鐵道工程畢業(yè)論文----無砟鐵路施工技術

1、摘 要近年來隨著我國鐵路運輸向提速、 高速方向發(fā)展, 對線路質量提出了更高的要求。 由于無碴軌道具有維修量小,穩(wěn)定性好,使用壽命長,全壽命周期費用低,結構高度 低,橫向軌道阻力大,可避免飛碴,超高、坡度設置靈活等優(yōu)點。在高速鐵路建設中 無碴軌道受到重視, 得到了廣泛應用。 學習借鑒國外的無碴軌道技術, 對于提高我國 高速鐵路建設水平, 加快無碴軌道技術發(fā)展, 具有重要意義。 同時結合國內施工經驗 論述無碴軌道施工技術。關鍵詞:高速;無碴軌道;施工技術AbstractIn recent years along with our country railway transportation to

2、the increased speed, the high speed direction developed, set a higher request to the line quality. Because not is cut by broken glass the track to have the service quantity to be small, the stability is good, the service life is long, the total life cycle cost is low, the structure is highly low, th

3、e crosswise track resistance is big, may avoid flying is cut by broken glass, superelevation, slope establishment nimble and so on merits. Not was cut by broken glass the track in the high-speed railroad construction to receive takes seriously, to obtain the widespread application. The study uses fo

4、r reference overseas not is cut by broken glass the orbital technology, regarding raises our country high-speed railroad construction level, speeds up not is cut by broken glass the track technological development, has the important meaning. Simultaneously unifies the domestic construction experienc

5、e to elaborate not is cut by broken glass the track construction technique.Key words:High-speed; Ballastless Track; construction technology、目 錄第 1章 緒論 . 1 1.1 課題研究背景和意義 . 1 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 . 2 第 2章 高速鐵路技術概況 . 4 2.1 高速鐵路發(fā)展概況 . 4 2.2 中國高速鐵路發(fā)展模式 . 7 第 3章 無砟軌道選型 . 10 3.1 無砟軌道概述 . 10 3.1.1 無砟軌道主要技術條件 . 10 3.

6、2 國外無砟軌道類型及特點 . 錯誤!未定義書簽。 3.2.1 博格板式無砟軌道 . 14 3.2.2 雷達型無砟軌道 . 18 3.2.3 日本板式無砟軌道 . 24 3.2.4 彈性支承塊型(LVT 無砟軌道 . . 26 3.2.5 旭普林型無砟軌道 . 27 3.3 我國無砟軌道主要類型 . 31 3.3.1 板式無砟軌道軌道 . 32 3.3.2 雙式無砟軌道 . 34 3.3.3 長枕埋入式無砟軌道 . 35 3.4 適合中國國情和路情的無砟軌道軌道主要類型 . 36 第 4章 京津城際客運專線 CRTS 型板式無砟軌道施工技術 . 38 4.1 無砟軌道發(fā)展概況 . 38 4.2

7、 系統(tǒng)技術的構成 . 39 4.3 系統(tǒng)技術的主要特點 . 41 4.4 主要施工工藝法 . 42 4.4.1 板廠概況 . 42 4.4.2 重難點工程介紹 . 42 4.4.3 軌道板混凝土材料選定及其灌注工藝 . 43 4.5 軌道板鋪設工藝 . 44 第 5章 結束語 . 52 參考文獻 . 54 致 謝 . 55第 1章 緒論鐵路是一個國家重要的基礎設施, 國民經濟的大動脈和大眾化的交通工具, 在綜 合交通運輸體系中處于骨干地位。 但是, 速度的劣勢一度使這一傳統(tǒng)行業(yè)處于競爭危 機之中。因此,自有鐵路以來,人們就不斷致力于提高列車的運行速度,為此,許多 優(yōu)秀的鐵路技術人員付出了艱苦卓

8、絕的努力。1964年,世界上第一條高速鐵路日本東海道新干線建成通車,達到當時最高 運行速度 240Km/h,從此高速鐵路在世界發(fā)達國家迅速崛起,獲得蓬勃發(fā)展,在世 界范圍內引發(fā)一場深刻的交通革命。1.1 課題研究背景和意義高速鐵路是 20世紀交通運輸領域的重大成果,是一個專業(yè)面極廣、技術先進成 熟的龐大系統(tǒng)工程,是人類共有財富。高速鐵路具有深刻的社會價值和巨大經濟價值,相對傳統(tǒng)鐵路交通它具有速度 快、運能大、安全性高、準確性高、能耗少、占地少、工程投資低、污染環(huán)境輕、舒 適度高、效益好十大顯著優(yōu)勢。20世紀 60年代以來,世界各國大力研究高速鐵路技術,到目前為止已經取得了 豐碩成果, 從中總結

9、了許多寶貴的經驗, 并從中獲得巨大的經濟效益。 在全球經濟一 體化的今天,大力發(fā)展經濟已經成為世界各國的共識, 2020年前中國將全面建設小 康社會,這一時期經濟將飛速發(fā)展,運輸需求必將飛速增加,人口的增長,城市化進 程的加快, 人民物質文化生活水平的提高, 人際交流的頻繁, 這些現(xiàn)狀都使得中國大 力發(fā)展新型交通系統(tǒng)成為必然。對我國而言,土地、能源、環(huán)境方面的壓力遠遠大于 其他國家, 加之我國運量大、 集中度高、 行程長的客流特點和客貨分線決策也使得發(fā) 展高速鐵路成為必然。國務院于 2004年批準中長期鐵路網規(guī)劃 ,確立了我國鐵路宏偉的建設藍圖:到 2020年, 全國鐵路營業(yè)里程達到 10萬公

