响应特性，但这些试验和研究一般都是针对路基而言,而非针对过渡段。另外，我国在秦沈客运专线、遂渝客运专线等对路基与桥梁、涵洞、隧道等过渡段都进行过大量试验研究,对于路基与桩板结构过渡段的研究，我国也己在遂渝线进行过研究。石家庄铁道学院杨广庆等进行了高速铁路路基与桥梁过渡段的技术措施分析,并指出设置钢筋混凝土过渡板对路桥间的刚度平顺过渡非常有利,但必须配以其他级配粗粒料或加筋土路堤结构等处理措施才`能解决路桥间沉降差引起的轨面弯折对行车的影响。西南交通大学罗强、蔡英等间等运用车辆一轨道一路基相互作用的动力学理论,全面分析了路桥过渡段的轨面弯折变形、轨道基础刚度的变化、不同的行车速度、车辆进出过渡段等情况对车辆垂向加速度和轮轨垂向力等动力学性能指标的影响规律，并指出路桥结构的工后沉降差引起过渡段轨面弯折变形是影响行车安全与舒适的主要因素,而路桥间的刚度差、列车的行车方向对行车的动力学性能指标影响不显著，并对过渡段的变形限值和过渡段长度的确定方法进行了一些研究。
西南交通大学王于等以有碎和无碎轨道的过渡段为例，进行了车辆一轨道垂向动态相互作用的仿真研究，指出了在确定轨道过渡段长度时，应考虑动力学性能评价指标，并提出了确定轨道过渡段长度的“临界长度法”。西南交通大学王其昌、蔡成标等对高速铁路路桥过渡段的轨道折角限值进行了分析，试提出了高速铁路路桥过渡段轨道折角容许的限值，确定了一套轨道过渡段动力特性的评价指标，分析了由基础沉降差引起的钢轨初始变形及行车方向、行车速度对轮轨系统动力性能的影响，提出了确定路桥过渡段长度应根据最高行车速度、基础沉降差，由动力学评判指标来确定。西南交通大学翟婉明等应用动力学理论建立了车辆一轨道祸合模型，详细研究了过渡段长度对高速列车与过渡段轨道动态相互作用性能的影响情况，确定了高速铁路不同类型过渡段在不同速度等级下的最小长度理论建议值。华东交通大学雷晓燕等建立轨道过渡段基础刚度突变的轨道振动微分方程，进行了轨道刚突变对轨道振动的影响性分析，提出了轨道过渡段的整治原则。
孔祥仲、刘伟平等从静力学角度对板式轨道与普通轨道之间设置轨道刚度渐变的板式轨道过渡段提出了刚度设计方法,并建议采用不同厚度的沥青混凝土道床宽轨枕轨道结构作为有柞与无柞轨道过渡段型式。中南大学陈雪华[28]基于无柞轨道路一桥一隧过渡段祸合动力学理论，应用高速铁路路一桥一隧过渡段与无柞轨道相互作用的动力学模型，研究了轮重、车速、不平顺和材料特性对无柞轨道过渡段结构系统相互作用的响应特征。施光夏运用动力学分析程序ANSYS/LS-DYNA在二维模型里面模拟了直结式轨道与普通有柞轨道过渡段中钢轨和轨床(道床板)的动态响应,既而讨论了轨下胶垫刚度对过渡段的影响,认为适当提高轨下胶垫的刚度可以有效地降低钢轨的变形,最后讨论了轨枕共振、轨枕间距、支承刚度与行车速度之间的关系，认为轨枕间距越大、支承刚度越大则列车的临界速度越高。
综上所述,目前路桥过渡段的分析是高速铁路过渡段分析的重点，分析的方法仍是基于车辆与线路相互作用的动力学理论，一般采用理论建模、数值求解与试验验证相结合的方法。首先对车辆一轨道相互作用中的具体问题建立适当的数学物理模型，进而寻求有效的数学分析方法以获取系统响应，再将动力学关键指标(如轮轨力、车体加速度等)的试验测量结果与理论分析结果进行对比，从而验证并改进理论模型。
4结论
从国内外的过渡段研究现状可以知道，目前研究的工作大多数集中在路桥、路隧过渡段上,绝大多数针对的是路基、桥梁或者隧道，可以说以往研究的过渡段包括秦沈客运专线上有碎与无柞轨道(线路上部结构)的过渡段都是放在了基础(线路下部结构)的过渡段上，由此不论是从施工设计还是实际运营来看都带来了许多问题,而系统研究路基上有柞轨道与无碎轨道过渡段的几乎空白。
参考文献：
1. 干料团现象
高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(Cement and emulsified asphalt mortar, CA 砂浆)是由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆，分为CRTS（ChinaRailway Track System, 中国轨道系统）Ⅰ型和Ⅱ型两种[1, 2]。水泥乳化沥青砂浆采用灌注施工的方法，厚度为30~60mm，起支撑、调节、吸振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一[3-7]。
新拌CA砂浆为具有较强流动能力、均匀分散的介稳悬浮体[8]。论文格式。其原料采用乳化沥青加干料的双组分模式，即液相原材料均添加于乳化沥青中，而固相的原料均添加于干粉砂浆中，此外，需加入一定量的水以调节砂浆的流动度。由于其含气量、分离度、工作时间等方面的要求，CA砂浆需用特定的搅拌装置并采用特定的搅拌工艺进行拌制。
CA砂浆一般的搅拌工艺为：先加入液料和水，搅拌一定时间；再加入干料；干料加完后高速搅拌一定时间；然后再慢速搅拌一定时间；再取样检测；检测合格后卸料。可笔者在施工过程中发现，施工一段时间之后，原先均匀砂浆中出现了一些小“疙瘩”，将“疙瘩”破碎后可看到灰白色未被润湿的干料，如图1所示。
图1 新拌CA砂浆中出现的干料团
未被搅散的干料团将对CA砂浆的质量产生严重影响。首先，它使砂浆实际的配合比受到影响，因为干料的局部集中将导致其他浆体中干料数量过少；另外，它将影响砂浆的力学性能，其力学的均匀性将因干料局部集中而改变，整体力学性能也将受到影响；此外，它将严重影响砂浆的体积稳定性和耐久性，未被分散的干料团在后期水化导致的体积变化将严重砂浆的体积稳定性，进而对砂浆耐久性产生影响。
2. 原因分析
由于此前并未出现过该现象，基本可以排除这是因搅拌时间不够导致的；另外，通过对原材料进行筛分和肉眼观察等，发现原材料中干料并没有因受潮而出现成团现象。在将这些因素排除后，笔者对砂浆搅拌车进行了观察，发现干料加料口粘料和搅拌机搅拌臂粘料是导致出现干料团的原因，如图2、3所示。
在图2中，干料加料口位于搅拌主机上方，当搅拌机载高速搅拌时，所飞溅起来的浆体将落至干料的加料口，并附在加料口表面。当搅拌下一盘CA砂浆，已通过计量的干粉被螺旋输送至加料口，粘在飞溅起来的CA砂浆表面，并没有完全落入搅拌主机内。随后，随着搅拌导致的振动等，部分干料才落入搅拌主机，但由于这部分干料搅拌时间不够，因此呈干料团状态。在早期，由于加料口较为洁净、平滑，口直径也较大，干料即使被粘住也很快落入搅拌主机中，但随着干料的越积越多，表面变粗糙，口直径也变小（图2），干料将很难短时间掉入搅拌机内。
在图3中，搅拌机采用三加一的叶片模式，叶片在绕搅拌中间的叶片轴转动外，还有主机的中心轴公转。论文格式。在加料时，由于叶片经过干料的加料口，部分料粘在搅拌臂上，随着搅拌臂的转动，部分干料才逐渐落入搅拌机内，而导致分散不均匀，出现干料团。同样在早期，由于搅拌臂较为洁净、平滑，且直径较小，不会出现干料团现象，但随着砂浆在搅拌上的积累与粘附，搅拌臂变粗、变粗糙，而导致了干料团现象。论文格式。
3. 防治措施
在经过干料团出现的原因进行分析后，我们对砂浆搅拌机的加料口和搅拌工艺进行了改进，有效的防止了新拌CA砂浆中干料团，如图4、5所示。
在图4中，笔者对加料口用橡皮套进行了延长，这样做有三个好处，首先，可以避免砂浆飞溅入加料口，而使加料干料结块，粘料甚至堵塞加料口（现场时有发生）；另外橡皮套伸至刚好与搅拌臂保持一定的接触，这样搅拌臂转至橡皮套时，可以拍打橡皮套，而使橡皮套的粘料落下，而不是在搅拌快完成时落下；此外，当橡皮套的永久性结料至一定厚度而影响使用时，只需将其换掉即可，不耽误工期，而不像原先的加料口，当料积至一定厚度必须全部清除才能继续生产。
图5为笔者进行二次高压进水改进后的搅拌臂，从图5可看出，改进后的搅拌臂上已经看不到会灰白色的干料。所谓二次高压进水，是指开始只加入少许水进行拌合，当干料加料完成后，再次加入一定量的水（已通过计量），并以高压的形式加入，以对搅拌主机叶片等进行清洗，这样可以有效地避免搅拌臂、叶片等部位粘料，起到了较好的效果。
此外，当干料因受潮等原因出现结块时，也会出现干料团现象，但此时以上的改进措施将很难防止干料团的出现。在结块程度较轻的情况下，可考虑降低加料速率、延长搅拌时间的方法。若结块程度较严重，废料或将干料过筛，也可起到防止干料团出现的作用。但最好的办法还是应对CA砂浆的原材料进行严格的存放，并缩短干料的存放时间，以防止干料受潮。
4. 结语
CA砂浆是高速铁路的关键功能材料，其好坏关系到高速铁路的成败，尽管目前我国的研究机构和施工单位已对其有较为深入的了解，但由于其复杂性、和敏感性，对其在实际工程的应用尚不能完全掌握，因此应在应用中不断的积累经验并加以改进。
参考文献
[1] 铁道部科学技术司. 客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件[S].
