第2章-高速铁路线路设施-轨道结构&路基&桥隧

W.Z.L西南交通大学峨眉校区交通运输系2012年9月制高速铁路运输设备备设铁高§2.3高速铁路轨道一、高速铁路对轨道的基本要求：（1）高平顺性；（2）高可靠性；（3）长寿命；（4）高稳定性。•高速铁路的基本组成：由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。备设铁高§2.3高速铁路轨道1、高速铁路有砟轨道2、高速铁路无砟轨道二、高速铁路轨道的结构及类型备设铁高§2.3高速铁路轨道1、钢轨的作用：三、钢轨2、钢轨的要求：（1）高稳定的轨道结构；（2）平顺的运行表面；（3）良好的轨道弹性；（4）可靠的轨道部件；（5）便利的养护与维修。钢轨是轨道的主要结构之一，用于支承并引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮和其他方面的力并传递给轨枕，同时为车轮的滚动提供阻力最小的表面。备设铁高§2.3高速铁路轨道3、钢轨的重量与断面三、钢轨钢轨高质量的体现在钢质纯净度；钢轨的内在和表面质量；几何尺寸精度；外观平直度上。钢轨类型应根据轨道振动、轮轨冲击、轮轨接触和钢轨纵向力的计算来确定。高速铁路选用60kg／m钢轨是适宜的。《高速铁路设计规范（试行）》规定，正线轨道应采用100m定尺长60kg／m的无螺栓孔新钢轨，其质量应符合相应速度等级的钢轨相关要求。备设铁高§2.3高速铁路轨道三、钢轨选择钢轨断面实质上是合理分配金属材料在轨头、轨腰、轨底的比例，主要考虑钢轨的刚度、稳定性、耐磨度和轮轨关系。进行断面设计通常考虑的因素是：轨重影响钢轨的垂向抗弯刚度及抗横向倾覆稳定轨底宽影响钢轨的抗横向倾覆稳定头高影响金属分配比及轨头的磨耗限值底高影响金属分配比及底部的强度腰厚影响轨腰部分的强度及腐蚀限值备设铁高§2.3高速铁路轨道四、轨枕世界各国高速铁路有砟轨道均采用混凝土轨枕。我国既有铁路干线大部分铺设了混凝土枕，高速铁路则要求全部采用混凝土枕。《高速铁路设计规范（试行）》中规定，“正线有砟轨道应采用2.6m长混凝土轨枕，每千米铺设1667根。固采用跨区间无缝线路，轨枕间距按60cm等间距均匀布置，可有效地降低高频冲击力。道岔区段应铺设混凝土岔枕。”备设铁高§2.3高速铁路轨道四、轨枕备设铁高§2.3高速铁路轨道根据《高速铁路设计规范（试行）》，道床应满足以下规定：五、碎石道床道床是轨道结构的重要组成部分。散粒体道床（碎石道床）不仅要承受轨枕传递的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。1．应采用特级碎石道砟，道砟的物理力学性能应符合有关规定。道砟上道前应进行清洗，清洁度应符合有关要求；2．道床顶面应低于轨枕承轨面40mm，且不应高于轨枕中部顶面；备设铁高§2.3高速铁路轨道根据《高速铁路设计规范（试行）》，道床应满足以下规定：五、碎石道床道床是轨道结构的重要组成部分。散粒体道床（碎石道床）不仅要承受轨枕传递的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。3．路基地段单线道床顶面宽度3.6m，道床厚度0.35m，道床边坡1：1.75，砟肩堆高0.15m。双线道床顶面宽度应分别按单线设计。石质路堑地段应用弹性轨枕或铺设砟下弹性垫层；4．桥上道床标准应与路基地段相同，应采用弹性轨枕或铺设砟下弹性垫层。砟肩至挡砟墙之间以道砟填平；备设铁高§2.3高速铁路轨道根据《高速铁路设计规范（试行）》，道床应满足以下规定：五、碎石道床道床是轨道结构的重要组成部分。散粒体道床（碎石道床）不仅要承受轨枕传递的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。5．隧道内道床标准应与路基地段相同，应采用弹性轨枕或铺设砟下弹性垫层。砟肩至边墙（或高侧水沟）间以道砟填平；6．线路开通前，道床密度不应小于1.75g/cm3，轨枕支承刚度不应小于120kN/mm，纵向阻力不应小于14kN/枕，横向阻力不应小于12kN/枕。备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道无砟轨道是乳化沥青混凝土砂浆（CA砂浆）和轨枕或自密型混凝土轨枕等取代散粒体道砟道床而组成的轨道结构型式。备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道我国无砟轨道结构确定的三种基本型式：（1）长枕埋入式轨道及双块式无砟轨道；（2）板式无砟轨道；（3）弹性支承块式无砟轨道。