10、里, 主要繁忙干線實現(xiàn)客貨分線, 復線率 和電氣化達到 50%,運輸能力滿足國民經濟和社會發(fā)展需要,主要技術裝備達到或接 近國際先進水平。 根據(jù) 中長期鐵路網規(guī)劃 , 我國鐵路主要通道將建設客運專線 1.2萬 Km 以上,環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)將建設城際客運系統(tǒng), 同時既有線提速改造達到 2萬 Km ,形成我國鐵路快速客運網,將建成以京滬、京廣、 高哈、滬甬深及徐蘭、杭長、青太及滬漢蓉“四縱四橫”客運專線網絡。高速度必將帶來巨大的技術難題, 尤其對鐵路軌道將提出更高的要求, 傳統(tǒng)的有 砟軌道很難滿足高速鐵路機車運行所要求的高穩(wěn)定性和高舒適度,發(fā)展新型軌道結 構,使之有效提高

11、機車速度,保證運行要求,是世界各國的研發(fā)目標,而無砟軌道恰 恰具備穩(wěn)定性高、 剛度均勻性好、 結構耐久性強、 維修工作量顯著減少和技術相對成 熟的突出特點。 所以, 發(fā)展無砟軌道技術是鐵路加快提高裝備水平, 實現(xiàn)鐵路跨越式 發(fā)展的重要舉措之一。1.2 國內外研究現(xiàn)狀1825年出現(xiàn)在英國的第一條鐵路,其速度只有 24Km/h,隨著科技的進步鐵路運 行速度有了質的飛躍, 1955年法國電力牽引機車的試驗車組最高運行速度突破了 300Km/h, 1964年世界上第一條高速鐵路 -日本東海道新干線最高運行速度達到 210Km/h,旅行速度達到 160Km/h。此后無砟軌道這種新型鐵路軌道結構得到應用,

12、 列車試驗速度不斷刷新:1988年 5月德國 ICE 最高速度達 406.9Km/h,法國 TGA-A 型高速列車速度達 515.3Km/h, 2007年法國再次刷新紀錄, TGA 最新型 V150超高速 列車試驗行駛速度達 574.8Km/h?？梢哉f, 無砟軌道的應用與發(fā)展使得高速鐵路運行速度不斷創(chuàng)造奇跡, 使之適應 了社會發(fā)展的需要及提高了競爭力。自上世紀 60年代開始,世界各國對無砟軌道的研究已經取得明顯成果,從最初 的室內試驗、現(xiàn)場鋪裝試驗,到在高速鐵路上普及推廣,歷經 40余年,形成了具有 各國特色的系列化、標準化產品。無砟軌道技術發(fā)展比較成熟的主要國家是德國和日本, 而它們的發(fā)展道

13、路又不相 同。 目前, 無砟軌道的優(yōu)越性已經被世界許多建設高速鐵路的國家和地區(qū)所認可。 德 國、法國、西班牙、意大利、日本、英國、韓國、印度、荷蘭、中國大陸以及臺灣地 區(qū)修建的許多高速鐵路都成段、 成線地采用無砟軌道技術。 近年來, 由于國民經濟的 發(fā)展和人民生活水平地不斷提高, 我國已經開始重視提高旅客列車的運行速度, 并為 此采取了一系列行之有效的措施,先后多次進行火車提速, 2002年最高試驗速度達 到 321.5Km/h。世界高速鐵路建設方興未艾,中國高速鐵路奮力崛起。我國現(xiàn)已有多條客運專線如秦沈、京滬、武廣、石太、京津、桂廣等已建成投入 運營或正在建設即將投入運營, 這將有效地優(yōu)化和

14、提升我國交通運輸結構, 大幅度提升旅客的運輸能力, 滿足國民經濟和社會發(fā)展的需要, 同時也為我國鐵路技術發(fā)展提 供廣大的空間。第 2章 高速鐵路技術概況2.1 高速鐵路發(fā)展概況高速鐵路是一個具有國際性和時代性的概念。 目前國際上公認的列車最高運行速 度達到 200Km/h及其以上的鐵路為高速鐵路。隨著科學技術的發(fā)展和客觀條件的變 化,有關高速鐵路的定義還在不斷更新。高速鐵路運行速度是一項重要的技術指標, 也是鐵路現(xiàn)代化水平的重要體現(xiàn)。 20世紀 70年代,日本把列車在主要區(qū)間能以 200km/h以上速度運行的干線鐵道稱為高 速鐵路。隨著高速鐵路技術的發(fā)展,歐洲鐵路聯(lián)盟于 1996年 9月發(fā)布的