[2] 铁道部科学技术司. 客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件[S].
[3] COENRAAD E. Recentdevelopment in slab track [J]. European Railway Review, 2003, 9 (2):81-85.
[4] SHIGERU M., HIDEYUKI T.,MASAO U., et al. The mechanism of railway tracks [J]. Japan Railway andTransportation Review, 1998, 3:38-45.
[5] TAKAI H. 40 yearsexperiences of the slab track on Japanese high speed lines [C]// Proc of 1stInt Cof. Valencia: Basque Department of Transport and Public Works EuskalTrenbide Sarea, 2007:234-246.
[6] MURATA O. Overview of recentstructure technology R&D at RTRI[J]. Quarterly Report of RITI (RailwayTechnical Research Institute), 2003, 44 (4):133-135.
[7] KATSUOSHI A. Developmentof slab tracks for Hokuriku Shinkansen line [J]. Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute), 2001, 42 (1):35-41.
京沪高速铁路是我国《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程。为实现京沪高速铁路建设“五个一流”、“六个确保”的目标，2008年开工之初项目部按照铁道部铁建设〔2008〕51号《关于积极倡导架子队管理模式的指导意见》、建设部建市[2005]131号《关于建立和完善劳务分包制度发展建筑劳务企业的意见》等文件精神进行架子队的组建工作，做法如下。
1. 建立管理组织机构，制定管理制度
根据铁道部铁建设〔2008〕51号《关于积极倡导架子队管理模式的指导意见》，项目部成立了架子队管理领导机构。领导机构负责架子队建设发展方向、管理机制、体制建设等重大事项的研究和决策。具体实施由项目部计财部进行，负责架子队的选择、成立、建设和管理及日常业务的指导、监督、检查等。项目部编制了《劳务用工管理制度》、《劳务队伍管理标准》、《合同管理规定》及《劳务用工合同》范本，下发各工区，使架子队各项管理制度和合同文本标准化、规范化。
项目部所辖各工区相应成立架子队管理机构，项目经理亲自挂帅，相关业务部门共同参与，贯彻、落实、执行局项目部制定的相关管理办法、实施细则，切实抓好本工区的架子队建设及劳务用工管理工作。论文大全。
2. 严把入口关，重视劳务公司的选择
要推行真正意义上的劳务用工和架子队管理模式，就必须从劳务队伍选择的源头把关，用制度管理。项目部根据《劳务用工管理制度》，明确要求在京沪项目使用的必须是“劳务公司”，这一点也是建设部建市[2005]131号文件所要求的，并且劳务公司必须持有合法有效的营业执照、资质证书、安全许可证、税务登记证、组织机构代码等资质证明文件。
首先，由各工区将无不良记录拟选的劳务公司的相关法律文件在初步审查后上报二标项目部计财部，计财部对各工区上报的资料予以核实，对手续合法符合要求的劳务公司给予批复，准许工区使用该劳务公司，未经批准不得擅自使用。其次，经过审批的劳务公司与使用工区签订经项目部制定的统一格式的劳务合同。劳务合同范本中明确了双方的权利义务责任，规定了劳务人员的工作内容、工资领取发放、劳动保险等条款。第三，签订劳务合同后，要求劳务公司必须提供劳务公司与每一个劳务作业人员签订的个人劳动合同复印件，以保障每一位劳务作业人员的合法权益；同时劳务公司提供每一位劳务作业人员的身份证明（含姓名、性别、年龄、籍贯、身份证号等）等资料，据此，各工区按规定对劳务作业人员进行了登记造册，记录相关内容。
通过上述措施，杜绝了不良劳务公司进入施工现场，保证了进场劳务队基本素质。
3. 组建架子队，推行架子队管理模式
作业层建设是建筑施工企业最根本、最基础的工作，所有工程从图纸落实到实物都需要作业层具体操作来实现，因此作业层建设是完成施工任务的关键因素，而架子队建设的的好坏关系着作业层的能力高低，直接影响着工程实体的质量。
3.1 架子队的组建
根据文件规定每只架子队要有以下主要管理技术人员组成，架子队专职队长、技术负责人，以及技术、质量、安全、试验、材料、领工员、工班长等“九大员”。以上人员与选择好的一个或几个劳务公司的一定数量劳务人员组成架子队；工区根据需要可以分工序、分区段组建多个相同人员构成的架子队。并且以文件的形式明确工区各业务部门及架子队“九大员”在架子队管理运行中的工作职责。
3.2 架子队与工区的关系
根据需要分工序、分区段组建的架子队在实际施工过程中是受工区统一管理和指挥的，与工区是内部经济关系，组成架子队的劳务公司负责劳务人员的劳动关系和日常管理职责。施工现场所有劳务作业人员纳入架子队统一集中管理，由架子队按照施工组织安排统筹劳务作业任务。工区对架子队统一进行技术交底、物资供应、设备配置等，从根本上保证原材料的材质，从而保证工程质量，同时杜绝了过去管理工作中的管理不到位、劳务作业偷工减料的现象。
3.3 落实检查防止架子队流于形式
为了杜绝文件、现场两张皮，管理和实际两回事的问题，对每一个工区成立的架子队项目部加强日常检查，首先:审,看是否满足51号文件精神；第二：查，看架子队专职队长、技术负责人、技术、质量、安全、试验、材料、领工员、工班长等九大员是不是工区有相应资质和作业技能的正式职工；第三：验，看架子队九大员和工区相关部门责任是否清晰。从而最大限度的推行架子队管理模式。
3.4 做好培训工作，提高劳务人员工作技能
高效的学习培训是在短时间内提高参建劳务工的素质和技能的最有效手段。为确保劳务工素质、技能符合京沪高速铁路建设施工需要，项目部依托技术业校，开展大培训工程，做到全员参与，过程覆盖。重点围绕高速铁路标准、规范和分部分项工程施工要求、安全生产培训等，以推进标准化建设为主线，将培训与施工生产紧密结合。达到全员100%培训，特殊岗位100%持证上岗。
3.5 对架子队及劳务工实行动态管理
为了及时掌握架子队的劳务人员信息，项目部要求对架子队的劳务人员实行动态化管理。论文大全。要求各工区建立架子队劳务人员管理台帐，并且每月都要及时更新，对离场劳务人员办理退场手续，完工劳务公司签定离场协议，完善相关手续，减少法律风险。
4. 用制度保证架子队劳务人员的权益
4.1 项目部在济南建设银行开设劳务工工资专用账户，设立300万劳务工资保证金，以保证劳务工的利益不受侵害。
4.2 工区按照进场劳务作业人员花名册和每一位劳务作业人员身份证办理银行工资卡。根据合同约定，每月编制劳务工工资结算单，按时足额将劳务工工资划拨到银行，由银行直接为劳务工发放工资，并由银行返回发放工资对账单（结算单），以保证劳务作业人员工资的及时足额发放。
4.3 为了解决广大劳务工的后顾之忧，改善劳务工的待遇，项目部为参建劳务人员购买了《建筑工程施工人员团体人身意外伤害综合保险》，维护了广大劳务工的切身利益，为劳务人员的稳定奠定了有力的基础。
5. 总结
在推进作业层建设方面，将所有外部劳务队伍的劳务工编入由我方九大员控制的“架子队”，把有效、合理地使用社会劳动力资源与铁道部倡导的企业“架子队”管理模式有机的结合起来，既实现了对外部劳务队伍使用的规范和管控，又符合建设单位对施工生产组织方式的要求，同时也满足了建设部取消“包工头”的相关规定。
架子队是一种经实践证明较好的施工生产组织方式，较为理想的劳动用工管理模式。采用架子队管理模式，能充分利用社会劳动力资源，实现施工企业施工现场管理层与作业层衔接和有效运作，防止施工现场质量安全保证体系流于形式，对确保建设工程质量和施工安全具有重大意义。论文大全。京沪项目部架子队管理模式还处在探索总结完善阶段，还有很多不足之处，项目部将继续完善架子队管理模式，不断强化劳务用工管理，进一步完善劳务用工管理，为全面推行架子队管理模式奠定基础。
【参考资料】
[1]铁道部铁建设【2008】51号《关于积极倡导架子队管理模式的指导意见》
[2]建设部建市【2005】131号《关于建立和完善劳务分包制度发展建筑劳务企业的意见》
引言
我国是世界上高速铁路投入商业运营里程最长的国家，目前高速铁路运营里程已经突破1.6万公里，近7年的高速铁路运营实践表明：由于环境条件变化和列车冲击荷载的反复作用，局部地段已经先后出现了不同程度的路基病害，例如无砟轨道翻浆冒泥，沪宁城际铁路自2011年底开始常规检查以来，共发现有数十公里的路基地段发生了路基翻浆病害，大多数病害发生在混凝土支承层的底部附近，严重影响到列车运行的平稳性和行车的安全性。
无砟轨道出现冒浆的原因主要基床表层材料性质及当地气候有关，当地气候湿润，降水较多，雨水沿着轨道缝隙渗入支承层与基床表面的缝隙内，由于采用的级配碎石透水性差，缝隙进水后，在列车动荷载长期作用下，细颗粒被水冲出，产生冒浆现象。较硬的颗粒在动荷载作用下，相互摩擦形成碎屑在动水压力作用下液化并随着水从裂缝中流出。因此通过检测高速铁路无砟轨道支承层与基床表层脱空、离缝，可以对翻浆冒泥情况进行判断。
地质雷达具有快速、无损、高精度的优点，在工程病害检测领域得到广泛应用。文章以沪宁城际铁路某段无砟轨道翻浆冒泥病害检测为实例，在整治处理前，对无砟轨道翻浆冒泥病害情况进行检测，查明冒浆分布范围与发育程度，为确定整治处理方案提供依据；在整治处理后对注浆处理效果进行检测，通过注浆前后的雷达资料对比分析，评价注浆处理效果。
1 面波探测岩溶路基原理
