高速铁路讲义—工务—高速铁路轨道

高速铁路轨道中南大学曾志平Tel:13203138358QQ:611349631.前言2.主要无砟轨道结构形式3.有砟轨道1.前言高速铁路轨道结构从总体上分为两大类：有砟轨道、无砟轨道国外运营实践表明：两类轨道结构均可保证高速列车的安全运营，但两类轨道结构在技术经济性方面存在明显差异。随着列车速度的不断提高，有砟轨道结构面临严峻的挑战，道砟粉化及道床累积变形的速率随之加快，必须通过一系列轨道结构强化措施（诸如：采用特级道砟，优化道床尺寸，铺设砟下胶垫、枕下胶垫等），来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性、减少频繁线路维修工作的要求。自20世纪50年代开始，世界上很多国家在强化有砟轨道的同时，相继研发以“高平顺性”和“少维修”为主要目标的多种型式无砟轨道结构。随着技术经济性的不断提高，无砟轨道目前已成为世界高速铁路轨道结构的发展方向，其推广应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾地区等后期修建的高速铁路，无砟轨道所占比例均在90%以上。（1）线路静态、动态平顺性高（2）线路维修工作量大幅减少（3）稳定性和耐久性好，服务期长（4）提供较大的纵、横向阻力，线路稳定性高。有利于无缝线路的稳定，以及困难地段的线路平、纵断面参数选择。（5）避免了特级道砟资源的使用以及高速条件下的道砟飞溅（6）自重轻，减小桥梁的二期恒载（7）结构高度低，改善高速铁路隧道的通风条件无砟轨道的主要优点无砟轨道的主要优点（1）轨道结构本身的初期工程投资要大于有砟轨道。（2）无砟轨道的高低调整能力有限（主要通过扣件系统），特殊情况下，轨道结构破损后的修复和整治困难。（3）无砟轨道弹性较差，轮轨噪声相对较大。无砟轨道的缺点2主要无砟轨道结构型式无砟轨道结构型式预制板式现浇混凝土式CRTSII型板式（纵连）轨枕埋入式(岔区)双块式CRTSIII型板式（单元）CRTSⅠ型双块式（埋入式）CRTSⅡ型双块式（振动压入式）板式（岔区）CRTSI型板式（单元）部分高速铁路无砟轨道结构型式轨道结构类型应用线路CRTSⅠ型板式遂渝试验段、石太、广州新客站、广深港、广珠、哈大CRTSⅡ型板式京津城际、遂渝试验段、京沪、京石、石武、津秦CRTSⅢ型板式成灌铁路、武汉城市圈城际铁路、盘锦~营口客运专线、沈阳~丹东客运专线、郑州~徐州客运专线CRTSⅠ型双块式武广客专，遂渝试验段合武、温福、福厦、襄渝、太中银等线路的长大隧道内（6km以上）CRTSⅡ型双块式郑西客专岔区轨枕埋入式及岔区板式轨枕埋入式：京津城际、武广客专、郑西客专等板式：京津城际、武广客专、京沪高铁等2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统结构组成－钢轨－扣件(含充填式垫板)预制轨道板：－普通混凝土(RC)框架板－普通混凝土(RC)平板－预应力混凝土(PRC)平板凸形挡台及周围填充树脂水泥乳化沥青砂浆(袋装灌注、模筑)现浇钢筋混凝土底座路基基床表层桥梁保护层梁体隧底填充层C40C50钢轨176扣件41轨道板190CAM层50底座300(路)200(桥隧仰)757(路)657(桥隧仰)815(隧无仰)24003000（路）2800（桥隧）I型板式无碴轨道横断面图358(隧无仰)2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统结构组成-横、纵断面图预制混凝土轨道板→普通钢筋混凝土（RC）平板→双向预应力混凝土（PRC）平板→普通钢筋混凝土（RC）框架板C50以上钢筋混凝土，双层配筋标准轨道板外形尺寸：4962mm×2400mm×190mm相邻轨道板间隔缝：70mm2×8组扣件、扣件间距629mm2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统－框架型轨道板的优点－降低轨道板的制造成本减少CA砂浆的灌注量（约30％）减小由于日温差引起的轨道板翘曲自重减小约15％～20％，减小二期恒载改善轨道板铺设、维修更换的条件2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统扣件系统2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统平垫圈弹条螺母T型螺栓绝缘块锚固螺栓重型弹簧垫圈平垫块橡胶垫板预埋套管铁垫板绝缘缓冲垫板铁垫板下调高垫板轨下调高垫板WJ-7型扣件系统：轨距：-12~12mm；高低：-4~26mm水泥乳化沥青（CA）砂浆CA砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种材料组成。厚度50mm、弹性模量100~300MPa、强度1.8~2.5MPa。需要开发出不同使用条件的砂浆配方，如：适应温暖地区、寒冷地区用、沿海地区以及修补用的配方等。