15、互通運營指 導文件 (96/0048/EC 對高速鐵路有了更確切的規(guī)定:新建鐵路運營速度達到或超過 250km/h;既有線通過改造使基礎設施適應速度 200km/h;線路能夠適應高速,在某 些地形困難、山區(qū)或城市環(huán)境下,速度可以根據(jù)實際情況進行調整。自以日本新干線、法國 TGA 為代表的高速鐵道投入運營以來,高速鐵路以安全 可靠、 技術創(chuàng)新、 優(yōu)質服務等特色為鐵路的發(fā)展帶來了全新機遇, 為國民經濟的發(fā)展 帶來了巨大動力。 高速鐵路的成功, 有力的促進了國家經濟的增長和社會進步, 促進 了沿線經濟的發(fā)展。目前世界上投入運營的速度不小于 250Km/h的高速鐵路總長達 8000Km 以上, 擁有高

16、速鐵路的國家和地區(qū)主要有德國、法國、西班牙、意大利、比利時、英國、韓 國、日本、中國內地和臺灣。在亞洲, 1964年 10月 1日,世界上第一條高速鐵路日本東海道新干線建成通 車,當時最高運行速度為 240Km/h,使東京到大阪的運行時間從 6h30min 縮短到 3h 。 日本接著又相繼修建了山陽、東北、上越、北陸、山形、秋田等新干線,形成了縱貫 日本國土的新干線網絡,被譽為“經濟騰飛的脊梁” ,并有新建新干線和改造既有線 的計劃。 2004年 4月 1日,韓國漢城 -釜山的高速鐵路開通運營,最高運行時速 300Km/h。中國臺灣臺北 -高雄的高速鐵路已投入運營。印度也在開展高速鐵路建設 的

17、前期工作。歐洲高速鐵路建設有一個比較完整的規(guī)劃,根據(jù)這個規(guī)劃, 2020年將形成以一 個新建高速鐵路 10000Km ,改造既有線 15000Km ,遍及歐洲并連接主要國家首都的 高速鐵路網。歐洲是目前高速鐵路投入運營最多的地區(qū)。截止 2002年末,歐洲高速 鐵路已有 3260Km 投入運營。法國 1981年開通了 TGA 東南線, 1989年開通了 TGA 大西洋線, 1993年開通 了 TGA 北方線, 1994年開通 TGA 東南延伸線, 1996年開通了 TGA 巴黎地區(qū)聯(lián)絡 線, 2001年 6月, TGA 地中海線開通運營,完成了縱貫法國的高速鐵路干線。 在德國,漢諾威 -維爾茨堡

18、鐵路和曼海姆 -斯圖加特鐵路于 1991年投入運營,運 營速度為 280Km/h。此后漢諾威 -柏林鐵路于 1998年投入運營。 2002年 8月,德國 科隆 -法蘭克福高速線開通, 是德國第一條客運專線。 在這條線上運行的第三代 ICE3型高速列車最高運行速度為 330Km/m,允許列車晚點時刻車在此速度上趕點運行。 2003年,德國聯(lián)邦交通網計劃確定修建連接南北的柏林 -慕尼黑的高速線,現(xiàn)正在修 建中。意大利 1987年初將列車速度提高到 250Km/h,同時意大利已制定了一項高速鐵 路長期發(fā)展計劃,將用 2條高速線構成 T 字型全長 1300Km 的高速鐵路骨架。西班 牙、比利時、荷蘭等

19、國正在建設高速鐵路。除了西歐各國正在建設高速鐵路網外,東 歐、南部歐洲等國也在積極進行既有線基礎設施提速改造。如今,一貫比較重視發(fā)展航空和公路運輸?shù)拿绹查_始擬訂高速鐵路建設計劃。 澳大利亞鐵路重載聞名于世,近年來也委托 TMG 公司對墨爾本 -布里斯班東海岸鐵 路的輪軌高速進行論證。自有鐵路以來,人們就在不斷致力于提高列車的運行速度。 1825年出現(xiàn)在英國 的第一條鐵路,其列車最高運行速度只有 24km/h, 1829年“火箭號”蒸汽機車牽引 的列車最高運行速度就達到了 47km/h, 幾乎提高了 1倍。 19世紀 40年代, 英國試驗 速度達到 120km/h, 1890年法國將試驗速度提

20、高到 144km/h, 1903年德國制造的電 動車組試驗速度達到了 209.3km/h。這時期英國西海岸鐵路用蒸汽機車牽引的列車旅 行速度達到了 101km/h。 1955年法國電力機車牽引的試驗車組最高運行速度突破了 300km/h,達到了 311km/h。 1964年 10月日本東海道新干線最高運行速度達到了 210km/h,旅行速度也達到了 160km/h。此后列車試驗速度不斷刷新:1981年 2月法 國 TGV 試驗速度達到 380km/h, 1988年 5月德國 ICE 把這一速度提高到 406.9km/h, 半年后法國人創(chuàng)造了 482.4km/h的新紀錄, 1990年 5月 18

21、日法國 TGV-A 型高速列車 把試驗速度提高到 515.3km/h, 2007年 4月 3日法國再次刷新了自己的紀錄, TGV 最新型“ V150”超高速列車行駛試驗速度達到 574.8km/h,創(chuàng)下了有軌鐵路列車行駛 的世界紀錄。自以日本新干線 法國 TGA 為代表的高速鐵道投入運營以來, 高速鐵路以安全可 靠、 技術創(chuàng)新、 優(yōu)質服務等特色為鐵路的發(fā)展帶來了全新機遇, 為國民經濟的發(fā)展帶 來了巨大動力。 高速鐵路的成功, 有力的促進了國家經濟的增長和社會進步, 促進了沿線經濟的發(fā)展。目前世界上投入運營的速度不小于 250Km/h的高速鐵路總長達 8000Km 以上, 擁有高速鐵路的國家和地

