高速鐵路講義-工務-高速鐵路軌道

高速鐵路軌道中南大學曾志平TelQ:611349631.前言

2.主要無砟軌道結構形式

3.有砟軌道1.前言高速鐵路軌道結構從總體上分為兩大類：有砟軌道、無砟軌道國外運營實踐表明：兩類軌道結構均可保證高速列車的安全運營，但兩類軌道結構在技術經(jīng)濟性方面存在明顯差異。隨著列車速度的不斷提高，有砟軌道結構面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，道砟粉化及道床累積變形的速率隨之加快，必須通過一系列軌道結構強化措施（諸如：采用特級道砟，優(yōu)化道床尺寸，鋪設砟下膠墊、枕下膠墊等），來滿足高速鐵路對線路的高平順性、穩(wěn)定性、減少頻繁線路維修工作的要求。自20世紀50年代開始，世界上很多國家在強化有砟軌道的同時，相繼研發(fā)以“高平順性”和“少維修”為主要目標的多種型式無砟軌道結構。隨著技術經(jīng)濟性的不斷提高，無砟軌道目前已成為世界高速鐵路軌道結構的發(fā)展方向，其推廣應用范圍愈來愈廣，日本、德國、韓國、我國臺灣地區(qū)等后期修建的高速鐵路，無砟軌道所占比例均在90%以上。（1）線路靜態(tài)、動態(tài)平順性高（2）線路維修工作量大幅減少（3）穩(wěn)定性和耐久性好，服務期長（4）提供較大的縱、橫向阻力，線路穩(wěn)定性高。有利于無縫線路的穩(wěn)定，以及困難地段的線路平、縱斷面參數(shù)選擇。（5）避免了特級道砟資源的使用以及高速條件下的道砟飛濺（6）自重輕，減小橋梁的二期恒載（7）結構高度低，改善高速鐵路隧道的通風條件無砟軌道的主要優(yōu)點無砟軌道的主要優(yōu)點（1）軌道結構本身的初期工程投資要大于有砟軌道。（2）無砟軌道的高低調(diào)整能力有限（主要通過扣件系統(tǒng)），特殊情況下，軌道結構破損后的修復和整治困難。（3）無砟軌道彈性較差，輪軌噪聲相對較大。無砟軌道的缺點2主要無砟軌道結構型式無砟軌道結構型式預制板式現(xiàn)澆混凝土式CRTSII型板式（縱連）軌枕埋入式(岔區(qū))雙塊式CRTSIII型板式（單元）CRTSⅠ型雙塊式（埋入式）CRTSⅡ型雙塊式（振動壓入式）板式（岔區(qū)）CRTSI型板式（單元）部分高速鐵路無砟軌道結構型式軌道結構類型應用線路CRTSⅠ型板式遂渝試驗段、石太、廣州新客站、廣深港、廣珠、哈大CRTSⅡ型板式京津城際、遂渝試驗段、京滬、京石、石武、津秦CRTSⅢ型板式成灌鐵路、武漢城市圈城際鐵路、盤錦~營口客運專線、沈陽~丹東客運專線、鄭州~徐州客運專線CRTSⅠ型雙塊式武廣客專，遂渝試驗段合武、溫福、福廈、襄渝、太中銀等線路的長大隧道內(nèi)（6km以上）CRTSⅡ型雙塊式鄭西客專岔區(qū)軌枕埋入式及岔區(qū)板式軌枕埋入式：京津城際、武廣客專、鄭西客專等板式：京津城際、武廣客專、京滬高鐵等2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)結構組成－鋼軌－扣件(含充填式墊板)預制軌道板：－普通混凝土(RC)框架板－普通混凝土(RC)平板－預應力混凝土(PRC)平板凸形擋臺及周圍填充樹脂水泥乳化瀝青砂漿(袋裝灌注、模筑)現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)結構組成-橫、縱斷面圖預制混凝土軌道板

