III型板式軌道基本結(jié)構(gòu)

1、型板式軌道基本結(jié)構(gòu)（武漢城際、盤(pán)營(yíng)客專鐵路軌道培訓(xùn)班講義）西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 王其昌（二一二年一月 四川成都）1引言1.1 研發(fā)目的為了構(gòu)建武漢城市圈城際鐵路和盤(pán)營(yíng)客專鐵路板式無(wú)砟軌道，在總結(jié)我國(guó)既有無(wú)砟軌道研究與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無(wú)砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新研究成果，并借鑒成灌線的經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)并提出了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CRTS型板式無(wú)砟軌道。1.2 自主創(chuàng)新CRTS型板式無(wú)砟軌道是對(duì)既有無(wú)砟軌道的優(yōu)化與集成,其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是:改變了板式軌道的限位方式、擴(kuò)展了板下填充層材料、優(yōu)化了軌道板結(jié)構(gòu)、改善了軌道彈性及完善了設(shè)計(jì)理論體系等方面。1）板下填充層材料型板式軌道通過(guò)軌道板板下兩排U形筋，將內(nèi)設(shè)

2、鋼筋網(wǎng)片的自密實(shí)混凝土與軌道板可靠連接成復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性好，可以控制軌道板離縫、翹曲和板下填充層開(kāi)裂；自密實(shí)混凝土與CAM填充層相比較，其工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、耐久性好、成本低廉。2）板式軌道限位方式型板式軌道采用板下U形筋自密實(shí)混凝土底座凹槽的限位方式，徹底取消了型板的凸臺(tái)、型板的端刺限位方式。同時(shí)也取消了作為板下填充層材料用的CA砂漿。從而，可簡(jiǎn)化施工工藝，減少環(huán)境污染，降低工程投資。3）軌道彈性軌道板改原用無(wú)擋肩板為有擋肩板，配套彈性不分開(kāi)式扣件，有利于降低軌道剛度，提高軌道彈性。1.3 中國(guó)模式CRTS型板式無(wú)砟軌道已在成灌鐵路成功鋪設(shè)，迄今運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好。武漢城市圈城際鐵路經(jīng)再行優(yōu)化

3、、完善后的CRTS型板式無(wú)砟軌道施工圖，可用于武漢城市圈城際鐵路。我們有理由相信，通過(guò)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)實(shí)踐的不斷考核與檢驗(yàn)，最終必將形成中國(guó)板式無(wú)砟軌道模式。2武漢城軌與盤(pán)營(yíng)客專鐵路型板式軌道結(jié)構(gòu)2.1 結(jié)構(gòu)組成CRTS型板式無(wú)砟軌道是由鋼軌、彈性不分開(kāi)式扣件、預(yù)制有擋肩軌道板、內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實(shí)混凝土填充層、中間隔離層和帶有限位凹槽的鋼筋混凝土底座等部分組成。路基、橋梁和隧道地段型板式軌道均采用單元分塊式結(jié)構(gòu)，軌道板間無(wú)連接。2.2 軌道結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)武漢城軌與盤(pán)營(yíng)客專鐵路所用CRTS型板式無(wú)砟軌道的典型橫斷面及技術(shù)參數(shù)分別如圖2.2.1和表2.2.2所示。圖2.2.1 III型板板式軌道典型橫

4、斷面圖表2.2.2 III型板板式軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)組成單位武漢城軌鐵路盤(pán)營(yíng)客專鐵路鋼軌類型U71Mn(K) 60U71Mn(K) 60定尺長(zhǎng)m100100高度mm176176扣件類型WJ-8BWJ-8B高度mm3838間距mm687630軌道板承軌槽厚mm3838長(zhǎng)度mm53505600寬度mm25002500厚度mm190210混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60C60填充層材料C40自密實(shí)混凝土C40自密實(shí)混凝土厚度mm90100寬度mm25002500長(zhǎng)度mm同軌道板長(zhǎng)同軌道板長(zhǎng)底座厚度mm240（路）、190（橋隧）280（路）、180（橋隧）寬度mm3100（路）、2900（橋隧）3100（路）、2