22、區(qū)主要有德國、法國、西班牙、意大利、比利時、英國、韓 國 日本、中國內地和臺灣。在亞洲, 1964年 10月 1日,世界上第一條高速鐵路日本東海道新干線建成通 車,當時最高運行速度為 240Km/h,使東京到大阪的運行時間從 6h30min 縮短到 3h 。 日本接著又相繼修建了山陽、東北、上越、北陸、山形、秋田等新干線,形成了縱貫 日本國土的新干線網絡,被譽為“經濟騰飛的脊梁” ,并有新建新干線和改造既有線 的計劃。 2004年 4月 1日,韓國漢城 -釜山的高速鐵路開通運營,最高運行時速 300Km/h。中國臺灣臺北 -高雄的高速鐵路已投入運營。印度也在開展高速鐵路建設 的前期工作。歐洲高

23、速鐵路建設有一個比較完整的規(guī)劃,根據(jù)這個規(guī)劃, 2020年將形成以一 個新建高速鐵路 10000Km ,改造既有線 15000Km ,遍及歐洲并連接主要國家首都的 高速鐵路網。歐洲是目前高速鐵路投入運營最多的地區(qū)。截止 2002年末,歐洲高速 鐵路已有 3260Km 投入運營。法國 1981年開通了 TGA 東南線, 1989年開通了 TGA 大西洋線, 1993年開通 了 TGA 北方線, 1994年開通 TGA 東南延伸線, 1996年開通了 TGA 巴黎地區(qū)聯(lián)絡 線, 2001年 6月, TGA 地中海線開通運營,完成了縱貫法國的高速鐵路干線。 在德國,漢諾威 -維爾茨堡鐵路和曼海姆 -

24、斯圖加特鐵路于 1991年投入運營,運 營速度為 280Km/h。此后漢諾威 -柏林鐵路于 1998年投入運營。 2002年 8月,德國 科隆 -法蘭克福高速線開通, 是德國第一條客運專線。 在這條線上運行的第三代 ICE3型高速列車最高運行速度為 330Km/h,允許列車晚點時刻車在此速度上趕點運行。 2003年,德國聯(lián)邦交通網計劃確定修建連接南北的柏林 -慕尼黑的高速線,現(xiàn)正在修 建中。意大利 1987年初將列車速度提高到 250Km/h,同時意大利已制定了一項高速鐵 路長期發(fā)展計劃,將用 2條高速線構成 T 字型、全長 1300Km 的高速鐵路骨架。西 班牙、比利時、荷蘭等國正在建設高速

25、鐵路。除了西歐各國正在建設高速鐵路網外, 東歐、南部歐洲等國也在積極進行既有線基礎設施提速改造。如今,一貫比較重視發(fā)展航空和公路運輸?shù)拿绹查_始擬訂高速鐵路建設計劃。 澳大利亞鐵路重載聞名于世,近年來也委托 TMG 公司對墨爾本 -布里斯班東海岸鐵 路的輪軌高速進行論證。近年來, 隨著國民經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 我國也開始重視提高旅客列車的速度。 2002年秦沈客運專線鐵路最高試驗速度達到了 321.5km/h, 2008年京津城際鐵路最高試驗速度達到了 394.3km/h, 2009年 12月武廣鐵路客運專線列 車跑出 394.2km/h,創(chuàng)造了兩車重聯(lián)情況下的世界高速鐵路

26、最高運營速度。圖 1-1為 在京津城際鐵路上運行的時速 350km “和諧”號動車組。 圖 2-1 時速 350 km“和諧”號動車組2.2 中國高速鐵路發(fā)展模式中國高速鐵路發(fā)展幾乎與世界發(fā)達國家同步 , 在幾十年的發(fā)展過程中 , 通過不斷 的探索與學習 , 截至目前為止,中國的高速鐵路已經取得了相當不錯的成績, 2020年 中國即將全面建設小康社會, 高速鐵路將承擔著經濟大動脈的角色, 為中國的現(xiàn)代化 建設貢獻力量。中國需要高速鐵路,這一點體現(xiàn)在其必要性上,眾所周知,任何一種 運輸方式的傳輸量和成本都不可能和鐵路相比, 尤其是速度方面相對傳統(tǒng)鐵路具有極 大優(yōu)勢的高速鐵路。高速鐵路在中國幾十年

27、的發(fā)展過程中已經充分體現(xiàn)其可行性, 尤其近年來中國多 條客運專線的成功運營,實踐證明高速鐵路的應用在中國取得的巨大的效益。幾十年的發(fā)展, 中國高速鐵路通過不斷整合, 取利除弊, 不斷吸取世界各國的高 速鐵路發(fā)展中的經驗教訓, 價值對自身情況的深入探索, 研究出了一套適合中國國情 和路情的發(fā)展模式。 中國目前的最佳發(fā)展模式是在不斷改造既有線的前提下, 根據(jù)需 要建設一些新的高速鐵路線路, 并實現(xiàn)客貨分運, 是鐵路線路資源得到最大程度的利 用,實現(xiàn)價值的最大化。但是中國的發(fā)展模式尚不十分成熟,有的地方尚需改進,下 面根據(jù)世界高速鐵路的發(fā)展模式進行具體研究。世界上有許多國家擁有高速鐵路, 而高速鐵路

