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1引言1

1.1发展历程1

1.2铁路1

1.3有轨电车和地铁3

1.4运营方面4

1.4.1铁路公司的职责4

1.4.2基础设施4

1.4.3机车车辆5

1.4.4人员5

1.4.5电气化6

1.4.6接触网系统6

1.4.7平交道口8

1.4.8主要铁路基础设施工程8

1.4.9发展中国家9

1.5铁路线路的几何形位10

1.5.1限界10

1.5.2铁路选线12

1.6传统轨道结构13

1.6.1轨道要求13

1.6.2轨道的承载能力13

1.6.3钢轨作用力和位移14

1.6.4轨道几何形位的组成15

2轮轨关系16

2.1轮轨导向16

2.2轮对与轨道尺寸16

2.3踏面锥度17

2.4直线轨道上轮对的横向运动18

2.4.1 Klingel理论18

2.4.2蛇行运动19

2.5等效锥度20

2.6磨耗型车轮踏面20

2.7轮轨接触应力22

2.7.1 Hertz理论22

2.7.2 Hertz弹簧刚度23

2.7.3轮轨间的单点和两点接触23

2.7.4横向推力24

2.7.5轮轨蠕滑25

2.7.6自旋27

2.7.7蠕滑系数28

2.8列车阻力29

2.8.1阻力种类29

2.8.2牵引力30

2.8.3黏着力31

3曲线和坡道32

3.1概述32

3.2平面曲线的曲率和超高32

3.2.1曲线半径/曲率32

3.2.2曲线的影响32

3.3超高33

3.3.1概述33

3.3.2欠超高34

3.3.3悬挂系统对横向加速度的影响35

3.3.4车体倾斜对欠超高的影响35

3.3.5道岔和其他制约条件36

3.3.6过超高36

3.3.7最大超高36

3.4缓和曲线36

3.4.1一般要求36

3.4.2螺旋线37

3.4.3三次抛物线37

3.4.4曲线移位38

3.5顺坡扭曲38

3.5.1与缓和曲线的关系38

3.5.2常用缓和曲线的长度39

3.5.3邻近曲线40

3.6曲线阻力40

3.7坡道41

3.7.1坡道阻力41

3.7.2坡度大小41

3.7.3竖曲线41

3.7.4准静态容许加速度指标42

3.8山区铁路选线43

3.9计算机辅助铁路线路设计44

3.10用PASCOM软件评估乘客舒适度47

3.10.1数值模型48

3.10.2算例1：动态影响分析48

3.10.3算例2：荷比高速轨道（NL段）50

4轨道荷载52

4.1概述52

4.2轴重52

4.3线路分类52

4.4通过总重53

4.5速度54

4.6轨道荷载的产生原因及性质55

4.7轨道竖向力55

4.7.1竖向总轮载55

4.7.2倾覆危险性56

4.8轨道横向力57

4.8.1总的车轮横向力57

4.8.2脱轨危险性57

4.8.3作用于轨道上的横向力58

4.9纵向力58

4.9.1产生原因58

4.9.2温度力59

4.9.3轨道爬行59

4.9.4制动荷载59

4.10速度和轴重增加的影响59

4.10.1速度59

4.10.2轴重增大60

4.11车轮扁疤64

4.12焊接不平顺的作用力66

4.13轴箱加速度67

5轨道静力设计68

5.1引言68

5.2支承模型68

5.2.1文克尔支承模型68

5.2.2点支承梁模型68

5.2.3练习：钢轨支座刚度的确定69

5.2.4连续支承钢轨模型70

5.2.5点支承梁模型的近似模拟71

5.3弹性地基梁模型71

5.3.1微分方程的求解71

5.3.2轮群作用73

5.3.3二轴转向架74

5.3.4负挠度74

5.3.5铰接长梁（有缝线路）75

5.3.6特征长度L的另一种表达式75

5.3.7竖向弹性常数的快速求解方法76

5.3.8轨道参数量级76

5.4叠合梁模型77

5.5 Pasternak地基模型78

5.6轨道应力80

5.6.1轨底中心应力80

5.6.2动力放大系数80

5.6.3轨底中心处的最大弯曲应力82

5.6.4轨头内部应力83

5.6.5Q/Y组合荷载所导致的钢轨应力85

5.6.6钢轨参数表87

5.7轨枕应力87

5.8道床和路基上的应力88

5.8.1引言88

5.8.2道床垂直应力89

5.8.3路基垂直应力90

5.8.4 Odemark等效法90

