城轨概论34轨道结构

第四节轨道结构有砟轨道结构钢轨轨枕联结部件道床其它设备一、有砟轨道结构概述组成部件钢轨、轨枕、联结部件、道床、道岔、防爬设备等作用引导机车车辆运行直接承受由车轮传来的荷载，并把它分布传递给路基或桥隧构筑物对轨道结构本身的要求足够的强度、刚度、稳定性和规定的几何形位保证列车按规定的速度安全运行，同时满足少维修的原则要求有砟轨道结构组成部件二、钢轨钢轨功能•为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，引导机车车辆前进；•直接承受车轮的巨大压力，并分布传递到轨枕；•在电气化铁道或自动闭塞区段，还兼做轨道电路之用。钢轨的基本要求：–足够的强度和耐磨性–较高的抗疲劳强度和冲击韧性–足够光滑又有一定粗糙度的顶面–较强的抗不均匀磨耗性能和硬度的均匀性–良好的可焊性–良好的道岔机加工性能–化学成分便于进行热处理–高速铁路钢轨的高平直度钢轨类型及长度：•按《43~75kg/m热轧钢轨订货技术条件》（TB2344）我国钢轨分为43，50，60，75kg/m四种类型。钢轨类型与标准长度100502560100502512.5502512.543长度（m）钢轨类型160804025120804012.5缩短量（mm）长度（m）曲线内股缩短量•长尺钢轨–法国•由原来的36m改造成72m～80m–德国•改造成120m–我国•现可以进行100m长尺钢轨的生产，并已有500m焊接钢轨生产线•钢轨长尺生产优势–便于热预弯，消除钢轨矫直前的弯曲度–两端可以锯掉0.8m～1.5m，减少钢轨的残余应力–消除矫直盲区和探伤盲区，提高生产率，保证钢轨的平直度和内部质量钢轨断面尺寸：钢轨采用工字形断面，由轨头、轨腰和轨底三部分组成。钢轨断面设计应满足下面要求。•钢轨头部设计•钢轨腰部设计•钢轨底部设计钢轨断面的四个主要参数钢轨的头部顶面宽度（b）轨腰厚度（t）钢轨高度（H）轨底宽度（B）钢轨断面尺寸：预留轨缝：–目的•适应钢轨热胀冷缩–需满足条件•当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防胀轨跑道•当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，以防接头螺栓拉弯或拉断指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。钢轨轨缝及设置位置钢轨接头处构造轨缝：1.钢轨铝热焊2.钢轨移动式气压焊3.钢轨闪光焊钢轨的焊接铝热焊：是利用铝热焊剂的剧烈化学反应，铁的氧化物被铝还原成铁水，同时产生巨大热量，把高温铁水浇铸于固定在两轨轨缝处的砂型内，将两根钢轨铸焊在一起。气压焊：气压焊是利用气体燃烧产生的热能将轨端加热至熔化状态或塑性状态，并施加足够的压力（顶锻力），以形成接头的一种固态连接方法。闪光接触焊：将焊件装备成对接接头，通电使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面全部熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊分类：–预热闪光焊、连续闪光焊和脉冲闪光焊–工厂或铺轨基地焊接（固定式焊接）和线上移动式焊接轨枕的功能与类型–轨枕的功能•承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床•有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。–对轨枕的要求•具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨•具有抵抗纵向和横向位移的能力三、轨枕•按使用部位分：普通枕；桥枕；岔枕等。•按结构形式分：整体式；组合式；半枕；宽轨枕等。按构造及铺设方法分：横向轨枕；纵向轨枕；短枕等。按材质分：木枕；混凝土枕；钢枕。轨枕分类木枕：–优点•易加工、运输、铺设、养护维修•弹性好，可缓冲列车的动力冲击作用•与钢轨联结较简单•良好的绝缘性–缺点•消耗大量优质木材，价格较高•易腐蚀、磨损，使用寿命短•强度、弹性不均木枕：弹性好、减缓冲击、易加工维修、与钢轨连接简单、绝缘性能好。耗木材、易腐蚀、磨损、寿命短、易形成不平顺。