铁路线路设计范文精选

摘要:基于在虚拟的立体地理环境中进行铁路选线设计的目标，构建一个以立体地理环境为基础的铁路选线设计系统。结合信息技术、数字技术、遥感技术、虚拟技术和卫星技术等，创建一个相对真实的铁路地理环境;采取BIM技术，建立铁路基本构造元数据库;利用数据库中的基本元构件，建造铁路选线立体模型，并且能不断检查和维护。实现铁路选线设计的三维立体化。铁路选线系统可让线路设计师在虚拟环境中进行线路考察和分析，快速建造铁路选线立体模型，该模型具有直观性、灵活性等特点，符合地理环境选线、重大铁路工程优先选线、跨国铁路选线等的标准。

关键词:虚拟;立体地理环境;铁路选线;模型;设计

0前言

关于铁路选线设计，其综合性较强、涉及多个专业。在具体线路设计过程中，线路设计师要有效运用其专业知识和技能，深入分析地质、地形等地理环境，从而设计出符合社会进步、经济发展等需求的最优化铁路线路。铁路线路的设计受设计师对地理环境的分析结果影响显著，因此和其他类型的工程设计相比，其对地理环境的依赖性更明显［1－2］。虚拟地理环境，可以定义为是以化身人、化身人群、化身人类为主体的一个虚拟共享空间与环境。其中的化身人、化身人群、化身人类是表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合体。化身是用户在虚拟世界中的三维图形表达，是一种身份表达。通常来讲，虚拟地理环境是由地理环境建模应用程序、硬件和人三者构成的。在这种虚拟地理环境中，人可在计算机虚拟形成的立体地理环境中自由行走和探索，同时感受虚拟地理环境，和其中的物体产生交互作用［3］。基于加强铁路线路设计效率的目标，自1950年来，铁路行业的有关专家和学者着重于对以虚拟地理环境为基础的计算机辅助铁路线路设计体系的研究。至今为止，铁路选线设计体系的发展通过50年的不懈努力，由传统的封闭式专用软件变为以虚拟立体地理环境为基础的数字化铁路线路设计系统，实现了线路设计软件的通用化［4－5］。

1地理环境虚拟建模平台

至今为止，虚拟地理环境有两个发展趋势:第一，以虚拟技术为基础的进入式虚拟地理空间;第二，以网络技术为基础的非进入式虚拟地理空间［6］。其中，进入式虚拟地理空间是设计人员也被看作虚拟空间的构成，可和空间内的物体产生交互，让设计人员感受犹如进入现实地理环境中，参与者通常需要佩戴立体头盔、立体眼镜、虚拟衣服等［7］。一般而言，进入式虚拟空间还可划分成完全进入式虚拟地理空间和半进入式虚拟地理空间两种。完全进入式虚拟地理空间需要线路设计人员佩戴立体头盔，彻底将设计人员和现实环境相隔离，在设计人员头部移动或转动时，三维立体镜像会实时更新。半进入式虚拟地理空间包括屏幕投影、虚拟平台等形式。结合数字化铁路选线设计要求，铁路虚拟地理空间建模平台的构成有硬件设备、地形地势数据生成系统、虚拟视景模型、工程数据库等，虚拟地理空间建模平台系统是由专业软件、硬件设备和自开发的地理空间建模应用程序集成而成［8－9］。铁路线路设计系统的计算机硬件系统是集成了虚拟技术、交互设计和高效计算能力的一个系统，其基础构成有计算机、专业设备、地形地势收集设备和三维可视化设备等,

