城市轨道交通轨道工程1(轨道结构)

轨道系统基础知识一轨道结构目录•第一章轨道结构•第一节轨道的功用及组成•第二节钢轨•第三节轨枕•第四节钢轨联结件•第五节道床•第六节线路简介•第二章轨道的几何形位•第三章道岔•第四章无缝线路•第五章轨道受力分析及强度捡算第一节轨道的作用及组成轨道铺设在路基或桥隧结构面之上，其作用如下：引导机车车辆运行；直接承受由车轮传来的荷载，并把它传递给路基或桥隧建筑物；在列车运行的动力作用下，轨道的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性，保证列车按照规定的最高速度，安全、平稳和不间断地运行。第一节轨道的作用及组成第一节轨道的作用及组成•轨道是铁路线路的组成部分，包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等。钢轨轨枕道床联结零件联结零件防爬设备道岔第二节钢轨钢轨的功用引导机车车辆车轮前进；承受车轮的各种荷载（力）并将所承受的荷载传递给轨枕、道床及路基；为车轮滚动提供连续、平顺和阻力最小的接触面；在电气化铁道或自动闭塞区段,钢轨还同时作为轨道电路使用，在地下铁道钢轨多兼做供电回流轨使用。第二节钢轨钢轨的工作性质作为一根支撑在连续弹性基础或点支撑上的无限长梁进行工作。主要承受的作用力轮载作用下的弯曲应力；轮轨接触点上的接触应力；轨腰与轨头或轨底连接处可能产生的局部应力和温度变化作用下的温度力。产生的主要变形压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等。第二节钢轨对钢轨的基本要求为了使应力和变形均不超过规定的限值，要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性等性能，具体如下：(1)足够的强度和耐磨性；(2)抗疲劳强度和冲击韧性；(3)一定的弹性；(4)足够光滑的顶面，并有一定的粗糙度；(5)良好的可焊性及导电性；(6)高平直度（高速铁路钢轨）。第二节钢轨钢轨的类型分类方式—：以每米的大致质量kg数表示常用类型75kg/m60kg/m50kg/m43kg/m第二节钢轨钢轨的类型分类方式二按长度分：标准定尺轨、曲线缩短轨、长定尺轨、短尺轨标准轨长度定尺轨：25m、12.5m曲线缩短轨：24.96m、24.92m、24.84m及12.46m、12.42m、12.38m长定尺轨：50m、100m（铁路跨区间无缝线路用）短尺轨：21m、22m、23m、24m、24.5m及9m、9.5m、11m、11.5m、12m分类方式三：按钢轨材质分有U71Mn、U75V等。第二节钢轨钢轨的类型第二节钢轨钢轨的断面形式断面形式工字形断面构成轨头、轨腰、轨底钢轨的头部顶面宽(b)、轨腰厚(t)、轨身高(H)及轨底面轨高与轨底宽之比一般为1.15~1.20。第二节钢轨钢轨联结和轨缝钢轨联结是将标准长度的钢轨连接起来，使钢轨联结部分具有与钢轨一样的整体性，给列车提供连续的滚动表面，承受列车通过时作用于其上的动荷载，并满足钢轨伸缩的要求。钢轨联结方式可分为钢轨接头联结、钢轨焊接两种。第二节钢轨钢轨联结接头接头定义：轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺拴连接的部分，称为钢轨接头。接头形式按钢轨相对于轨枕位置分悬空式和承垫式按两股钢轨在接头处的相互位置分相对式和相错式按接头性能分普通接头、异形接头、绝缘接头、焊接接头、冻结接头、伸缩接头、尖轨接头常用接头形式相对悬空式——两股钢轨接头左右对齐，同时位于接头轨枕间。第二节钢轨钢轨焊接接头钢轨焊接是指将标准长度的钢轨在工厂或现场用焊接方法焊接成所需长度的长钢轨，铺设于无缝线路的一种钢轨联结方式。无缝线路技术极大程度的减少了钢轨接头，不仅可以提高行车平稳性，降低牵引阻力，减少养护维修工作量，而且大大减少了钢轨接头破损，是合理使用钢轨的有效措施之一。钢轨焊接的主要方法有：闪光接触焊、气压焊和铝热焊。地铁常用的是移动气压焊，在联合接头处采用铝热焊第二节钢轨轨缝设置轨缝的原因适应钢轨热胀冷缩的需要轨缝设置应满足的条件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，以防止形成连续瞎缝或因温度压力太大而发生胀轨跑道。