铁道线路工程概论(第二版)
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第一节 世界铁路基本状况

一、以铁路为骨干的交通多样化时代

目前,世界上比较成熟的现代化运输方式有铁路、公路、水运、航空和管道运输五种。这五种运输方式都是随着工农业生产和科学技术的发展先后出现和发展起来的。

水运是最早出现的运输方式。在19世纪以前,工农业和城镇大都是沿着水系发展的。美国的工业首先是在五大湖流域起家的,德国内河沿岸的工业总产值占全国的三分之一以上。同样,我国的工农业也是沿着长江、黄河两大水系和东南沿海发展的。

1825年,英国的发明家斯蒂芬逊发明了蒸汽机车,英国修建了世界第一条铁路,开创了铁路运输方式,从而使工农业布局摆脱了水系与沿海,深入到腹地,在工业发达的国家出现了修建铁路的高潮,一直持续到20世纪20年代末。

第二次世界大战以后,在第三次工业革命浪潮的推动下,世界交通运输领域发生了革命性变化,传统的陆路运输格局被彻底改变。公路、航空、管道等现代交通运输方式迅速兴起,对铁路形成了强大的替代性竞争,综合交通运输体系逐步形成。特别是20世纪50年代末到80年代末,由于公路运输的机动灵活与门到门,航空运输的高速便捷等优势,使得公路和航空运输快速发展,铁路几乎垄断陆上客货运输的时代结束,铁路的地位和作用逐步弱化。在其他运输方式的强烈竞争下,铁路运量大幅度下降,经营出现大面积亏损,有些国家甚至拆除了部分运量不大的铁路。

然而,公路、航空业的迅速发展,在给人们出行提供更多便利的同时,也给人类社会可持续发展带来负面影响。20世纪70年代爆发的世界石油危机给过分依赖汽车和飞机的发达国家带来了战后最严重的经济危机,让人们重新审视交通政策。近年来,随着自然环境的日益恶化和以石油为代表的化石能源的日益枯竭,人类社会开始思考和探索建设一个绿色环保交通运输体系的有效途径,铁路以其绿色的本质重新焕发了青春。

在全球能源紧张、环境恶化的大背景下,铁路以其独特的技术经济特征,再次进入人们的视野。在高新技术的推动下,高速铁路技术与货运重载技术快速发展,铁路运量大、节能、环保、快捷、安全的优势更加突出。按照完成单位运输周转量造成的环境成本测算,航空、公路客运分别是铁路客运的2.3倍、3.3倍,货运分别是铁路的15.2倍、4.9倍。同时,在完成同样运输任务的情况下,铁路的占地和排放二氧化碳、氮氧化物等污染物的数量远小于公路和航空等交通方式。由于铁路具有降耗和减排的显著优势,许多工业发达国家纷纷投入巨额资金,积极发展高速重载铁路和城市轨道交通。发展中国家也投入巨资,修建铁路,扩大铁路网。现在,从各国的交通运输发展情况来看,世界已经进入了以铁路为骨干的交通多样化时代。

二、世界铁路发展现状

据2014年世界银行统计,世界铁路营业里程约113万km,其中美洲占34.5%以上,欧洲占29.9%以上,亚洲占25.5%,非洲占6.3%,大洋洲占3.8%。其中铁路营业里程最长的十个国家是:美国22.82万km,中国11.18万km,俄罗斯8.53万km,印度6.58万km,加拿大5.2万km,德国3.34万km,澳大利亚3.84万km,法国3.0万km,巴西2.98万km,墨西哥2.67万km。

总体来看,世界铁路里程在2014年比20世纪80年代末减少了20万km,主要是因为北美铁路在路网优化中大幅地关闭铁路,欧洲铁路里程也有小幅减少,但进入21世纪后,俄罗斯、亚洲国家、非洲国家、拉美国家和部分欧洲其他国家的铁路又处在建设和发展之中,所以世界铁路营业里程已基本止住减少势头。但发展中国家的铁路路网密度仍低于欧美发达国家水平。主要国家铁路按国土面积和人口计算的路网密度见图1-1和图1-2。

图1-1 2014年主要国家铁路路网密度(面积)

图1-2 2014年主要国家铁路路网密度(人口)

三、世界铁路大联网

随着各国经济的发展和世界经济一体化的趋向,世界各国对外贸易迅速增长,铁路在国际贸易货运方面发挥了重要作用。国际铁路联盟倡导和组织了一系列的国际工程,提高铁路竞争力,与有关各国政府共同组织“洲际走廊”工程,通过铁路—海路联运,将美洲、亚洲、中东、欧洲联在一起,简化运输手续,提高运输能力和运输速度,增加铁路收益。