本文作者：李海洲1杨天鸿1陈仕阔1李杨1王航2于庆磊1作者单位：1东北大学资源与土木工程学院2中国煤炭科工集团沈阳设计研究院

矿区概况及采矿方法

1矿区概况

孟家岗铁矿位于黑龙江省桦南县城北20km孟家岗镇境内。孟家岗铁矿分为孟南和孟北2个矿区。牡佳线铁路于孟北矿区和孟南矿区之间穿过，孟南矿区三维图如图1所示。其中，A点、A1点、A2点、A4点、A5点为安设的地表沉降监测点。孟南矿区不属于铁路下采矿，而是在铁路线一侧，留有铁路永久保安矿柱，符合原来的三下采矿技术规范。但是，根据2004年12月27日中华人民共和国国务院令第430号《铁路运输安全保护条例》第十八条规定“在铁路线路两侧路堤坡脚、路堑坡顶、铁路桥梁外侧起各1000m范围内，禁止从事采矿、采石及爆破作业。在规定的范围内，因修建道路、水利工程等公共工程，确需实施采石、爆破作业的，应当与铁路运输企业协商后，采取必要的安全防护措施。”为保证牡佳线铁路还有临近公路的安全运营，本文对影响孟家岗铁矿开采方案的研究就有了充分的意义。

2采矿方法

根据现场调查和结合现场实际，铁路线路保安矿柱错动角与地表岩体错动角相同，即矿体下盘为65°，地表第四系松散沉积岩45°，铁路线路保安矿柱范围内的1―4#勘探线间的Ⅰ号矿体，不开采，留作铁路线路永久保安矿柱。在保留现有采空区的前提下，设计提出该矿群5#，6#勘探线铁路下开采有2种可行方案，分别为：方案一采用房柱法，矿房回采高度为阶段高度60m，厚度为矿体厚度，考虑经济效益，最后确定沿矿体走向矿方之间留设15m永久间柱。方案二矿房用上向分层全尾砂胶结充填采矿法，经过对比研究确定充填料配比为“尾砂+普通水泥+粉煤灰+水”配比模式，质量浓度为75%，水泥200kg/m3，粉煤灰300kg/m3。回采高度为阶段高度60m，厚度为矿体厚度，不留设间柱。矿房随采随充，矿房采完后不形成空区。

第一章总则

第一条为了加强铁路运输安全管理，保障铁路运输安全和畅通，保护人身安全、财产安全及其他合法权益，根据《中华人民共和国铁路法》和《中华人民共和国安全生产法》，制定本条例。

第二条中华人民共和国境内的铁路运输安全保护及与铁路运输安全保护有关的活动，适用本条例。

第三条铁路运输安全管理坚持安全第一、预防为主的方针。

第四条国务院铁路主管部门负责全国的铁路运输安全监督管理工作。

国务院铁路主管部门设立的铁路管理机构（以下简称铁路管理机构）负责本区域内的铁路运输安全监督管理工作。

第一章总则

第一条为了加强铁路运输安全管理，保障铁路运输安全和畅通，保护人身安全、财产安全及其他合法权益，根据《中华人民共和国铁路法》和《中华人民共和国安全生产法》，制定本条例。

第二条中华人民共和国境内的铁路运输安全保护及与铁路运输安全保护有关的活动，适用本条例。

第三条铁路运输安全管理坚持安全第一、预防为主的方针。

第四条国务院铁路主管部门负责全国的铁路运输安全监督管理工作。

国务院铁路主管部门设立的铁路管理机构（以下简称铁路管理机构）负责本区域内的铁路运输安全监督管理工作。

1概述

7年12月27日，工业和信息化部与中国铁路总公司联合下发（铁总发改[7]3号）《关于铁路沿线公网覆盖合作建设指导意见》，支持和鼓励中国铁路总公司将铁路红线内的基础设施资源向公网覆盖开放，支持鼓励中国铁塔股份有限公司（以下简称“中国铁塔”）等基础电信商进行铁路公网覆盖建设，并向铁路开放其通信基础设施资源[1]。中国铁路总公司和中国铁塔在北京签署战略合作协议，双方深化资源共享，强化战略协同，共同打造“高速铁路+移动宽带”精品工程，确保“高铁开通之日，就是通信畅通之时”，为广大旅客提供更好的出行体验和网络体验[2]。在此背景下，探索铁路沿线通信塔及配套设施合作共赢的技术方案可行性势在必行。本文将从技术可行性、共享可行性、经济可行性等三个方面详细分析铁路沿线通信基础设施共建共享技术方案的可行性。此外，文章在不考虑公网通信设备上车的技术方案的前提下提出的通信基础设施共建共享技术方案。

