第7章 無砟軌道

無軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)

（無砟軌道結(jié)構(gòu)）無砟軌道分類

為敘述方便，此處將無砟軌道分為三大類：枕式無砟軌道、板式無砟軌道、其他型式的無砟軌道。枕式無砟軌道：短枕(支承塊)式長枕式板式無砟軌道：單元板式軌道連續(xù)板式軌道浮置板軌道其他型式無砟軌道：整筑式軌道彈性整體軌道連續(xù)墻式軌道梯子形軌道一、枕式無砟軌道1、支承塊式軌道2、彈性支承軌道3、長枕埋入式軌道4、雙塊式軌道1．支承塊式無砟軌道普通鐵路和地鐵上最常用的無砟軌道。在堅實基礎(chǔ)（巖石、隧道抑拱及混凝土橋面）上，布設(shè)道床鋼筋網(wǎng)，將鋼軌、扣件連同支承塊定位，現(xiàn)場澆筑混凝土道床。支承塊材料有短木枕、混凝土支承塊及塑料等。我國堅實基巖隧道內(nèi)支承塊式無砟軌道我國隧道抑拱上支承塊式無砟軌道預(yù)制鋼筋混凝土，混凝土強度C40-50，500mm×200mm×200mm上小下大倒梯形。支承塊上承軌槽依扣件類型設(shè)計?！锘炷林С袎K底面人字坡、伸出鋼筋，以利與道床混凝土連接和排除支承塊底部空氣。厚度300-400mm，寬度約2.4m，每隔6.25m(洞口)或12.5m(中部)設(shè)斷縫?；炷恋来睠30混凝土。道床底部按220mm間距雙向布設(shè)φ14鋼筋，或按200mm間距雙向布設(shè)φ10鋼筋，每公里用約22-24噸鋼筋。北京和天津地鐵中心水溝支承塊式整體軌道

根據(jù)排水溝設(shè)置的位置不同，可分為中心水溝式、單側(cè)溝式和雙側(cè)溝式。結(jié)構(gòu)簡單、造價低，施工簡便，進度快。中心水溝的特點不設(shè)側(cè)溝，隧道邊墻底較高，工程量減少，不在邊墻附近進行爆破，邊墻穩(wěn)定性好。無法滿足地下水較豐富的隧道內(nèi)排水要求。道床混凝土削弱較多，容易發(fā)生縱向裂紋。不建議采用。★短木枕支承塊軌道我國鐵路上采用的短木枕式無砟軌道

600×160×220mm短木枕埋入道床。短木枕的更換要求采用中心水溝式。道床多為素混凝土。我國1968年以前基本上都采用該型式。前蘇聯(lián)地鐵也鋪設(shè)過該道床。北京地鐵在道床過渡段上采用了梯形短木枕拼接式整體道床。短本枕具有彈性，易于調(diào)整軌距和水平，扣件簡單，但使用壽命較短，普通鐵路上已不再用?！锼芰现С袎K軌道支承塊采用塑料材質(zhì)制作，四周及底部還可設(shè)橡膠套。國內(nèi)曾進行過研究，但因造價昂貴，未能實施。奧地利等地鐵鋪有這種軌道。2．彈性支承軌道彈性支承軌道分為彈性短軌枕軌道和彈性長枕軌道。彈性短枕軌道又稱低振動軌道(LVT)，瑞士發(fā)明，1966年首次試鋪于瑞士Bozberg隧道，1974年在Heitersberg隧道內(nèi)鋪設(shè)。支承塊改為短軌枕，枕下設(shè)膠墊、橡膠包套包住短枕、角鋼連接短枕、填充砂漿粘接。1994年英吉利海峽隧道內(nèi)取消了連接兩短枕的角鋼和枕下填充的砂漿。彈性短軌枕無砟軌道我國秦嶺隧道內(nèi)的彈性短枕軌道軌下膠墊及枕下膠墊為軌道提供了良好的垂向彈性，包套為軌道提供了良好的橫向彈性，因此軌道具有較好的減振降噪效果。枕下膠墊剛度依據(jù)減振降噪要求確定，可在6-160kN/mm范圍變化。北京地鐵東四十條站試鋪了該軌道，實測車輛軸箱加速度值較一般地段整體道床減少30％左右，與有砟軌道相比，減振效果可達6-8dB?！飶椥远陶碥壍赖膬?yōu)勢美國：華盛頓、巴爾的摩、亞特蘭大、費城等地鐵英國：英吉利海峽隧道，速度160km/h德國、法國、意大利、日本：地鐵我國：秦嶺、烏鞘嶺隧道，速度160km/h。廣州地鐵?！飶椥远誊壵碥壍赖膽?yīng)用情況★彈性短枕軌道的構(gòu)造短軌枕：