地质雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR），是一种对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。
地质雷达勘探是以地下不同介质的介电常数差异为基础的一种物探方法，其工作原理就是利用高频电磁波（主频从数兆至上千兆赫）以宽频带短脉冲的形式，由地表通过发射天线向地下发射电磁波，由接收天线接收电磁波，当电磁波在地下旅行时，遇到具有电性差异的介质时（如空洞、分界面等），电磁波反射回地面由接收天线接收，根据电磁波的旅行时间、波形特征可以确定地下介质（目标体）的空间位置、几何形态等。
图1 地质雷达测试原理及采集示意图
2 工程实例
2.1 工程概况
沪宁城际铁路K245+780～K246+080段为低填浅挖地段，两侧各预留一股道，路堑边坡防护形式拱形截水骨架内植草灌木防护。轨道板为CRTSⅠ型板。该段支承层底部翻浆较严重，主要表现为在路肩上流淌着或堆积着由水与碎石垫层中细颗粒混合而成的泥浆渗出物，严重处渗出物厚度达10～50mm，个别地段泥浆渗出物被抽吸至轨道板表面道心内。
2.2 现场检测工作
测网密度、天线间距和天线移动速度应反映出检测对象的异常。根据高铁无砟轨道现场勘察和试验，一般沿线路纵向布置3～4条测线，分别沿上、下行线内外两侧支承层表面布置。
地质雷达检测使用美国Geophysical Survey Systems Inc生产的双通道SIR-20型地质雷达施测，天线频率900MHz，连续采集数据模式，每秒扫描100道，记录长度25ns，每道采样点数512。
2.3 资料处理流程
资料处理采用RADAN6.5雷达专用软件，采用人机对话的方式处理，其流程见图2：
图2 地质雷达数据处理流程图
2.4 实测资料解释
（1）无砟轨道支承层与基床表层接触良好特征
正常铁路路基一般具有填筑密实、厚度均匀等特点，无砟轨道支承层与基床表层接触良好，其雷达图像表现为波形平缓、规则、无杂乱反射等特征（图3），而有病害的路基的雷达图像则与此有明显不同。
图3 支承层与基床表层接触良好地质雷达时间剖面图
（2）无砟轨道支承层与基床表层脱空异常特征
通过对同相轴连续的追踪，找出振幅稍强的反射波来确定支承层与基床表层的分界面，可确定脱空、离缝的规模及延展范围，判定其严重程度。如图4所示，K245+907～+913支承层与基床表层界面的同相轴反射信号强，三振相明显，推测支承层与基床表层之间存在脱空、离缝。
（3）注浆整治前后对比
针对混凝土支承层与基床表层间的脱空、离缝，目前采取的整治措施为钻孔灌注高聚物化学浆，填充支承层与基床表层之间的空隙，恢复路基支承强度。通过注浆整治前后地质雷达资料的对比，可以对注浆整治效果进行评价。
如图5所示，K245+870～+874在注浆处理前，支承层与基床表层的分界面同相轴反射信号强，三振相明显，推测支承层与基床表层存在脱空、离缝（图5a）；经注浆加固后，K245+870～+872雷达同相轴较连续，且相对较均匀，注浆前存在的脱空、离缝异常区域信号幅度变弱（图5b），说明经注浆处理后，支承层与基床表层耦合情况得到改善，加固效果良好；K245+872～+873.5同相轴反射信号仍然较强，三振相明显，说明注浆充填效果不好，需要进一步补注处理。
a、注浆前 b、注浆后
图5 地质雷达检测无砟轨道脱空时间剖面图
3 结束语
（1）地质雷达能够快速、有效地检测无砟轨道支承层底部与基床表层脱空、离缝，支承层底部与基床表层接触良好的雷达图像表现为波形平缓、规则、无杂乱反射等特征；支承层底部与基床表层存在脱空、离缝，雷达异常表现为同相轴反射信号强，三振相明显。
（2）通过对比分析整治处理前后地质雷达反射波组同相轴连续性和同一异常的振幅变化，可以有效地对支承层底部注浆加固效果进行评价。
（3）本次地质雷达在沪宁城际铁路无砟轨道支承层底部检测中的实际应用，效果显著，可以为以后同类工程检测提供参考。
致谢
本次检测试验与论文编写，得到了中铁第四勘察设计集团有限公司“铁路路基填筑质量检测物探技术研究（2013K98）”科研项目资金的支持，在此表示感谢。
参考文献
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随着我国城市化进程的加快，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市交通基础设施的最大承受能力，交通状况严重恶化。城市交通问题已经严重影响城市功能的发挥和城市的可持续发展。为此，1985年4月19日，国务院在国发[1985]59号文指出：“为解决城市交通拥挤问题，必须综合治理。……从长远来看，在一些大城市要考虑快速轨道交通和地下交通，以缓和地面交爱的紧张状况”①。到1998年，我国已有京、津、沪、穗四大城市拥有地铁，总通车里程约75km。1998年，广州市地铁2号线、深圳市地铁1号线和上海市地铁3号线相继获国家批准立项动工后，今年将有15个城市获国家立项。据最新统计，目前在建和计划建设的地铁共21条线，长350km，总投资预计达1400多亿元。另外，鉴于轨道交通成本巨大的特点，国家要求在今后建设地铁时，设备国产化率必须在70%以上②。
由于我国轨道交通建设处于起步阶段，有必要澄清轨道交通的概念、性质和特点，学习国外和境外的先进经验，加以总结，避免重大决策失误，更好地为我国今后大规模的轨道交通建设服务。
1、城市轨道交通的概念
现在国内在轨道交通概念方面存在诸多的混淆，比如认为地铁必定是在地下行驶的交通工具，却不知国外地铁有的部分在地面、甚至在高架行走，例如，新加坡有2条地铁线，48个站（15个地下、32个高架和1个地面站），83km（其中地下19km、高架60.2km和地面3.8km）③。而我国现在地铁几乎是全地下结构，导致成本居高不下，如广州市地铁1号线，建设成本高达8～9亿元/km！轨道交通特征和概念的模糊不清可能会影响我国新的交通设施的规划、建设和营运，不仅造成重大经济损失，而且影响城市的健康发展。
快速轨道（Rapid Rail Transit or Rail Rapid Transit）是城市地下铁道（地铁）、轻型轨道交通（轻轨）、单轨（独轨）交通、有轨电车、新交通（new transport system， NTS）、高速磁浮列车和市郊（郊区）列车（通勤列车）等城市轨道交通的统称④。其共同特点是：运量大、速度快、安全可靠、准点舒适，可以在地面、高架和地下、半地下（open cuttings）的轮轨上行驶。轮轨系统一般有钢轮一钢轨系统和胶轮一混凝土轨系统两大类，世界上轨道交通主要以钢轮一钢系统为主，我国也不例外。轨道交通通常以电力驱动（直流电、交流电或线性电机传动，电压有600V，750V或1500V），一架空线网受电或第三轨（侧轨）受电，自动或人工操作控制。城市轨道交通的站距一般在市区1km左右，在郊区2km左右。但是，城市或区域之间的高速铁路站距较大，否则达不到200km/h以上的运行速度。
地铁（subway， metro， the underground），是地下铁道的简称，别名有地下铁（mass transit railway， MTR）、重轨（heavy rail）、快速轨道（rapid rail）、大都市铁路（metropolitan railways）。地铁可以在地面、高架和地下运行，有人把行驶在高架轨道上的地铁称为（高架地铁）。地铁是大容量的客运工具，高峰单向容量为3～7万人次/h，量大运行速度达120km/h，平均营运速度为30～45 km /h，这与站距有关。地铁需要道路完全隔离和封闭，从而确保了快速和准时，但线路一旦建成，更改非常困难，只能考虑延长线。地铁由于建设成本非常高昂，一般由市政当局或公共公司所拥有。地铁的信号和控制系统很复杂，用以满足地铁的快速和发车时间间隔。车站一般比较宽敞，高站台、有电动扶梯，有利于乘客上下地面。地铁一般位于城市核心区或城市内环路之内。
轻轨（LRT）是轻型轨道交通（light rail transit）的简称，是由原来的有轨电车（streetcar、trams or tramway）演变而来的。1978年3月在布鲁塞尔召开和第一届国际轻轨交通会议上统一了轻轨的称谓，英文简写LRT，认为轻轨交通的荷载比地铁和常规列车轻⑤。根据轻轨定义，独轨（单轨）交通、新交通系统（New Transport System）、轻轨地铁（Light Metro）、轻型快速交通（Light Rapid Transit）、高架线性系统等都属于轻轨范畴。轻轨线路有地面、高架和地下线，地下线比较少见。轻轨建设成本为地铁的1/3～1/5[7]。轻轨一般位于城市内环路之外。
市郊（通勤）铁路（commuter rail）担负着大城市市区与郊区卫星城镇或社区之间的客运联系，一般与地铁站或轻轨站有方便的换乘关系。通勤铁路以架空线网供电，站距长、速度快。它属于重轨交通，与货运列车的兼容性强。
高速铁路指导运行于大城市或区域之间，甚至国家之间的高速轨道交通，如欧洲之星（TGV）、日本的新时速、中国的广深准高速列车，营运速度在200以上，最大速度达350km/h。新研制的磁浮高速列车，时速将达500km/h。一般把高速铁路归为区域或国家铁路系统，所以狭义上说不是城市轨道交通的研究范围。
2、城市轨道交通的基本特征
目前，世界上拥有城市轨道交通的城市有320多个，其中有地铁的占5%，有地铁和轻轨的占11%，有轻轨和有轨电车的占84%，全世界轨道交通的营运线路长达5200km。发展中国家发展很快，目前有730多km的营运线路，占全世界的14%④⑦。轨道交通在世界上的分布情况，见图1⑧。
轨道交通与其他交通模式的特征比较见表1和表2。
综上所述，小汽车机动性强，从门到门，但是道路面积大，综合运能不大，能耗大，污染严重；公共汽车机动性好，基础工程简单，成本低，能耗虽然不大，但是综合运行速度慢，影响运能，污染大；有轨电车工程造价低，能耗低，成本低，无空气污染，运行速度慢，运能提不高；轻轨运量和运行速度均较大，安全、准点、能耗低、无污染，造价比地铁低，但是占用地面空间；地铁运量大，运行速度大，安全、准点、能耗低、无污染，不占用地面空间，工程造价高，但是综合效益好。