5.8.5土质分类92

5.9练习题93

5.9.1轨底疲劳93

5.9.2轨头疲劳94

5.9.3轨枕94

5.9.4道床95

5.9.5温度效应95

5.10计算机模型97

5.10.1 GEOTRACK程序97

5.10.2 ANSYS程序100

5.11两种嵌入式轨道结构设计案例102

5.11.1 UIC54 ERS评估102

5.11.2 SA42 ERS评估103

5.11.3静态模型的输入和输出104

5.11.4结论104

6轨道动力设计106

6.1引言106

6.2动力学原理107

6.2.1概述107

6.2.2单质点弹簧系统108

6.2.3钢轨低接头所产生的轮轨冲击力111

6.2.4轨道激振源112

6.3轨道建模112

6.3.1总则112

6.3.2轨道荷载与位移间的传递函数113

6.3.3弹性地基梁114

6.3.4点支承120

6.4车轮竖向响应120

6.4.1赫兹接触弹簧120

6.4.2轮轨间的传递函数121

6.5车辆线性模型122

6.5.1车辆动力模型图式122

6.5.2水平不平顺响应123

6.5.3水平工况的结果组合126

6.5.4轨向不平顺响应127

6.5.5超高不平顺响应127

6.5.6超高工况的结果组合128

6.5.7 ISO加权的车体加速度129

6.5.8荷兰铁路检查车传递函数的计算130

6.6应用测试数据估算传递函数134

6.6.1一般概念134

6.6.2单输入单输出分析的基本原理134

6.6.3多输入单输出（MISO）分析法137

6.6.4统计可靠度138

6.6.5数值分析139

6.6.6应用141

6.6.7 MISO估算的传递函数和使用模型计算的传递函数之间的对比148

6.7车辆实时响应分析149

6.8 Sperling乘坐指数W Z和ISO加权加速度之间的关系152

6.9高级动力学模型的应用154

6.9.1引言154

6.9.2 RAIL模型154

6.9.3几种不同轨道结构类型的对比156

6.9.4路桥过渡段160

6.10移动载荷作用下的轨道响应161

6.10.1临界速度下的轨道响应162

6.10.2道砟层的动力响应165

6.10.3刚度过渡166

6.10.4简论168

7轨道稳定性和纵向力169

7.1引言169

7.1.1直线轨道与横向弹性阻力170

7.1.2轨道方向不良与横向抗剪常量172

7.2轨道稳定性：有限元模型174

7.2.1总则174

7.2.2有限元建模175

7.2.3结果179

7.2.4无缝道岔182

7.3纵向力：分析建模182

7.3.1一般考量因素182

7.3.2纵向受力模型183

7.3.3梁轨相互作用模型184

7.4纵向力：有限元模型187

7.4.1一般考量因素187

7.4.2有限元模型187

7.4.3纵向力计算示例188

7.5轨道臌曲的高级数值模型192

7.5.1引言192

7.5.2使用CWERRI分析轨道状态193

7.5.3纵向力分析194

7.5.4轨道的横向状态196

7.5.5轨道的垂向稳定性197

7.5.6臌曲机理198

7.5.7确定容许温度TALL的方法198

7.5.8案例研究：有轨电车轨道的稳定性199

8有砟轨道201

8.1引言201

8.2路基202

8.3道床203

8.4钢轨204

8.4.1功能204

8.4.2钢轨断面204

8.4.3平底轨的几何形状205

8.5钢轨接头和焊缝206

8.5.1引言206

8.5.2鱼尾板接头206

8.5.3伸缩接头和伸缩装置206

8.5.4桥梁过渡结构207

8.5.5绝缘接头207

8.5.6焊接接头208

8.6轨枕209

8.6.1引言209

8.6.2木枕210

8.6.3混凝土枕211

8.6.4钢枕214

8.7有砟轨道的发展214

8.7.1引言214

8.7.2宽枕214

8.7.3框架式轨枕215

8.7.4应用化学粘合剂实现道砟局部稳定216

8.8扣件系统216

8.8.1引言216

8.8.2扣件分类217

8.8.3铁垫板217

8.8.4弹性扣件218

8.8.5轨下垫板219

8.9基础结构上连续铺设有砟道床及轨枕220

8.9.1道砟垫221

8.9.2轨枕垫221

8.9.3超弹性扣件222