28、的建設管理模式, 各國因國情不同 而已,大致有四種類型:一是新建高速鐵路雙線,專門用于旅客快速運輸,如日本新 干線和法國高速鐵路;二是新建高速鐵路雙線,實行客貨共線運營,如意大利羅馬 -佛羅倫薩高速鐵路;三是部分新建高速線與部分既有線混合運營,如德國柏林 -漢諾 威線, 承擔著客運和貨運任務; 四是在既有線上使用擺式列車運行, 這在歐洲國家多 見,在美國“東西走廊”行駛的擺式列車速度為 240Km/h。根據(jù)所采用的不同技術, 高速鐵路分為輪軌技術類型和磁懸浮技術類型。 輪軌技 術有非擺式車體和擺式車體兩種; 磁懸浮技術有超導排斥型和常導吸引型兩種。 非擺 式車體的輪軌技術是目前世界高速鐵路的主

29、流。中國在高速鐵路發(fā)展模式方面曾進行過大量探索, 但是根據(jù)經濟技術實力不足的 現(xiàn)實情況, 在既有線上使用擺式列車這種運行模式并不適合中國國情。 這種模式比較 著名的是瑞典等國采用的 ATP 擺式列車模式, 它的主要原理是對機車進行改良, 使列 車根據(jù)線路不同情況自動調節(jié)傾斜度等運營參數(shù), 從而實現(xiàn)高速運行, 種種模式下的 鐵路系統(tǒng)對軌道的要求不是很高, 但卻對線路的信號系統(tǒng)有極高要求, 加之復雜的地 理情況,中國目前的科技尚不能滿足需,所以這種模式并不適合在中國普及使用。 中國有大量的既有線, 因為建成時代較早, 加之當時的社會需要和科學技術的不 足使得這些鐵路大多數(shù)并不適合高速列車的運營,

30、隨著社會的發(fā)展, 人民物質文化生 活需求的不但增加, 發(fā)展高速鐵路已經勢在必行, 而新建高速鐵路不但需要大量資金 投入, 而且需要使用大量的土地資源, 尤其是農用耕地的征用, 而既有線改造則可以 有效地節(jié)約這些資本投入, 所以既有線改造是一種很好的發(fā)展模式, 通過一系列的改 造, 使其運營條件得到提高從而能夠滿足高速列車的運營需求, 既節(jié)約了成本, 又節(jié) 省資源, 最重要的使可以大大縮短工程建設時間, 所以一般情況下中國的鐵路可以采 用這種模式。但是有些線路本身的特點使其不適合進行改建, 例如地勢較復雜的既有線, 對其 進行改造的成本很大程度上會超過新建線路, 在這種情況下, 為適應國家的現(xiàn)代

31、化建 設和經濟發(fā)展, 就要建設一些新的高速鐵路, 中國目前新建的客運專線就屬于這種情 況, 對不適合改造的線路, 采用貨運列車專營的運營方式, 使其自身價值的得到最大 程度的發(fā)揮, 從而創(chuàng)造出最大的價值。 例如, 已經建成投入使用的京津城際客運專線, 該線將采用公交化城際列車和跨線列車混合開行的運輸組織模式,全長約 120Km , 連接首都北京和天津兩大直轄市,鐵路設計最高時速為 350Km ,全程直達運行時間 約為 30min ,使得許多在北京工作的可以在其他城市居住,大大減小了北京的人口壓 力, 在一定程度上緩解了社會矛盾。 京津城際客運專線, 不僅是中國最早開工建設并 最先建成的第一條高

32、標準鐵路客運專線, 而且代表著中國高速在發(fā)展模式上樹立了新 的里程碑。綜上所述, 目前適合中國國情和路情的高速鐵路發(fā)展模式是在最大程度上進行既有線改造, 并根據(jù)需要建設新的高速線路, 實現(xiàn)客貨分運, 有效地提高列車的運營速 度, 在此基礎上還要不斷加大包括機車在內的高速鐵路附屬工程科研力度, 努力提高 本國鐵路系統(tǒng)的的科技裝備水平,爭取在其他模式上有新的突破。第 3章 無砟軌道選型3.1 無砟軌道概述無 砟軌道是以混凝土或瀝青砂漿取代散粒道砟道床而組成的軌道結構型式, 它具 有軌道穩(wěn)定性高, 剛度均勻性好, 結構耐久性強和維修工作量顯著減少等特點, 對于 高速鐵路較傳統(tǒng)的有砟軌道有更好的適應性

33、。3.1.1 無砟軌道主要技術條件(1良好的結構連續(xù)性和平順性有砟軌道采用均一性較差的天然道砟材料, 在列車荷載作用下其道床肩寬、 砟肩 堆高、 道床邊坡、 軌枕間距及軌枕在道床中的支承狀態(tài)相對易于變化, 并導致軌道幾 何形變。無砟軌道可以保證其性能有較好的均一性。 由此組成的軌道整體結構與有砟軌道 相比具有更好的結構連續(xù)性和彈性均勻性, 為提高軌道的平順性, 改善乘車質量提供 了有利條件。(2良好的結構恒定性和穩(wěn)定性無砟軌道結構中, 作為無縫線路穩(wěn)定性計算參數(shù)的軌道橫向阻力、 軌道縱向阻力 不再依賴于材質和狀態(tài)多變的有砟道床, 其整體式軌下基礎可為無縫線路提供更高和 更恒定的軌道縱、橫向阻力