3、因素分析
3.1线路类型
线路类型影响轨道交通的营运速度和容量、服务质量和投资成本。根据线路的隔离和封闭程度，可以分为三种类型：
A型线路：全封闭、无平面交叉、具有专用的路权（exclusive rights-of-way），如地铁线路，营运速度30～45km/h；
B 型线路：大部分线路处于封闭和隔离状态，有部分平面交叉口。在交叉口，轨道交通优先通过，以确保快速的营运速度，具有大部分的路权（substantial rights-of-way），如轻轨线路，营运速度25～35km/h；
C型线路：只要小部分线路处于封闭或隔离，与其他交通混行，有大量的平面交叉口，如有轨电车和常规公交车线路，营运速度14～18km/h。
三种类型线路与服务质量和投资成本关系见图2。
服务质量
从图2可知，A型线路比B、C型线路具有更高的投资成本和服务质量，但是它占地更多，线路更改更加困难，弹性小。
线路类型在轨道交通中的应用见表4。
3.2 线路结构形式
线路结构形式有地面或半地面分级、高架轨道和地下轨道三种形式。线路在垂向的结构形式对轨道交通的建设成本影响最大。世界轨道交通建设经验表明，一般情况下，地面结构与高架、地下结构的投资成本的比例，大致在1：2：6的关系。如果建设一条15km长的轨道交通，在地名分级系统约3.3亿美元，高架6.6亿美元，而地下结构则高达20亿美元。特别是地下结构，成本与当地的地质水文条件、施工方法、车站规模等关系很大，但是与轨道交通技术水平影响不大。轨道交通结构形式与建设成本（含设备）的关系如表5。
为了更清楚地说明线路结构对建设成本的影响，表6列出了世界一些大城市的轨道交通成本情况。
3.3系统技术类型
轨道交通之间的技术差别主要是列车的控制方式。根据轨道交通的控制方式，大致可以很分为三种技术类型：①司机控制的交通系统；②自动控制的钢轮一钢轨系统；③人工/自动联合控制的交通系统，如有轨电车、胶轮系统等。
自动控制系统与司机控制的系统相比，具有如下优点：
·可在地面、地下和高架行驶，车道窄、占地少；
·噪声低、无空气污染、卫生清洁；
·性能优、安全可靠、车辆耐用、易维修；
·因多节车辆编组，容量大、劳动生产率高、能耗低、单位营运成本低；
表6 案例城市轨道交通建设成本（12）（1983）
其主要缺点如下：
·与其他交通兼容性差，在地面行驶问题更多；
·只能在轨道上行驶，线路在低密度区不经济；
·改线或更改调度灵活性差、车辆更新困难（因车辆寿命长）
·投资成本高
胶轮系统指橡胶轮胎（充氮气）在钢筋混凝土轨道上运行，并附有钢轮一钢轨作用，以防万一胎破裂，目前已经在巴黎、蒙特利尔、阿德莱得、墨西哥和日本的Sapporo用。胶轮系统与钢轮一钢轨系统比较有明显的特点：噪声小、爬城能力大（最大7%，而其他5.5%）、能大、控制系统复杂、造价高，只能在全封闭的轨道上行驶。
3.4营运服务类型
在分析和选择轨道交通模式时，发车频率（间隔）和列车容量是必须考虑的重要因素。发车频率和容量影响轨道交通系统以及乘客的成本费用。如果发车间隔长，营运成本就低，但是增加了乘客的等待时间成本。从理论上来说，全自动控制系统确保了列车的高容量。客运量与发车成正比，因为发车频率（一般30～120次/h）提高可以增加轨道交通的吸引力。但是，发车频率与车站设施、列车速度、安全程度等有关。单位营运成本与客运量的关系曲线，见图3。当列车频率一定（如30次/h）时，列车容量增加，客运量也增加。随着客运量的增加，总营运成本（包括轨道交通系统成本和乘客时间成本）下降，但是当列车容量一定的情况下，存在一个最佳客运量，此时，总成本最小。
4、结语
我国对轨道交通的特征描述过于笼统，缺乏详尽的对比分析。在轨道交通的概念和内涵方面，也比较模糊、不确切。由于特征和适用性了解不透，特别可行性研究不深，导致有些城市轨道交通规划随意性大，一会儿上地铁、一会儿上轻轨，线网规模大大超过预期的发展水平，为了获得立项，客运量也常常过高估计。在社会主义市场经济条件下，市政府是轨道交通巨额投资的主体，如果决策失误，市政府将永远背上沉重的财政包袱。世界经验表明，只有满足经济实力（包括经济潜力）和人口密集两个重要条件，才能上轨道交通，如北京、上海、天津三座直辖市，副省级市广州、深圳已经满足条件；而新直辖市重庆位于内陆，尽管人口密集，但是经济实力弱，地铁中途停工就是最好的说明。每个城市应该根据当地的实际情况，苦练内功，加强轨道交能特征比较研究，选择正确的交通模式和线路结构，才能促进城市交通健康发展。
参考文献
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②南方日报，1996—06—07
③http：//WWW.Subway.net
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⑩Vuchic， V. R.， Place of Light Rail Transit in the Family of Transit Mode. TRB Report 161，1975，P62-75
Abstract： With the continuous development of our economy， and more requirement of higher quality of travel， the quality of the railway service that the passengers expect has a great improvement， in order to ensure that passengers in high-speed rail hub transfer efficiency， based on analyzing the role of buffer time of the high-speed train timetables and comprehensively considering the cost of traveling time and delay time of the passenger， we establish relatively model which is a stochastic expected value model， the algorithm based on genetic algorithm is applied to solve the model by the soft MATLAB， and make validation on calculation example， and then make a optimization scheme of the slack time layout.
Key words： high-speed railway train； train operation diagram； transfer； redundant time； genetic algorithm
引 言
随着我国高速铁路的迅猛发展，以及人们对高速铁路运输服务的准时性有着较高的要求，高速铁路枢纽的换乘高效性和可靠性越来越受到重视。基于换乘衔接角度，本文通过分析列车运行干扰对换乘影响的作用机理，建立了考虑换乘衔接的冗余时间整体布局优化模型。该研究不但为考虑换乘衔接的冗余时间布局提供了研究方法，而且为高速铁路枢纽站运行详细的铺画提供了参考和借鉴意义。目前，国内外专家学者对冗余时间的布局优化做了一些研究，国内孟令云[1]提出列车调整双层模型，宁骥龙[2]提出偏质量最小模型，并用遗传算法进行求解，但二者均未从换乘角度出发进行考虑和研究冗余时间的作用机理。赵宇刚[3]以概率分析的方式对追踪间隔时间进行研究，未考虑换乘条件下综合冗余时间的布局。文超[4]以运行图冲突疏解的角度研究了综合冗余时间对运行图的影响，但未研究冗余时间在各站的布局。赵俊铎[5]建立了考虑换乘衔接的高速铁路运行图冗余时间布局优化模型，但并未考虑追踪列车间隔缓冲时间。刘伯宏[6]在分析各种冗余时间的基础上，以列车旅行和到发站延误时间最短为优化目标，建立运行图冗余时间布局优化模型，但该模型未考虑旅客换乘衔接的冗余时间。国外JoneR.Birge，Francois对晚点期望值进行了研究[7]。Michiel. Vromans和ROB. M. P. Goverde[8]针对晚点传播过程及相应指标和评价指标进行了深入研究。Nils. E. Olsson[9]针对冗余时间设置对运行图稳定性的影响进行了研究，但上述文献均未从晚点累加和换乘衔接的角度进行冗余时间的研究。文献[10]在单线铁路资源约束条件下，对列车运行图进行了优化，该研究采用分枝定界算法进行求解，并提出了三种缩小解空间的策略。文献[11]结合了线性规划、随机规划和鲁棒优化技术，提出了精确地启发式算法来提高列车运行图鲁棒性。文献[12]采用阻塞时间理论模型对列车运行调度实施过程进行描述，为列车运行过程中的实时调度提供了参考意见。
1 列车运行冗余时间的含义和分类
含义：在铺画列车运行图时，在列车停站作业和区间运行以及列车运行线间人为的预留的时间。
冗余时间按作业性质分为两类：
（1）缓冲时间，其设置在涉及多列或两列列车的作业中，并能够抑制列车之间的晚点传播。
（2）自身恢复时间，其包括区间运行和车站停站作业的撒点，设置在一趟列车的某个单项作业中。
2 列车运行干扰的作用
列车运行中会受到各种外界因素的干扰，其主要包括机器问题、自然条件恶劣与人为失误等各种不确定因素的扰动。列车运行干扰的产生导致了列车运行偏离原计划，即列车发生晚点，晚点传播[13]，是指列车自身晚点及其引起其后列车连带晚点的现象。列车的换乘同样会受到列车运行干扰的影响。
3 冗余时间优化模型
3.1 模型分析
列车运行图编制情况：初始布点阶段、详细铺画阶段、后评价阶段，本文研究的是在已完成初始布点的列车运行图的基础上，设置各项作业的冗余时间。