8.10强化层222

8.11平交道口223

8.12电车轨道224

8.12.1电车轨道的特点224

8.12.2铺装电车轨道结构实例226

8.13起重机轨道228

9无砟轨道229

9.1引言229

9.2有砟轨道与无砟轨道对比229

9.2.1有砟轨道229

9.2.2无砟轨道230

9.3无砟轨道上部结构设计231

9.4浇筑到混凝土中的轨枕或支承块232

9.4.1雷达2000232

9.4.2旭普林239

9.5带有沥青混凝土底座的结构242

9.6预制板243

9.6.1新干线板式轨道244

9.6.2新干线板式轨道的最新设计244

9.6.3博格板式轨道248

9.7整体道床结构249

9.8埋入式轨道251

9.8.1埋入式轨道的特点251

9.8.2埋入式轨道的施工251

9.8.3埋入式轨道工程实例252

9.8.4桥面板轨道254

9.9软基上的弯曲刚性板256

9.10连续支承的夹持式钢轨258

9.10.1包裹式钢轨259

9.10.2连续支承式槽型钢轨260

9.10.3包套夹持式钢轨260

9.11以EPS为基底材料的铁路无砟轨道结构262

9.11.1引言262

9.11.2带EPS基底层的无砟轨道结构组成262

9.11.3静态性能263

9.11.4动态性能264

9.11.5应用265

9.12轨道弹性265

9.13系统要求266

9.13.1路基结构技术要求266

9.13.2隧道内无砟轨道技术要求268

9.13.3桥上无砟轨道技术要求268

9.13.4过渡段技术要求269

9.14无砟轨道系统的总体经验270

9.15无砟轨道的维修统计271

10钢轨273

10.1引言273

10.2现代钢轨生产工艺273

10.2.1高炉冶炼274

10.2.2炼钢274

10.2.3真空脱气和氩气冲洗277

10.2.4连续浇铸277

10.2.5轧钢厂279

10.2.6精加工车间281

10.2.7检查和验收284

10.2.8钢轨断面286

10.2.9基于CEN的断面类型指标286

10.3钢轨性能287

10.3.1冶金学基本原理287

10.3.2热处理293

10.3.3钢轨等级296

10.3.4耐磨性299

10.3.5疲劳强度300

10.3.6断裂力学300

10.4钢轨焊接305

10.4.1引言305

10.4.2闪光焊306

10.4.3荷兰铁路公司（NS）焊轨厂内对闪光焊的后处理309

10.4.4铝热焊311

10.4.5冷却速率314

10.4.6焊缝几何形状的改善316

10.4.7焊缝几何形状的标准316

10.5钢轨失效317

10.5.1轨端伤损317

10.5.2非轨端处伤损318

10.5.3焊接和焊补伤损324

10.5.4钢轨伤损统计327

11道岔和交叉334

11.1单开道岔334

11.1.1转辙器334

11.1.2辙叉336

11.1.3导轨338

11.1.4道岔的钢轨和岔枕338

11.2道岔的几何形位338

11.3高速道岔338

11.3.1介绍338

11.3.2传统道岔设计方法339

11.4车辆动力学339

11.4.1现代高速道岔实例339

11.5道岔和辙叉的表示方法341

11.6道岔和交叉的类型341

11.7渡线道岔342

11.8道岔计算343

11.8.1导曲线半径和辙叉角的关系343

11.8.2道岔主要尺寸的计算345

11.8.3道岔和交叉的几何设计346

11.9道岔的制造、运输和铺设347

12线路维护和大修348

12.1概述348

12.2一般维护方面349

12.3轨道几何形位的临时维护349

12.4钢轨打磨和整修351

12.4.1钢轨打磨车351

12.4.2钢轨铣磨车353

12.5焊缝几何整修354

12.5.1焊缝矫直器的工作原理354

12.5.2移动式焊缝矫直355

12.6捣固车356

12.6.1概述356

12.6.2捣固原理358

12.6.3抄平和拨道361

12.6.4 ALC364

12.6.5 EM-SAT366

12.7吹砟368

12.7.1概述368

12.7.2吹砟车的测量思想369

12.7.3吹砟技术的应用370

12.7.4轨道几何状态测量结果372

12.7.5吹砟技术的未来372

12.8预设起道量捣固法372

