第4章 无砟轨道

第四章无碴(砟)轨道本章要求：•了解无砟轨道的发展历史；􀂙•掌握无砟轨道的特点、类型；•掌握无砟轨道结构组成。•重点：无砟轨道特点及其结构组成•难点：无砟轨道结构组成•有砟轨道：弹性减振、排水及方便维理养护等特点，铺设方便、造价低、容易维修等优点→各国普通铁路轨道的主要结构型式V↑振动↑道床变形↑尤其高速时：①维修工作量↑轨道不平顺(不均匀变形)↑高速列车的舒适和安全性↓②列车风③维修不便(长大隧道及城市地铁)第一节概述•客专及高速要求：高平顺性、高稳定性、少维修•无砟轨道特点：优点：①良好的轨道稳定性、连续性和平顺性；②良好的结构耐久性和少维修性能；③工务养护、维修设施减少；④免除高速行车条件下有碴轨道的道碴飞溅；⑤可减轻桥梁二期恒载，降低隧道净空；⑥减少客运专线对优质特级道碴的需求缺点：①无碴轨道弹性较差；②建设期总投资相对较大(下部基础与轨道部分)；③一旦基础变形下沉，修复困难；④对地震和环境的适应性差•无砟轨道类型：1.整体道床轨道支承块式整体道床整体浇注式整体道床弹性整体道床等2.弹性支承轨道短轨枕式长轨枕式3.长枕埋入式轨道普通钢筋长枕埋入式预应力钢筋长枕埋入式4.双块式轨枕（Rheda2000,ZÜBLIN）5.板式轨道普通钢筋混凝土板式轨道预应力钢筋混凝土板式轨道（日本板式（A型板、框架板式）、博格板式）防振板式轨道浮置板轨道基础变形要求:长大隧道、特大桥上及地铁等具有坚实基础的地段得到应用土质路基基础经处理后满足要求时可铺设。如日本和德国减振降噪要求：防振板式轨道和浮置板轨道各国简介日本：发展无碴轨道较早、较快的国家。1923年在室兰线伏古别隧道风铺设了混凝土整体道床轨道，之后至1960年代，日本无碴轨道主要是在隧道内铺设短木枕和混凝土支承块式整体道床。为适应高速铁路对少维修轨道的需要，自1960年代起，日本研发了A型板式无碴轨道，并成功也应用于山阳、东北、上越等新干线上，且东北、上越新干线上板式轨道占线路延长的90%以上。日本较早在土质路基上试铺无碴无碴轨道，设计有专门应用于土质路基的RA型板式轨道。此外，日本还研发了具有较好减振降噪性能的D、C、E型系列防振板式轨道。为配合板式轨道的应用，日本还专门研制了直接型系列无碴轨道专用扣件。德国:为适应高速行车的需要，德国铁路一直致力于无碴轨道的研发与试铺。①初期采用板式：1959年，隧道内首次试铺，1967年，厄尔达车站及班堡—福尔海区间等地铺设了多处板式。②中期采用长枕埋入式：1972年在拉达车站上试铺了雷达型长枕埋入式无碴轨道，经试用表明，该无碴轨道维修量小、运营效果良好，因此确定为以后发展的主型轨道。雷达轨道经过数次结构上的修改与完善，发展出了适合于隧道内、桥上及土质路基上的各种雷达轨道系列。埋入的轨枕也从早期的三孔预应力钢筋混凝土轨枕发展至四孔、五孔钢筋预应力混凝土轨枕。③现在采用双块式轨枕：发展至雷达HST和雷达2000型的双头轨枕，并以雷达2000型轨道作为主型无碴轨道。正在新建的柏林-汉诺威和法兰克福-科隆两条高速铁路上铺设无碴轨道的长度分别为70%和100%。我国：早在1934年和1939年，我国就在东北牡图线北老岭隧道和沈丹线福晋岭隧道内铺设了长木枕和短木枕式混凝土整体道床轨道。从1958年开始至1980年，在成昆线、北京地铁、皖赣线的隧道和许多车站上研发试铺了大量的整体道床轨道、普通钢筋混凝土板式轨道、整体道岔、宽轨枕、框架式轨枕及纵向轨枕轨道等多种结构型式。也曾在土质路基上铺设过整体床，但运营表明不成功后拆除。这期间确定了我国无碴轨道的主要型式为整体道床，并且建议了隧道内整体道床的定型图。进入20世纪90年代，为适应我国铁路客运专线和高速运输的需要，经过对国外无碴轨道技术的引进和消化，又在隧道内和特大桥上铺设了长枕埋入式轨道、板式轨道和弹性支承轨道，取得了较好的效果。此外，在地铁的高减振地段，还积极引进和采用了浮置板轨道。目前我国无碴轨道的计算理论、设计方法、结构数选择、施工方法以及运营中可能出现的病害的防治等方面，都还存在一定的技术问题。