→普通鋼筋混凝土（RC）平板→雙向預應力混凝土（PRC）平板

→普通鋼筋混凝土（RC）框架板C50以上鋼筋混凝土，雙層配筋標準軌道板外形尺寸：4962mm×2400mm×190mm相鄰軌道板間隔縫：70mm2×8組扣件、扣件間距629mm2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)－框架型軌道板的優(yōu)點－降低軌道板的制造成本減少CA砂漿的灌注量（約30％）減小由于日溫差引起的軌道板翹曲自重減小約15％～20％，減小二期恒載改善軌道板鋪設、維修更換的條件2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)扣件系統(tǒng)2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)平墊圈彈條螺母T型螺栓絕緣塊錨固螺栓重型彈簧墊圈平墊塊橡膠墊板預埋套管鐵墊板絕緣緩沖墊板鐵墊板下調(diào)高墊板軌下調(diào)高墊板WJ-7型扣件系統(tǒng)：軌距：-12~12mm；高低：-4~26mm水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度50mm、彈性模量100~300MPa、強度1.8~2.5MPa。需要開發(fā)出不同使用條件的砂漿配方，如：適應溫暖地區(qū)、寒冷地區(qū)用、沿海地區(qū)以及修補用的配方等。2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)水泥乳化瀝青（CA）砂漿2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)水泥乳化瀝青（CA）砂漿2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)凸形擋臺及周圍填充材料凸形擋臺采用C40鋼筋混凝土分圓形、半圓形（梁端處）半徑：260mm；高度：250mm填充材料采用強度高、彈性和抗凍性好的樹脂材料。2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)充填式墊板為適應線下基礎的沉降，研發(fā)了樹脂充填式無級調(diào)高墊板。2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)混凝土底座材料：C40鋼筋混凝土寬度：路基上3.0m，橋上和隧道內(nèi)2.8m；厚度：路基上300mm，橋上和隧道內(nèi)200mm；長度：路基和隧道內(nèi)20～25m，橋上5～10m，伸縮縫20mm。2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)橋上657mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：200路基757mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：300隧道657mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：2002.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋進行絕緣處理軌道板內(nèi)設綜合接地鋼筋和接地端子混凝土底座不作絕緣處理。接地端子環(huán)氧樹脂涂層鋼筋2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)主要施工設備：水泥乳化瀝青砂漿灌注車運板車、鋪板車凸形擋臺樹脂灌注設備充填式墊板施工設備軌道板狀態(tài)調(diào)整及固定裝置2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)主要施工工序：軌道板預制底座及凸形擋臺施工軌道板鋪設CA灌注砂漿凸形擋臺處樹脂灌注長鋼軌鋪設無縫線路施工充填式墊板施工2.1CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng)（1）路基和隧道內(nèi)CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結構鋼軌及扣件混凝土軌道板6.45×2.55×0.2m板間連接件水泥乳化瀝青砂漿厚30mm、彈性模量7000~10000MPa水硬性支承層軌道板橫向設計：按650mm寬軌枕設計2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)預制混凝土軌道板C50以上混凝土，雙層配筋，縱向為普通鋼筋、橫向為預應力鋼筋（先張法）；標準軌道板尺寸：6450mm×2550mm×200mm；軌道板結構按650mm寬的預應力軌枕設計；軌道板間通過6根20mm的精軋螺紋鋼筋縱向連接；軌道板上設2×10組扣件，間距650mm；軌道板每隔650mm預設橫向假縫。2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)－軌道板設計特點－軌道板通過底部刷毛處理，板下調(diào)整層采用高強度的水泥乳化瀝青砂漿，給軌道結構提供橫向抗力；軌道板脫模28天后，利用數(shù)控磨床對承軌槽進行高精度（0.1mm）打磨處理，打磨參數(shù)由布板設計軟件根據(jù)線路平面和縱斷面參數(shù)預先計算確定；每塊軌道板在線路的位置是固定的，出廠前進行編號對應。2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)－軌道板設計特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)（a）板間連接（b）封填寬接縫(C55)－軌道板設計特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)打磨工序完全按照軌道幾何要求－軌道板設計特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)－軌道板設計特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)扣件系統(tǒng)2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)螺旋道釘平墊圈微調(diào)墊板鐵墊板鐵墊板下調(diào)高墊板預埋套管鐵墊板下彈性墊板軌距擋板彈條橡膠墊板絕緣塊WJ-8型扣件系統(tǒng)：軌距：-10~10mm；高低：-4~26mm水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度30mm、彈性模量7000~10000MPa、強度15MPa以上。2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)支承層厚度300mm，寬度2950×3250mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構成，表面拉毛處理。2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)鋼軌彈性不分開式扣件預制軌道板－200mm水泥瀝青砂漿層－30mm連續(xù)底座板－190mm硬泡沫塑料板－50mm（梁縫兩側）滑動層（兩布一膜）－粘貼在梁面?zhèn)认驌鯄K－軌道板及底座限位（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結構2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)結構組成示圖（1）滑動層（兩布一膜）硬質(zhì)泡沫塑料板齒槽及錨固銷釘(梁固定支座處)（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)