2铁路沿线通信基础设施共建共享方案可行性研究

根据TB088-5《铁路移动通信系统（GSM-R）设计规范》，GSM-R系统在网络架构、工程设计范围、无线子系统的覆盖要求及设计、系统的工作频段、对天线杆塔的要求、运行维护支撑系统等方面与公众移动通信GSM系统高度相似，中国铁塔成立以来，多年来一直为运营商的GSM系统提供通信基础设施服务。

2.1技术可行性分析

根据铁路的无线通信业务需求，GSM-R系统主要覆盖铁路正线、联络线的车站及区间，解决上述生产作业区域的移动通信业务需求。根据无线通信业务需求，GSM-R系统可提供以下业务功能：（1）调度通信：列车调度、牵引变电调度电话和调度命令传送和车次号校核等；（2）行车指挥与列车控制数据传输；（3）区间维护作业通信：提供工务、供电、水电、电务等部门的区间维护作业通信业务；（4）应急移动通信：提供公安、抢修、救援等多部门、多工种的应急移动通信业务；（5）各类公务移动电话。GSM-R系统要求在普速铁路沿线约6-7km处设置一个站址，在高速铁路沿线约3.5km处设置一处站址，当前公众通信系统在铁路沿线大约是0m-1km一处站址（市区场景）和2-3km（郊区和农村场景）设置一处站址。考虑到未来5G通信系统的站址需求，密集区域将达到0m一处站址。因此，公众移动通信系统的站址密度远大于GSM-R系统的要求，可满足铁路GSM-R系统对于站间距和覆盖的要求。参考GSM-R设计规范及以往建设经验，GSM-R站址偏移不应大于0m，考虑到视频监控对于沿线的业务要求，站址距轨道中心线的垂直距离应在0m范围内，普速铁路无视频监控要求，站址距轨道中心线的垂直距离应在m范围内。对于公网而言，站址偏移不应超出m，站址距轨道中心线的垂直距离应在m范围内。中国铁塔新建的GSM-R站址按照铁路标准：站址偏移不应大于0m，高铁线路的站址距轨道中心线的垂直距离应在0m，普铁线路的站址距轨道中心线的垂直距离应在m。根据GSM-R系统的覆盖能力和交织覆盖的要求，经过测算，在确保传播环境无严重遮挡的情况下，无线基站距离铁路中心线米以内均可满足GSM-R系统和视频监控系统的覆盖要求。影响铁路行车安全的风险因素主要包括：（1）铁路征地界或安全保护区外建设的通信塔距离线路较远（一般米以上），铁塔上高清摄像机的视频监控可能被阻挡或出现盲区。（2）由线路引出至铁路征地界或安全保护区内机房的光缆管道存在安全隐患。（3）因供电不稳定导致铁路GSM-R系统断站，影响铁路行车安全。（4）因通信塔的质量和施工工艺问题导致杆塔倾斜，影响铁路行车安全。（5）因不能及时处理铁路通信基站故障，影响铁路行车安全。铁路对于通信基础设施合作方案实施的安全性高度重点，参考以往建设技术标准，在保障铁路运行安全的前提下，本报告重点关注选址（含杆塔）、供电、传输、维护的安全要求。通过论证，中国铁塔可满足铁路运营的安全保障要求。根据《铁路安全管理条例》第二十七条规定：铁路线路两侧应当设立铁路线路安全保护区。铁路线路安全保护区的范围，从铁路线路路堤坡脚、路堑坡顶或者铁路桥梁（含铁路、道路两用桥，下同）外侧起向外的距离分别为：城市市区高速铁路为米，其他铁路为8米；城市郊区居民居住区高速铁路为12米，其他铁路为米；村镇居民居住区高速铁路为15米，其他铁路为12米；其他地区高速铁路为20米，其他铁路为15米。