1.1 鐵路基礎設施及運行環(huán)境現(xiàn)狀

近年來，我國鐵路發(fā)展迅猛，鐵路網(wǎng)遍及全國甚至延伸至歐亞大陸。鐵路系統(tǒng)運行的環(huán)境復雜多樣，基礎設施安全運行存在諸多威脅，鐵路系統(tǒng)安全形勢不容樂觀。建立鐵路基礎設施及運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對保障鐵路安全運營、保護人民生命財產(chǎn)安全、助力國家交通強國建設等方面具有重要意義。

1.1.1 鐵路系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國地域遼闊、人口眾多、資源分布不均，有龐大的能源、礦產(chǎn)等重要物資運輸以及國民出行需求。鐵路作為陸地上運輸綜合效能最高的交通方式之一，具有運力大、成本低、適應性強、安全性好等優(yōu)勢，在現(xiàn)代運輸方式中占有重要地位，是我國國民經(jīng)濟的大動脈、關鍵基礎設施和重大民生工程。加強現(xiàn)代化鐵路建設，對擴大鐵路運輸有效供給，構建現(xiàn)代綜合交通運輸體系，建設交通強國，實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興的中國夢，具有十分重要的意義[5]。

我國的鐵路建設經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，歷經(jīng)了從無到有、從寥寥無幾到四通八達、縱橫交錯的發(fā)展歷程。2004年，國務院批準的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》[2]正式發(fā)布，為滿足并帶動國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，對新建鐵路里程、復線率和電氣化率以及全國干線鐵路網(wǎng)提出目標。規(guī)劃實施后，我國鐵路基礎網(wǎng)絡初步形成，區(qū)域間建成多個快速通道，城際鐵路起步發(fā)展，高速鐵路逐漸成網(wǎng)；鐵路服務水平明顯提升，路網(wǎng)覆蓋面積增長迅速，旅客出行和貨物運輸可快速通達，基礎設施和機車設備不斷改造提升。截至2015年底，全國鐵路運營里程達12.1萬km，客貨換算周轉量突破1萬億t·km，其中高速鐵路1.9萬km。2016年修訂的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》在“四縱四橫”高速鐵路基礎上，對已有通道進行完善并開發(fā)新的通道，提出“八縱八橫”為主干的高速鐵路，補充以城際鐵路的高速鐵路網(wǎng)；擴大西部地區(qū)普速鐵路網(wǎng)，完善東部地區(qū)部分線路，縮減東西部貧富差距，為脫貧攻堅和國土改造奠定基礎；建設“0距離”綜合交通樞紐，以客運站為中心，綜合利用多種交通方式，便捷通達地周轉旅客和貨物。從最新修訂的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中得知，到2030年時，我國的鐵路要基本實現(xiàn)內外互聯(lián)互通、區(qū)際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。鐵路的跨越式發(fā)展極大地促進了區(qū)域間交流與經(jīng)濟發(fā)展，截至2021年底，全國鐵路運營里程達15萬km，其中高鐵4萬km，居世界第一位，覆蓋95%的100萬人口及以上的城市[6]。

目前，我國鐵路系統(tǒng)具有運營里程長、運行速度快、運營網(wǎng)絡規(guī)模大、運營密度高、運輸能力強等特點。

1.運營里程長

我國鐵路建設里程增長迅速，圖1-1為我國2010—2021年鐵路運營里程和高速鐵路運營里程的柱狀圖。鐵路里程從2010年的9.1萬km增長到2021年的15萬km，增幅超過了50%，成為世界上鐵路運營里程第二長的國家，高速鐵路運營里程由2010年0.8萬km快速增長到2021年的4萬km，高速鐵路實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，躍居世界第一。

隨著長途直達旅客需求量的不斷增長，我國鐵路網(wǎng)絡超長線路也不斷出現(xiàn)。京九鐵路全長2315km，途徑京、津、冀、魯、豫、皖、鄂、贛、粵、港共計10個省區(qū)，是我國國內投資最多、一次性建成的最長雙線鐵路；蘭新鐵路，全長2423km，大部分線路建于甘肅、新疆的荒漠戈壁，東與隴海鐵路相連，西北和北疆鐵路相接，構成了“歐亞大陸橋”在我國境內的通道；京廣鐵路，全長2263km，途徑京、冀、豫、鄂、湘、粵等六個省份，貫穿我國華北、華中和華南區(qū)域；青藏鐵路全長1956km，是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路，加強了西藏地區(qū)與內陸地區(qū)的聯(lián)系。