结合乘客旅行时间成本和乘客总延误时间成本目标，建立考虑换乘冗余时间的随机双层期望值模型，基于全局考虑上层提出冗余时间的布局方案，并传递至下层，结合既定扰动方案，基于上层的基础下层进行以乘客总延误时间为目说脑诵型嫉髡，并将乘客总延误期望值传递给上层。上下层模型的决策是相互独立、互不干扰的。
3.2 模型假设
（1）不包含其他指标的优化，只以该模型目标函数值为优化目标。（2）冗余时间总值和乘客总延误时间权重已知。（3）不考虑车站能力约束。（4）不考虑追踪列车间隔缓冲时间。（5）不考虑因列车大范围延误而做出的运行调整。
3.3 模型建立
3.3.1 上层模型
目标函数：
其中，冗余时间布局方案下所有列车的冗余时间总值为cx，冗余时间布局方案在相应扰动方案下乘客总延误时间为qx，ω，冗余时间布局方案x的可行解集为Λ。
式（1）中：
在目标函数中ux，y表示在扰动方案ω下，通过调整列车运行图，最终产生的列车运行图较初始运行图的乘客总延误时间。y表示在给定冗余时间布局方案x和扰动方案ω下列车调整后的运行方案。通过该目标最小化，得出在干扰方案ω下运行调整优化方案。旅客因列车晚点到达产生的时间延误和旅客因未实现换乘而额外产生的等待时间延误，以及旅客因列车早点到达产生的额外早点时间构成了乘客总延误时间。
4 模型求解过程
根据本文模型的特点，我们对上层模型和下层模型分别设计了相应算法进行求解。
4.1 遗传算法，是一种基于自然选择和遗传学原理的有效搜索方法，它从一个种群开始，利用选择、交叉、变异等遗传算子对种群进行不断进化，最后得到全局最优解[14]。
4.2 下层模型的算法设计及求解。通过插入基于期望值的换乘关系保留决策过程和设置换乘冗余时间，结合基于优先级的模拟人工冲突疏解算法调整带有冲突的列车运行态势图，从而能保证了换乘关系的实现，并得到最优结果。
5 算例分析
本文为检验上述模型和算法的可行性，以某一条已建成运行的高速铁路部分区段为背景进行研究，选取全长212公里的区段，其中包含4个车站3个区间，该区段的线路拓扑结构图如图1所示，站间数字为两站距离（单位：公里）。
如图1所示，令B站为换乘车站，并以B站部分始发列车作为换乘列车与A站部分始发列车进行换乘。
在列车实际运行中，由于受到初始干扰的复杂性，其难以进行量化统计，因此，需要对统计得到的列车实际到发时刻数据进行处理。列车到发时刻反映的是列车受到的初始干扰和连带干扰的加和，研究发现列车晚点的概率分布服从负指数分布规
律[15]。
本算例的统计数据为其在前方车站通过且在后方车站停车的时间。该数据是以excel数据形式进行存储的。
本文设置高等级列车5列进行模型算例分析，及η=1，其中设置1对换乘列车。
扰动方案样本数量设置为5。由已有列车运行图历史数据统计可计算得出各区间车站概率密度的累计分布概率，并可求出每种扰动方案ω发生的概率ρω。为了更好地测试模型的优化能力，本算例不考虑列车正点的情况。对已有数据统计可得该区段已有运行图的冗余时间总值约为20min，故可设置冗余时间上限值t为20min。
本算例通过借鉴已有研究，假定冗余时间总值和乘客总延误时间的权重系数η为4，设φ为15min，ξ为30min，求解模型过程中，设每列车乘客数为1，且在每站的下车人数平均，则每站下车乘客比是0.33，且设列车1在车站B下车的一半乘客均换乘至列车2，可得换乘乘客比例0.165。
上层模型遗传算法的求解过程中相关参数设定为：POP_SIZE=50，M=20，chrom1取已有运行图的冗余时间布局方案，如表1所示。
6 结 论
（1）不同的冗余时间设置方案对于列车在运行过程中的干扰吸收也是不同的。
（2）智能算法能够高效解决冗余时间布局方案的优化问题。
（3）通过研究高速铁路换乘冗余时间的布局优化方案，可提高高铁的行车组织效率。
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那时知道台糖火车的车厢比台铁的小,铁轨也较窄。听人说台糖火车叫做“五分车”,不明白是什么意思。1970年到台北读大学,那时以坐平快车为主,知道台湾的纵贯铁路是日据时期修造的,听人家说这叫做“七分车”,也不明白是什么意思。后来看电影《东方快车谋杀案》,看到洋人的火车竟然有包厢,厢外有通道,觉得洋火车比台湾的火车宽敞。1979年到巴黎第一次坐有包厢的火车,感觉台湾的火车还真窄。1992~1993年在美国,更确定台湾的轨宽有点奇怪。
很惭愧,我一直没去弄清楚五分车、七分车、欧洲车、美国铁轨的宽度有什么差别,为什么会采用这么不同的规格。这件事拖到2001年初,我读到Douglas Puffert(2000)的论文后,才把整个事情弄清楚。
复杂的轨宽
1995年夏,我在慕尼黑大学三个月,在经济史研讨会上认识Puffert,是个温文儒雅的年轻学者,他在斯坦福大学的博士论文(1991),就是以北美铁轨的宽度为主题,在主要的经济史期刊上发表好几篇论文。我从维基百科(Wikipedia)查“轨距”,得到许多具体的数字。
国际上通用的标准轨是143.5厘米,现在欧洲大部分国家都使用标准轨,例外的国家有:爱尔兰与北爱尔兰(160厘米)、西班牙(167.4厘米,正在改为标准轨)、葡萄牙(166.5厘米),阿根廷与智利的轨距是167.6厘米,俄罗斯及邻近国家,以及蒙古、芬兰都是152厘米。
日本的轨距是106.7厘米,日据时期修筑的台湾轨宽也是106.7厘米,这是国际标准轨(143.5厘米)的74%,称为“七分车”。台湾的糖业铁路和阿里山的森林铁路,是76.2厘米的窄轨,是143.5厘米的53%,简称“五分车”。日本在1960年代修建新干线(高速铁路)时,采用143.5厘米的国际宽轨,提高行驶的稳定性。台湾高铁、台北和高雄的捷运,都采用143.5厘米的标准轨。清朝末年中国的铁道,由英国和比利时承建,采用143.5厘米标准轨。
有人说,1937年制定的国际标准轨143.5厘米是英国提出的,这个说法不够准确,待会儿会详细解释。最让人感兴趣的是,为什么143.5厘米的轨宽,会在诸多规格的激烈竞争下脱颖而出?
1835~1890年间,北美(美国与加拿大)至少有9种轨道:91.4厘米、106.7厘米、143.5厘米、144.8厘米、147.3厘米、152.4厘米、162.6厘米、167.6厘米、182.9厘米。
为什么会这么复杂?
原因很多,大致有三种。其一是各地区修筑铁路时,铁路工程师的技术来源与传承不一,有些采用英国体系,有些则不是。其二是故意不兼容,阻挡其它地区的农工业产品进入。其三是各地区的地形地势不一,对轨道的需求自然不同。
为什么后来会统一使用145.3厘米,1937年之后这个尺度成为国际标准轨宽呢?这就是本文的要点:说不出合乎逻辑的道理,这是政治与经济交互角力后,一步步发展的结果,这正是典型的path dependence问题(依发展途径而异、受到随机性的因素干扰)。市场机能、竞争、效率、最适合这类的观念,在这个议题上无法发挥功能,因而称为“市场失灵”。
143.5厘米的起源与变迁
美国最早的铁道,是承袭英国的142.2厘米规格,这是18世纪末,在英国矿区发展的原初型铁路,在纽卡斯尔地区最通行。
有位叫史蒂文生的工程师,在斯托克顿和达灵顿之间建造了一条运煤铁道。1826~1830年间,他被任命在利物浦(Liverpool)和曼彻斯特(Manchester)之间建造铁路(L&M),特点是用蒸汽机来推动火车头。这是第一条靠蒸汽机推动的铁路,也是第一条完全依靠运载乘客与货运的铁路,更是第一条与矿冶完全无关的铁路,在铁道史上有显著的开创地位。不知什么原因,史蒂文生把铁轨加宽了1.3厘米,成为143.5厘米,这就是日后国际标准轨的规格。
1826年,史蒂文生在竞争L&M铁路时,他的对手刻意提出167.6厘米的宽轨(加大24.1厘米),但没被采用。史蒂文生的儿子罗伯特,后来在国会的委员会上说:143.5厘米轨宽也不是他父亲订的,而是从家乡地区的系统“承袭”来的。斯迈尔斯是史蒂文生的朋友与早期传记的作者,他说143.5厘米的轨宽,“没有任何科学理论上的依据,纯粹是因为已经有人在用了。”
美国早期的铁路建造者,参观L&M与其他地区的铁道,认为L&M的规格较适合,就把整套工程技术搬回美国。另有一批工程师,1829年参观英国铁路,回国后在巴尔的摩(Baltimore)与俄亥俄(Ohio)之间筑了另一条铁路(B&O),将轨宽改为143.5厘米,目的是要和L&M铁路的火车“接轨”。
但有几批工程师却另有盘算,有些认为152.4厘米较易使用,有些人用144.8厘米,有人坚持147.3厘米也不错。简言之,在最复杂的时候,美国铁路有过9种轨宽并存。
现在回过头来看铁道的发源国英国,他们在建筑Great Western Railways(GWR)时,把轨宽扩大为213.4厘米,几条较短的路线,用其它规格。有些美国工程师,看到铁路老大改为宽轨,为了迎头超越,就把纽约与爱力(Erie)之间的铁路,建为182.9厘米,希望能达到三个目的:最高速、最舒适、最低成本。
但事与愿违,有些人认为167.6厘米就够了。几经实验,19世纪中叶的美国铁道工程师,在考虑火车头的拉牵力之后,觉得还是以152.4～167.6厘米之间较合适。加拿大的铁路学者也有同感,而这正是英国当时采用的轨宽。
1860年之后,又有人感觉宽轨太耗动能,对蒸汽机的负担过重,认为还是老规格较合适。在地势变化较大的地区,其实106.7厘米更合用,因为较容易转弯。在多山的地区,若用91.4厘米宽的铁轨,就不必挖太宽的隧道,可以省下不少成本:91.4厘米的铁路成本,比143.5厘米的建造费用便宜三分之一(枕木、石块、人工、管理都较省)。
建造铁路时,美国政府只负责土地与公共事务,对具体的投资、兴建、技术规范都不插手。如果你是第一位在某个区域的铁道投资者,只要考虑自己喜欢哪种轨宽;第二位投资者,或许也可以自由选择轨宽;但第三位投资者,就必须考虑接轨问题,没有多大选择空间。在这种机制下,美国的铁道系统就出现一项特质:地区性的轨宽整合度很高,但全国性的相似度很低。
简言之,美国的轨宽是由民间工程师决定,而这又受到他们之前的经验影响:或是向英国某个地区学来的,或是依所购买的火车头带动力,来决定轨宽。为什么143.5厘米最后会成为主流?因为采用者最多,滚雪球效应最大。
偶然与必然
换个角度来问:政府为何不出面协调呢?
