2 2 线路（线路（4 4 万字）万字）2.1 概述2.1.12.1.1 铁路勘测设计的历程铁路勘测设计的历程1、旧中国的铁路勘测设计自 1825 年英国在大林顿到斯托克顿之间修建了长 21km 的世界第一条铁路之后，较发达的欧美资本主义国家竞相效仿，掀起了世界铁路建设的高潮，至 20 世纪初，世界铁路通车里程已达110 万 km 以上，成为陆上交通的重要支柱中国铁路的诞生和发展经历了一段屈辱的历史帝国主义列强为了掠夺中国丰富的资源，竞相在中国争夺筑路权，—时主权沦丧，路权尽失，所有铁路几乎全为外国人把持中国人自己修筑的第一条铁路——京张铁路（1905-1909） ，是我国第一位铁路选线设计工程师詹天佑先生临危受命主持修建的詹天佑，字眷成，广东海南县人，幼年就学于美国，毕业于耶鲁大学土木工程系铁路工程科他在当时既无技术人员，又缺乏技术工人、机具的条件下毅然承担重任他率领两个助手，全队 12 人以 3 个月时间完成了京张线（图 2-1）的勘测任务在设计中他坚持采用标准轨距，采用 33‰的陡坡和 2—8—8—2 活节大马力机车跨越关沟段的八达岭在青龙桥车站采用人字形展线，将原来约 2000 m 的八达岭隧道缩短为 1090m，并开凿竖井，增加工作面以缩短工期。
在修建中分段施工，并尽早分段运营，以通车运营收入弥补施工款项之不足在当时的历史条件下，这些技术决策是非常难能可贵的创举，至今仍值得我们借鉴1909 年 11 月京张铁路比计划提前两年建成通车，节余工款白银近 29 万两，节省工程费的 4%这一辉煌业绩，维护了民族尊严，振奋了民族精神，增强了中国人自己修建铁路和发展近代科学技术的信心，为以后自建铁路开辟了道路图 2-1 京张铁路示意图旧中国的铁路建设多数为外国人把持，少数为国人自建，有一些优秀的选线设计案例如粤汉铁路线跨南岭地段，纠正了由外国人选定的越岭垭口，使越岭高程降低了 40 余米，提高了线路质量但在战乱频仍、民不聊生的旧中国，中国铁路线路设计人员的聪明才智难以充分发挥，至 1949 年解放前夕，全国铁路营业里程为 21810 km(不含台湾省铁路在内)，但实际当时能勉强维持通车的铁路仅 11000km2、新中国铁路勘测设计的发展新中国成立，百废俱兴，也带来了铁路建设事业的发展建国后的第一项大型基本建设就是成渝线的建成通车，使四川人民 40 年的梦想在两年内得以实现此后我国铁路勘测设计事业走向了规范化、标淮化、蓬勃发展的道路1）组建了专业勘测设计队伍铁道部内设立了铁路设计总局，下辖西北、西南、华北、中南、东北 5 个设计分局，后改为基建总局和第—、二、二、四共四个勘测设计院及—个专业设计院，为铁路的勘测设计建立了—支稳定的专业配套齐全、技术装备精良的专业技术队伍。
2）建立了选线设计研究室在铁道科学研究院建立了选线设计研究室，专门从事铁路选线设计理论的研究；在唐山铁道学院等若干铁路院校开办相应的专业，为铁路勘测设计队伍输送了大批优秀人才3）统一了全国的铁路勘测设计标准制定实施了国家标准——“铁路线路设计规范” ，制定了“铁路勘测设计文件组成与内容” ，即现“铁路基本建设项目预可行件研究、可行性研究和设计文件编制办法” ，规定了铁路勘测设计的阶段和各阶段勘测设计工作应达到的深度与广度编制了大量的标准图、通用图和参考图，为加快设计进度、提高设计质量创造了条件这些组织和技术上的有力保证，使得我国铁路勘测设计工作的面貌发生了根本的转变截止 2008 年底全国铁路营业里程已近 8 万 km；牵引动力和载运工具迈上了现代化新台阶；重载运输达到了世界领先水平，时速 200km 客运提速战略的实施取得了很好的社会经济效益，全国“四纵四横”客运专线铁路网建设正大力展开这些成果凝聚了广大铁路勘测设计人员的心血和汗水在这近 8 万 km 的铁路中，电气化铁路达 3.2 万 km，已达 40%，具世界第二；其中有复杂地质险峻山区修建的宝成线(图 2—2)、成昆线、襄渝线、侯月线、南昆线等；有通过腾格里沙漠地区的包兰线和穿过察尔汗盐湖地区的青藏线等。