▼尺寸600×300×220mm，尺寸要求嚴(yán)格；▼上大下小倒梯形、帶帽沿；▼C50級普通鋼筋混凝土預(yù)制件；▼埋深120-150mm。橡膠包套：▼厚度7mm，尺寸要求嚴(yán)格；▼四周側(cè)面設(shè)溝槽，枕底接觸面無溝槽；▼靜剛度140-160kN/mm；▼使用壽命約30年，可更換。枕下膠墊▼12mm厚微孔(或泡沫)橡膠墊，上下表面均設(shè)溝槽，以調(diào)整膠墊剛度。▼車度較高或減振要求不高，膠墊剛度宜稍高，如秦嶺隧道95-110kN/mm。▼車速較低或減振要求較高，膠墊剛度可盡量降低，如廣州地鐵定為30-40kN/mm。▼美國地鐵將剛度降至10kN/mm以下，具有很好減振降噪效果?；炷恋来玻酣嫈嗝娉叽?400×350mm；▼C40級現(xiàn)澆鋼筋混凝土澆筑；▼配筋與支承塊式無砟軌道相同。★彈性短枕軌道的問題短枕尺寸的問題短枕埋深與支承剛度的問題彈性短枕軌道的穩(wěn)定性及其是否能在高速鐵路上使用的問題★彈性長枕軌道2.5m長預(yù)應(yīng)力軌枕，道床變寬，埋深減小(道床可減薄)，可有效解決彈性短枕軌道穩(wěn)定性、包套積水等問題，正處于試驗階段。3．長木枕埋入式無砟軌道長木枕埋入式軌道鋼筋混凝土埋入式軌道道岔區(qū)軌枕埋入式軌道(1)長木枕埋入式軌道1956年，我國曾在吉沈線某隧道內(nèi)鋪設(shè)長木枕埋入式軌道。2.5m長標(biāo)準(zhǔn)木枕、道釘扣件、中心水溝式素混凝土道床。(2)普通鋼筋混凝土長枕埋入式軌道軌枕長度約2.1m，枕上預(yù)留圓孔讓道床內(nèi)縱向鋼筋穿過，加強軌枕與道床的聯(lián)結(jié)。設(shè)側(cè)向排水溝。軌排法施工，進度快。上海和新加坡地鐵鋪設(shè)該種軌道。

普通鋼筋混凝土長枕埋入式無砟軌道(3)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土長枕埋入式軌道★德國Rheda軌道1972年聯(lián)邦德國鐵路在Rheda車站修建了長枕埋入式軌道試驗段。因Rheda車站而得名，經(jīng)多次改進，后發(fā)展為Rheda2000雙塊式軌道。

土質(zhì)路基15cm厚水泥混合土20cm厚泡沫混凝土支承保溫層14cm厚C35連續(xù)配筋混凝土道床板3cm厚C25混凝土調(diào)整層B70S預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土枕3孔直徑50mm，縱向穿45mm鋼棒排水暗溝地樁墻表面堆砟傳統(tǒng)Rheda軌道UIC鋼軌和VOSSLOH扣件B70軌枕調(diào)整層支承層連續(xù)澆注鋼筋混凝土層Rheda軌道的改進及演化將軌枕上的預(yù)留孔改為4個及5個、取消環(huán)形箍筋、連續(xù)配筋混凝土板和軌枕間混凝土同時灌筑。除路基上Rheda軌道以外，還設(shè)計了隧道和橋上Rheda軌道結(jié)構(gòu)，并大量地進行推廣應(yīng)用。為減少新舊混凝土間裂紋，將預(yù)應(yīng)力軌枕改為桁架筋，發(fā)展成為目前廣泛應(yīng)用的Rheda2000雙塊式軌道。德國路基上Rheda無砟軌道

德國隧道內(nèi)Rheda無砟軌道

德國橋上Rheda無砟軌道

用于Bongeberg的Rheda軌道UIC鋼軌和VOSSLOH扣件B301軌枕調(diào)整層連續(xù)現(xiàn)澆鋼筋混凝土層軌道高度650支承層★秦沈線長枕埋入式無砟軌道秦沈線沙河特大橋上，我國首次采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土長枕埋入式無砟軌道。無砟軌道主要由：鋼筋混凝土底座、隔離層（或彈性墊層）、鋼筋混凝土道床板、WCK型軌枕、60kg/m鋼軌及WJ-2型扣件組成。秦沈線沙河大橋上的長枕埋入式無砟軌道實景