1.欧洲

1992年在布鲁塞尔召开了全欧高速铁路规划会议,确定了欧洲高速铁路远期发展总体规划,包括欧共体各国及奥地利和瑞士在内,高速铁路发展将达到2.3万km,其中新线1.2万km。对于整个欧洲(不包括前苏联)而言,高速铁路网里程最终将达到3.5万km,其中2万km为新线。1994年欧盟通过了在2010年建成2.9万km的泛欧高速铁路网规划,并选定了9个优先项目。其中从伦敦—巴黎—布鲁塞尔的英、法、比三国高速网已于1994年5月开通,时速250km。1996年6月2日正式运营的新一代高速列车——“泰里斯”(Thalys)最高时速达300km,运行于法、比、德、荷四国之间。

西班牙、葡萄牙和法国合作发展西南欧高速铁路网,其连接线路是:里斯本(葡)—马德里(西)—巴黎、巴塞罗纳(西)、塞维利亚(西)—纳尔榜(法)。

瑞典、丹麦和德国合作形成西欧大陆网:马尔默(瑞典)—哥本哈根(丹麦)—欧登塞(丹麦)—汉堡(德)。

北欧各国改造扩建既有线高速铁路网:奥斯陆(挪威)—斯德哥尔摩(瑞典)—马尔默—哥本哈根。

东北欧:赫尔辛基(芬兰)—圣彼得堡(俄)联网。

欧非大陆桥:西班牙和摩洛哥两国在直布罗陀海峡海底铁路隧道项目上达成了许多共识,拟从西班牙塔里法到摩洛哥北部的马拉巴塔角修建直布罗陀海峡隧道。隧道全长为37.7km,其中27.2km位于海底以下300m深处,工程预计2025年建成。

2.亚洲

新加坡与马来西亚合作扩建一条准高速铁路:新加坡—吉隆坡—曼谷,采用法国TGV技术。

1996年中、缅、老、越、柬、泰六国达成铁路联网协议,修建“泛亚铁路”。泛亚铁路东起中国昆明,经既有的昆玉铁路,新建的玉溪至河口准轨铁路,在河口口岸与越南铁路相连,并经柬埔寨、泰国、马来西亚的铁路网后抵达新加坡,全长约5400km。中国与东南亚各国已就泛亚铁路的建设方案达成共识。

中亚五国与中俄联网。1995年中亚五国(哈萨克斯坦、土库曼斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦和塔吉克斯坦)、中国和俄罗斯七国铁道部长在北京协商,就统一车辆限界、货运运价、运输计划、车辆改造等问题达成协议。

欧亚大陆桥中段开通。1996年5月13日伊朗马什哈德和土库曼的捷詹两市之间296km铁路新线开通,把伊朗铁路网与中亚干线连通,它向东可直通到我国新疆,向西与东欧的保加利亚、罗马尼亚等国连成一体。

2009年6月11日,联合国亚洲及太平洋经济社会委员会在曼谷举行仪式,庆祝被称为“钢铁丝绸之路”的《泛亚铁路网政府间协定》当天正式生效。泛亚铁路网是指由包括中国、缅甸、印度、蒙古、韩国、俄罗斯、塔吉克斯坦、泰国等28个亚欧国家铁路网连接贯通而成的区域性铁路网。它是在各国现有铁路网的基础上建设的,为了彼此贯通,将新建8300km铁路,投资约250亿美元。完工后的泛亚铁路网将总长11.4万km,横贯28个国家和地区。

泛亚铁路路线已确定为四大走廊,不仅连接亚洲国家,还通过俄罗斯与欧洲相连,通过伊朗与中东相连,有望成为亚欧贸易大通道。

东南亚走廊全长14029km,包括柬埔寨、老挝、马来西亚、缅甸、越南、泰国、新加坡和印尼。印尼是整个铁路网的最南端。

东北亚走廊是四大走廊中最长的,全长44839km,可连接欧洲和太平洋。从德国出发,经波兰、白俄罗斯、俄罗斯、哈萨克斯坦、蒙古、中国,到达铁路网最东端的朝鲜半岛。全长9200km的泛西伯利亚铁路可将大量货物从东亚运到莫斯科,再运到欧洲。

中亚—高加索走廊全长29843km,它连接着北欧和波斯湾,伊朗是它的中枢。这条走廊从芬兰的赫尔辛基出发,通过俄罗斯到里海,然后分成三路,西路经过阿塞拜疆、亚美尼亚和伊朗西部;中路通过海运直穿里海到达伊朗;东路从哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦到伊朗东部。三条路线在伊朗首都德黑兰交会,然后延伸到伊朗港口。