2.運行速度快

我國普速鐵路從1997～2007年經(jīng)歷了六次大提速[5]，旅客列車的時速不斷提高，1993年的旅客列車的時速僅為48.1km，六次大提速以后，大部分旅客列車最高時速達到120km，在京哈、京滬等既有干線實施時速200km的提速，部分有條件區(qū)段列車運行時速可達250km。目前我國高速鐵路以超過300km的時速遙遙領先于世界，其中CRH400復興號在京滬高鐵專線上最高速度達350km/h，其起停平均速度超過了其他任何國家的最佳運行數(shù)據(jù)，平均領先40km/h。

3.運營網(wǎng)絡規(guī)模大

2016年修訂的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》指出：在2025年之前，“八縱八橫”的高速鐵路網(wǎng)將加密成型，西部地區(qū)普速鐵路大力建設以縮小東西部差異。最新的數(shù)據(jù)表明，復線率達59.5%，電化率達72.8%，西部地區(qū)鐵路營業(yè)里程達5.9萬km，全國鐵路路網(wǎng)密度為152.3km/（萬平方km）。我國鐵路網(wǎng)絡遍布于中國的廣闊疆域內，西部和東北地區(qū)線路較為稀疏，而東部和南方地區(qū)鐵路網(wǎng)稠密[7]。

4.運營密度高

我國既有鐵路干線，由于運輸能力普遍都比較緊張，客貨運輸互爭運能現(xiàn)象較為突出，加大旅客列車密度受到限制。客運專線，尤其是高速鐵路，在滿足運量需求的前提下，一般都采取“小編組，高密度”的組織方式。列車密度主要決定于最小追蹤列車間隔時間，我國客運專線（高速鐵路）最小追蹤列車間隔時間技術設備可以達到3min。我國普速鐵路的電氣化鐵路天窗時間不到2h，高速鐵路天窗時間僅為5～6h，并且均在夜晚進行檢修維護。鐵路基礎設施其余時間都將支撐列車的高密度開行及高速運行[8]。

5.運輸能力強

我國鐵路高速、高密度以及每日長時間的運營帶來了運輸能力的飛速提高，適應了人民出行和貨物輸送量的日益增長需求。受新冠疫情影響，2020年的鐵路運輸數(shù)據(jù)不具備參考價值，以2019年為例，全國鐵路旅客發(fā)送量達到36.6億人次，同比2018年增幅為8.4%；全國貨物總發(fā)送量為43.89億噸，同比2018年增幅為7.2%。按此趨勢，新冠疫情逐漸平緩以后，我國旅客和貨物發(fā)送量會迎來進一步的增長[7]。

然而我國鐵路發(fā)展仍面臨不少困難和問題，主要表現(xiàn)在[7-9]：

1）路網(wǎng)結構尚不完善、區(qū)域發(fā)展仍不平衡，是我國目前鐵路整體結構布局中較為明顯的一個問題，就我國現(xiàn)階段鐵路路網(wǎng)布局來看，仍然呈現(xiàn)東密西疏的結構特性，西部地區(qū)仍然有大面積地區(qū)存在未通鐵路的情況；另有部分地區(qū)鐵路未形成規(guī)格性的網(wǎng)絡結構，導致部分城鎮(zhèn)之間仍然存在運輸通行不便情況，需要于其他地區(qū)進行遷回繞道運輸，整體的鐵路運輸能力仍然存在分布不均勻情況。

2）重點區(qū)域之間、主要城市群之間的快速通道存在通而不暢，部分通道還未形成系統(tǒng)能力，有效供給和運行效率有待進一步提升。

3）網(wǎng)絡層次不夠清晰，城際客運系統(tǒng)發(fā)展緩慢，現(xiàn)代物流、綜合樞紐、多式聯(lián)運等配套設施和鐵路集疏運體系以及各種交通運輸方式銜接有待加強；綜合交通樞紐發(fā)展不足，鐵路與城市交通銜接水平有待提升。

4）現(xiàn)代物流及多式聯(lián)運發(fā)展中鐵路骨干作用發(fā)揮不夠充分，“最后1km”集疏運體系仍存在短板。

5）西部路網(wǎng)部署稀疏，尤其是青海、西藏、新疆地區(qū)路網(wǎng)建設不完善，與國家西部開發(fā)戰(zhàn)略、當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展需求、國家安全需求以及西部地區(qū)在國家未來發(fā)展中的地位相適應方面相比仍然存在巨大缺口。