5、900（橋隧）長(zhǎng)度mm路基3塊板長(zhǎng)，隧道4塊板長(zhǎng)， 橋上1塊板長(zhǎng) 路基3塊板長(zhǎng)，隧道4塊板長(zhǎng)， 橋上1塊板長(zhǎng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40C40限位方式板下U形筋+底座凹槽板下U形筋+底座凹槽板間連接方式路橋隧板間均無(wú)連接路橋隧板間均無(wú)連接結(jié)構(gòu)高度路基mm772842橋梁mm722742隧道m(xù)m722742武漢與盤(pán)營(yíng)在路基、橋梁和隧道地段所用軌道板均為單元板，板間無(wú)連接,均支承在鋼筋混凝土底座上，這有利于工程的標(biāo)準(zhǔn)化施工管理。3型板式軌道主要技術(shù)特征3.1 鋼軌與扣件3.1.1 鋼軌U71Mn（K）60kg/m , 定尺長(zhǎng)100m無(wú)孔新軌。3.1.2 扣件 1）扣件類型為WJ-8B型有擋肩彈條扣件，有利

6、于降低軌道剛度，提高軌道彈性。2）調(diào)整范圍： 高低 -4mm+26mm； 軌向 ±10mm。3）彈性墊板靜剛度 C靜=23±3 kN/mm； 動(dòng)剛度 C動(dòng)=35±5kN/mm； 動(dòng)靜剛度比 1.35。4）扣件阻力：每組常阻力扣件鋼軌縱向阻力9kN；每組小阻力扣件鋼軌縱向阻力為4kN。5）扣件結(jié)構(gòu)高度：38 mm。3.2 型軌道板3.2.1 軌道板結(jié)構(gòu)1） 軌道板為有擋肩、雙向后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，按60（或100）年使用壽命設(shè)計(jì)。2）板上設(shè)置承軌槽，承軌面設(shè)置1:40軌底坡，配套有擋肩扣件，可采用低剛度鋼軌扣件。3）為適應(yīng)城際軌道交通小

7、半徑曲線地段鋪設(shè)的需要，可視具體情況，可考慮采用二維可調(diào)模板方法制造型板，以調(diào)整承軌槽的空間位置。4）板下設(shè)置兩排U形連接鋼筋，通過(guò)與內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實(shí)混凝土緊密聯(lián)結(jié)，形成復(fù)合板結(jié)構(gòu)，以期防止軌道板離縫或自密實(shí)混凝土裂縫的出現(xiàn)。 軌道板長(zhǎng)度1）軌道板長(zhǎng)度,自然是越長(zhǎng)越重，安放后越穩(wěn)定，越有利于提高工效，但受到預(yù)制、運(yùn)輸?shù)南拗疲约翱紤]到基礎(chǔ)一旦變形起道整修的困難和曲線地段鋪設(shè)等問(wèn)題，又不宜過(guò)長(zhǎng)，一般以57m左右為限。2）若軌道板較長(zhǎng)，又鋪設(shè)在小半徑曲線地段時(shí)，有可能會(huì)遇到軌道板空間位置如何合理調(diào)整的問(wèn)題。3）此外, 板長(zhǎng)還應(yīng)考慮主型梁梁型和連續(xù)梁梁跨長(zhǎng)度的配板需要，以及尚須考慮配置扣件間距的

8、要求，同時(shí)應(yīng)力求板長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化，盡量減少異形板的類型。4）現(xiàn)行軌道板標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度型板：板長(zhǎng)4962mm的扣件間距為629mm，板長(zhǎng)4856 mm的扣件間距為617 mm；型板：板長(zhǎng)6450mm的扣件間距650mm；型板：武漢四線標(biāo)準(zhǔn)板長(zhǎng)為5350mm，扣件間距687 mm。這樣，與型板相比每公里少鋪15塊，扣件少用240組，有利于提高軌道板制造和鋪設(shè)的工效，節(jié)省工程成本。盤(pán)營(yíng)線標(biāo)準(zhǔn)板長(zhǎng)為5600mm（扣件間距630 mm），與型板相比每公里少鋪23塊，扣件少用368組，也有利于提高軌道板制造和鋪設(shè)的工效，節(jié)省工程成本。 板間有無(wú)連接問(wèn)題1）根據(jù)視鋼軌和軌道板為彈性地基上梁板彎曲變形模式的計(jì)算結(jié)果可知，