当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺拴不受剪力，以防止接头螺拴拉弯或拉断。2010.01182qLtt式中：δ—计算轨缝尺寸（mm）；L—钢轨长度（m）；—构造轨缝，38、43、50、60、75kg/m钢轨均采用18mm；t0—更换钢轨或调整轨缝时的轨温（oC）；q2maxmin12ttt轨缝第二节钢轨第三节轨枕轨枕的作用承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力，并将这些力传布于道床和路基保持钢轨方向、位置及轨距轨枕的类型按类型分：横向轨枕、纵向轨枕及短轨枕按用途分：普通轨枕、岔枕、桥枕按材质分：混凝土枕、木枕、复合枕、钢枕第三节轨枕混凝土枕断面多为梯形，按制造工艺不同分为普通钢筋混凝土枕（地铁的短枕）、预应力混凝土枕（铁路及地铁的长轨枕）轨枕长度铁路有砟轨道用Ⅰ、Ⅱ型枕长2.5m；Ⅲ型枕长度有2.6m和2.5m地铁无砟轨道用短枕长0.45m、长枕长2.2~2.4m。优点强度高，寿命长；弹性均匀，稳定性好；自重大，道床阻力较高；刚度大，轨底挠度平顺。缺点列车通过不平顺的混凝土枕线路时，轨道附加动力增大，故对轨下部件的弹性提出了更高的要求。铁路有挡肩2.6m长Ⅲ型混凝土轨枕第三节轨枕第三节轨枕第三节轨枕木枕：普通木枕、道岔木枕及桥梁木枕优点：弹性好，易加工、运输、铺设、养护维修方便；与钢轨连接比较简单；有较好的绝缘性能。缺点：易腐蚀、磨损，使用寿命短；强度、弹性不完全一致，在车俩的动荷载作用下会形成轨道不平顺，增大轮轨动力。第三节轨枕枕间距枕间距根据每公里铺设的轨枕根数（根据运量、行车速度和设备条件确定）计算确定。铁路木枕轨道，每公里最多1920根；混凝土枕轨道，每公里最多1840根，最少1440根；使用Ⅲ型枕的高速客运专线，每公里轨枕最少为1680根；地铁正线及出入段线d的轨枕铺设数为：直线及半径R400m的曲线地段1600~1680根/km，枕间距595~625mm。轨道加强条件地铁设计规范规定：对曲线半径R≤400m及坡度大于20‰的线路，除按规定的数量布置轨枕根数外，混凝土枕每公里增加80根（对）,当增加条件重合时，只增加一次。第三节轨枕每根钢轨下的轨枕间距应满足abca=(L-c-2b)/(n-3)设b=(a+c)/2代入上式解得:a=(L-2c)/(n-2)从而解得:b=[L-c-(n-3)a]/2接头轨枕间距c一般是给定的；对于采用50kg/m及以上钢轨，木枕接头间距为440mm，混凝土枕接头间距为540mm。•枕间距计算第三节轨枕特种混凝土轨枕混凝土宽枕满铺，1760根/km弹性轨枕在轨枕底部设置弹性垫层以提高轨道弹性的轨枕。第四节钢轨联接件定义联结钢轨与钢轨（接头夹板等联结零件）或联结钢轨和轨枕的部件（扣件）作用有效地保证钢轨与钢轨或钢轨与轨枕间的可靠联结，尽可能地保持钢轨的连续性与整体性；阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常，并在机车车辆的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能，延缓线路残余变形的积累。第四节钢轨联接件钢轨接头联结件：由接头夹板、高强度接头螺拴、螺母、弹簧垫圈等零部件组成。作用：通过这些部件在接头处把钢轨成一体，以抵抗弯矩和位移。在接头部位承受弯矩和水平力；接头处还要满足钢轨热胀冷缩的要求。第四节钢轨联接件钢轨接头处有六颗螺栓，头尾应当交错安装，以防止列车脱轨时将螺栓全部切断造成重大事故。第四节钢轨联接件钢轨螺栓孔的直径比高强螺栓杆的直径略大，当钢轨温度发生变化时，钢轨的两个端部在夹板之间可以做相应的纵向移动。第四节钢轨联接件第四节钢轨联接件钢轨与轨枕的联结件（扣件）主要由扣压件（弹条或扣板）、道钉或螺栓、铁垫板、铁座、轨下和板下胶垫等零部件组成。扣件的分类不分开式（含混合式）扣件：道钉直接把钢轨和铁垫板固定在轨枕上，多用于木枕，现已淘汰；分开式扣件：钢轨与铁垫板、铁垫板与轨枕分别联接，多用于混凝土枕，地铁则在木枕及混凝土枕上都使用；有螺栓扣件：扣压件需由螺栓紧固，如铁路的弹条I型及弹条II型扣件，地铁的DTVII扣件等；无螺栓扣件：扣压件不需要螺栓紧固，如铁路的弹条III型，地铁的DTVI2扣件等。