6）西部地區(qū)通信網(wǎng)、能源網(wǎng)等基礎設施網(wǎng)絡覆蓋薄弱，導致西部地區(qū)面向鐵路安全保障的智能化監(jiān)測設施無法按實際需求進行配置和建設。

1.1.2 鐵路基礎設施及運行環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀與安全形勢

鐵路基礎設施及運行環(huán)境對鐵路系統(tǒng)運行安全影響重大，同時也面臨著巨大的安全風險與隱患，是鐵路安全運行監(jiān)測的重點。

1.1.2.1 鐵路基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀及其安全形勢

1.鐵路基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀

目前，以電氣化鐵路為例，鐵路基礎設施主要是指為鐵路提供動力來源的牽引供電系統(tǒng)、為列車提供行車指揮和控制的通信信號系統(tǒng)、為列車提供運行和檢修場所的土建基礎設施，以及提升系統(tǒng)智能化運行水平的信息化基礎設施。牽引供電系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)和信息化基礎設施均有較為完善的監(jiān)測設備和裝置，為系統(tǒng)的安全可靠運行保駕護航。

以線路、橋梁、隧道、路基等為主的土建基礎設施，既要為鐵路高速行車提供高平順性和高安全性的運行條件，又要保證各部分組成滿足一定的穩(wěn)定性、耐久性。該部分基礎設施的覆蓋范圍最廣、對行車安全影響最大，但是監(jiān)測和檢測的強度遠遠不夠，因此，本書專注于該部分基礎設施的監(jiān)測，后續(xù)章節(jié)提及的基礎設施均為鐵路土建基礎設施，包括軌道、路基、橋梁、隧道等。

近年來，我國鐵路基礎設施建設不斷完善，目前，我國鐵路橋梁總數(shù)近10萬座，投入運營的鐵路隧道16084座，總長18041km[14]。目前，我國鐵路基礎設施建設和發(fā)展具有以下特征[11]：

（1）發(fā)展迅速

隨著我國鐵路運輸快速發(fā)展，基礎設施建設水平也在快速提高。新中國成立前夕，能維持通車的線路只有1.1萬多km，能用的機車不過1700多臺，車輛也只有3萬多輛[5]。1949—1978年，鐵路運營里程從1949年的2.18萬km持續(xù)增長至1978年的5.17萬km，年均增長率約為3.02%。1978—2007年，鐵路運營里程年均增長率為1.43%；而在2008—2018年，年均增長率上升至4.88%；截至2021年底，全國鐵路里程已突破15萬km，鐵路機車擁有量高達2.2萬臺。我國鐵路基礎設施發(fā)展十分迅速，支撐我國鐵路創(chuàng)造一個又一個奇跡。

（2）技術先進

我國幅員遼闊，鐵路系統(tǒng)運行的環(huán)境復雜多樣，特別是高速鐵路，不僅對軌面平順性和舒適性要求高，對線路各部分穩(wěn)定性和耐久性要求也很高，如何在各種不同的復雜環(huán)境下，建造滿足鐵路高要求的軌道線路，我國展開了一系列探索，如：鐵路線路設計方面，發(fā)明了“人機交互鐵路線路平、縱面整體優(yōu)化設計系統(tǒng)”“微機數(shù)模及地形圖成圖系統(tǒng)”“新建單、雙線鐵路線路機助設計系統(tǒng)”“鐵路線路三維可視化設計系統(tǒng)”等新技術，改善了鐵路勘測設計流程，提高了勘測設計質量；構建了一種具有我國完全自主知識產(chǎn)權的高速鐵路無砟軌道—CRTS Ⅲ型板式無砟軌道，可適用于時速300km以上的城際鐵路及嚴寒地區(qū)高鐵，發(fā)展和完善了我國高速鐵路無砟軌道技術體系；在橋梁設計施工方面，創(chuàng)新并改進了鐵路獨創(chuàng)橋梁“加墊”技術、無縫線路橋梁設計建造技術、“車—橋—線”動力響應仿真技術、無砟軌道橋梁設計建造技術、長跨度橋梁建造技術等，在我國鐵路橋梁建設中發(fā)揮了重要的作用[12]。