9、如果軌道板足夠長(zhǎng)，則板端和板中的鋼軌撓度差將會(huì)很小，并且車輪載荷通過(guò)時(shí),相鄰板兩端的錯(cuò)位也較小，為此沒(méi)有必要把軌道板連接起來(lái)。這是考慮在實(shí)用中不必?fù)?dān)心板端會(huì)有過(guò)大的沖擊作用。2）目前現(xiàn)狀是：型板式軌道在路橋隧地段均為單元板，板間無(wú)連接；型板式軌道在路橋隧地段均為縱連板，板間有連接；而型板式軌道，成灌市域鐵路在橋隧地段為單元板，板間無(wú)連接，路基地段為縱連板，板間有連接；武漢城軌及盤(pán)營(yíng)客專則在路橋隧地段均采用單元板，板間無(wú)連接。這不僅省去縱連的麻煩和隱患，也便于標(biāo)準(zhǔn)化管理。3）至于板間是連接還是不連接問(wèn)題，各有利弊，各有所得，兩者皆行。一般說(shuō)，縱連板式軌道整體性好，構(gòu)建復(fù)雜，費(fèi)用較高，維修較差；而

10、單元板式軌道受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，維修較易。3.2.4 梁上配板板縫一般為70100mm。1）型板：32m梁 5×4962+2×3685+6×70=32600mm；24m梁 5×4856+4×80=24600mm。2）型板：連續(xù)配板，板間需連接，形成縱連板。3）型板：武漢城軌: 32m梁 6×5350+5×100=32600mm，梁縫處扣件間距641mm；24m梁路基地段 5350 mm長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)板配端部所需長(zhǎng)度異形板。盤(pán)營(yíng)客專：32m梁 4×5600+2×4925+5×70=32600mm

11、；梁縫處扣件間距為590mm；24m梁 5×4856+4×80=24600mm，梁縫處扣件間距為637mm。路基地段 5600 mm長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)板配端部所需長(zhǎng)度異形板。3.3自密實(shí)混凝土3.3.1 主要功能1）板下填充層作為板式軌道系統(tǒng)的重要組成部件，它位于軌道板與混凝土底座之間，其主要功能可以歸納為填充調(diào)整; 承力傳力。2）填充調(diào)整: 全面均勻地支承軌道板, 消除軌道板與底座之間的間隙；便于調(diào)整軌道高低，提高施工效率和下部基礎(chǔ)變形時(shí)的可維護(hù)性。3）承力傳力: 承受由軌道板傳來(lái)的垂向力和縱橫向水平力，并把它傳遞給底座和限位裝置；分散列車荷載作用。 外形尺寸武漢城軌: 長(zhǎng)寬均等同軌

12、道板為5350 mm 、2500 mm，厚為90 mm；盤(pán)營(yíng)客專：長(zhǎng)寬均等同軌道板為5600 mm 、2500 mm，厚為100 mm。3.3.3 板下填充層材料現(xiàn)狀1）型板采用低彈性模量200300 Mpa的乳化瀝青水泥砂漿(CAM)填充層材料，雷同日本的CAM；2）型板采用高彈性模量700010000 Mpa的乳化瀝青水泥砂漿(CAM)填充層材料，雷同德國(guó)的BZM；3）型板采用彈模高至20000 Mpa以上的自密實(shí)混凝土填充層材料，屬于自主研發(fā)并已成功應(yīng)用的一種新型板下填充層材料。4）運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，無(wú)論是采用低彈?；蚋邚椖；蛏醺邚椖２牧?，均可作為板下填充層材料。5）因此，從板下填充層的功能

