無碴軌道對橋梁的要求

1、 無碴軌道對橋梁技術(shù)要求王平 1 三種無碴軌道的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計特點一、已有研究成果（1）板式軌道 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成軌道板(PRC或RC）CA砂漿彈性調(diào)整層凸形擋臺混凝土底座 結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)高度低、自重輕；軌道板預制，現(xiàn)場工作量少；可修復性強；初期投資大。結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成（圓形凸形擋臺）結(jié)構(gòu)組成（半圓形凸形擋臺）（2）長枕埋入式 結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)耐久、可靠；制造、施工簡單；初期投資相對小；特殊條件下可修復。 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成穿孔軌枕混凝土道床板隔離層(或彈性墊層)混凝土底座結(jié)構(gòu)組成（3）彈性支承塊式 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成彈性支承塊 (支承塊、橡膠套靴、大橡膠墊板）混

2、凝土道床板隔離層混凝土底座 結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)設(shè)計特點結(jié)構(gòu)減振性能好；制造、施工簡單；初期投資相對較大；特殊條件下可修復。2 高速鐵路無碴軌道設(shè)計荷載 列車運行速度與軸重直接影響設(shè)計荷載的取值，考慮我國高速列車與中速列車共線運行的運輸組織模式，在動力仿真計算分析中，高速列車采用德國ICE2機車（最高速度300km/h、軸重195kN），中速列車采用SS8電力機車和DF11內(nèi)燃機車（最高速度160km/h、軸重230kN）； 根據(jù)動力仿真計算結(jié)果，采用了動輪載計算值較大的德國ICE2型作為確定其設(shè)計荷載的機車類型。 設(shè)計靜輪重：P0195/2=97.5kN 設(shè)計動輪載：PdP0 (為動載系數(shù)，取3

3、.0) 300kN 2.1動力學計算模型2.2 靜力計算(三層疊合梁模型）（1）長枕埋入式與彈性支承塊式沿鋼軌縱向，采用將鋼軌和道床板作為雙重彈性基礎(chǔ)疊合梁的簡化力學模式進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算；沿垂直鋼軌方向，采用彈性基礎(chǔ)上有限長梁的簡化力學模式進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。 靜力計算模型（2）板式軌道板式軌道靜力計算采用有限元分析模型。因鋼軌為細長構(gòu)件，可視為梁看待，其支承彈性由扣件的軌下膠墊提供，并假定每一鋼軌聯(lián)結(jié)扣件處為一線性彈簧支承。軌道板作為板單元，板下的CA砂漿層作為線性彈簧支承體。 板式軌道結(jié)構(gòu)應力計算模型3、高速鐵路高架橋上無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗研究對上述三種結(jié)構(gòu)型式的無碴軌道進行了結(jié)構(gòu)細部設(shè)計

4、與部件試制，并在實驗室內(nèi)按設(shè)計要求分別鋪設(shè)了10m長的實尺軌道模型；通過對實尺軌道進行振動加載、疲勞與落軸試驗，考察軌道的結(jié)構(gòu)強度與動力性能；初步提出高架橋上無碴軌道的施工方案；提出了高速鐵路無碴軌道橋梁徐變上拱的限值與控制措施；初步分析了高速鐵路高架橋上無碴軌道的動力特性與車輛走行性能； 室內(nèi)無碴軌道實尺模型（板式）無碴軌道實尺模型（彈性支承塊式）長枕埋入式模型疲勞試驗落軸試驗3.1 試驗得出的主要結(jié)論（1）結(jié)構(gòu)強度： 在單點最大荷載250KN作用過程下，道床板的表面應變成線性增長；疲勞試驗前后，應變值未發(fā)生變化，三種結(jié)構(gòu)的強度滿足設(shè)計要求；從枕上壓力的測試結(jié)果看，彈性支承塊式鋼軌支點壓力的