在占我国国土面积 70％的山区和丘陵地区修路时遭遇到了崩塌、滑坡、泥石流、软土、膨胀土、高地应力、高瓦斯等一系列复杂的地质难题都在实践中得以解决，积累了许多宝贵的经验同时也开发、研究、引进了—大批行之有效的铁路勘测设计新技术、新工艺和新设备，使铁路勘测设计手段发生了质的飞跃图 2-2 宝成铁路秦岭展线示意图2.1.22.1.2 铁路勘测设计的新技术及其发展铁路勘测设计的新技术及其发展测绘技术、勘察技术和信息技术等的迅速发展，使我国铁路勘勘测设计的面貌焕然一新，已采用的勘测新技术有： 1）航测与遥感技术，2）卫星定位技术，3）全测站测绘技术，4）先进地质勘探方法等铁路选线设计新技术有：1）利用航测和其它测绘手段采集数据，建立数字化测图系统，建立适用于道路设计的带状数字地面模型；2）应用优化理论进行铁路线路纵断面优化和平面、纵断面整体优化；3）新建单、双线铁路线路的计算机辅助设计；4）线路大修及改建的计算机辅助设计；5）铁路线路的三维可视化设计及多媒体动画；6）铁路路基及支挡建筑物的计算机辅助设计；7）铁路工程概预算编制的软件包1）铁路勘测设计一体化20 世纪 90 年代以后，随着数据库和网络技术的发展，人们希望全部实现勘测设计信息化。
外业与内业之间以及专业与专业之间的信息不再通过纸介质来传送，而是通过—个专用工程数据库来实现，计算机不仅参与勘测设计、计算绘图工作，而且还参与设计工作的管理、协调和质量控制等工作，在国外，交通设计部已实现了设计工作计算机化，我国设计部门正逐渐实现这所谓的“勘测设计—体化” 要实现勘测设计—体化，必须解决的主要问题有：1）建立高效、快捷的工程数据库，这是关键和核心该数据库(包括数值数据、文档数据、图形数据)应能接纳、保存并为勘测设计备工序提供所需的各项设计原始数据；且采用以磁介质为载体的信息交换2）大力采用网络技术，使成干上万台独立的计算机联成一体，使人们足不出户就可获取和发布各种倍息，故网络技术是实现勘测设计—体化的又一关键这些信息包括图片、声音、录像剪辑、动画以及普通的文字方式铁路设计可利用网络技术更好地实现各专业之间或各专业与工程数据库之间的信息互换；可以远程地进行设计方案的审查和修改3）开发勘测设计一体化管理信息系统，勘测设计是—项多工种、多专业联合完成的工作为了对这项工作实施有效的管理和质量进度的监控，必须开发勘测设计—体化管理系统设计中各专业的设计进度、设计质量以及出现问题时的修改，都可通过这套系统加以管理。
4）实现外业勘测资料信息化外业勘测资料不再是纸介质的产品，而应是以磁盘或光盘为载体的产品铁道工程的外业勘测资料主要是地形测绘资料和地质勘探资料5）各专业设计软件的集成化勘测设计—体化的特征是：各专业之间通过工程数据库实现信息互换和资源共享原各专业设计软件多以文件方式实现信息的输入与输出，这不能适应以工程数据库为核心的勘测设计—体化的作业模式为此，各专业设计软件必须进行集成化改造，开发与工程数据库相连接的接口软件2)铁路勘测设计智能化在现实世界中许多人类智能活动的详细步骤无法用数学公式表示，很多问题解决要靠经验和智能计算机虽然能把人类从大量繁重的脑力劳动中解放出来，但计算机只能按照程序员制订好的路线去解决问题，它基本上没有什么主动性为了使计算机更好地发挥作用，1965 年夏，由10 多名从事数学、心理学、信息科学等方向研究的年青科学工作者，在美国新罕布什尔州的Darmouth 大学共同探讨了用机器模拟人类智能行为的各种问题，并在会议上正式使用了“Artificial Intelligence”这一术语这就标志着一个新兴学科——人工智能的诞生在工程领域中，如何更有效、更方便地表达专家知识、是当前正待研究的课题。