34、,具有更好的耐久性和更長的使用壽命。(3良好的結構耐久性和少維修性能無砟軌道維修工作量大大減少,被稱為“省維修”軌道,為延長線路的維修周期 以及客運專線列車的高密度 準點正常運行提供重要保證?？瓦\專線的行車速度高、 密度大, 所有線路地面檢查、 維修作業(yè)都必須在 “天窗” 時間內進行。 我國客運專線由于跨線列車多, 自身的行車密度又大, 不可能完全像國 外高速鐵路那樣白天行車、夜間軌道維修作業(yè)。要在白天、夜間均行車的條件下,安 排 “天窗” 作業(yè)就更加困難。 減少線路維修工作量是保證客運專線列車準點正常運行 的前提條件。無砟軌道采用整體式軌下基礎。 與采用散粒體結構的有砟道床基礎相比, 在列車

35、 荷載作用下不會產生道砟顆粒磨耗、 粉化、 相對錯位所引起的道床結構變形; 在列車 荷載反復作用下不會產生變形積累, 使軌道幾何尺寸的變化基本控制在軌下膠墊、 扣件及鋼軌的松動和磨損等因素之內, 從而大大降低軌道幾何狀態(tài)變化的速率, 減少養(yǎng) 護維修工作量,延長維修周期和軌道使用壽命。(4工務養(yǎng)護、維修設施減少由于維修工作量減少, 可以延長每個綜合維修中心和維修工區(qū)的管轄范圍, 從而 減少上述維修部門的數(shù)量。 同時也可相應減少每個部門配置的維修機械、 停車股道數(shù) 量和房屋等設施。(5免除高速條件下有砟軌道的道砟飛濺我 國秦 沈客 運專 線在 線路 開 通 之前進 行 的行車試 驗表明 :行車速度

36、 達到 250km·h -1時,道心道砟出現(xiàn)飛砟現(xiàn)象,造成車輛轉向架部分的車軸、制動缸等被道 砟打擊的現(xiàn)象 (這種飛砟現(xiàn)象與線路開通前道床表面細砟、粉塵較多也有一定的關 系 。根據(jù)法國 TGV 鐵路的運營經驗,有砟軌道在列車速度達到 350km ²h -1時,出 現(xiàn)較嚴重的道砟飛濺現(xiàn)象。后將速度降到 320km ²h -1時,飛砟現(xiàn)象才有所改善。此 外,在嚴寒冬季,凍結在車體下部的冰塊融化時,冰塊打在道砟上,濺起的道砟會打 壞鋼軌踏面。另外,在進行道床維修施工作業(yè)后,由于表層道砟松散,粉粒較多,也 會產生飛砟,此時要求限速 170km ²h -1時行車。

37、法國 TGV 鐵路在嚴寒多雪地區(qū),為 了防止下雪天因道砟表面裹雪被列車風吹起, 曾采取過在道床表面噴撒乳膠和雪天降 速運行等措施。采用無砟軌道之后,就可以完全免除道砟飛濺的顧慮。(6有利于適應地形選線,減少線路的工程投資無砟軌道的縱 橫向穩(wěn)定性較之有砟軌道大大增加。在選線困難的地段可以利用 無砟軌道能承受較大輪軌橫向力的有利條件, 在保證舒適度的前提條件下, 適當放寬 曲線允許超高 欠超高的限制,減小最小曲線半徑,從而有利于選線,減少工程量。 (7減少客運專線特級道砟的需求為了延緩客運專線有砟道上道砟的磨耗和粉化, 道砟材料要求采用為客運專線專 門制定的特級道砟標準。 我國特級道砟標準與國外高

38、速鐵路道砟標準相比, 盡管在性 能指標上仍有一定的差距, 但符合這種性能要求的巖葳資源在我國, 特別是中南和西 南地區(qū)仍相當稀少, 可能難以滿足我國新建客運專線的需求。 發(fā)展無砟軌道可以減少 客運專線建設對特級道砟的需求量(8無砟軌道彈性較差日本、 德國開發(fā)無砟軌道的初衷是力求無砟軌道的軌道彈性等于或接近于有砟軌 道的軌道彈性。 但實際開發(fā)的結果卻是無砟軌道的彈性仍低于有砟軌道。 軌道彈性的 降低會增加軸重對軌道破壞、 失效和軌道狀態(tài)惡化的影響, 也會隨著軸重的增加加劇環(huán)境振動和噪聲。 因此, 在軸重較大的客貨共線鐵路以及軸重更大的重載鐵路, 國內 外規(guī)模鋪設無砟軌道的范例尚屬罕見。高速 列車

39、的軸重較輕、 車輛轉向架懸掛性能改善、 簧下質量減少, 為在高速鐵路 上采用無砟軌道創(chuàng)造了有利條件。(9建設期工程總投資大于有砟軌道與有砟軌道相比, 盡管無砟軌道的結構高度低、 自重輕, 無砟軌道在隧道中鋪設 時, 軌頂面以下的隧道開挖面積可適當減當; 在橋上鋪設時, 由于其二期恒載相應減 輕,從而降低橋、隧工程費用。但無砟軌道結構本身的工程費用高于有砟軌道,特別 是在對振動和噪聲等環(huán)境要求較高的地段,用于減振降噪措施的費用比有砟軌道要 高。總體來說,無砟軌道建設期投資大于有砟軌道。(10對地震和環(huán)保的適應性日本是多地震國家。 根據(jù)日本的經驗, 無砟軌道在低等級地震條件下, 比有砟軌 道具有更