5、分配較其它兩種均勻；從荷載作用下的鋼軌位移看，彈性支承塊式最大，長枕埋入式最小。支點壓力分配及鋼軌位移軌道結(jié)構(gòu)型式荷載作用點下支點壓力分配比例鋼軌位移（mm）長軌枕埋入式450.71彈性支承塊式33371.872.02板式軌道48501.241.50（2）落軸試驗結(jié)果 軌道結(jié)構(gòu)型式彈性系數(shù) K（KN/mm）阻尼系數(shù) C（KNs/m）長軌枕埋入式1161286571彈性支承塊式59728598板式軌道8710563874、橋上軌道狀態(tài)的調(diào)整有碴軌道：通過道碴層、扣件進行調(diào)整；無碴軌道：只有通過扣件系統(tǒng)進行調(diào)整。影響橋上無碴軌道不平順的因素 預應力混凝土橋梁的徐變上拱； 墩臺基礎(chǔ)的不均勻沉降； 列

6、車荷載產(chǎn)生的撓度； 梁體上、下緣的不均勻溫差4.2 橋梁徐變上拱的限值與控制 基于高速暫規(guī)中對橋梁徐變上拱的限值要求（2cm），以及大量實測資料的統(tǒng)計分析，得出無碴軌道橋梁徐變上拱設(shè)計限值： （11.6450.30）ft2.0 ft1.34cm橋梁徐變上拱的影響因素（1）與設(shè)計有關(guān)的因素 橋梁的恒、活載設(shè)計彎矩比； 恒載作用下橋梁截面下緣的應力水平。（2）與施工有關(guān)的因素 水灰比與水泥用量； 骨料的力學性能； 施加二期恒載的時間間隔。橋梁徐變上拱的控制措施（1）設(shè)計方面 增加梁高； 采用部分預應力混凝土結(jié)構(gòu)（2）施工方面 盡量減少水泥用量； 選用彈性模量較高的骨料； 盡量延長施加二期恒載的時間

7、間隔。5、秦沈客運專線橋上無碴軌道的研究與設(shè)計 在前期理論分析與室內(nèi)試驗的的基礎(chǔ)上，結(jié)合秦沈客運專線具體的運營條件和線路條件，最終選定在國外高速鐵路上應用較為成熟的長枕埋入式和板式無碴軌道結(jié)構(gòu)，并分別在秦沈客運專線高速試驗段的沙河、狗河與雙何特大橋上鋪設(shè)（均在700m左右）。 5.1 長枕埋入式無碴軌道（沙河）混凝土底座道床板（現(xiàn)澆）穿孔軌枕扣件系統(tǒng)（1）混凝土底座底座與梁體預埋鋼筋連接成整體 ；在底座兩端的中部設(shè)置了限位凹槽；底座與上部道床板之間設(shè)隔離層或彈性墊層；C40級混凝土。 （2）混凝土道床板道床板由橫向穿孔軌枕與C40 填充混凝土組成；24m梁跨內(nèi)每線設(shè)置6塊道床板；道床板頂面設(shè)2

8、的人字坡。 （3）橫向穿孔軌枕與道床板成為整體，共同承載；穿孔軌枕的設(shè)計必須滿足道床板的橫向上側(cè)設(shè)計彎矩的要求；長度2.5m；5.2 板式軌道（狗河、雙何）混凝土底座及凸形擋臺預制軌道板CA砂漿調(diào)整層扣件系統(tǒng)（1）混凝土底座及凸形擋臺底座結(jié)構(gòu)按梁體產(chǎn)生此撓度換算得出的彎曲力矩設(shè)計；底座與凸形擋臺均通過預埋鋼筋與梁體相連；曲線超高在底座上設(shè)置；沿線路方向每隔5m設(shè)一橫向伸縮縫 。凸形擋臺的功能凸形擋臺作為板式軌道結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，設(shè)置于混凝土底座兩端的中部，用以限制軌道板的縱、橫向移動 ；其直接承受由鋼軌傳遞到軌下基礎(chǔ)的縱向力和橫向力，包括：梁軌間相互作用產(chǎn)生的縱向力、溫度變化引起的軌道板伸

9、縮力、軌道的橫向抗力、起動與制動力、輪軌間的橫向作用力等；凸形擋臺外形在梁跨的端部為半圓形，在梁跨中部均為圓形，其半徑為250mm，高度為250mm。 凸形擋臺的受力圖式（2）雙向預應力混凝土軌道板采用部分預應力混凝土結(jié)構(gòu)；配筋對稱于截面中心；C60級混凝土；標準板尺寸：4.932.40.19m端部缺口半徑300mm（3）CA砂漿調(diào)整層CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料（砂）、混合料、水、鋁粉、各種外加劑等多種原材料組成，其作為板式軌道混凝土底座與軌道板間的彈性調(diào)整層，是一種具有混凝土的剛性和瀝青的彈性的半剛性體。 我國對板式軌道CA砂漿開展了為期3年的科研攻關(guān)工作，針對性地提出了CA砂漿的性能