2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统水泥乳化沥青（CA）砂浆2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统水泥乳化沥青（CA）砂浆2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统CRTSI型砂浆凸形挡台及周围填充材料凸形挡台采用C40钢筋混凝土分圆形、半圆形（梁端处）半径：260mm；高度：250mm填充材料采用强度高、弹性和抗冻性好的树脂材料。2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统充填式垫板为适应线下基础的沉降，研发了树脂充填式无级调高垫板。2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统混凝土底座材料：C40钢筋混凝土宽度：路基上3.0m，桥上和隧道内2.8m；厚度：路基上300mm，桥上和隧道内200mm；长度：路基和隧道内20～25m，桥上5～10m，伸缩缝20mm。2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统桥上657mm钢轨：176扣件：41轨道板：190砂浆层：50底座：200路基757mm钢轨：176扣件：41轨道板：190砂浆层：50底座：300隧道657mm钢轨：176扣件：41轨道板：190砂浆层：50底座：2002.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统站后工程的接口轨道板内普通钢筋进行绝缘处理轨道板内设综合接地钢筋和接地端子混凝土底座不作绝缘处理。接地端子环氧树脂涂层钢筋2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统主要施工设备：•水泥乳化沥青砂浆灌注车•运板车、铺板车•凸形挡台树脂灌注设备•充填式垫板施工设备•轨道板状态调整及固定装置2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统主要施工工序：•轨道板预制•底座及凸形挡台施工•轨道板铺设•CA灌注砂浆•凸形挡台处树脂灌注•长钢轨铺设•无缝线路施工•充填式垫板施工2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道系统（1）路基和隧道内CRTSⅡ型板式轨道——三层连续结构钢轨及扣件混凝土轨道板6.45×2.55×0.2m板间连接件水泥乳化沥青砂浆厚30mm、弹性模量7000~10000MPa水硬性支承层轨道板横向设计：按650mm宽轨枕设计2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统预制混凝土轨道板•C50以上混凝土，双层配筋，纵向为普通钢筋、横向为预应力钢筋（先张法）；•标准轨道板尺寸：6450mm×2550mm×200mm；•轨道板结构按650mm宽的预应力轨枕设计；•轨道板间通过6根20mm的精轧螺纹钢筋纵向连接；•轨道板上设2×10组扣件，间距650mm；•轨道板每隔650mm预设横向假缝。2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统－轨道板设计特点－•轨道板通过底部刷毛处理，板下调整层采用高强度的水泥乳化沥青砂浆，给轨道结构提供横向抗力；•轨道板脱模28天后，利用数控磨床对承轨槽进行高精度（0.1mm）打磨处理，打磨参数由布板设计软件根据线路平面和纵断面参数预先计算确定；•每块轨道板在线路的位置是固定的，出厂前进行编号对应。2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统－轨道板设计特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统（a）板间连接（b）封填宽接缝(C55)－轨道板设计特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统打磨工序-完全按照轨道几何要求－轨道板设计特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统－轨道板设计特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统扣件系统2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统螺旋道钉平垫圈微调垫板铁垫板铁垫板下调高垫板预埋套管铁垫板下弹性垫板轨距挡板弹条橡胶垫板绝缘块WJ-8型扣件系统：轨距：-10~10mm；高低：-4~26mm水泥乳化沥青（CA）砂浆CA砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种材料组成。厚度30mm、弹性模量7000~10000MPa、强度15MPa以上。2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统支承层厚度300mm，宽度2950×3250mm，由连续浇筑的水硬性支承层或C15素混凝土构成，表面拉毛处理。