CRTSⅡ型板式无砟轨道设计

京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道设计概况一、概述2005年，我国系统引进了德国博格板式无砟轨道设计、制造、施工、养护维修及工装、工艺等成套技术。在铁道部“引进、消化、吸收、再创新”的战略部署下，通过京津城际铁路的工程实践，无砟轨道系统技术总结、系统技术再创新工作，已经形成了我国CRTSⅡ型板式无砟轨道系统成套技术。目前，京沪高速铁路以及国内的大部分客运专线铁路均采用了CRTSⅡ型式无砟轨道，其主要结构特点如下：CRTSⅡ型板式无砟轨道与其他类型无砟轨道的明显区别在于全线轨道板和桥上底座板均为纵向连续结构，这是CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的主要特点。1.轨道板采用工厂化预制，通过布板软件计算出轨道板布设、制作、打磨、铺设等工序所需的全部轨道几何数据，实现了设计、制造和施工的数据共享；2.轨道板相互之间通过纵向精轧螺纹钢筋连接，较好地解决了板端变形问题，提高了行车舒适度；3.轨道板采用数控机床打磨工艺，打磨精度可达0.1mm，通过高精度的测量和精调系统，轨道板铺设后即可获得高精度的轨道几何，最大限度的降低铺轨精调工作，大幅度提高综合施工进度。4.桥上底座板不受桥跨的限制，为跨越梁缝的纵向连续结构，桥上的轨道板与路基、隧道内的一致，均为标准轨道板，利于工厂化、标准化生产，便于质量控制，同时简化轨道板的安装和铺设；5.摩擦板、端刺结构是桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的锚固体系，通过摩擦板和端刺将温度力和制动力传递到路基；6.梁面设置滑动层，隔离桥梁与轨道间的相互作用，以减小桥梁伸缩引起的钢轨和板内纵向附加力，实现大跨连续梁上取消伸缩调节器；7.一般情况下，在桥梁固定支座上方，桥梁和底座板间设置剪力齿槽、预埋件，将制动力和温度力及时向墩台上传递；8.在梁缝处设置高强度挤塑板，减小梁端转角对无砟轨道结构的影响；9.在底座板两侧设置侧向挡块进行横向、竖向限位；二、路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道（一）结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层及支承层等部分组成。（二）形式尺寸及相关技术要求1.型式尺寸轨道结构高度（内轨轨顶面至支承层底面）为779mm，曲线超高在路基表层上设置；轨道板宽度为2550mm，厚度为200mm，标准轨道板长度为6450mm，异型轨道板（补偿板）长度根据具体铺设段落合理配置；砂浆调整层理论厚度为30mm，相关技术条件应符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的有关规定。水硬性材料支承层顶面宽度为2950mm，底面宽度为3250mm，厚度为300mm；线间C25混凝土封闭层最小厚度为150mm。2.技术要求支承层材料的物理力学性能及施工工艺等性能指标应符合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的相关规定。混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005]157号）等规范执行。左右线支承层间填筑矿物混合料，其顶面采用C25混凝土封闭。轨道外侧支承层表面采用乳化沥青进行表面处理。直线地段利用线间C25混凝土封层上的人字坡向线路两侧排水；曲线地段利用线间集水井进行排水。三、桥梁上CRTSⅡ型板式无砟轨道（一）结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层、连续底座板、滑动层、侧向挡块等部分组成，每孔梁固定支座上方设置剪力齿槽，梁缝处设置硬泡沫塑料板，台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板等部分组成。（二）形式尺寸及相关技术要求1.