尤其值得一提的是，我国铁路无碴轨道尚需要经过一段时间的研究、试铺和推广应用，总结出适合于我国铁路的无碴轨道结构型式和主型无碴轨道。第二节整体道床整体道床是世界范围内普通铁路和地铁上采用得最多的无碴轨道结构型式。在坚硬岩石基础、隧道抑拱及混凝土桥面上，布设道床内的钢筋网，将钢轨、扣件连同预制支承块定位后，现场浇筑混凝土道床。优点：结构简单、整体性好、施工方便等缺点：基础要求较高，轨道弹性和高低、水平调整只能依靠扣件完成，且一旦出现病害难以整治和修复等。分类：(依据支承块的不同)混凝土支承块式短木枕式无支承块式一、混凝土支承块式整体道床•支承块是在工厂预制的钢筋混凝土块体，混凝土强度等级为C40-50，尺寸约为500mm×200mm×200mm上小下大的梯形断面，每块约40-50kg。支承块上的承轨槽根据所采用的扣件类型进行设计。为了使支承块与道床混凝土能紧密联结，支承块底面伸出钢筋，块底面呈人字坡状。•混凝土道床厚度约为300-400mm，宽度约2.4m，每隔6.25m(洞口)或12.5m(隧道中部)设伸缩缝。道床一般采用C30级混凝土。道床内钢筋按构造和工程经验布设，通常在道床底部按220mm间距双向布设φ14钢筋或按200mm间距双向布设φ10钢筋，每公里用约22-24吨钢筋。图1.1-2隧道内的砼支承块式整体道床•根据排水沟设置的位置不同，支承块式无碴轨道又可分为中心水沟式、单侧沟式和双侧沟式。中心水沟支承块式整体道床坚实基岩隧道内支承块式整体道床隧道抑拱上支承块式整体道床二、其它结构型式的整体道床1．短木枕式整体道床中心水沟短木枕式整体道床用短木枕代替钢筋混凝土支承块，如图4-4所示。短木枕尺寸约为600×160×220mm。将短木枕埋在道床内，设中心水沟。因为短木枕在使用一定年限之后，需要更换，道床断面采用中心水沟式便于短木枕的更换。道床多为素混凝土。•2．塑料短枕式整体道床•短轨枕采用塑料材质制作，四周及底部还设有橡胶套，具有良好的减振和绝缘性能。国内也曾对这种道床进行过研究，但因造价昂贵，未能实施。奥地利等地铁铺有这种轨道。•3．无枕式无碴轨道无枕式整体道床亦称整体灌注式轨道，如图4-5所示。道床混凝土强度等级为C30，施工时自下而上进行，不架设钢轨，而用施工机具把联结扣件的玻璃钢套管按设计位置预埋在道床内，上面做成承轨台，然后再安装钢轨和扣件。整体灌筑式轨道全部为现浇混凝土，整体性强。但施工方法繁琐，机具复杂，进度慢，承轨台抹面精度不易保证，很难达到设计要求。香港和美国旧金山、加拿大、马来西亚等地铁也铺设了无枕式整体道床。•4．弹性整体道床在整体道床与结构底座间铺设一层30mm左右厚的弹性绝缘材料与塑料油膏混合物或橡胶沥青混凝土，有的铺设旧轮胎，这种轨道减振效果显著，但造价很高。成都客站上已铺设该种轨道，整体道床与底座间铺设50mm厚的拆线废旧轮胎制成的颗粒。第三节板式无碴轨道板式轨道是在现浇混凝土基础上以乳化沥青砂浆(CA砂浆)层支承预轨道板的无碴轨道结构型式。日本无碴轨道始终以板式轨道为主，有较为成功的研发及应用经验，除隧道内、桥上等坚实基础上，路基上也使用了板式轨道。德国无碴轨道开发初期也曾经应用。板式轨道结构简单、施工方便，特有的CA砂浆层可提供一定的轨道弹性，在施工过程和病害整治中可方便调整轨道板的高低位置，具有较好的可维修性，对基础的适应能力较强。一、普通钢筋混凝土板式轨道•山阳新干线和既有窄轨铁路上采用普通钢筋泥凝土板。轨道板尺寸约为4120mm×2400mm×195mm，采用C50级混凝土，板内双层双向配置普通钢筋。•板上预留CA砂浆注入孔，将板定位后，从注入孔注入CA砂浆。轨道板的基础在隧道抑拱混凝土上用C20级素混凝土浇筑，在基础上设截面500mm×500mm钢筋混凝土方柱，限制轨道板的纵横向位移。二、预应力钢筋混凝土板式轨道•1．日本A型轨道板（SlabTrack）为适应高速行车的需要及解决无碴轨道维修中的困难，日本国铁于1971年成立了“板式轨道研究会”，通过研究，提出了板式轨道必须满足的四个基本条件：①建筑费在普通有碴轨道的两倍以内；②具有与普通有碴轨道同样的弹性和足够的强度；③施工方法比较简便，铺板施工日进度能达到200m以上；④一旦轨道出现病害，可以进行修整。