13、來(lái)看，將乳化瀝青水泥砂漿改用自密實(shí)混凝土是可行的。3.3.4 為什么要采用自密實(shí)混凝土作為板下填充層材料？1）板下砂漿墊層不起彈性作用 計(jì)算分析以上三種類型砂漿填充層，同作為軌道板的填充支承作用，其彈性模量為何相去甚遠(yuǎn)？表給出了三種砂漿墊層彈性模量對(duì)軌下基礎(chǔ)剛度影響的計(jì)算結(jié)果。表 三種不同砂漿墊層彈性模量對(duì)軌下基礎(chǔ)剛度的計(jì)算結(jié)果砂漿墊層彈性模量（MPa）換算墊層剛度（kN/mm）軌下墊板剛度（kN/mm）軌下基礎(chǔ)剛度（kN/mm）備 注200300060/3058.8/29.7低彈模CAM類同日本CAM70001050060/3060.0/30.0高彈模BZM類同德國(guó)BZM2000030000

14、060/3060.0/30.0自密實(shí)混凝土由表計(jì)算結(jié)果可知，砂漿墊層彈性模量無(wú)論是200 MPa、7000 MPa還是20000MPa，對(duì)軌下基礎(chǔ)剛度都沒(méi)有根本影響。換句話說(shuō)，砂漿墊層難以給板式軌道系統(tǒng)提供彈性作用。 實(shí)踐表明,即使CAM填充層的彈性模量相差100倍,其軌道整體剛度也僅差3 kN/mm, 微乎其微。設(shè)計(jì)CAM填充層的壓縮變形為0.074 mm, 實(shí)測(cè)CAM填充層的動(dòng)位移為0.070.1 mm, 可見(jiàn), 變形很小, 起不到緩沖作用。 真正在板式軌道系統(tǒng)中起彈性作用的，是扣件組成中彈性墊板剛度的大小。當(dāng)彈性墊板剛度從60 kN/mm降至30 kN/mm時(shí)，無(wú)論砂漿墊層彈性模量如何，

15、軌下基礎(chǔ)彈性幾乎提高1倍?？梢?jiàn)， WJ-8B型扣件規(guī)定其彈性墊板靜剛度指標(biāo)為2026kN/mm，是符合板式軌道對(duì)其整體彈性要求的。而軌道合理剛度指標(biāo)，根據(jù)當(dāng)前動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)條件，以1822kN/mm為更佳。2）如何提高板下填充層質(zhì)量水平？ 板式軌道設(shè)計(jì)使用壽命為60年，這對(duì)于軌道板和底座來(lái)說(shuō)問(wèn)題不大，而對(duì)于處在其間的填充層的壽命能不能達(dá)到60年，確實(shí)是一大疑問(wèn)。如果達(dá)不到60年使用壽命，勢(shì)必會(huì)存在修補(bǔ)或更換的問(wèn)題，經(jīng)常修補(bǔ)或更換填充層是很麻煩的，不可思議的。 就板下填充層而言，所謂壽命主要是指其耐久性，而耐久性又主要體現(xiàn)在填充層砂漿的干燥收縮性、耐水性和耐候性等方面。砂漿填充層的干燥收縮是不可避

16、免的，一般是水灰比越大，收縮也越大。 CA砂漿對(duì)溫度非常敏感，為防止夏天凝膠，冬天粘度增大，必須嚴(yán)格管理其可使用時(shí)間及流動(dòng)性?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)踐表明，CA砂漿質(zhì)量難以控制。 此外，還有一個(gè)涉及到諸如材料、拌合、注入、工藝、設(shè)備和環(huán)保等多方面的投入問(wèn)題，特別是大量使用時(shí)的成本低廉性問(wèn)題。 因此，當(dāng)前選擇自密實(shí)混凝土作為一種新型板下填充層材料是明智的。為能在薄平板的軌道板下面高效形成均勻的填充層，仍然必須嚴(yán)格管理其流動(dòng)性，確保板下填充層的灌注質(zhì)量。 自密實(shí)混凝土技術(shù)要求1）自密實(shí)混凝土是由水泥、粉煤灰、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑、膨脹劑和水等經(jīng)配制而成。2）自密實(shí)混凝土的參考配合比（kg/m3）：水泥400