平面布置圖

4140長、3100寬現(xiàn)澆鋼筋混凝土道床板

60mm寬伸縮縫

1米見方、高130mm限位凸臺

側(cè)面布置圖

支點間距600mm

橫斷面圖

橋面

寬3100mm、厚250mm、C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座

寬3100mm、厚300mm、C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土道床板

1.2TQF-1防水隔離層或12mm橡膠墊層

7mm橡墊層

2.5mWCK預(yù)應(yīng)力軌枕★遂渝線軌枕埋入式無砟道岔▼試驗段鋪設(shè)了4組18號無砟道岔，4組12號無砟道岔。▼岔枕：桁架鉸接式岔枕，C50鋼筋混凝土預(yù)制件。▼道床板：C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土，道床板長度25～55m，每隔6m設(shè)一橫向伸縮假縫，各段寬度依道岔尺寸不同，厚度為350mm。▼底座：C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土，每隔30m左右設(shè)一橫向假縫，厚度350mm。4．雙塊式軌道德國Rheda2000雙塊式軌道德國旭普林雙塊式軌道我國遂渝線雙塊式軌道★德國Rheda2000軌道UIC60鋼軌和VOSSILOH扣件B355.3W60M雙塊式軌枕鋼筋混凝土連續(xù)現(xiàn)澆道床板水硬性支承層軌道高度793完工后的Rheda200軌道★旭普林軌道UIC60鋼軌VOSSLOH300-1扣件B361W60－1型雙塊式軌枕旭普林軌道雙塊式軌枕的振動壓入施工★遂渝線雙塊式無砟軌道的雙塊式軌枕遂渝線雙塊式無砟軌道★雙塊式軌道的問題裂紋寬度控制問題連續(xù)現(xiàn)澆與單元式軌道問題縱向鋼筋位置及強度問題支承層彈性模量的問題二、板式無砟軌道1．普通鋼筋混凝土板式無砟軌道日本、德國及我國都要用過普通鋼筋混凝土板式軌道。日本A型軌道板分部分預(yù)應(yīng)力和普通鋼筋混凝土板兩類。山陽新干線和既有窄軌鐵路上采用普通鋼筋泥凝土板，其余新干線采用預(yù)應(yīng)力板。1981年在皖贛線溶口隧道內(nèi)鋪設(shè)了板式軌道。軌道板尺寸約為4120×2400×195mm，C50級混凝土，板內(nèi)雙層雙向配置普通鋼筋。板上預(yù)留CA砂漿注入孔?；A(chǔ)是在抑供混凝土上用C20級素混凝土澆筑，在基礎(chǔ)上設(shè)鋼筋混凝土方柱，限制軌道板的縱橫向位移。

我國普通鋼筋混凝土板式軌道

2、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板式無砟軌道橋面混凝土墊層及梁體鋼軌軌道板扣件系統(tǒng)凸形擋臺CA砂漿(1)日本的板式軌道為適應(yīng)高速行車的需要及解決無砟軌道維修困難，日本國鐵于1971年成立了“板式軌道研究會”，提出板式軌道須滿足四個基本條件：建筑費在普通軌道的兩倍以內(nèi)；具有與普通軌道同樣的彈性和足夠的強度；施工方法比較簡使，施工日進度為200m以上；一旦軌道出現(xiàn)病害，可以進行修整。日本研究過程中試鋪了M、L、A型軌道板。M型軌道板由四個橡膠支座支承，類似于浮置板軌道。L型軌道板支承在沿鋼軌方向呈帶狀的混凝土基座上。試鋪后發(fā)現(xiàn)M和L型軌道板裂紋嚴(yán)重，A型情況良好。單元式軌道板＋CA砂漿＋凸臺＋底座板日本A型軌道板日本A型框架板隧道內(nèi)的日本A型框架板式無砟軌道軌道板A型軌道板為單元板，尺寸4950×2400×190mm，軌下截面厚度為160mm。采用C50級混凝土板內(nèi)雙層雙向于截面中性軸處配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，上下兩層配置普通鋼筋。板上預(yù)留CA砂漿注入孔，將板定位后，從注入孔注入CA砂漿。底座板底座板20-60m分段，段間設(shè)伸縮縫和剪力銷，以利整體受力。底座板寬度2800mm、厚300mm。C30-C40級現(xiàn)澆鋼筋混凝土。雙向雙層配筋。CAM砂漿50-100mm厚度的CAM砂漿設(shè)置軌道板和底座板間，構(gòu)成上下硬而中間軟的“夾心面包”式結(jié)構(gòu)，是日本A型軌道成功的重要條件。CAM砂槳由水泥、瀝青乳劑、細砂、膨脹劑和速凝劑等組成，將提供強度的砂漿和提供彈性的瀝青有機結(jié)合。CAM砂漿彈性性模量為200-600MPa，日本已能做到100MPa左右。CAM砂漿可在軌道板下直接灌注，也可采用袋裝灌注。A型板式軌道將垂向力與水平力分開傳遞，CAM砂漿只承受垂向荷載，水平荷載由設(shè)于底座上的凸形擋臺承受。CAM砂漿的功能(1)施工調(diào)整(2)緩沖協(xié)調(diào)(3)傳遞垂向力(4)阻斷裂紋(5)提供少量彈性(6)提供少量水平阻力凸形擋臺凸形擋臺設(shè)于底座板上，圓柱形，直徑200mm，高度與軌道板表面齊平。軌道板兩端中央設(shè)有半徑為250mm的半圓形缺口，缺口與凸形擋臺間的空隙用CAM砂漿填充。凸形擋臺與軌道板間填充CAM砂漿的作用：(1)緩解溫度力(2)緩解列車縱橫向沖擊作用。凸形擋臺的功能：(1)傳遞縱橫向水平力(2)作為軌道板鋪設(shè)和整正時的基準(zhǔn)點。A型板式軌道的特點板傳力路線清楚、部件功能明確、以CAM砂漿層傳遞垂向力、以凸形擋臺傳遞水平力。單元式軌道板與相對連續(xù)的底座板良好配合、結(jié)構(gòu)合理、施工及維護方便。CAM砂漿層在高寒地區(qū)的耐久性成問題?！锶毡就临|(zhì)路基上RA型軌道板