其实很简单,南北战争之前,有谁能预期日后会建造出全国性的铁路网呢?那时投资铁路的人,只想运载货物和非乘客的人员,从河运抢些生意做,占据某个地区的地盘。他们甚至不想和其它区域的铁路接轨,基本的心态是互不侵扰地盘。加拿大也不希望美国的火车驶入,铁道的规格因而形成割据。现在美加两国的铁路、电话号码、电压、影印纸规格都已统一化,那是很后来的事了。
其实加拿大的国会,很早就知道轨宽标准化的重要性。美国国会把横跨大陆的轨宽选择权,授给林肯总统,他决定采用152.4厘米。但是中西部的铁道业者不愿接受,就和东部的同行结盟,游说国会采用最老式的英国轨宽143.5厘米。
某些较贫困的地区,资本不够,希望采用窄轨,就在1872年另组一个“国家窄轨联盟”:之后全国各地的窄轨,95%采用91.4厘米的规格。在这种“地区性整合度高、全国性相似度低”的结构下,美国的铁道系统,怎么可能在20年内(1866~1886年),就完成规格统一呢?143.5厘米的规格获胜,是因为它有特殊的优越性吗?
其实在1860年代时,谁也不知道143.5厘米会成为日后的国际标准,当时存在9种规格,工程师并无明显的偏好。为何会有统一化的认知呢?主要是各地区的经济发展后,运输量大幅增加,东西两岸的产品与人员相互运送,无法透过较受地域性限制的水运。当时东西横向的铁路,大都采用143.5厘米,产生大者恒大的雪球效应,市场占有率愈来愈高。各地区的铁路公司,在利益的考虑下愈来愈合作:发展跨区的铁道系统,共同管理相互协助,这是推动铁道标准化的重要因素。
大家会问:把原来不是143.5厘米的轨宽,不论是拉宽或缩窄,转换的成本不是很高昂吗?是的,费用看起来是不小,但相对于铁道的总价值,百分比并不高。主要的花费是整修路基,尤其是在扩宽轨道时,如果只是把轨道稍微拉宽或缩小,这属于“移轨”的问题,成本并不高。较贵的部份,是更换为143.5厘米的车厢和火车头(机头)。
1871年时,把俄亥俄和密西西比铁路,从182.9厘米缩为143.5厘米的平均成本,是每英里1066美金,再加上价值5060美金的新车头。到了1885~1886年间,这些成本更低了:更改南方轨道与设备的成本,每英里约只需150美金。把窄轨拉宽的成本,每英里约7500美金。对那些和143.5厘米较接近的轨道,就建造可以调整轮子宽度的车体,来相互通车。一旦整合的意愿明确化,确知每英里的更改成本,占铁道总价值的百分比不高后,20年内很快地就整合完成了。143.5厘米成为美加的标准规格,1937年成为国际标准,沿用到今日。
美国轨宽的故事告诉我们:市场的需求,是规格统一化的重要推手。1880年代统一的143.5厘米,以今日的车头牵动能力而言,并不是最具能源效率的规格;但这已是国际标准,改动不了了。143.5厘米能一统天下,并不在于规格上的优越性,而是历史的偶然造成,并不是最有效率、最具优势的东西,就能存活得最好。这种path dependence的现象,在度量衡上最常见。听说1英尺的定义,就是某位国王鼻尖和手指之间的距离。
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马屁股距离决定轨宽
经济学中有个名词称为“路径依赖”,它类似于物理学中的“惯性”,一旦选择进入某一路径(无论是好的、还是坏的),就可能对这种路径产生依赖。这个美国铁轨的故事,也许有助于我们理解这一概念,并且加深对其后果的印象。
美国铁路两条铁轨之间的标准距离,是4.85英尺。这是一个很奇怪的标准,究竟从何而来的?原来这是英国的铁路标准,因为美国的铁路,最早是由英国人设计建造的。
那么,为什么英国人用这个标准呢?原来英国的铁路,是由建电车轨道的人设计的,而这个4.85英尺,正是电车所用的标准。
电车轨标准又是从哪里来的呢?原来最先造电车的人,以前是造马车的。而他们是用马车的轮宽做标准。
好了,那么,马车为什么要用这个轮距标准呢?因为那时候的马车,如果用任何其它轮距的话,马车的轮子很快就会在英国的老路上撞坏。为什么?因为这些路上的辙迹宽度,为4.85英尺。这些辙迹又是从何而来呢?答案是古罗马人定的,4.85英尺正是罗马战车的宽度。如果任何人用不同的轮宽,在这些路上行车的话,轮子的寿命都不会长。
我们再问:罗马人为什么用4.85英尺,作为战车的轮距宽度呢?原因很简单,这是两匹拉战车的马的屁股宽度。故事到此应该完结了,但事实上还没有完。
近年来，伴随着国家综合国力的全面提升，我国高速铁路建设取得历史性跨越，进入全面建设时期。无砟轨道作为一种稳定性高、轨道刚度均匀、具有较强的结构耐久性、容易维护、可降低桥梁二期恒载、减少隧道净空开挖、综合效益高的轨道结构形式，因此，对无砟轨道施工技术进行研究是很有必要的。
2. 无砟轨道施工技术难点
与普通铁路有砟轨道相比，高速铁路无砟轨道系统的施工工艺更为复杂，技术含量更高，其难点主要体现在以下五个方面：
（1）轨道基础地基沉降变形规律难以控制。无砟轨道整体形态是通过扣件系统进行维持，因此，必须采取技术经济合理的处理措施保证轨道地基的稳定性。
（2）精密测量技术。传统的测量技术已经无法满足高速铁路无砟轨道系统的施工建设需求，需要采用高精度的现代工程测量方法来保证保证无柞轨道线路平顺性。
（3）轨道平顺度控制。高速铁路与普通有砟铁路的最显著区别是需要一次性建成可靠、稳固的轨道基础工程和高平顺性的轨道结构。轨道的高平顺性是实现列车高速运行的最基本条件。
（4）无砟道岔施工。道岔区无砟轨道施工应严格按相关规程进行，在保证无砟轨道的道岔间无缝的同时还要注意与不同区间、不同标段间无缝线路施工相互协调。
3. 无砟轨道施工关键技术
3.1 无砟轨道测量
无砟轨道施工阶段测量主要包括三个内容：线下施工测量、无砟轨道铺设测量以及竣工测量。线下施工阶段测量主要工作是控制网的复测和控制网加密；对于无砟轨道铺设阶段测量，关键工作就是CPⅢ控制网的布设，平面测量要求满足五等导线精度，线路起闭于CPⅠ或CPⅡ控制点。导线长度不超过2km，点间距150～200m之间，距线路中线3～4m，需要再线下施工完成后无砟轨道铺设前进行施测，控制点需要用钢筋混凝土包桩，以保证其精度不受环境影响。高程测量采用起闭于二等水准点的精密水准测量施测，水准线路不超过2km。竣工阶段测量主要是维护基桩测量和轨道几何形状测量。
3.2 水硬性混凝土支承层铺设
水硬性混凝土应按设计方案配比，集中拌合，用运输车运输、倾倒。摊铺时沿测定位桩拉线，控制摊铺机走行方向；注意控制并调整摊铺机的碾压力、集料投料速度等工艺参数；同时及时拉线检查支承层的顶面高程。在支承层水硬性混凝土摊铺完毕12小时内，用锯缝机在支承层表面锯切间距5m深度l0cm的伸缩缝；同时修整支承层边缘轮廓尺寸。最后在支撑层上覆盖保湿棉垫，在保证混凝土上表面湿润，且不受阳光直射和风吹的前提下覆盖养生3天。
3.3 轨道安装定位
轨道安装定位的主要工序依次分别为首先铺设轨枕、安装工具轨然后进行轨道调整定位再进行轨道电路参数检查最后轨道精确调整和固定。施工时，一般100m为一个施工单元组织施工。
3.3.1 铺设轨枕、安装工具轨
轨枕铺设使用散枕机施工。散枕机通过挖掘机特殊改装而成，挖掘机上安装专用液压轨枕夹钳，进行轨枕的吊装、并按照正确的轨枕问距直接将轨枕摆放到位。
3.3.2 轨道调整定位
轨道调整定位施工采用专用支撑架、双向调整轴架完成，支撑架间隔2.5m设置，双向调整轴架每隔3根轨枕对称设置，双向调整轴架基座预先安装在钢轨底面。
支撑架内安装宅钢轨夹钳和竖直调整装置。首先使用水准仪测量轨道面高程，起落竖直调整装置，使轨顶标高满足设计值。允许误差为±10mm；用扳手上紧双向调整轴架的竖直螺栓。螺栓端头与垫板顶死、受力。
在每一组双向调整轴架基座间安装传力杆后，用扳手旋转传力杆，逐点调整轨道至设计中线位置．容许偏差为±5mm，并用全站仪精确测量复核。轨道调整定位合格后，在细调定位支座的预埋位置钻孔，安装定位支座。
3.3.3 轨道精确调整和固定
轨道精确调整在道床板混凝土浇筑前l.5～2小时前进行。按照细调定位支座位置划分检测断面，使用轨检小车和全站仪逐一检测每一个检测断面线路的水平、高低、轨向等几何形位和中线位置。根据轨检小车输出的检测数据确定检测断面处轨道精确调整的量值。
用扳手微动调整双向调整轴架的竖直螺栓丝杆，调整线路的几何行位，直至满足设计要求。在细调定位支座上安装螺旋调整器，旋转调整手柄，使调整刻度达到调整量值．确认轨道中线位置调整到位。将“U”形卡板插入细调定位支座内卡紧，然后将卡板与轨枕的钢筋桁架焊牢，完成轨道固定。
3.4 道床板混凝土浇筑
混凝土入模后，立即插入振动棒振捣。对轨枕底部位置混凝土要加强振捣，确保混凝土的密实性；捣固时防止振动棒触碰双向调整轴架的竖直螺栓和其它固定装置。道床板混凝土表面用平板式振动器振平并以人工抹平，确保道床板的顶面高程、平整度和排水坡度符合设训标准。同一配比每班次应制作5组试件。
道床板馄凝土浇筑2～5小时后，松开双向调整轴架的竖直螺栓和其它固定装置。混凝土灌注完成后应立即进行表面覆盖。混凝土终凝后喷洒养护剂养护14天左右，防止其表面产生裂纹。双向调整轴架的竖直螺栓取出后，遗留的螺栓孔应采用高标号的砂浆封堵。
4. 结语
我国高速铁路已进行了多年的技术准备，研究和攻克了不少重大难题，但无砟轨道施工技术对于我国铁路建设来说仍然是一个既复杂又新颖的课题，在建设中仍有许多问题值得研讨。本论文主要分析了高速铁路无砟轨道施工的技术难点和施工中的关键技术，期望能对高速铁路无砟轨道施工提供有益的参考。
参考文献
[1] 何华武. 无砟轨道技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2005.