2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统钢轨弹性不分开式扣件预制轨道板－200mm水泥沥青砂浆层－30mm连续底座板－190mm硬泡沫塑料板－50mm（梁缝两侧）滑动层（两布一膜）－粘贴在梁面侧向挡块－轨道板及底座限位（2）桥梁上CRTSⅡ型板式轨道——三层连续结构2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统结构组成示图（1）滑动层（两布一膜）硬质泡沫塑料板齿槽及锚固销钉(梁固定支座处)（2）桥梁上CRTSⅡ型板式轨道2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统v压力拉力2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统结构组成示图（2）混凝土底座板：现场浇筑，宽2950mm跨梁缝连续铺设在梁固定支座上方，通过预埋锚固销钉与桥梁固结2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统预制轨道板－横向施加预应力－板间纵向连接底座板侧向挡块2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统结构组成示图（3）纵向力的传递设计(1)•梁面和底座板间设置锚固区域和“两布一膜”滑动层，两者间纵向力的传递通过锚固区域传递，减小桥梁伸缩对底座板受力的影响。482.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统采用“端刺+摩擦板”的方案，解决底座板自桥梁至路基过渡的问题，使底座板纵向力在该区域传递至路基，不影响端刺以外路基上的轨道结构。49纵向力的传递设计(2)2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统纵向力的传递设计(2)通过侧向挡块将轨道结构横向力传递至桥梁。通过侧向挡块的扣压作用，保证轨道结构的压屈稳定性。51横向力的传递设计2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统轨道板和底座板在桥上为跨过梁缝的连续结构，预制轨道板结构型式与路基、隧道内统一。在桥梁与底座板间设置滑动层，以减小桥梁温度伸缩对无砟轨道的影响，可避免大跨桥上伸缩调节器的设置。底座板在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设固结机构（锚固销钉和抗剪齿槽）与梁体固结，将纵向力传递至桥梁基础。－桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道技术特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统通过在梁缝处约3.1m范围的梁面铺设50mm厚硬泡沫塑料板，减小由梁端转角对无砟轨道结构的影响。底座板与梁面为滑动状态，设置普通侧向挡块对底座板横向限位；设置扣压型挡块，保证底座板的压屈稳定性。通过在台后路基上设置摩擦板、端刺等结构，使桥梁纵向力不影响路基段轨道结构。－桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道技术特点－2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统（3）与站后工程的接口轨道板内普通钢筋网片进行绝缘处理，轨道板张拉锁件与螺纹钢筋间进行绝缘处理。轨道板内设综合接地钢筋和接地端子。桥上混凝土底座板不作绝缘处理。接地端子纵向接地钢筋横向连接扁钢5×402.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统主要施工工序：•轨道板预制•水硬性支承层/底座（桥梁地段）施工•轨道板铺设•轨道板调整•板下砂浆灌注•轨道板纵联•长钢轨铺设•无缝线路施工2.2CRTSⅡ型板式无砟轨道系统（1）路基上CRTSⅠ型双块式无砟轨道2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统双块式轨枕•要求：承载力高、耐久性强、防腐性能好•C50以上混凝土、CRB550级钢筋（冷轧带肋钢筋）2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统双块式轨枕2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统道床板厚度260mm，宽度2800mm，由连续浇筑的C40钢筋混凝土构成。2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统道床板支承层厚度300mm，宽度3400mm，由连续浇筑的水硬性支承层或C15素混凝土构成，表面拉毛处理，每隔5m左右设置假缝。2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统的研究成果支承层2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统的研究成果支承层2.3CRTSⅠ型双块式无砟轨道