铁路用地地界：高铁桥梁区段，用地界为7.2（预留施工便道一侧线路中心至用地界）+5.8（另一侧线路中心至用地界）+5（线路中心间距）=18米。普速桥梁区段，用地界为7.2（预留施工便道一侧线路中心至用地界）+5.8（另一侧线路中心至用地界）+4（线路中心间距）=17米。路基段征地界根据具体横断面计算。根据某高铁用地界，路堑区域征地界约为路堑边坡外9米，路基区域征地界约为坡脚外7米。（1）选址安全要求：应保证倒塔距离的要求，和防电磁干扰的要求；站址应满足年一遇的防洪要求。（2）选址安全保障措施：若站址设置在倒杆距离内，通过增加附加风压（按照TB1-4《高速铁路设计规范》7.2.23节的要求）、提升安全等级和抗震重点设防级别等技术手段设计铁塔；机房墙内建设法拉第笼，屏蔽电气化电路的电磁干扰；公网移动通信系统选址规范满足年一遇的防洪要求。若站址设置在倒杆距离外，根据当地气象数据选址，满足年一遇的防洪要求；站址距离线路中心线m以上，满足倒塔距离。供电安全要求和保障措施包括：（1）供电安全要求：针对GSM-R系统业务不能中断要求，需保证供电全时稳定。（2）供电安全保障措施：共享铁路电力，原则上采用双路供电、一级负荷、蓄电池备电等措施保障电力供应。根据TB008-5《铁路电力设计规范》，承载列控的高铁通信基站应为一级负荷，其他线路基站可作为二级负荷，二级负荷可由双路电源供电，条件困难可由单路电源供电。传输安全要求和保障措施包括：（1）传输安全要求：针对GSM-R系统业务不能中断要求，需确保铁路传输路由全程畅通。（2）传输安全保障措施：铁路征地界外的站址尽量贴近线路，减少路由长度，并且采取双路由、增加埋深、套钢管和水泥包封等保护措施。维护安全要求和保障措施包括：（1）维护安全要求：故障发现、响应、闭环的及时性要求高。（2）维护安全保障措施：中国铁塔可提供7*24小时集中监控平台、上万的维护办公驻点、近十万的通信专业代维人员提供高等级的维护服务。经分析，铁路通信塔及配套设施与公网的建设标准有一定差异。一方面，中国铁塔可以按照国铁集团的建设需求调整相应建设标准；另一方面，在满足安全和技术规范的基础上，国铁集团和中国铁塔可以共同商议优化建设标准，实现集约化建设。因此，中国铁塔具有为铁路提供通信塔及配套设施服务的优势。中国铁塔新建的铁路通信站址将满足铁路的以上要求，同时兼顾公网共享的要求。铁路通信塔及配套设施对于GSM-R系统安全起着至关重要的作用。经分析，影响铁路行车安全的风险因素主要包括：（1）铁路征地界或安全保护区外建设的通信塔距离线路较远（一般超过米），铁塔上高清摄像机的视频监控可能被阻挡或出现盲区。（2）由线路引出至铁路征地界或安全保护区内机房的光缆管道存在安全隐患。（3）因供电不稳定导致铁路GSM-R系统断站，影响铁路行车安全。（4）因通信塔的质量和施工工艺问题导致杆塔倾斜，影响铁路行车安全。（5）因不能及时处理铁路通信基站故障，影响铁路行车安全。铁路对于通信塔及配套设施合作方案实施的安全性高度重视，参考以往建设技术标准，在保障铁路运行安全的前提下，需重点关注选址（含杆塔）、供电、传输、维护的安全要求。通过论证，中国铁塔可满足铁路运营的安全保障要求。