1.接触网主要故障分析
1.1空间结构尺寸方面故障
接触网不仅要保障向电力机车提供的电流质量良好，而且还要保证在规定的空间几何位置上接触悬挂能牢固地接触，保证受电弓从接触线上取流能平滑并且质量良好。由于机车受电弓有限的宽度和愈来愈快的运行速度，一旦接触网的技术参数发生变化或接触悬挂上零件脱落的情况发生，就会给电力机车或电动车的运行带来很大障碍，严重的情况下还会造成弓网故障。受当时条件限制，建设初期标准偏低的接触网已经不能很好适应当今铁路发展形势，导线质量不一，时常发生断线状况，疲劳耗损较为严重。
1.2绝缘方面故障
绝缘是接触网这一特殊的高压供电设备的重要技术指标之一，接触网不同于地方的供电线，距离机车近且悬挂高度较低，常常遭到环境和混合牵引的机车的污染，具有相当大的绝缘难度。根据绝缘介质来划分，接触网的绝缘主要包括绝缘体绝缘和空气间隙绝缘两种，接触网的正常运行会受到任何一方面放电的影响。鉴于我国设计方面和特殊的自然环境的原因，整个故障占比例较高的就是绝缘方面的故障，其影响范围也较广，应该得到较为严肃认真的对待。
1.3电气联结方面故障
因事先难以发现并且具有严重的危害性，电气烧伤故障作为铁路电气化接触网设备的一类故障，已引起供电运营检修部门的高度重视。由于接触网设备主要在力与电的双重作用下工作，所以接触网故障的主体由机械故障和电气烧伤故障构成。由于接触网运行时间长久和不断增加的牵引运能，越来越突出设备的电气烧伤现象已得到检修部门的关注。供电运营单位为确保供电安全的一个重要任务就是预防和防治接触网设备发生电气烧伤故障。
2.接触网可靠性发展状况
“受流质量、安全可靠、景观设计”是接触网需要解决的三大问题，可靠性列在其中。高速铁路由于具有系统本身结构复杂、设备繁多、任务繁重等特点，一旦出现事故，波及范围及社会政治经济影响都很大，研究接触网的一项重要课题就是研究其供电可靠性。高速铁路的供电可靠性也因高速客运专线铁路的大规模兴建而倍受关注。可靠性工作受到国外的电气公司与各种国际机构（如IEC、IEEE等）的高度重视，专职的可靠性工程师在一些著名的电气公司或可靠性管理部门非常常见。不管有些产品有无规定可靠性指标，公司内部都会开展可靠性研究工作，国外各公司间竞争的一个非常重要的手段就是产品可靠性的高低。国外也有着活跃的可靠性学术交流，目前国际上已将传统的可靠性评估扩展为RAMS评估。该项评估包括对系统可靠性（reliability）、可用性（availability）、可维护性（maintenance）和安全性（safety）的全面评估。现在有关铁道的RAMS国际标准已由最早的EN50126：1999上升为IEC62278：2002。有许多涉及到可靠性的国际学术会议，例如，IEEE霍姆接触会议（每年召开一次）、国际可靠性物理学会议（每年召开一次）、国际电接触会议（每年召开一次）、国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）等等。
可靠性理论在我国只有30年的引进历史。我国于1976年了第一个可靠性行业标准《可靠性名词术语》。第一个可靠性国家标准于1979年。80年代，我国在IEc/Tc56有关标准和美国军工标准作为参照下，制定了一批可靠性标准，基本完成了可靠性基础标准配套工作。90年代以来，产品的可靠性工作受到机械工业系统的高度重视，产品的可靠性标准（包括可靠性试验方法）和质量标准中的可靠性指标已经得到普遍使用。1990年，机械电子工业部在《加强机电产品设计工作的规定》第二十四条作出明确规定：新产品鉴定定性时，必须有可靠性试验报告和设计资料。在铁道方面，制定了（113/T1335―1996）《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》。进入21世纪后，（G1150068-2001）《建筑结构可靠度设计统一标准》在建筑领域正式形成。将可靠性原理方法与供电系统科学结合，电气化铁道的供电可靠性评估采用最科学经济的方法充分发挥电气供电设备的潜力，保证铁路运行所需的连续不断电力。
3.接触网可靠性分析的方法
人们根据可靠性分析结果对系统进行评价，发现了许多可靠性分析方法。确定性方法和概率性方法是计算可靠性方法的两大类。概率性方法按照所使用的数学工具又可以分为：解析法和模拟法。确定性方法可用于在预期故障发生的情况下研究系统可靠性水平。以前常用的系统N-1或N-K安全性检验，就是评价确定性可靠性的常用方法。此方法具有考察的状态数有限、能详细而精确的描述每个考察状态的优点。缺点是在于这些状态表的生成受技术人员的经验的决定，有可能漏掉状态，而且状态的严重程度也可能不能察觉的随时间变动。对系统的安全性进行粗略估计可以采用确定性方法的计算结果，改进薄弱环节，但它只能进行一些故障阶数较少的故障类型的事故后果的预想，而且不能预测事故发生的可能性具体有多大。近年来，概率性分析方法已逐渐取代确定性可靠性评估方法。
根据零部件故障和修复的统计值，概率性方法可以计算出系统和节点的运行参数变化区间和风险指标，从而对系统的可靠性作出较为全面和客观的评价。概率性可靠性评价方法分为解析法和模拟法两种。解析法对零部件或系统的寿命过程进行合理的理想化，并将这一寿命过程用数学模型描述，如用指数分布等。再通过运算来求解，得出可靠性指标。网络法、状态空间法和故障树分析法是解析法的常用方法。
在系统设计过程中，通过对系统各组成部分的潜在的故障模式分析，对系统功能的影响分析，按严酷程度对每一个潜在故障模式进行归类类，总结出可采取的预防措施来促进系统可靠性的提高。
4.结语
随着列车不断提速以及电气化铁道运营范围的不断扩大，对接触网可靠性有着越来越高的要求。因此，分析我国的接触网系统故障情况并探讨如何提高接触网系统可靠性显得极为重要。
【参考文献】
中图分类号：F530 文献标识码：A
Abstract： China have been constructing high-speed passenger railway on a large scale recently， however its economic performance does not behave well due to the expensive capital expenditure and operating expense， meanwhile express industry is rapidly developing， which causes demand exceeding supply. In this situation， the introduction of high-speed railway express may produce great social and economic benefits. This paper illustrates the social and economic necessity through the unit cost analysis and social analysis， then， combines successful cases and the high-speed railway technical condition in our country to prove its feasibility.