（3）基礎設施性能不斷提高

改革開放前，鐵路線路和技術裝備質量差，路基病害嚴重，約有1/3的車站沒有信號機，自動閉塞線路長度不到2%，雙線也只有6%，各路車輛不能互相通用和過軌，造成運輸事故多、運輸效率極低的情況[5]。而如今，以鋼軌為例，在標準的引領及鐵路快速發(fā)展的需求下，國內鋼軌生產(chǎn)廠家先后投巨資完成了鋼軌生產(chǎn)的現(xiàn)代化技術改造，改造后的鋼軌的生產(chǎn)設備和工藝達到了國際先進水平，實現(xiàn)了鋼軌生產(chǎn)的“精煉”“精軋”“精整”“長尺化”和“在線檢測”五大核心技術。先進的生產(chǎn)設備和先進的生產(chǎn)技術作保證，加上對高速鐵路鋼軌的質量實施有效的監(jiān)督和控制，目前，我國高速鐵路鋼軌實物總體質量已達到世界先進水平[12]。

（4）基礎設施相關標準不斷完善

隨著我國鐵路的迅速發(fā)展，經(jīng)過多年來技術創(chuàng)新和實踐經(jīng)驗的積累，鐵路標準日益完善。“十二五”期間共發(fā)布實施374項鐵道國家標準和鐵道行業(yè)標準，為我國鐵路的設計施工、裝備制造和安全運營提供了有力的技術支撐。2017年3月2日，國家鐵路局發(fā)布《鐵路標準化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃指出到2020年，形成完善的適應不同鐵路運輸方式的標準體系，不斷完善鐵路標準體系，為我國鐵路的設計施工、裝備制造和安全運營提供有力的技術支撐。國家鐵路局完成了2700多項鐵路標準的梳理、分類。鐵路工程建設標準在復雜地基處理、長大橋梁工程和隧道、軌道工程、牽引供電、通信信號、大型客站等方面不斷取得突破，指導建成了京津、京滬、京廣、哈大等一批設計時速350km的高速鐵路；伴隨著大秦鐵路、青藏鐵路等工程的建設實踐，重載和高原鐵路標準探索取得新進展。鐵路產(chǎn)品標準在動車組、列控系統(tǒng)、軌道結構、運營調度等關鍵標準方面取得突破，技術裝備安全可靠性水平進一步提升[13]。2021年12月國家鐵路局發(fā)布的《“十四五”鐵路標準化發(fā)展規(guī)劃》對鐵路基礎設施標準做了進一步的要求：到2025年，鐵路標準體系譜系化、一體化水平顯著提升，鐵路標準體系進一步優(yōu)化整合，更加系統(tǒng)完備、協(xié)調完善。

2.鐵路基礎設施安全形勢

在我國既有鐵路網(wǎng)中，鐵路沿線設施存在著較多安全隱患，在我國鐵路發(fā)展里程中，發(fā)生過多起由于沿線設施故障而引發(fā)的行車事故，造成了重大的人員傷亡與經(jīng)濟損失，產(chǎn)生了極惡劣的社會影響[13]。目前我國鐵路基礎設施仍存在一定安全問題，主要表現(xiàn)在[9]：

（1）部分區(qū)域路網(wǎng)設施設備亟待升級改造

首先，部分區(qū)域路網(wǎng)基礎設施設備升級改造的投入不夠，部分設備得不到及時更新?lián)Q代，處于維持運行的狀態(tài)；其次，存在設備發(fā)展不平衡的問題，部分正線是灰枕、Ⅱ型枕，而站線還是木枕，特別是站專線還存在著非標鋼軌、道岔；再次，由于人的主觀原因，日常中維修標準不高，對設備的病害整治力度不夠，不安全隱患直接威脅著運輸安全，比如：工務系統(tǒng)的線路翻漿冒泥、傷損鋼軌、轍叉、接頭病害、凍害、扣件松動等問題。

（2）安全監(jiān)測設施完備性和水平亟待提高

安全監(jiān)測是提高鐵路設備維修水平的重要手段，通過對鐵路設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)設備的異常狀態(tài)，從而及時維修降低事故發(fā)生率。但是現(xiàn)有高速鐵路、普速鐵路檢測，監(jiān)測和修理技術裝備體系不完善，檢測養(yǎng)護機械裝備水平不夠完備；高速鐵路、城際鐵路和重要干線路基沉降及軌道變形監(jiān)測系統(tǒng)不夠完善；安全監(jiān)測技術和設備的不完善，直接影響到設備的維修效率，不利于鐵路列車的安全運行。