备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道（1）长枕埋入式轨道及双块式无砟轨道备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道（2）板式无砟轨道备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道（3）弹性支承块式无砟轨道备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道普通型板式无砟轨道的组成备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道CRTSI型板式无砟轨道备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道无砟轨道具有结构连续、平顺性和稳定性好、维修工作量少、使用寿命长（耐久性好）、整体综合经济效益好等优点，得到了发展高速铁路国家和地区的积极推行，成为高速铁路轨道结构的发展方向。备设铁高§2.3高速铁路轨道六、无砟轨道备设铁高§2.3高速铁路轨道七、扣件高速铁路对扣件的要求：①足够的扣压力，以确保线路的纵、横向稳定，降低日常维修工作量；②弹性好，以保证良好的减振、降噪性能；③绝缘性能好，以提高轨道电路工作的可靠性，延长轨道电路长度，降低轨道电路投资。我国采用弹性扣件已有20多年历史，已成功的开发了弹条I型扣件，弹条I型调高扣件，弹条Ⅱ型扣件及弹条Ⅲ型扣件等，以上扣件已全部通过部级鉴定并推广使用。备设铁高§2.3高速铁路轨道七、扣件WJ-7型扣件备设铁高§2.3高速铁路轨道七、扣件WJ-7型扣件安装要求备设铁高§2.3高速铁路轨道七、扣件WJ-7型扣件安装步骤备设铁高§2.3高速铁路轨道八、道岔高速道岔分两类：道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道的线路设备，是铁路轨道的重要组成部分。一类是适用于直向高速行车的道岔；另一类是直向和侧向都能通过高速列车的大号码道岔。备设铁高§2.3高速铁路轨道八、道岔备设铁高§2.4高速铁路路基路基是轨道的基础，也叫线路下部结构，承受轨道和机辆荷载。轨道结构重量和列车荷载+列车高速运行动力作用路基变形轨道不平顺影响速度及舒适度工后沉降备设铁高§2.4高速铁路路基路基是轨道的基础，也叫线路下部结构，承受轨道和机辆荷载。高速铁路路基的特点:1.高速铁路路基的多层结构系统；2.严格控制路基变形；3.保证路基刚度的均匀性；4.在列车运行及自然条件下的稳定性。控制路基工后沉降标准，主要依据：1.高速铁路行车线路的要求和线路的维修能力；2.前期建设投资与后期养护费用的经济比较。备设铁高§2.4高速铁路路基高速铁路路基由以下3部分组成：一、高速铁路路基的结构1、路基本体——直接铺设轨道结构并承受列车荷载的部分，有路堤、路堑等形式。它是由路基顶面、路肩、基床、边坡、基底几部分构成。由基床表层、基床底层、路堤下部和地基组成。2、路基防护和加固建筑3、路基排水设施坡面防护、冲刷防护；挡土墙、抗滑桩等。备设铁高§2.4高速铁路路基一、高速铁路路基的结构4、国外各国高速铁路路基的结构：日本铁路路基结构分为基床表层、上部填土和下部填土三部分。其中基床表层是指道床下面直接承载轨道的垫层，上部填土指基床表面以下3m以内的部分，下部填土指上部填土以下的填土部分。基床表层可分为强化基床表层和土基床表层两种。强化基床表层按材质可分为碎石基床表层和水硬性矿砟基床表层；土基床表层采用优质自然土填筑，与强化路基相比，工程造价低。基床表层的选用可根据线路或区间的重要程度，重要线路或区间选择强化基床表层，一般线路或区间选择土基床表层。备设铁高§2.4高速铁路路基一、高速铁路路基的结构4、国外各国高速铁路路基的结构：德国有砟轨道的路基结构分为路基保护层(PSS)、防冻层(PSS)、填筑路堤层、地基过渡层。法国对铁路路基的质量控制是从运营维修、机车类型、轨道结构和铁路路基各组成部分统一考虑，根据具体情况确定。其结构依次是：道砟层、垫层和路基。备设铁高§2.4高速铁路路基二、路基面形状及宽度由路基面中心向两侧设置不小于4％的横向排水坡，有砟轨道路基两侧的路肩宽度，双线不应小于1.4m，单线不应小于1.5m。直线地段标准路基面宽度：备设铁高§2.4高速铁路路基路基面在无砟轨道正线曲线地段一般不加宽，当轨道结构和接触网支柱等设施的设置有特殊要求时，根据具体情况分析确定；有砟轨道正线曲线地段加宽值应在曲线外侧按下表规定加宽。