17、、礦粉200、砂845、碎石719、水185、減水劑6.6、膨脹劑36、保水劑0.24和增粘劑3。3）在自密實(shí)混凝土填充層內(nèi)，配置HRB33512鋼筋網(wǎng)片（盤(pán)營(yíng)客專為CRB550級(jí)冷軋帶肋鋼筋焊網(wǎng)），以便與帶有U形筋的軌道板緊密連結(jié)，同時(shí)也可起到控制自密實(shí)混凝土裂縫的生成與擴(kuò)展。4）自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。5）自密實(shí)混凝土要求具有高流動(dòng)度、不離析、填充均勻性和穩(wěn)定性的性能，澆筑時(shí)依靠其自重流動(dòng)，無(wú)需振搗而達(dá)到密實(shí)的混凝土,其自由收縮率應(yīng)小于0.15。6）自密實(shí)混凝土的自密實(shí)性能包括流動(dòng)性、抗離析性和填充性?？刹捎锰鋽U(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間T50等試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè),其性能指標(biāo)應(yīng)符合表的要求。表 自密

18、實(shí)混凝土性能指標(biāo)檢測(cè)項(xiàng)目單位指標(biāo)要求坍落擴(kuò)展度mm700±50擴(kuò)展時(shí)間T50s26含氣量%25泌水率%0塑性膨脹率%01障礙高差BJmm<18L型儀H2/H10.9L儀流動(dòng)時(shí)間T200Ls1018型板式軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)要求見(jiàn)鐵道部工管技2011 68號(hào)文。 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)值得注意1）采用自密實(shí)混凝土作為板式軌道板下填充層材料，工裝簡(jiǎn)單，作業(yè)方便、質(zhì)量易控、成本低廉。2）自密實(shí)混凝土需要有較大的流動(dòng)性能，塌落擴(kuò)展度宜控制在710730mm左右為宜，最低不能低于680mm，否則將會(huì)影響混凝土的可灌性。3）為要確保灌注硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部密實(shí)、均勻，又不分層、不離析、不泌水，在配

19、合比調(diào)試拌合過(guò)程中，應(yīng)添加一定量的外摻料來(lái)提高混凝土的性能。4）為改善自密實(shí)混凝土的和易性能，應(yīng)摻入較大量的礦物摻合料，以降低混凝土水化熱；同時(shí)摻入一定量的混凝土膨脹劑，以補(bǔ)償混凝土收縮，防止混凝土開(kāi)裂。5）自密實(shí)混凝土用水量不宜過(guò)高，在保證自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能前提下，應(yīng)盡量降低水膠比，所以應(yīng)采用聚羧酸系列高效減水劑；而且由于板式軌道施工線路較長(zhǎng)，必須確保混凝土的可工作時(shí)間，混凝土從攪拌、運(yùn)輸?shù)焦嘧⒍急仨氁辛己玫墓ぷ餍阅堋?）采用自密實(shí)混凝土灌注形成的板下填充層，對(duì)精調(diào)后的軌道板位置、標(biāo)高精度影響較小，影響誤差在允許范圍內(nèi)。7）硬化后的自密實(shí)混凝土層與軌道板接觸面，有可能會(huì)產(chǎn)生微小、均勻分布的氣孔，但不會(huì)影響混凝土與軌道板的粘結(jié)效果，對(duì)板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的使用和耐久性能影響較小。8）在灌注硬化后的混凝土與軌道板的四周接觸界面處，由于新老混凝土的收縮速率不一致，有可能產(chǎn)生收縮裂縫。因此，施工中應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并采用防水處理，避免產(chǎn)生危害。9）加強(qiáng)對(duì)原材料的嚴(yán)格管理是十分必要的。10）為確保自密實(shí)混凝土的品質(zhì)，除理論參考配方外，必需實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)配合比。3.4 底座3.4.1 底座外形尺寸1）武漢城軌鐵路路基上厚度240 mm，寬度3100mm ，長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)3塊軌道板長(zhǎng)； 橋梁上厚度190mm，寬度2900mm，長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)1塊軌道板長(zhǎng)；隧道內(nèi)厚度190mm，寬度2900 mm，長(zhǎng)度