轨道板尺寸约为4950mm×2340mm×200mm，轨下截面板的厚度为160mm。采用C50级混凝土，板内双层双向配置部分预应力钢筋。板上预留CA砂浆注入孔，将板定位后，从注入孔注入CA砂浆。轨道板的基础是在抑供或桥面上用C30级钢筋混凝土浇筑的底座。乳化沥青水泥砂浆(CA砂浆)垫层在混凝土基础与轨道板之间。厚度：50mm作用：①使轨道具有足够的强度和一定的弹性②施工中误差调整。③运营过程中，如基础发生不均匀沉降，可采用补充灌注砂浆的办法进行整治。原料组成：水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂凸形挡台与底座板联结，配筋作用：承受列车的纵横向力•2．我国的板式轨道秦沈客运专线狗河特大桥上铺设了板式无碴轨道35288030190502480451401211线路中心线梁面钢轨扣件轨道板CA砂浆调整层混凝土底座2400板式轨道横断面板式轨道平面布置板式轨道侧面布置秦沈客运专线狗河特大桥上铺设了板式无碴轨道板式轨道主要由60kg/m钢轨、WJ—2型扣件、预制轨道板、CA砂浆层、钢筋混凝土底座组成。24m梁跨内每线布置5块轨道板，板间间隙除梁端外均为70mm。根据使用要求的不同，轨道板分为A、B、C三种类型，A型轨道板的长度为4.930m，B型和C型轨道板的长度为4.765m，宽度均为2.4m,厚度均为190mm。其中，A型轨道板用于梁跨中部，B型轨道板用于梁跨两端,C型轨道板用于过渡段无碴轨道设置50kg/m辅助轨处。底座采用C40钢筋混凝土，厚度约为250mm，双层双向配筋，通过梁体预埋钢筋与梁联为一体。底座上设圆柱形凸形挡台，半径为250mm，高度为250mm。底座沿线路方向上每隔5m左右设一构造伸缩缝，宽度为2cm，用沥青板填充。伸缩缝与凸形挡台错开布置。底座与轨道板之间设厚度约为50mm的CA砂浆调整层。在与桥头路基相邻的一跨梁上，轨道板与底座之间设置12mm微孔橡胶弹性垫层。3、框架式板式轨道•特点：·轻量化（施工性）·低成本化·缓和温度应力日本新干线框架式板式轨道台湾高速铁路桥上框架式板式轨道4、博格板式轨道Bŏgl•①路基上博格板式轨道•结构组成•路基上博格无碴轨道由Vossloh300型弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及水硬性材料支承层等部分组成。承轨槽用数控机床打磨的博格板连接轨道板图1.2-17梁缝处设置长3m、厚度50mm的硬泡沫塑料板结构组成隧道内博格无碴轨道由Vossloh300型弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及水硬性材料支承层等部分组成。三、其它结构型的板式轨道•1．RA型板式轨道•RA型轨道板是为在土质路基上使用而设计的轨道板，如图所示。考虑到土质路基沉降变形较大，板的结构型式和基础处理是重点。轨道板的结构与A型轨道板类似，沥青混凝土底座与轨道板之间仍采用约50mm厚的CA砂浆层垫，CA砂浆调节层的厚度视施工质量而定，最小为40mm，最大为l00mm。为方便在基础沉降过大进行CA砂浆填充等维修工作，轨道板做成小板，每块板上设4-6组扣件。基础处理时，在路基面上铺设300mm厚的砾石层，之上用200mm厚的沥青混凝土层代替普通钢筋混凝土，作为轨道板的基础。•2．防振板式轨道•日本铁路在研究防止噪音和减轻振动的轨道型式方面做了大量研究，试制了C、D和E型三种防振轨道板轨道。C型防振板式轨道采用普通钢筋混凝土轨道板，表面呈凹凸形。轨道板最厚处320mm，最薄处170mm，板重是日本A型板的1.4倍，约7.7t。板下铺有一层厚度为25mm的橡胶垫层，其下设有一厚度为40mm的CA砂浆层。具有明显地减轻振动的效果。•D型防振轨道板，在预应