形式尺寸轨道结构高度：直线地段为679mm；曲线超高180mm地段轨道结构高度为753mm；其余超高地段，轨道结构高度按线性内插计算确定。轨道板宽度为2550mm，厚度为200mm，标准轨道板长度为6450mm，异型轨道板（补偿板）长度根据具体铺设段落合理配置。砂浆调整层设计厚度为30mm。底座宽度为2950mm，直线地段平均厚度为200mm，曲线地段根据超高设计情况计算确定，最大厚度约500mm，最小厚度约180mm。全桥纵向连续铺设。标准摩擦板长度为50m，宽度为9m，厚度约0.4m。一般地段采用的标准端刺：上部结构沿线路纵向厚度为1m，沿线路横向宽度为9m，高度为2.75m；下部结构沿线路纵向为8m，沿线路横向为9m，厚度为1m。侧向挡块长度为800mm，顶面宽度为590mm，底面宽度为400mm，高度根据计算确定。2.技术要求（1）轨道板横向设置60根直径为10mm的预应力筋，纵向通过6根直径为20mm的精轧螺纹钢筋连接成整体；标准轨道板上设置10对承轨台，纵向间距650mm，承轨台间设置横向预裂缝；混凝土强度等级为C55。（2）水泥乳化沥青砂浆调整层设计厚度为30mm；相关技术条件应符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的有关规定。（3）摩擦板、端刺及过渡板采用C30级混凝土，现场浇筑。（4）滑动膜采用PE-HD聚乙烯高密度薄膜，厚度为1mm；土工布采用白色聚丙烯，厚度2.2mm。（5）底座板与摩擦板间铺设两层土工布，摩擦系数控制在0.5～0.8，摩擦板表面做凿毛处理。（6）梁缝处和过渡板下设置高强度挤塑板，宽度为500~600mm；（7）桥上底座板采用C30混凝土现场浇注，钢筋采用HRB500级钢筋，全桥范围纵向连续铺设。底座板根据正常使用极限状态和承载能力极限状态进行配筋设计。配筋以钢板连接器后浇带为起终点，底座板纵向设置上、下两层纵向钢筋（φ16和φ20，间距100mm），不考虑梁缝（底座板厚度不变）和剪力齿槽的影响，考虑施工时温度变化对底座板屈曲稳定的影响，可根据气候条件设置齿槽加强钢筋（设置后浇带的齿槽）。对于长大桥梁上的底座板，可根据施工情况，设置临时端刺进行施工其中临时端刺长度约800m长，常规混凝土浇注段可按150m左右利用钢板连接器进行分段施工。钢板连接器后浇带宽500mm，齿槽后浇带宽678mm，后浇带宽度必须严格控制，以确保钢筋的屈曲稳定性。（9）混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005』157号）等规范执行。四、隧道内CRTSⅡ型板式无砟轨道（一）结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层及混凝土支承层等部分组成。（二）形式尺寸及相关技术要求1.形式尺寸隧道内轨道结构高度为779mm（内轨轨顶面至支承层底面），曲线超高在轨道结构混凝土支承层上设置，混凝土支承层宽3.25m，混凝土支承层范围内的隧道结构需要进行拉毛处理。轨道板、砂浆调整层同路基、桥梁地段。2．技术要求混凝土支承层材料的物理力学性能及施工工艺等性能指标应符合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的相关规定。混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005]157号）等规范执行。五、岔区板式无砟轨道（一）结构组成1．路基上岔区板式无砟轨道路基上岔区板式无砟轨道结构主要由道岔部件、预制道岔板、底座及垫层等部分组成，道岔板与底座间设置剪力筋连接。2.桥上岔区板式无砟轨道桥上岔区板式无砟轨道主要由道岔部件、道岔板、砂浆调整层、连续底座板、滑动层、硬泡沫塑料板、纵横向限位机构等部分组成。与桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道一致，台后路基设置摩擦板和端刺。道岔板与连续底座板间填充厚度为30mm的砂浆调整层，道岔板通过砂浆层和剪力销与底座板连接成整体。（二）形式尺寸及相关技术要求1.