10、指標及試驗方法，研制出的CA砂漿各項性能指標均達到或接近國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平。5.3 路/橋、無碴/有碴軌道過渡段 由于無碴軌道與有碴軌道之間的豎向剛度不同、橋臺與臺后路基工后沉降的差異，為了保證列車運行安全性、減小列車通過時引起的振動、提高乘坐舒適性，在銜接處應設(shè)置一定長度的過渡段； 過渡段的長度主要由路橋過渡段工后沉降差引起的軌面彎折角的限值控制。根據(jù)動力仿真計算結(jié)果，確定過渡段長度為25m（臺后路基工后沉降限值5cm）。 （1）線路上部結(jié)構(gòu)采取的過渡措施 在過渡段較軟一側(cè)，增大軌道的豎向剛度。 通過增大軌排的抗彎模量來增加軌道的剛度。 在過渡段較硬一側(cè)，減小軌道的豎向剛度。 在與有碴軌

11、道相鄰的第一跨無碴軌道梁上，在道床板與底座之間設(shè)置微孔橡膠彈性墊層。 過渡段設(shè)置輔助軌（2）線路下部結(jié)構(gòu)采取的過渡措施 橋頭設(shè)置混凝土搭板 加筋土路基結(jié)構(gòu) 基床表層填筑級配碎石，基床表層以下以A、B組粗粒土填筑，其間分層鋪設(shè)土工格柵。 級配碎石填筑5.4 與無碴軌道有關(guān)的橋梁設(shè)計要求無碴軌道橋梁高度適當增加（20cm ）；為減少梁體徐變上拱對軌道的影響，設(shè)計要求：底座施工應在梁體預應力張拉結(jié)束至少60天后進行；底座施工完成后，墩臺沉降不超過20mm；梁體預埋連接鋼筋；橋面設(shè)置良好的防、排水系統(tǒng)。二、高速客運專線無碴軌道對橋梁設(shè)計的更高要求1、無碴軌道鋪設(shè)原則最大跨度不超過80m（含80m）的特

12、大橋；一座橋上同時鋪設(shè)有碴軌道和無碴軌道，在兩種軌道結(jié)構(gòu)結(jié)合部位對列車運行平穩(wěn)性、安全性產(chǎn)生影響，且兩種軌道的維修工作量不一致，在兩種軌道之間還必須設(shè)置過渡段，因此，原則上一座橋上宜鋪設(shè)一種類型軌道結(jié)構(gòu)；受地下水開采、煤炭開采以及地質(zhì)斷裂帶影響地段的橋梁，不宜采用無碴軌道。長度超過500m（含500m）、地質(zhì)條件較好的隧道。由于無碴軌道的曲線超高調(diào)整較為困難，曲線半徑小于7000m地段宜鋪設(shè)有碴軌道。無碴軌道宜集中鋪設(shè)。 二、梁端轉(zhuǎn)角及沉降、錯位對扣件受力的影響0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0

13、.022040008000120001600020000240002800032000P/NX /rad 小阻力拉力 小阻力壓力 II型拉力 II型壓力梁端轉(zhuǎn)角對扣件受力的影響0.00.20.40.60.81.002000400060008000100001200014000P/NX /mm 小阻力扣件拉力 II型扣件拉力兩梁豎向錯位對扣件上拔力的影響橫向錯位對軌道受力的影響合理的梁端縫從軌道受力及振動來看，扣件間距不宜超過700-720mm，扣除枕寬及枕距梁邊緣的距離后，對長大連續(xù)梁橋梁端縫不宜過寬?？烧{(diào)支座的研制和應用3、車橋動力作用較有碴軌道復雜（1）軌道板在車橋耦合振動中不可忽略。（2）扣件調(diào)高后將影響其橫向剛度，導致車橋橫向振動更為復雜。（3）橡膠墊層老化后，嚴重影響扣件的剛度，使橋梁所受沖擊作用力增大，橡膠墊層的使用壽命應較有碴軌道短。4、無碴軌道橋上無縫線路（1）安全儲備低于有