40、好的穩(wěn)定性,從而提高行車的安全性;但在大地震情況下,有砟、無砟軌道 都會遭到破壞,而無砟軌道的修復更為困難。和有砟軌道相比, 無砟軌道的彈性較差、 環(huán)境振動和噪聲的量級較高。 在靠近人 口居住區(qū)及諸如學校、醫(yī)院、辦公區(qū)、度假區(qū)等環(huán)保要求較高的地段,其減振降噪措 施及相應的工程費用也會增加。(11關于線下工程的“工后零沉降”建設理念無砟軌道的永久變形只能通過扣件進行調整以恢復其正常的軌道幾何形狀。 由于 扣件的調整量非常有限, 因此對于無砟軌道的變形, 特別是由于線下工程的沉降所引 起的軌道永久變形必須做出嚴格的限制。線下工程工后沉降能否控制在規(guī)定范圍之 內,是無砟軌道能否在線路上進行規(guī)模鋪設的

41、關鍵。線下工程“工后零沉降”建設理 念正是基于這樣的要求而提出的?！肮ず罅愠两怠?建設理念就是在客運專線線下工程的設計 (特別是合理的工程預 算 施工 (特別是嚴格的工程質量監(jiān)控 和管理 (特別是合理的施工期限 中, 都要以 “工 后零沉降”為追求目標。傳統(tǒng)設計、施工、管理中“預留沉降”的概念不再適用。我 們把“工后零沉降”說成是一種“理念”,而不是說成一種“理論”或“原理”,是 因為在實際工程中我們還沒有一種可靠的理論或方法,把工后沉降準確 可靠地控制 為零。但是人們只有“求其上”,才能保證至少“得其中”,只有按“零沉降”理念 要求,最后才能取得實際工程“小沉降”的結果。為此,人們在線路上部

42、結構的設計 中為這種 “小沉降” 提供了進行調整的手段, 并為線路下部工程的工后沉降規(guī)定了一個允許值 (“零沉降”理念基礎上的允許偏差 ,作為工程實際操作和控制的標準,從 而在目標和現(xiàn)實之間留有一定的余地。國外的高速鐵路不僅在無砟軌道, 即使在有砟軌道的線下工程中也已引入了 “工 后零沉降”理念。德國高速鐵路路基“追求的目標是不再產生工后沉降”。韓國高速 鐵路路基的要求是 “一般情況為運營后要求路基沉降” 。 日本高速鐵路也要求路基工 后零沉降。 可以認為, 高速鐵路的線下工程, 不論其上部是采用有砟軌道還是無砟軌 道,其工后沉降的追求目標和設計、施工、管理理念是相同的,即“工后零沉降”。 由

43、此可以推論,在通常的 大多數(shù)的地基條件下,統(tǒng)一按“工后零沉降”理念建設的 有砟軌道和無砟軌道線下工程,其工程造價就應當在同一水平。正是高速鐵路 (不論 是有砟軌道還是無砟軌道 對線下工程所提出的上述嚴格要求,為無砟軌道鋪設提供 了所必須的線下基礎條件。當前, 有一種概念認為無砟軌道線下工程的造價要大大高于有砟軌道線下工程的 造價, 其實這是把高速鐵路無砟軌道的線下工程與普通鐵路有砟軌道的線下工程相比 較的結果。 如果比較的前提都是高速鐵路, 其線下工程的工程造價就會比較接近。 如 果比較的是高速鐵路和普通鐵路, 即使同樣是有砟軌道, 其線下工程的造價也會有顯 著差異。德國高速鐵路有砟軌道的工程

44、費是 1000歐元²m -1,而普通鐵路有砟軌道的 工程費是 590歐元²m -1。同樣是有砟軌道,又幾乎是大體相同的鋼軌、扣件、軌枕 和道床,其工程費的巨大差異,主要原因是劃歸軌道范疇的路基保護層 (PSS顯著不 同和高速鐵路 普通鐵路對路基保護層的不同要求。高速鐵路線下工程 (不論是有砟軌道還是無砟軌道 必須按“工后零沉降”建設, 這也是國外高速鐵路建設經驗和教訓的總結。 日本東海道新干線全部為有砟軌道, 是 世界上第一條高速鐵路。 當時由于對提高路基建設標準認識不足, 更談不上 “工后零 沉降”理念,線路自 1964年開通后,就發(fā)現(xiàn)路基下沉嚴重。 1965年開始出現(xiàn)路

45、基翻 漿冒泥, 不得不在多處設置臨時或長期慢行點, 致使從東京到大阪全長 515.3km , “光” 號列車運行 4h ,“聲”號列車運行 5h 。當時采取了更換道砟和鋪設土工纖維布等措 施。到 1966年 11月,軌道狀態(tài)有所好轉,限速區(qū)段相對減少,使“光”號列車全線 運行時間縮短到 3h10min , “聲”號列車縮短到 4h ,但道床板結和路基翻漿現(xiàn)代并未 得到根本好轉。 1968年日本引進普拉塞公司道床清篩機進行道床機械化清篩。 至 1969年,在土質路基地段,路基翻漿和道床板結每年新增約 50km 。自 1971年開始,每年 更換道床 3040km 仍不能滿足需要。許多不能及時換砟的