型式尺寸路基上轨道结构高度：钢轨顶面至找平层底面为779mm（直股内轨），同路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道结构高一致。桥上轨道结构高度：钢轨顶面至梁面加高平台顶面为710mm。岔区扣件节点间距除安装电务设备范围外均为600mm，采用贯通插入式螺栓紧固。道岔板：道岔板厚度为240mm，其上设置340mm宽、纵向间距600mm的横向承台，承台表面水平；承台间的道岔板表面设置0.5％的横向排水坡及横向预裂缝，缝深4cm。道岔板长度和宽度根据道岔几何尺寸具体确定。安装道岔设备范围的道岔板上相应设置预留槽，其表面设置0.5％的横向排水坡。底座厚度为180mm，横向宽度较相应的道岔板宽400mm，突出的边缘向轨道系统外侧设置4％的排水坡。找平层厚度为130mm，横向宽度较相应的底座宽300mm。每块道岔板与底座/底座板间设置剪力筋/剪力销。2.技术要求道岔板混凝土强度等级为C55，设置HRB335级钢筋，工厂预制。道岔板上设置标称直径为28mm的钻孔，钻孔的位置精度公差最大为±0.5mm。道岔板内纵横向钢筋间进行绝缘处理，满足无绝缘轨道电路的要求。每块道岔板与底座间设置剪力筋。每块道岔板内均设置综合接地系统。底座混凝土强度等级为C40，采用流动性好的混凝土（自流平混凝土）现场浇筑。底座板延展贯穿于整个道岔，通长设置HRB335级钢筋。找平层混凝土强度等级为C25，不配筋；施工精度要求为±2cm。左右线间填筑矿物混合料，其顶面采用C25混凝土填充。桥上纵连底座板的配筋及技术要求等与桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道基本相同。六、过渡段设计技术（一）设计原则不同轨道结构间必须设置弹性过渡段进行过渡。1、无砟轨道与有砟轨道间弹性过渡段最小长度按列车半秒钟运行距离计算，且无砟轨道至有砟轨道扣件刚度宜采用三级刚度过渡的形式。2、过渡段范围的有砟轨道道砟分三段进行粘结处理，第一段：全部粘结；第二段：轨枕下道砟和肩砟粘结；第三段：轨枕下道砟粘结。3、下部结构的过渡段应与上部结构的过渡段应错开设置，错开的间距根据相关规定依运行动力和结构形式而定。4、在过渡段应避免厂焊轨接头，不允许设置现场焊接头和绝缘接头。5、过渡段采用25m长辅助轨。6、有砟轨道和无砟轨道过渡段结构设计在不同轨道刚度情况下实现刚度的分级过渡，降低轨道纵向刚度差异量，必须重视下述设计原则和施工措施：有砟轨道和无砟轨道过渡段基底状态要均匀；通过采取附加措施（锚固、箍筋）来保证无砟轨道端部承载层之间的连接要牢固；路基上无砟轨道与有砟轨道过渡时，无砟轨道末端特殊轨道板下采用7.15m长钢筋混凝土底座取代混凝土支承层，轨道板与钢筋混凝土底座间设置连接剪力筋。（二）技术措施根据国内外相关经验，路桥、路隧等不同线下工程结构物过渡段应严格控制不均匀沉降，并通过采取适当措施降低不同结构物间的刚度差，以保证相互之间实现直接的连接过渡。1、钢筋混凝土底座在无砟轨道末端，特殊轨道板下设置厚30cm的钢筋混凝土底座取代混凝土支承层，在轨道板与钢筋混凝土底座间设置24根φ25连接剪力筋。钢筋混凝土底座采用C40混凝土现场浇筑，钢筋采用HRB335级钢筋，并进行绝缘处理。2、混凝土支承层混凝土支承层从无砟轨道末端向有砟轨道延伸10m（一般情况下），混凝土支承层厚30cm。3、道砟粘结无砟轨道末端向有砟轨道方向的道砟分三段粘结，第一段：全部粘结；第二段：轨枕下道砟和肩砟粘结；第三段：轨枕下道砟粘结。粘结总长度一般为45m，也可根据实际情况缩短粘结长度。4、扣件刚度扣件刚度分级过渡，自无砟轨向到有砟轨道：22.5kN/mm→27kN/mm→35kN/mm→50kN/mm→55～75kN/mm，各级长度按列车行使速度计算确定；有砟轨道的轨枕间距为60cm。5、辅助轨一般情况选用25m标准轨做辅助轨，其中，5m设置在无砟轨道上，20m设置在有砟轨道上；根据轨道结构高的不同，选用符合轨道结构的过渡枕、特殊枕及配套扣件和垫板。6、路基处理在过渡段范围路基基床表层坡度由0.5%过渡到4%的长度应在5.0m以上，施工时应对路基基床表层进行过渡处理。