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壓力拉力2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)結構組成示圖（2）混凝土底座板：現(xiàn)場澆筑，寬2950mm跨梁縫連續(xù)鋪設在梁固定支座上方，通過預埋錨固銷釘與橋梁固結2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)預制軌道板－橫向施加預應力－板間縱向連接底座板側向擋塊2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)結構組成示圖（3）縱向力的傳遞設計(1)梁面和底座板間設置錨固區(qū)域和“兩布一膜”滑動層，兩者間縱向力的傳遞通過錨固區(qū)域傳遞，減小橋梁伸縮對底座板受力的影響。482.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)采用“端刺+摩擦板”的方案，解決底座板自橋梁至路基過渡的問題，使底座板縱向力在該區(qū)域傳遞至路基，不影響端刺以外路基上的軌道結構。49縱向力的傳遞設計(2)2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)縱向力的傳遞設計(2)通過側向擋塊將軌道結構橫向力傳遞至橋梁。通過側向擋塊的扣壓作用，保證軌道結構的壓屈穩(wěn)定性。51橫向力的傳遞設計2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)軌道板和底座板在橋上為跨過梁縫的連續(xù)結構，預制軌道板結構型式與路基、隧道內(nèi)統(tǒng)一。在橋梁與底座板間設置滑動層，以減小橋梁溫度伸縮對無砟軌道的影響，可避免大跨橋上伸縮調(diào)節(jié)器的設置。底座板在每孔橋梁的固定支座上方，通過在梁體預設固結機構（錨固銷釘和抗剪齒槽）與梁體固結，將縱向力傳遞至橋梁基礎。－橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道技術特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)通過在梁縫處約3.1m范圍的梁面鋪設50mm厚硬泡沫塑料板，減小由梁端轉角對無砟軌道結構的影響。底座板與梁面為滑動狀態(tài)，設置普通側向擋塊對底座板橫向限位；設置扣壓型擋塊，保證底座板的壓屈穩(wěn)定性。通過在臺后路基上設置摩擦板、端刺等結構，使橋梁縱向力不影響路基段軌道結構。－橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道技術特點－2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)（3）與站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋網(wǎng)片進行絕緣處理，軌道板張拉鎖件與螺紋鋼筋間進行絕緣處理。軌道板內(nèi)設綜合接地鋼筋和接地端子。橋上混凝土底座板不作絕緣處理。接地端子縱向接地鋼筋橫向連接扁鋼5×402.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)主要施工工序：軌道板預制水硬性支承層/底座（橋梁地段）施工軌道板鋪設軌道板調(diào)整板下砂漿灌注軌道板縱聯(lián)長鋼軌鋪設無縫線路施工2.2CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)（1）路基上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)雙塊式軌枕要求：承載力高、耐久性強、防腐性能好C50以上混凝土、CRB550級鋼筋（冷軋帶肋鋼筋）2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)雙塊式軌枕2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)道床板厚度260mm，寬度2800mm，由連續(xù)澆筑的C40鋼筋混凝土構成。2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)道床板支承層厚度300mm，寬度3400mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構成，表面拉毛處理，每隔5m左右設置假縫。2.3CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)2.3CRTSⅠ型雙塊