砼枕：普通钢筋、预应力钢筋混凝土轨枕：刚度大、平顺性好、轨道稳定性好；钢枕：提速道岔上用－－便于大机作业－－保护转辙机械。混凝土枕：–优点•纵、横向阻力较大•刚度大，轨底挠度较平顺，动力坡度小•高弹性垫层保证轨道弹性均匀•使用寿命长，降低养修费用•节约木材–缺点•不平顺处，轨道附加动力增大，对轨下部件的弹性要求更高木枕：弹性好、减缓冲击、易加工维修、与钢轨连接简单、绝缘性能好。耗木材、易腐蚀、磨损、寿命短、易形成不平顺。砼枕：普通钢筋、预应力钢筋混凝土轨枕：刚度大、平顺性好、轨道稳定性好；钢枕：提速道岔上用－－便于大机作业－－保护转辙机械。混凝土枕：分类I型：包括弦15B、弦61A、弦65B、69型、79型、S-1型和J-1型II型：包括S-2型、J-2型、YⅡ-F型、TKG-Ⅱ型等III型：新研制的与75kg/m钢轨配套的混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。（强度逐渐加强）Ⅰ型、Ⅱ型长度2.5m，Ⅲ型2.6m（有档肩、无档肩两种）I型、II型、III型混凝土枕：Ⅰ型Ⅱ型、Ⅲ型有挡肩2.6m长Ⅲ型混凝土轨枕：III型混凝土枕的特点：结构合理，强化了轨道结构增大了轨下和中间截面的设计承载力Ⅲb型采用无螺栓扣件，减少养护维修工作量其他轨枕之混凝土宽枕普通混凝土枕与混凝土宽枕的比较：其他轨枕之弹性轨枕我国铁路II型PC枕枕下垫板（单位：mm）图2-10日本新干线弹性轨枕轨枕底面弹性轨枕侧面弹性材料其他轨枕之弹性轨枕其他轨枕之梯子式轨枕其他轨枕之框架式轨枕其他轨枕之德国B系列轨枕B70型轨枕B90型轨枕B75型轨枕法国双块混凝土枕（5T型）其他轨枕之法国双块式混凝土枕其他轨枕之Y型枕•钢轨接头：轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接。接头处轮轨动力作用大，养护维修工作量大，是轨道结构的薄弱环节之一。•形式：接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种。按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种。•我国一般采用相对悬空式，即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间。接头联结部件四、联结部件•按其性能又可分为普通接头、异形接头、绝缘接头、焊接接头、导电接头、伸缩接头、冻结接头、以及安全保护装置等。接头联结部件接头夹板60kg/m钢轨用夹板图（专线3161）特种钢轨接头不同类型钢轨的联结钢轨绝缘接头钢轨绝缘接头胶接绝缘接头钢轨绝缘接头导电接头导电接头伸缩接头与冻结接头钢轨伸缩接头普通冻结接头减振接头钢轨减振接头接头联结部件接头联结部件扣件作用：保持钢轨在轨枕等轨下基础上的正确位置及钢轨与轨枕的可靠联结，阻止钢轨的纵横向移动，为轨道结构提供一定的弹性，减轻振动，延缓轨道残余变形累积。分类：（1）按扣压件区分：刚性和弹性之分；（2）按承轨槽区分：有挡肩和无挡肩之分；（3）按轨枕区分：有木枕扣件和混凝土枕扣件之分；（4）按轨枕、垫板及扣压件的联结方式区分：不分开式和分开式之分；扣件轨道结构对扣件的一般要求：保持轨距能力强具有足够的防爬阻力较高的弹性，减少振动零部件精度高、可靠性好较大的调高能力和调距能力结构简单，少维修，长寿命良好的电绝缘性能和适应气候性能木枕扣件1-螺纹道钉；2-扣轨夹板；3-底脚螺栓；4-垫板；5-木垫板；6-弹簧垫圈。木枕分开式扣件木枕混合式扣件混凝土扣件我国常用的几种混凝土枕扣件：弹性Ⅰ型扣件（由ω形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成）弹性Ⅱ型扣件（有螺栓，需靠扭力扳手上紧）：•W型→Ⅰ型：材质差些，W→高出不多（最早德国）•Ⅱ型材质好些，两端高出较多。弹性Ⅲ型扣件（由弹条、预埋铁座，绝缘轨距块和橡胶垫板组成）弹条III型扣件特点–最早英国，潘得尔扣件–扣压力大、弹性好，取消了混凝土枕档肩，保持轨距的能力很强。–取消了螺栓连接的方式，大大减少了扣件的养护维修量弹条Ⅲ型扣件扣件的使用条件：正线轨道使用的扣件应符合表2-19的规定；站线混凝土枕轨道宜采用弹性扣件，木枕轨道宜采用分开式扣件；扣件的初始扣压力及弹程应符合表2-20的规定；铺设混凝土宽枕或无砟道床的轨道，可采用调高量较大的弹性扣件;铺设无缝线路的特大、大桥可采用小阻力扣件；混凝土枕轨道的轨下橡胶垫板应与扣件配套使用。