南亚走廊将中国和印度这两个地区大国连在了一起,全长17738km,连接土耳其、伊朗、巴基斯坦、印度、孟加拉、缅甸、泰国(与中国云南省连通)、马来西亚和新加坡。

3.北美洲

美国、加拿大合作扩大运能,积极开发高速重载列车技术,建立美、加、墨三国北美自由贸易区和太平洋沿岸走廊,使铁路运量大增。

4.非洲

阿尔及利亚、摩洛哥和突尼斯计划重新启动修建连接三国的铁路线项目,总长度约1800km。利比亚决定修建一条3000km的铁路来连接埃及、利比亚和乍得。西非国家经济组织计划修建一条1000km的铁路来连接贝宁、布基纳法索、尼日尔和多哥。坦桑尼亚计划建成一条与卢旺达相连的铁路。

非洲南部八国(南非、刚果、博茨瓦那、莫桑比克、赞比亚、津巴布韦、安哥拉、坦桑尼亚)合作实行货物列车运行图一体化。由南非为首建立各国的运营管理中心,大大提高了运输效率。从南非约翰内斯堡到刚果伊拉波的列车,过去要40天运达,而今减少为7天。

5.欧、亚、北美大陆桥建设

以西伯利亚大铁路为中段,向西与欧洲铁路网相连,向东经白令海峡与北美铁路联网。亚洲部分分两期进行,近期,由西伯利亚干线东段分支,向东北经雅库塔楚科奇地区到白令海峡往西与欧洲铁路网相连;远期,另修一条东西向干线,由白令海峡西岸的乌厄连经雅库茨克往西与欧洲相连。北美部分,大陆桥东段由美国加拿大合作铺设新线到白令海峡,与亚洲相连。俄罗斯拟修建白令海峡海底隧道,隧道工程长约103km,深度于海面下不小于110m,隧道包括一条高速铁路和一条高速公路、多条输油管道、电缆和光缆,耗资120亿美元,海底隧道工程预计10~15年完成。

四、高速铁路是铁路建设的热点

回顾铁路技术发展的历史,是一部牵引能力与车速提高过程的历史。各国铁路都把提高速度作为技术发展的目标和提高竞争能力的重要手段。铁路要想生存发展必须提高车速。1825年世界第一条铁路在英国出现时,时速为24km。1829年10月6日在利物浦—曼彻斯特线上,“火箭”号蒸汽机车首创48km/h的世界纪录。20年后法国的车速已经超过了100km/h,1890年“克洛伯顿”号蒸汽机车时速达143.5km。1931年6月21日德国费兰获·克鲁肯贝格设计的流线形“钢轨策佩林”号机车创230km/h纪录。1936年2月17日柴油机车“莱比锡”号在德国的帝国铁路线上运行速度达205km/h。1955年5月29日德国波尔多—达克斯线上“BB9004”号机车创331km/h纪录。1981年2月26日法国巴黎—里昂线TGV高速机车时速达380km。1988年5月1日德国ICE高速列车,在富尔达—维尔茨堡区段上时速达409km。1990年5月18日法国TGV-A高速列车创试验速度515.3km/h纪录。1996年7月26日日本X300系列高速列车时速达443km。2003年11月19日,日本MLX01型磁悬浮列车创造了558km/h的世界纪录。2007年4月3日,法国进行了超高速列车最新型“V150”列车的行驶试验,时速达到574.8km。

1964年10月1日日本建成世界上第一条高速铁路——东京到大阪的东海道高速铁路新干线,全长515.4km,最高运行速度210km/h。东海道新干线创造了世界上铁路与航空竞争中首次取胜的实例,日本誉之为“经济起飞的脊骨”。日本东海道新干线和法国TGV东南线的运营,在技术、商业、财政以及政治上都获得了极大的成功。东海道新干线在财务收支上已经成为日本铁路客运的主要支柱,TGV东南线也在运营10年的期限里完全收回了投资。高速铁路建设在日本和法国所取得的成就影响了很多国家。对亏损严重的各国铁路,提供了解脱困境和可以借鉴的出路。于是,从20世纪80年代末期开始,许多资金充裕、科技先进的国家,纷纷兴建新线和改建既有线路,实现250~300km/h的最高时速。据不完全统计,截止到2015年底,全世界运营中的高速铁路营业里程总长达31408km,这些线路分布在中国、日本、韩国、土耳其、俄罗斯、英国、法国、德国、比利时、瑞典、意大利、西班牙等16个国家。

我国于1994年开通了时速160km的广深准高速铁路。2003年全长404.641km的秦沈客运专线正式运营,设计速度为200km/h,基础设施预留提速至250km/h。2008年8月1日京津城际高速铁路投入运营,最高速度为350km/h,成为世界上运营中的列车速度之最,CRH3“和谐号”动车组更于2008年6月24日跑出时速394.3km的速度。截止到2015年底,我国高速铁路总运营里程达1.95万km,占世界高速铁路营业里程的60%,在建高速铁路规模超过其他国家的总和。2015年底我国高速铁路运营线路统计如表1-1所示。

表1-1 中国高铁运营线路统计

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