（3）高速鐵路路網(wǎng)基礎設施病害日益嚴峻

高鐵不僅是地區(qū)交通的紐帶，更能夠促進國家“一帶一路”倡議，成為中國制造的國家名片。隨著運營時間的增長，鐵路客、貨運量日益增多，鐵路部門運輸任務日趨繁重；加之我國鐵路修建年代不同、地質條件復雜及當時設計施工等因素的影響，加上各種自然條件和自然災害的影響，高速鐵路基礎設施面臨著性能退化、超載服役、自然災害等問題，在長期的運營中出現(xiàn)混凝土裂縫、鋼筋腐蝕、結構層脫空、砂漿層離隙、凍害、沙害等病害。

而近年來，隨著鐵路無砟軌道技術發(fā)展，我國大力修建高速鐵路、城際鐵路等無砟鐵路。一方面，提速線路里程的增加和行車密度的加大給高鐵基礎設施帶來更大的負荷；另一方面，由于施工經(jīng)驗缺乏以及施工時間短等原因，有出現(xiàn)工后沉降超限病害的趨勢：例如某高鐵線壓縮一半工期，開通時存在大量病害，運營部門又投入大量資金進行整治，其中某鐵路局管轄該線僅68km，投入運營7年，已投入8000多萬元整治線路病害。另一線更為嚴重，開通至今仍需每天封鎖區(qū)間整治病害，不僅嚴重限制了運輸能力，而且病害也不可能徹底整治，留下了隱患。

1.1.2.2 鐵路運行環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀及其安全形勢

鐵路系統(tǒng)運行環(huán)境的監(jiān)測對象主要是對給鐵路部門造成巨大損失的自然災害及異物侵限等突發(fā)事件，其中自然災害監(jiān)測旨在對風、雨、雪、地震、地質、溫度等異常情況進行識別和預警，實現(xiàn)監(jiān)測信息的分布獲取、集中管理和綜合運用，全面掌握災害動態(tài)，并根據(jù)災害嚴重程度通知相關部門采取緊急處置措施，避免或減少災害對鐵路系統(tǒng)運行造成的不良影響。

1.我國自然環(huán)境現(xiàn)狀

我國鐵路網(wǎng)遍及全國甚至延伸至整個歐亞大陸，鐵路系統(tǒng)運行環(huán)境復雜多樣，包括路基濕軟的黃土高原、嚴寒的青藏鐵路、多雨的江南地帶等。我國復雜的地理條件連同多樣的氣候類型共同形成了復雜多樣的鐵路運營環(huán)境[10]。目前，我國自然環(huán)境具備以下主要特征：

（1）氣候條件復雜多樣

我國幅員遼闊，跨緯度較廣，距海遠近差距較大，加之地勢高低不同，地形類型及山脈走向多樣，因而氣溫降水的組合多種多樣，形成了多種多樣的氣候。從氣候類型上看，東部屬季風氣候，西北部屬溫帶大陸性氣候，青藏高原屬高寒氣候；從溫度帶上看，可將我國氣候劃分為：熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶和高原氣候帶；從干濕地區(qū)劃分來看，有濕潤地區(qū)、半濕潤地區(qū)、半干旱地區(qū)、干旱地區(qū)之分，而且同一個溫度帶內，可含有不同的干濕區(qū)；同一個干濕地區(qū)中又含有不同的溫度帶。因此在相同的氣候類型中，也會有熱量與干濕程度的差異。地形的復雜多樣，也使氣候更具復雜多樣性。

（2）季風氣候顯著

中國的氣候具有夏季高溫多雨、冬季寒冷少雨、高溫期與多雨期一致的季風氣候特征。冬季盛行從大陸吹向海洋的偏北風，夏季盛行從海洋吹向陸地的偏南風。冬季風產(chǎn)生于亞洲內陸，性質寒冷、干燥、在其影響下，我國大部地區(qū)冬季普遍降水少，氣溫低，北方更為突出；夏季風來自東南面的太平洋和西南面的印度洋，性質溫暖、濕潤，在其影響下，降水普遍增多，雨熱同季。我國受冬、夏季風交替影響的地區(qū)廣，是世界上季風最典型、季風氣候最顯著的地區(qū)。和世界同緯度的其他地區(qū)相比，我國冬季氣溫偏低，而夏季氣溫又偏高，氣溫年較差大，降水集中于夏季。