Key words： high-speed railway； express logistics； social benefit； economic benefit
随着我国“四纵四横”铁路快客通道和城际快客系统的实现，高速铁路网将于不久形成网络效应。高速铁路带来了巨大的社会效益。而在经济效益方面，巨额的投资成本和运营成本导致其无法在短时间内回收，如何实现高铁盈利将成为今后高铁发展中的新课题。2013年，铁道部的体制改革也将进一步催化这一问题的解决。与此同时，我国快递行业发展十分迅速，其中小件快运尤为突出，呈现供不应求的趋势。因此，结合快运和高铁的需求，本文提出利用高速铁路开展快运物流的设想。
1 基于双重效益发展高速铁路快运物流的必要性研究
1.1 基于经济效益发展高速铁路快运物流的必要性
1.1.1 增加运营收入。近几年我国投入了巨额成本建设高铁路网，而高铁客运收入无法平衡每年的折旧和利息，除了几条发达地区的线路，高铁上座率普遍达不到设计标准，这与经济发达国家高速铁路可以带来巨大经济效益的经验有很大差异。因此，新成立的铁路总公司必须创造更大的利润来弥补之前的亏损，真正走向市场化。
提高收入可以从客运和货运两方面入手，在客运方面，运营收入与票价和运载人次等因素有关，虽然调整票价可以增加收入，但是必然会带来一系列社会问题，并不利于高速铁路公司的长远发展。在货运方面，一方面，普通铁路的运能释放可以为传统铁路货运带来新的利润；另一方面，也可以通过高速铁路发展新的货运产品——高铁快运。普通铁路更适合大宗货物运输，而高铁具有更高的时效性、安全性，更适合快递快运物流产品的服务需求，两者的目标市场具有很大差异。且当今快运市场有巨大的利润空间，因此，在高铁上开展快运业务，不仅可以有效利用高铁的剩余运能，还可以增加运营收入，减少亏损。
1.1.2 单位运输成本低。本文以沪宁客运专线为例，简要计算了各种运输方式下的单位成本（见表1）。
为了简化计算过程，本了如下假设：
（1）基础设施的建设成本很难分摊，且使用年限足够长，成本能够收回，因此这里不考虑基础设施的建设成本（如车站、铁路、机场、高速公路等）；
（2）不考虑融资成本，即贷款利息对运输成本的影响。
根据《中国统计年鉴》显示，2011年全国异地快递量为27.3亿件，其中上海异地快递量为2.5亿件，江苏异地快递量为3亿件，假设南京异地快递量占江苏省的20%，预计上海至南京的日快递量=2.5*3/27.3*100%*20%/365=1.5万件。
假设为了完成每日1.5万件的快递运输，预计每日卡车需来回4趟，高铁需2趟，飞机需2趟。上海至南京的距离按300km计算。
各种运输方式的单位成本d■计算公式如下：
d■=■
其中，f■——第i种运输方式的固定成本（元/年）
c■——第i种运输方式的变动成本（元/km）
n■——第i种运输方式每日需输运的次数
L——运输距离（km）
D——运输量（件）
经计算，各种运输方式下上海至南京快运单位成本如表2所示：
故当运距为300km时，航空单位成本最高，高铁略小于公路。由于高铁每公里变动成本远小于公路，因此，其单位成本递远递减，当运距增大时，高铁单位成本低的优势越来越明显；而航空的单位成本虽然也呈递远递减的趋势，但其每公里变动成本高于高铁，因此，在任何运距下，高铁的单位成本都远低于航空。
综上所述，高速铁路的单位成本比公路和航空运输低，体现其良好的经济效益。
1.2 基于社会效益发展高速铁路快运物流的必要性
除了经济效益，发展高速铁路快运物流还能够带来众多深远的社会效益，其主要表现在以下几个方面：
1.2.1 适应快运需求快速增长。我国快运物流虽然起步较晚，但近年来，随着电子商务（尤其是网络购物）的快速发展，快递需求量与日俱增。目前，国内快运市场形成了京津环渤海、长三角和珠三角三大快递区域，区域内基本上实现了次晨达或次日达，三大快运区域以公路运输为主。在国内快件运输市场中，80%是公路运输，15%是航空运输，其他形式不足5%。图1反映了我国近年快递业务量的增长趋势，快递量平均每年增长25%；图2反映出城际间快运量占整个市场的四分之三，具有巨大的市场需求空间。
目前，城际公路快运供给已趋于饱和，快运行业面临着发展瓶颈。在此情况下，发展高铁快运为解决这一难题带来了新的希望。首先，发展高速铁路快运物流能够增加快运供给量，大大满足不断增长的快运需求，实现快运市场的供需平衡；其次，公路干线快运的服务质量存在不足之处，货损、延误情况都较为严重。而高铁快运可以做到定时定点，能大大提高快运物流的准时性，改善快运服务质量。
1.2.2 促进综合交通运输发展。目前，快运物流以公路和航空为主，普通铁路货运速度慢、运输时间长，不适合快运物流。高速铁路克服了普通铁路的弊端，其运输速度快，服务质量高的特点不仅促进了铁路客运的发展，也能够与快运追求快速和便捷的特点很好的契合，在合理运距内，高速铁路比公路和航空更适合快运物流。因此，高铁、公路和航空应当发挥各自优势开展快运物流，做到分工协作、有机结合，促进综合交通运输的发展。
1.2.3 减少公路交通拥挤。我国80%的快递以公路运输为主，城际快递大多走高速公路。因此，快运需求的不断增长使公路运输的交通拥挤愈加严重，导致快运服务质量普遍较差。开展高铁快运可以吸引公路快运量，有效缓解交通拥挤对公路运输造成的压力。
1.2.4 促进低碳环保的可持续发展道路。面对巨大的快运需求，寻求一条低碳环保、可持续的发展道路是快运物流发展的重中之重。
据权威部门研究显示，民航、公路、铁路单位运输量平均能耗比约为11∶8∶1，尤其是高速铁路使用电能，不仅节约了宝贵的燃油，且碳排放量几乎为零。
同时，我国高速铁路仍处于发展阶段，客运量离达到饱和还差很远，势必会产生相当大的剩余运能，高铁快运的低碳环保还体现在能有效利用剩余运能创造更多财富。
2 发展高速铁路快运物流的可行性分析
2.1 国内外研究现状
2.1.1 国内研究现状。已经开行多年的中铁快运公司行邮、行包专列是我国铁路快运发展最具代表的两种形式。特快行邮专列的运行时速可以达到160km/h，快速行邮专列和行包专列的运行速度可以达到120km/h。目前，高铁上还没有开行类似行邮、行包这样的快运专列，但其需求确实存在，行邮、行包专列对高铁快运物流在编制开行方案方面有许多可以借鉴的经验。
2.1.2 国外研究现状。目前，高速铁路货运已成为国外铁路公司一项高利润且快速增长的业务。以法国、德国、美国为代表的一些国家早就开始利用高铁运送特快邮件和包裹。
（1）法国高速铁路货运分为TGV邮政专列和Semam200包裹列车。1984年，法国将2列TGV旅客列车抽取掉座位后运送快件和包裹等小型货物，其速度达到270km/h。Semam为国营包裹快件列车，速度为200km/h。1997年，法国在高速客运专线上开行营业性货物列车。该列车是由经过改造的G13型普通货车编组而成，每天22：00后开行。
（2）德国对速度在200km/h以上的旅客列车和货物列车分时段运行，夜间高速旅客列车运行结束30min后至次日高速旅客列车运行开始前30min为货物列车运行时段。
（3）美国曾开行Talgo XXI型摆式列车，以最高速度200km/h运送旅客的同时，设置2辆车装载特快包裹。另外，美国铁路开展了如汽车零配件、食品等限时达货运业务，成为了发展最快的运输产品。
综合国内外铁路快运的发展情况，可见高铁快运物流在货运组织模式上已较为成熟，对于我国发展高铁快运有很大启示，充分说明开展高铁快运的设想是可行的。
2.2 技术条件分析
发展高速铁路快运物流业务是否具有可行性，应当综合考虑快运列车的选择、作业站场设计配置、运输组织模式、运营安全性和信息系统保障等问题。
2.2.1 快运列车的选择。我国高速铁路列车是根据客运要求设计的，对于发展高铁快运有很大限制。根据国内外成功经验，高铁快运可以采用改造客运车厢和新建专用快运列车两种方式，且在技术上都具有可行性，但各有其优缺点。改造客运车厢成本较低，但适用性较差；新建专用快运列车能最大程度利用车厢空间，适用性较强，但初期投入的成本较高，影响经济效益。因此，对于货运列车的最终选择要考虑经济效益、适用性等因素。另外，车辆载重限制也可能影响列车的选择。
2.2.2 作业站场设计配置。目前，高速铁路的配套设施都是按照客运要求设计的，为了避免客货混行，不影响旅客出行，还需要有配套的货运设施。
为了对快件进行临时保管，方便集送和分拣货物，需要设置货物站台、仓库和装卸线等设施。货物站台便于装卸车作业；仓库用于存放和分拣快件货物；装卸线可供快运列车停靠进行装卸作业和快件集送，且与客运列车作业分离。
图3为高速铁路客运专线横列式动车段设备布置图，在此基础上，可加设快运作业线和货物站台、仓库、货棚等配置，满足快运物流列车到发、装卸作业及车辆的移动，但需尽量节省铺轨和用地。
为了满足沿线各站快件作业，可以对站房站台进行适度改造，利用客流流线空间完成快件装卸、集散、暂存等作业，而不影响客运站的正常运行和旅客出行。
2.2.3 运输组织模式。根据国内外经验，铁路货运的运输组织模式主要分为以下三种。
（1）客货同车。客货同车是指客、货车厢共存于同一列高速列车。在该模式下，客、货运输混合程度最高。美国曾经开行的Talgo XXI型摆式列车便是这一模式的代表。
（2）货车加挂。货车加挂是指旅客和货物分别在不同的列车中运输，但可联挂，也可独立运营。在该模式下，不同起点和终点的客、货列车在一段共同的线路上可以联挂运行，且货物列车可在不同旅客列车之间转换，这将使货物的装卸和运输更加便捷，且不受客运站装卸货物的限制。
（3）快运专列。快运专列和客运列车共线独立运行。在该模式下，快运专列必须与客运列车在运行图上协调一致，一般可在客运运行图中插入一班快运专列，或在夜间单独开行。目前，德国和法国的高速铁路货运采取这种模式。
三种模式的配置如图4所示。
由于我国高速列车车型为8辆或16辆固定编组，不支持列车的加挂，故在现有模式中，只有客货同车和快运专列两种模式适用于我国高铁快运，而货源需求的大小是决定采取何种模式的主要因素之一，其优缺点如表3所示。
2.2.4 运营安全性。由于高速铁路的安全性要求严格，因此对于快运货物必须要有安检措施。如今，安检已经从机场延伸到了轨道交通，可见，对于高铁快运物流来说，安检更是一个必不可少的、可行的举措。对快运列车应规定具体的货物承运范围，并禁止托运易燃、爆炸、腐蚀、有毒、放射性物品以及其他危险物品。
2.2.5 信息系统保障。完善的信息系统对于高铁快运系统运作效率起着很大的作用。信息化能够有效降低成本、提高经济效益和管理水平。缺乏高效的信息系统是传统铁路货运竞争力不够强的主要原因之一。因此，为了提升竞争力、走向市场化，建立一套高效的信息系统是高铁发展快运物流的重中之重。
3 结束语
本文提出了利用高速铁路发展快运物流的设想，并从经济效益和社会效益对其进行了必要性分析，结合了国内外成功经验与现实技术条件对其做了可行性分析。
由于我国高速铁路运行尚不成熟，所以本文在具体开行方案方面没有做出更深入的研究，期望今后有机会加深这方面的研究。
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