46、區(qū)段,因軌面前后高低差 超過 7mm 而不得不限速運行。3.2 國外無砟軌道類型及特點3.2.1 博格板式無砟軌道博格板式無砟軌道系統(tǒng)的前身是 1979年鋪設在德國卡爾斯費爾德一達豪的一種 預制板式無砟軌道。 通過對其進行包括預應力結構、 結構尺寸、 縱向連接等方面的優(yōu) 化改進; 采用先進的數(shù)控磨床來加工預制軌道板上的承軌槽; 使用快速方面的測量系 統(tǒng), 使用精度容易滿足高速鐵路對軌道幾何尺寸的高要求。 高性能瀝青水泥沙漿墊層 可以為軌道提供適當?shù)膭偠群蛷椥浴?博格公司軌道板施工研制生產了成套的設備, 使 得博格板式軌道機械化程度高于一般軌道結構。 博格板式無砟軌道已獲得了德國聯(lián)邦 鐵路管理局

47、頒發(fā)的許可證,可用于 300km.h -1的高速鐵路,目前正在德國紐倫堡至英 戈爾施塔特的新建高速線上鋪設。系統(tǒng)組成:(1系統(tǒng)構成路基上博格板式軌道系統(tǒng)和構造見下圖。 其層次構成依次為:級配碎石構成的防 凍層 (FSS30cm厚的水硬性混凝土支承層 (HGT、 3cm 厚的瀝青水泥沙漿層、 20cm 厚 的軌道板, 在軌道板上安裝扣件。 博格板式軌道系統(tǒng)軌頂至水硬性混凝土頂面的距離 為 474mm 。(2軌道板預制軌道板是在預應力臺座上生產出來的,混凝土強度等級為 C45/55,可以采 用普通混凝土或鋼纖維混凝土。預制軌道板的橫向為預應力鋼筋,縱向為普通鋼筋, 板與板之間在縱向通過伸出鋼筋進行

48、傳力連接。 采用這種預制軌道板的軌道均勻性好 耐久性強,橫向及縱向的抗滑移阻力高。在混凝土預制軌道板的收縮徐變完成后,使用數(shù)控磨床對承軌臺進行機械加工 (承軌臺在生產時已留出了加工余量 ,可以達到極好的精度,大大減少了現(xiàn)場調試工 作。 軌道板進行安裝定位時不需過渡軌, 只需對承軌臺上指定的測量點進行精確定位 即可。預制軌道板有以下 3種形式:1 標準預制軌道板標準預制板為長度 6.50m , 板厚 200mm 的單向預應力混凝土板, 板與板之間有縱 向連接,適用于路基、橋長 25m 及以下的橋梁和隧道。2 特殊預制軌道板特殊預制軌道板為最大板長 4.50m 。板厚 300mm 的鋼筋混凝土板,

49、可用在長度 大于 25m 的橋梁上。 特殊預制軌道板設有減振系統(tǒng) (質量彈簧系統(tǒng) , 必要時還可在特 殊預制板里安裝信號設備。143 其他補充型預制軌道由于存在著橋梁、 隧道、 道岔和新線與既有線路的接處等控制點, 必要時需對預 制軌道板的長度進行調整, 為此可生產長度從 0.60m 到小于 6.50m 不等的預制軌道板。 (3水硬性材料支承層 (HGT該層厚度為 300mm ,由素混凝土構成。水硬性材料支承層的作用是保證系統(tǒng)剛 度從防凍層經預制軌道板到鋼軌的遞增。在隧道和明洞里不設水硬性混凝土支承層,直接鋪設在結構底板上。(4防凍層路基上應鋪設一層防凍層, 以防止路基因凍融循環(huán)所引起的凍脹。

50、 防凍層由級配 碎石組成,也具有防止毛細作用發(fā)生的功能。(5溝槽為防止軌道扣件處混凝土出現(xiàn)裂縫,在承軌臺之間預設了溝槽。(6承軌臺軌道扣件安裝在承軌臺上。承軌臺用數(shù)控機床磨削加工,加工精度為 0.1mm 。 (7軌道扣件預制軌道板磨削工序完成之后,在工廠里預安裝軌道扣件。 圖 3-1 橋長小于 25m 橋上博格板無砟軌道截面博格板式軌道除了完全滿足德國鐵路對于軌道的技術要求外,還具有以下特點。1 軌道板在工廠批量生產,進度不受施工現(xiàn)場條件制約。2 每塊板上有 10對承軌臺,承軌臺的精度用機械打磨并由計算機控制。工地安 裝時,不需對每個軌道支撐點進行調節(jié),使工地測量工作可大大減少。3 預制軌道板可用汽車在普通施工便道上運輸,并通過龍門吊直接在線路上鋪 設,無須二次搬運。4 現(xiàn)場的主要工作是瀝青水泥沙漿層的灌注,灌漿層在灌注 56h后即可硬化。 1516 5 具有可修復性,除在每個鋼軌支撐點處 (軌道扣件 調高余量外,還可調整預制 板本身的高