铁路选线设计是一项涉及面广、技术性强、关系到全局的总体性—工作其主要持点之一是选线设计为分阶段进行的，为了满足各勘测设计阶段不同的设计要求，在各阶段应使用相应精度的地形资料如在预可行性研究阶段，使用的是 1：10000～1：50000 的地形图，目的是进行纸上定线和方案研究，以作为确定线路基本走向的重要依据在可行性研究阶段，是按已定的线路基本走向，一般在 1：2000～1：5000 地形图上进行纸上定线，作为选定线路比较方案、确定主要技术标准的重要依据在初步设计阶段，是要把可行性研究阶段选定的设计线标定在地面，并实测线路的纵横断面，进行初步设计铁路选线设计的另一个显著特点是选线设计是在一个狭长的地带进行的，线路长度可达成百上千公里在铁路勘测设计中推广新技术，继续开发新成果将是—项长期任务原铁道部所属的西南交通大学、北方交通大学、中南大学(原长沙铁道学院)等高校，在铁道部领导下，与原铁道部一、二、三、四勘测设汁院、专业设计院等单位的工程技术人员和有关专业教师友好合作，在铁路选线设计新技术上进行了多方面的开发研究，取得了一批成果这些成果包括：“铁路勘测设计一体化研究” ， “铁路线路纵断面优化设计” ， “人机交互铁路线路平、纵面整体优化设计系统” ， “微机数模及地形图成图系统” ， “新建单、双线铁路线路机助设计系统” ’ ， “铁路线路二维可视化设计系统”等，均已通过铁道部鉴定，并推广应用，取得了良好的社会经济效益。
2.2 铁路能力与主要技术标准2.2.12.2.1 客货运量客货运量1、客货运量的意义无论是新建还是改建铁路，设计前都必须进行经济调查，以明确设计线的政治、国防和经济意义，确定设计线在铁路网中的地位和作用；并提供铁路总体设计和各种设施设计所需要的客货运量资料铁路客货运量的重要意义体现在如下几个方面：（1）客货运量是设计铁路能力的依据客货运量是选定铁路主要技术标准的依据，而主要技术标准又决定着客货运输装备的能力，它不应小于调查或预测的客货运量，以满足国家近远期要求的运输任务2）客货运量是评价铁路经济效益的基础客货运量决定铁路的运营收入、运输成本、投资偿还期等经济效益指标客货运量大，则收入多、成本低、投资偿还期短修建铁路要讲究经济效益，就应当十分重视客货运量的调查和预测3）客货运量是影响线路方案取舍的重要因素铁路选线设计中出现大量的线路方案经济比较若运量大，则投资大的方案，因运营支出低于投资小的线路方案，故投资大的方案中选的可能性增加；若运量小，则投资大的方案中选的可能性降低可见，客货运量大小是影响线路方案取舍的重要因素总之，客货运量在铁路设计中具有重要作用若调查或预测的客货运量偏大，则铁路标准可能偏高，技术装备能力也偏高，投资较大的方案容易中选，增大投资。
但铁路运营后，若实际运量偏小，则铁路能力闲置，投资浪费，而运营收入偏少，铁路投资效益必然降低；若调查或预测的运量偏小，虽初期投资省，但铁路运营后，能力会很快饱和，引起铁路过早改建，追加投资增大，也不经济合理因之，铁路设计必须十分重视客货运量的调查和预测工作2 2. .2 2. .2 2 客客货货运运量量的的调调查查和和预预测测设计线客货运量的确定，首先要划定设计线的吸引范围，然后在吸引范围内进行经济调查，以确定近期的客货运量，并根据吸引范围的建设规划和经济统计资料，预测远期的客货运量1）划定吸引范围设计线的吸引范围是设计线吸引客货运量的区域界限，设计线客货运量的调查和预测，都是在吸引范围内进行的吸引范围按运量性质划分为直通吸引范围和地方吸引范围两种1）直通吸引范围直通吸引范围是路网中客货运量通过本设计线运送有利的区域范围因为铁路运价是按里程计算的，所以直通吸引范围可按等距离的原则划定吸引范围，即在直通吸引范围内的运量，通过设计线要比其他径路运程短直通吸引范围需按上、下行分别勾划，如图 2－3 所示初步勾划出直通吸引范围后，需根据以下具体情况加以修正如充分利用铁路能力富裕的线路，绕过限制区段；充分利用线路平纵断面条件较好的。