（3）地形復雜

我國地勢總體上呈現(xiàn)西高東低、多山地多高原的特點，其中山地、高原和丘陵面積總和占據(jù)我國領土面積的2/3。青藏高原是世界上面積最大、海拔最高的高原，連綿高聳的山丘致使高原地勢險峻，高海拔造成的極度嚴寒和缺氧對于人類生存和鐵路基礎設施的維護造成巨大挑戰(zhàn)，猛烈的大風常常對鐵路基礎設施造成破環(huán)，暴雪天氣下鐵路基礎設施面臨著被侵蝕和掩埋等風險。黃土高原由于人類長期的過度開發(fā)導致土地退化、沙漠化、水土流失，形成了當?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境。另外嚴重的水土流失形成了千溝萬壑的復雜地貌，更加劇了黃土高原上鐵路基礎設施的運營維護難度。我國西部地區(qū)存在大片的荒漠，降水稀缺、烈日暴曬下，氣溫可到60～70℃，鐵路基礎設施的溫度迅速上升；然而到了晚上，氣溫急速下降，甚至到達0℃以下。

（4）自然災害多

我國的自然災害呈現(xiàn)種類多、分布地域廣、發(fā)生頻率高、造成損失重等四大特點。

災害種類多表現(xiàn)在：我國的自然災害主要有氣象災害、地震災害、地質災害、海洋災害、生物災害和森林草原火災。

災害分布地域廣表現(xiàn)在：我國各省（包括自治區(qū)、直轄市）均不同程度受到自然災害影響，70%以上的城市、50%以上的人口分布在氣象、地震、地質、海洋等自然災害嚴重的地區(qū)，2/3以上的國土面積受到洪澇災害威脅。東部、南部沿海地區(qū)以及部分內陸省份經(jīng)常遭受熱帶氣旋侵襲；東北、西北、華北等地區(qū)旱災頻發(fā)，西南、華南等地的嚴重干旱時有發(fā)生。各省（包括自治區(qū)、直轄市）均發(fā)生過5級以上的破壞性地震。約占國土面積69%的山地、高原區(qū)域因地質構造復雜，滑坡、泥石流、山體崩塌等地質災害頻繁發(fā)生。

災害發(fā)生頻率高表現(xiàn)在：我國受季風氣候影響十分強烈，氣象災害頻繁，局地性或區(qū)域性干旱災害幾乎每年都會出現(xiàn)，東部沿海地區(qū)平均每年約有7個熱帶氣旋登陸。我國位于歐亞、太平洋及印度洋三大板塊交匯地帶，新構造運動活躍，地震活動十分頻繁，大陸地震占全球陸地破壞性地震的1/3，是世界上大陸地震最多的國家[16]，森林和草原火災時有發(fā)生。

災害造成損失重表現(xiàn)在：1990—2008年的19年間，平均每年因各類自然災害造成約3億人次受災，倒塌房屋300多萬間，緊急轉移安置人口900多萬人次，直接經(jīng)濟損失2000多億元人民幣[18]。

2.鐵路運行環(huán)境安全形勢

我國國土面積遼闊，高速鐵路運行線路長、橫跨氣候帶多、沿途地形地貌復雜、自然災害發(fā)生頻繁，地區(qū)自然條件差異較大，自然災害呈現(xiàn)種類多、頻率高、區(qū)域性和季節(jié)強等特點。高速鐵路具有跨區(qū)域的特點，各種自然災害都可能對高速鐵路運輸造成不利影響。諸如，1981年成昆線遭遇洪水泥石流災害，多條線路受阻，區(qū)域內鐵路網(wǎng)絡嚴重癱瘓；2000年鄭西鐵路山體滑坡，線路中斷服務長達45h；2007年新疆13級大風掀翻列車造成3人死亡、30余人受傷；2008年我國南方地區(qū)遭遇暴雪災害，導致大部分地區(qū)鐵路線路服務中斷，造成了巨額的經(jīng)濟損失；2018年鄭州鐵路大雪致使13趟列車晚點；2019年新疆大風造成21趟列車晚點，嚴重影響鐵路運輸?shù)男剩晃：β每图肮ぷ魅藛T的出行安全。自然災害對我國鐵路的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面[18]：