12.9道床整形与稳定374

12.10机械化维护机组376

12.11道砟清筛机376

12.12路基处理车378

12.13高温作业381

12.14轨道结构维护382

12.15轨道大修概述383

12.16人工轨道大修383

12.17轨道机械化大修384

12.17.1概述384

12.17.2线路占用384

12.17.3龙门吊起重法385

12.17.4轨排法385

12.17.5连续铺轨法386

12.17.6轨道大修列车390

12.18道岔更换392

12.19轨道铺设393

12.19.1概述393

12.19.2轨道施工列车393

12.19.3普拉托夫（Platow）系统394

12.19.4法国高速铁路（TGV）轨道395

12.20轨道几何形位劣化396

12.20.1简介396

12.20.2历史记录397

12.20.3影响轨道几何形位劣化的因素398

12.20.4轨道几何形位劣化速率399

12.20.5捣固的影响400

12.20.6焊缝矫直的影响401

12.20.7波形磨耗的发展403

12.20.8吹砟的影响404

12.20.9轨道横向阻力的发展404

13轨道数值优化407

13.1概述407

13.2结构优化要点408

13.2.1一般优化问题408

13.2.2求解过程408

13.2.3近似概念409

13.3 MARS方法410

13.4埋入式轨道结构（ERS， Embedded Rail Structure）的优化设计412

13.4.1概述412

13.4.2 ERS优化设计的要求413

13.4.3优化问题416

13.4.4结论与建议422

13.5运用优化技术确定道床横向阻力423

13.5.1概述423

13.5.2轨道横向阻力测试424

13.5.3道砟参数辨识425

13.5.4结论429

13.6轨道动力特性辨识429

13.6.1概述429

13.6.2锤击试验430

13.6.3数值模型432

13.6.4轨道参数辨识432

13.6.5数值结果433

13.6.6结论434

14检测与验收436

14.1概述436

14.2部件检测和验收436

14.2.1力学性能436

14.2.2弹性性能437

14.2.3强度特性441

14.2.4稳定性442

14.2.5耐久性和疲劳性能443

14.2.6部件的特殊性能445

14.3结构检测和验收446

14.3.1轨道结构的噪声和振动检测446

14.3.2旅客舒适度和运行品质448

14.3.3轨道结构的动力性能450

15噪声和振动454

15.1概述454

15.2几个名词454

15.3地面振动455

15.3.1概述455

15.3.2土壤中波的传播457

15.3.3人的感知460

15.3.4实测振动462

15.3.5振动衰减464

15.3.6有砟轨道减振措施464

15.3.7无砟轨道减振措施465

15.3.8地面轨道减振措施465

15.4铁路噪声466

16检查及检测体系469

16.1铁路基础设施监测469

16.2隧道监测469

16.3桥梁监测与管理471

16.4下部基础结构监测472

16.4.1下部基础结构状态参数473

16.4.2探地雷达473

16.4.3测量轨道刚度475

16.4.4红外热成像检测480

16.4.5激光诱导荧光（LIF：Laser Induced Fluorescence）的锥形透度计测量480

16.4.6非侵入式含水量监测481

16.5道岔和交叉的监测与管理483

16.5.1概述483

16.5.2 EURAILSCOUT道岔及交叉监测系统483

16.5.3 SwitchView软件485

16.5.4道岔状态监测和维护管理487

16.5.5 CEDIAS-铁路线路诊断系统492

16.6钢轨超声波探伤493

16.6.1概述493

16.6.2 EURAILSCOUT公司的超声波探伤列车493

16.6.3钢轨超声波检测系统的结构495

16.6.4探测系统496

16.6.5电子传感器498

16.6.6事件处理器499

16.6.7在线控制和数据解读500

16.6.8离线数据分析和报告生成500

16.6.9荷兰铁路公司的超声波检测计划502

16.7轨道检查车505

16.7.1概述505