穩(wěn)定性差，單板傳遞縱橫向力不可靠300mm厚砂礫層200mm厚瀝青混凝土，代替鋼筋混凝土底座板40mm厚CAM砂漿調(diào)整層1150mm寬小板，每板2組扣件10mm寬伸縮縫(2)我國板式無軌道秦沈線狗河特大橋、遂渝線中國首條無砟軌道綜合試驗段上鋪設(shè)了板式軌道，又稱1型板式軌道。板式軌道主要由60kg/m鋼軌、WJ—2(-7)型扣件、預(yù)制軌道板、CAM砂漿、鋼筋混凝土底座組成。24m梁跨內(nèi)每線布置5塊軌道板，板間間隙除梁端外均為70mm。軌道板分為A、B、C三種類型，A型長4.930m，B、C型長4.765m，A型用于跨中，B型用于梁端,C型用于過渡段。與橋頭路基相鄰的一跨梁為過渡段，軌道板與底座之間設(shè)置12mm微孔橡膠彈性墊層。板式軌道平面布置

板式軌道側(cè)面布置

板式軌道斷面

秦沈線狗河大橋板式軌道施工過程實景

秦沈線板式軌道遂渝線實體板式無砟軌道遂渝線框架板式無砟軌道★我國板式軌道的特點結(jié)構(gòu)尺寸與日本A型板式軌道基本相同?？奂挠脟a(chǎn)WJ-7、8扣件。軌道板及凸形擋臺內(nèi)鋼筋進行絕緣處理。軌道與凸形擋臺間改用樹脂填充。3．防振板式軌道日本開發(fā)了減振降噪的C、D和E型三種防振軌道板軌道，已在東北鐵路試驗段上鋪設(shè)。C型防振板軌道：表面凹凸普通鋼筋混凝土軌道板，170-320mm厚，板重7.7t(A型板的1.4倍)。板下鋪25mm厚橡膠層，板下40mm厚CAM砂漿層。直接在A型軌道板下設(shè)橡膠層的減振動板式軌道，我國在秦沈線和遂渝線都采用過，減振效果不明。D型防振軌道板：軌道板底面涂一層環(huán)氧樹脂，而后撒上尿烷樹脂和熱融性膠質(zhì)粉末的混合物，經(jīng)過輾壓，厚度25mm。E型防振軌道板：由框架板和隔振部件組成，中間空隙還可放入石砟以起消音作用。4．縱連板軌道VOSSLOH300型扣件板厚1/3深的假縫橫向按軌枕設(shè)計先張預(yù)應(yīng)力，縱向非預(yù)應(yīng)力為安裝VOSSLOH300型扣件須對承軌槽進行機加工為進行機加工須采用超細水泥逐塊定位，不可互換板間設(shè)6根鋼筋，鋪設(shè)定位后施加300kN預(yù)拉力進行縱連德國博格板式軌道縱連式博格軌道板＋BMZ砂漿＋HGT層或底座200mm厚寬度2550mm橫向先張預(yù)應(yīng)力博格軌道板30mm厚BMZ高彈模砂漿，傳遞垂向、縱橫向水平力300mm厚HGT層或貧混凝土(路基上)或鋼筋混凝土連續(xù)現(xiàn)澆底座板(橋上)遂渝線路基上縱連板式無砟軌道普通雙向后張部分預(yù)應(yīng)力軌道板WJ-7型