（1）氣象災害對高速鐵路的影響

氣象災害的時空分布特征及其與鐵路基礎設施的相互耦合關系，會給鐵路安全運行帶來巨大風險與挑戰(zhàn)。我國春季西北地區(qū)的沙塵暴及新疆地區(qū)的大風，夏季東南沿海地區(qū)的臺風，冬季北方地區(qū)的冰雪等給鐵路安全運行帶來不便：如雷電會對高速鐵路輸變電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、鐵路的接觸網(wǎng)系統(tǒng)等造成危害，進而影響鐵路系統(tǒng)正常運行。溫度變化較大的地區(qū)軌道設施易壞：日溫差變化較大的西部地區(qū)（如新疆、西藏等地）將可能造成鋼軌脆斷；極寒極冷的東北地區(qū)，鋼軌因溫差會產(chǎn)生很大的壓力，將會出現(xiàn)鋼軌脆彎變形或者鋼軌壓潰等問題。突發(fā)暴雨引發(fā)泥石流嚴重影響鐵路安全行車，進而造成列車大面積晚點。強橫風對我國高速列車的運營影響巨大，強風天氣條件下高速列車行駛時不僅受行駛方向的氣動阻力影響，還會受線路走向與強風主風向之間夾角的影響，在特殊環(huán)境下會產(chǎn)生風的狹管效應或增速效應，列車車體會發(fā)生顫動，嚴重時甚至發(fā)生傾覆翻車事故。

（2）地質災害對高速鐵路的影響

我國地處環(huán)太平洋構造帶和喜馬拉雅構造帶匯聚部位，兩種活動構造帶匯聚是形成我國地質災害種類繁多的根本原因。地質災害種類繁多，常見地質災害共有12類48種。其中崩塌、滑坡和泥石流等作為地質災害的主要災種，具有突發(fā)性強、分布范圍廣和隱蔽性等特點，每年都造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。目前，全國鐵路沿線分布有大型泥石流溝10000多條、大中型滑坡約為1000多個、崩塌1000多處、嚴重塌陷4000多處等。高速鐵路的速度一般為200～320km/h，如果在行車時遭遇泥石流等地質災害，將導致極其嚴重的運輸中斷和人民生命財產(chǎn)損失。典型的泥石流可以分為形成區(qū)、流通區(qū)和沉積區(qū)3個區(qū)段，降雨量強度大是引發(fā)泥石流災害發(fā)生的主要誘因，暴雨會引發(fā)山洪，從而導致崩塌、滑坡、泥石流等一系列自然災害的發(fā)生，嚴重威脅高速鐵路的運營安全。世界各國（包括我國）的鐵路部門都非常重視沿線地質災害的相關工作，積極開展地質災害防御工作，通過區(qū)域災害調查，采用線路繞避、工程防治等措施減少自然災害的危害。

（3）地震災害對高速鐵路的影響

地震是一種發(fā)生概率較小，但危害性最大的突發(fā)性災害，我國部分地區(qū)地震災害呈活躍趨勢，其突發(fā)性和破壞性極強，防范難度較大。當列車在低速運行時地震的危害性不是很突出，但由于輪軌之間的橫向力與列車運行速度的平方成正比，當速度超過200km/h時，即使是較小的地震也可能造成列車出軌甚至翻車的重大安全事故。如2010年3月5日，我國臺灣高雄發(fā)生里氏6.7級地震，造成高速鐵路列車出軌。所以，為了防止或減輕地震對高速鐵路的危害，世界上已經(jīng)擁有高速鐵路的國家和地區(qū)都針對高速鐵路建立了地震監(jiān)測預警系統(tǒng)。我國也是地震多發(fā)國家，也在研究和應用保障高速鐵路安全運營的地震監(jiān)測預警系統(tǒng)。

（4）異物侵限對鐵路的影響

鐵路具有運行速度快、輪軌摩擦力小、制動距離長的特征，且異物侵限事件具有突發(fā)性、無規(guī)律性和不可預測等特點，一旦有異物侵限事件發(fā)生，僅靠司機目視觀察，很難及時采取制動措施；且鐵路列車動能和慣性力都很大，列車很難在短時間、短距離內制動停車，從而大大增加異物侵限對鐵路安全行車的威脅。因此，對于一些易發(fā)生土、石崩塌和落物且整治投資大、施工困難的地段，需根據(jù)預測的侵限區(qū)間及落物的軌跡，設置異物侵限監(jiān)測裝置，以便提前預知異物侵限的位置、異物特征信息，提前采取對應的措施[19]。