我国有砟轨道扣板式扣件70型扣板式扣件螺栓扣板式扣件63型扣板式扣件弹片I型调高扣件67型拱形弹片式扣件我国有砟轨道扣件弹条Ⅰ型扣件1-螺纹道钉；2-螺母；3-平垫圈；4-弹条；5-轨距挡板；6-挡板座；7-橡胶垫板。我国有砟轨道扣件弹条I、II型扣件弹条I型调高扣件我国有砟轨道扣件弹条III型扣件1-弹条2-预埋铁座3-尼龙轨距块4-轨下胶垫我国有砟轨道扣件小阻力弹条扣件我国无砟轨道扣件秦岭隧道整体道床用弹性扣件WJ-1型扣件WJ-2型扣件弹条I、II型弹性分开式扣件WJ-3型扣件弹条III型弹性分开式扣件WJ-4型扣件我国从60年代开始无砟轨道的研究，采用过多种扣件型式。TF－M型扣件TF-Y型弹性扣件64－Ⅲ型扣件我国无砟轨道扣件TFY型扣件秦岭隧道整体道床用弹性扣件我国无砟轨道扣件WJ-2型扣件我国无砟轨道扣件WJ-4型扣件WJ-3型扣件弹条I、II型分开式扣件弹条III型分开式扣件城轨交通轨道扣件DTⅠ型扣件DT型系列扣件均为分开式二阶弹性扣件。应用较多的有：DTⅠ型DTⅢ型DTⅣ型DTⅥ型等扣件城轨交通轨道扣件城轨交通轨道扣件科隆蛋扣件城轨交通轨道扣件先锋扣件系统德国无砟轨道扣件分开不分开式混合有无挡肩混合带铁垫板有螺栓扣压VOSSLOHDFF14型高低调整60mm轨距调整46mm扣压力9kN静刚度22.5kN/mmVOSSLOHDFF300型德国RST弹性分开式有挡肩带铁垫板有螺栓扣压高低调整-6～+52mm轨距调整±10mm扣压力9kN１、有砟轨道道床功能：承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上，使之不超过路基面的容许应力；提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定；提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动；提供良好的排水性能，以提高路基的承载能力及减少基床病害；便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。法、日等仍然采用散体道床结构。五、道床道床分为有砟道床和无砟道床道砟材料及技术标准要求：质地坚硬、有弹性、不易压碎和捣碎，排水性好、吸水性差，不易风化，不易被风吹走或被水冲走。材质：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿砟等；分级：一级、二级、特级；级配粒径：25～70mm(一般)，粒径越小，强度、排水差；接触面积大，吸收动能能力强高速铁路：25～50mm。形状：棱角分别，近于立方体。针状（颗粒长度大于平均粒径的1.8倍）、片状（厚度小于平均粒径的0.6倍）最差，应控制含量。有碴道床断面道床断面包括道床厚度、顶面宽度及边坡坡度3个主要参数。道床几何尺寸厚度：30～50cm，曲线上应量测里股（外侧有堆高）。秦沈线一般30cm，路基面有级配碎石。胶新线有的铺有底碴（沙石）－部分地段道碴厚度不足。非渗水土路基的道床厚度不小于30cm。岩石、渗水土路基的道碴厚度不小于35cm。肩宽：一般25～30cm无缝线路≥45cm（堆高15cm，增大阻力，稳定。）坡度：1:1.5或1:1.75道床下沉曲线有砟道床的变形概念无砟轨道，是用整体混凝土或其他结构取代传统道碴层的轨下基础。应用于铁路隧道无砟桥梁上有特殊需要、基础又经过适当处理的土质路基上常见类型地铁中常见有整体灌注式、轨枕式、弹性支承块式等结构型式。客运专线铁路主要有长枕埋入式、板式、双块式轨道无砟轨道等结构型式。地下铁道城市轨道交通２、无砟轨道结构•优点：–整体性强，轨道几何形位易于保持，稳定性好；–轨道变形很小，发展较慢，有利于铺设无缝线路及高速行车；–减少养护维修工作量，改善劳动工作条件–减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量）–外观整洁美观，坚固耐久。•缺点：–整体道床工程投资费用高–要求较高的施工精度和特殊的施工方法–对扣件和垫层也有特殊要求–在运营过程中，一旦出现病害，整治非常