第四节钢轨联接件扣件的作用具有足够的扣压力，阻止钢轨的纵横向位移；将钢轨固定在轨枕的稳固位置上，并保持相对轨距；具备调整轨面高低和轨距大小的能力，使钢轨形位满足规定；具有足够的强度，耐久性和一定的弹性，减缓轮轨动荷载的冲击作用，从而适当减少钢轨振动，延缓轨道的残余变形。绝缘性能（混凝土枕扣件）零件少，便于装卸和维修。;第四节钢轨联接件木枕用分开式及混合式扣件的主要零件：铁垫板、扣压件（扣板或弹条）、道钉、弹簧垫圈等分开式混合式第四节钢轨联接件分开式扣件的特点扣压力大，可有效防止钢轨纵横向移动；零件数量较多，用钢量较大，价格较高，安装与更换工作量稍大；分开式扣件主要用在铁路的桥上线路，地铁线路基本上都采用（含地下、高架、车场）。混合式扣件的联结方式及特点主要用于木枕，以往铁路用的多，目前已很少；先用道钉把垫板与木枕扣紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时连接起来；扣件零件少，安装方便；扣压力不如分开式扣件大；钢轨受荷载后向上挠曲时，易将道钉拔起。第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件弹条II型扣件组成及特点弹性II型扣件除弹条采用新材料重新设计外，其余部件与I型扣件通用适用适用于60kg/m钢轨与II型III型混凝土枕。锚固螺拴平垫圈弹条轨距挡板尼龙挡板座橡胶垫板第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件弹条III型扣件组成新型无螺拴无挡肩扣件；特点具有扣压力大、弹性好、保持轨距能力很强、扣件养护工作量小等优点。适用适用于标准轨距铁路直线或半径R=350m的曲线、铺设60kg/m钢轨和III型无挡肩混凝土无缝线路轨道。橡胶垫板弹条预埋铁座绝缘轨距块第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件WJ－２型扣件组成无挡肩弹性分开式扣件地铁DTVII扣件与之相似板式轨道弹性分开式扣件是一种小阻力、大调高量、分开式弹性扣件第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件地铁DTNII2型扣件（有螺栓分开式）地铁减振器扣件（无螺栓分开式）第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件地铁DTVI2型无螺栓分开式扣件第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件北京机场线DTVI2-2型无螺栓分开式扣件第四节钢轨联接件混凝土枕用扣件先锋扣件（一种减振扣件）第五节道床碎石道床功用：把机车车辆传递下来的荷载均匀地传布到路基面；阻止轨道在列车动力作用下发生纵、横向位移，从而确保轨道稳定；利于排水，使轨枕及路基面保持干燥状态；起弹性作用，缓和列车的冲击；便于校正线路平纵断面，给线路的铺设、维修等工作带来方便。第五节道床碎石道床三要素：道床厚度(h)、顶面宽度(b=3m或3.1m)及边坡(i=1.75)是道床横断面的三个基本要素道床厚度道床肩宽路基肩宽顶面宽度路基肩宽道床边坡1-13第五节道床道床厚度的定义：直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。轨枕埋置要求混凝土枕端部埋入道床深度为15cm，为防止轨枕中间出现负弯矩，轨枕中部60cm范围的道床与枕面齐平（不捣固，III型枕用）或低于轨枕底面3cm（I、II型枕用）；木枕地段道床顶面低于轨枕顶面3cm；宽轨枕埋入道床深度为8cm第五节道床无砟道床枕式无碴轨道短枕(支承块)式长枕式板式无碴轨道普通钢筋混凝土板预应力钢筋混凝土板浮置板轨道整体灌筑式无碴轨道点支承连续支承无碴轨道第五节道床无砟道床弹性短轨枕整体道床钢轨弹性支承块钢筋混凝土道床钢筋混凝土支承块块下橡胶垫板橡胶套靴钢轨弹性支承块钢筋混凝土道床钢筋混凝土支承块块下橡胶垫板橡胶套靴第五节道床无砟道床遂渝线路基上双块式无砟轨道第五节道床无砟道床秦沈线沙河特大桥上长枕埋入式整体道床心线路线中梁体国产60kg/m钢轨WCK型轨枕道床板填充混凝土隔离层混凝土底座第五节道床无砟道床秦沈线沙河特大桥上长枕埋入式整体道床实景第五节道床无砟道床德国Rheda200长枕埋入式无砟轨道无砟轨道板式无碴轨道普通钢筋混凝土板预应力钢筋混凝土板浮置板轨道博格日本板旭普林第五