二、路基面形状及宽度备设铁高§2.4高速铁路路基二、路基面形状及宽度备设铁高§2.4高速铁路路基三、基床（1）基床有足够的强度，它能抵抗列车荷载产生的动心力而不使基床破坏，能抵抗道砟压入基床土中，防止道砟陷槽等病害的形成。（2）基床具有足够的刚度，在列车荷载的重复作用下，塑性积累变形很小，能避免形成过大的不均匀下沉而造成轨道的不平顺，增加养护维修的困难。（3）基床具有良好的排水性，能防止雨水浸入造成路基土软化，防止发生翻浆冒泥等病害。（4）在可能发生冻害的地区，基床还有防冻等特殊作用。1、对基床的要求备设铁高§2.4高速铁路路基三、基床基床由表层和底层组成。对于无砟轨道路基，基床表层由两部分组成，即30cm的混凝土支撑层和40cm的级配碎石层（250km/h）；对于有砟轨道路基，基床表层采用级配砂砾石或级配碎石材料。2、基床的组成备设铁高§2.4高速铁路路基1.换填法2.排水固结法3.强夯法4.振冲法5.水泥搅拌法6.水泥粉煤碎石桩四、高速铁路软土地基的处理备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构桥隧建筑物是铁路跨越河流、山谷或穿过山岭及其他障碍的建筑物，是铁路线路的组成部分。一、高速铁路桥梁的类型按照不同的用途，高速铁路桥梁可分为以下三类：(1)高架桥——用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段，高架桥通常墩身不高，跨度较小，但桥梁很长，往往伸展达十余公里；(2)跨谷桥——用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高；(3)跨河桥——跨越河流的一般桥梁。备设铁高备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高秦沈客专跨度16m四片式整体桥面T梁简支桥梁秦沈客专杨士岗大桥（16+2×24+16）m钢筋混凝土刚构连续梁德国摩尔斯富尔达谷架桥25跨58m简支梁，A型支撑德国科隆-莱茵/美因河拉恩特尔桥（438m）主跨116m混凝土拱京沪高速铁路圆端形空心墩京沪高速铁路矩形空心墩备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构二、高速铁路桥梁的特点备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构三、桥面布置与结构有砟桥面布置图备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构三、桥面布置与结构无砟桥面布置图备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构三、桥面布置与结构桥梁桥面结构组成备设铁高四、高速铁路桥梁减震降噪措施1.从噪声源上治理2.从传播途径上加以控制合理的选用桥梁形式，并分别采用减震降噪的措施，可以降低桥梁结构的噪声和轮轨辐射噪声。一般从两方面考虑：§2.5高速铁路桥隧结构备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构对基础设施的建设的标准要求高，线路最小曲线半径较大，所以高速铁路的选线设计，必然会出现大量的隧道工程。高速铁路隧道的特点主要是与列车空气动力学相关。高速铁路隧道与普通铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，会产生极强的空气动力学效应，主要表现在：瞬变压力、洞口微气压和行车阻力。另外，高速列车隧道对于防排水标准、防灾救援和耐久性等方面也有较高的要求。备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构四、高速铁路隧道空气动力学问题高速铁路进入隧道的空气动力学效应受多种因素影响，包括：(1)机车车辆方面：行车速度，车头和车尾形状，列车横断面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度，车辆的密封性等。(2)隧道方面:隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。(3)其他方面，列车在隧道中的交会等。备设铁高§2.5高速铁路桥隧结构四、高速铁路隧道空气动力学问题(1)机车车辆方面：