16.7.2轨道检测系统505

16.7.3钢轨检测系统507

16.7.4接触网检查507

16.7.5视频检测系统509

16.7.6测量数据的处理与记录509

16.7.7轨检车509

16.8轨检系统512

16.8.1概述512

16.8.2几何不平顺检测的几个概念512

16.8.3用于维护决策的轨道质量评估514

16.9 EURAILSCOUT公司的综合检测车515

16.9.1概述515

16.9.2轨道几何形位检测516

16.9.3接触网检测516

16.9.4钢轨断面测量520

16.9.5钢轨检查系统521

16.9.6视频检测系统523

16.9.7数据处理和存储524

16.10荷兰铁路轨检系统中的BMS（Body Measurement System）527

16.10.1通过轴箱加速度检测短波不平顺527

16.10.2惯性测量原理528

16.10.3动态信号529

16.10.4准静态信号533

16.10.5确定轨道参数的信号叠加534

16.10.6信号分析537

16.11车辆响应分析VRA545

16.11.1概述545

16.11.2计算原理546

16.12 BMS检测活动成果547

16.12.1荷兰铁路的分布函数547

16.12.2“ORE D 161欧洲之行”成果547

16.12.3轨道谱548

16.13 T-16 ： FRA的高速实验车548

16.13.1概述548

16.13.2设备和测量功能549

16.14钢轨断面管理551

16.15钢轨伤损管理553

16.15.1概述553

16.16道砟检测与管理554

16.17手持式检查设备555

16.17.1手持式超声波设备MT 95555

16.17.2手持式地质雷达556

16.17.3 AUTOGRAPH556

16.17.4 MINIPROF557

16.17.5 RAILPROF565

16.18 潘得路杰克逊（Pandrol Jackson）公司的Sys-10型钢轨探伤仪568

17高速铁路轨道570

17.1概述570

17.1.1车辆响应570

17.1.2轨道几何形位572

17.1.3钢轨几何形位和焊缝几何形位573

17.1.4时速300 km的轨道质量标准574

17.2韩国高速铁路项目578

17.2.1概述578

17.2.2土木工程578

17.2.3轨道主要技术参数579

17.2.4轨道铺设579

17.2.5轨道安装579

17.2.6接触网及列控系统580

17.3铁路隧道的尺寸581

17.3.1概述581

17.3.2露天状况下的空气阻力581

17.3.3隧道内的状况581

17.3.4隧道的基本设计标准583

17.3.5列车外部空气压力的计算583

17.3.6隧道模型584

17.3.7列车内部空气压力变化的计算585

17.3.8标准586

17.3.9荷兰高速铁路隧道的计算结果587

17.4磁悬浮的应用587

17.4.1概述587

17.4.2日本系统588

17.4.3德国Transrapid系统589

18轨道维护管理系统594

18.1概述594

18.2预测与规划的基本数据595

18.3轨道几何形位596

18.4几何形位劣化的预测596

18.5分析原理597

18.6车轮缺陷监测系统599

18.7合理的铁路管理系统599

18.8 ECOTRACK轨道养护维修系统599

18.8.1概述599

18.8.2概览600

18.8.3系统功能和流程601

18.8.4 ECOTRACK系统的特征605

19铁路资产管理系统606

19.1铁路资产管理系统概念606

19.2 AMS开发607

19.3铁路资产定位608

19.3.1采用正射影像图技术608

19.3.2采用激光、视频和GPS技术609

19.3.3视频测量610

19.3.4采用卫星影像技术613

19.4铁路资产管理系统的整合615

19.5 AMS子系统617

20寿命周期成本分析619

20.1寿命周期成本619

20.1.1寿命周期成本原理619

20.2轨道寿命周期成本DSS（决策支持系统）623

20.3最新研究627

20.3.1高速线路的轨道设计628

20.3.2轨道与道岔的维护更换策略630

20.3.3结论631

参考文献632