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、盤營客專鐵路軌道培訓班講義）西南交通大學土木工程學院 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營客專鐵路板式無砟軌道，在總結(jié)我國既有無砟軌道研究與應用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新研究成果，并借鑒成灌線的經(jīng)驗，研發(fā)并提出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的CRTS型板式無砟軌道。1.2 自主創(chuàng)新。CRTS型板式無砟軌道是對既有無砟軌道的優(yōu)化與集成,其主要創(chuàng)新點是:改變了板式軌道的限位方式、擴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)計理論體系等方面。1）板下填充層材料型板式軌道通過軌道板板下兩排U形筋，將內(nèi)

2、設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實混凝土與軌道板可靠連接成復合結(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裂；自密實混凝土與CAM填充層相比較，其工藝簡單、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形筋自密實混凝土底座凹槽的限位方式，徹底取消了型板的凸臺、型板的端刺限位方式。同時也取消了作為板下填充層材料用的CA砂漿。從而，可簡化施工工藝，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擋肩板為有擋肩板，配套彈性不分開式扣件，有利于降低軌道剛度，提高軌道彈性。1.3 中國模式CRTS型板式無砟軌道已在成灌鐵路成功鋪設(shè)，迄今運營狀態(tài)良好。武漢城市圈城際鐵路經(jīng)再行優(yōu)

3、化、完善后的CRTS型板式無砟軌道施工圖，可用于武漢城市圈城際鐵路。我們有理由相信，通過建設(shè)及運營實踐的不斷考核與檢驗，最終必將形成中國板式無砟軌道模式。2武漢城軌與盤營客專鐵路型板式軌道結(jié)構(gòu)2.1 結(jié)構(gòu)組成CRTS型板式無砟軌道是由鋼軌、彈性不分開式扣件、預制有擋肩軌道板、內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實混凝土填充層、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)，軌道板間無連接。2.2 軌道結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)武漢城軌與盤營客專鐵路所用CRTS型板式無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

4、橫斷面圖表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營客專鐵路鋼軌類型U71Mn(K) 60U71Mn(K) 60定尺長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長度mm53505600寬度mm25002500厚度mm190210混凝土強度等級C60C60填充層材料C40自密實混凝土C40自密實混凝土厚度mm90100寬度mm25002500長度mm同軌道板長同軌道板長底座厚度mm240（路）、190（橋隧）280（路）、180（橋隧）寬度mm3100（路）、2900（橋隧）3100（路）、

5、2900（橋隧）長度mm路基3塊板長，隧道4塊板長， 橋上1塊板長 路基3塊板長，隧道4塊板長， 橋上1塊板長混凝土強度等級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連接路橋隧板間均無連接結(jié)構(gòu)高度路基mm772842橋梁mm722742隧道m(xù)m722742武漢與盤營在路基、橋梁和隧道地段所用軌道板均為單元板，板間無連接,均支承在鋼筋混凝土底座上，這有利于工程的標準化施工管理。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100m無孔新軌。3.1.2 扣件 1）扣件類型為WJ-8B型有擋肩彈條扣件，有

6、利于降低軌道剛度，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=233 kN/mm； 動剛度 C動=355kN/mm； 動靜剛度比 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、雙向后張法預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級C60，按60（或100）年使用壽命設(shè)計。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）為適應城際軌道交通小半徑曲線地段鋪設(shè)的需要，可視具體情

7、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，通過與內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實混凝土緊密聯(lián)結(jié)，形成復合板結(jié)構(gòu)，以期防止軌道板離縫或自密實混凝土裂縫的出現(xiàn)。3.2.2 軌道板長度1）軌道板長度,自然是越長越重，安放后越穩(wěn)定，越有利于提高工效，但受到預制、運輸?shù)南拗?，以及考慮到基礎(chǔ)一旦變形起道整修的困難和曲線地段鋪設(shè)等問題，又不宜過長，一般以57m左右為限。2）若軌道板較長，又鋪設(shè)在小半徑曲線地段時，有可能會遇到軌道板空間位置如何合理調(diào)整的問題。3）此外, 板長還應考慮主型梁梁型和連續(xù)梁梁跨長度的配板需要，以及尚須考慮配置扣件間距的要求，同時應力求板長標準

8、化，盡量減少異形板的類型。4）現(xiàn)行軌道板標準長度型板：板長4962mm的扣件間距為629mm，板長4856 mm的扣件間距為617 mm；型板：板長6450mm的扣件間距650mm；型板：武漢四線標準板長為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。盤營線標準板長為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。3.2.3 板間有無連接問題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算結(jié)果可知，如果軌道板足夠

9、長，則板端和板中的鋼軌撓度差將會很小，并且車輪載荷通過時,相鄰板兩端的錯位也較小，為此沒有必要把軌道板連接起來。這是考慮在實用中不必擔心板端會有過大的沖擊作用。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，板間無連接，路基地段為縱連板，板間有連接；武漢城軌及盤營客專則在路橋隧地段均采用單元板，板間無連接。這不僅省去縱連的麻煩和隱患，也便于標準化管理。3）至于板間是連接還是不連接問題，各有利弊，各有所得，兩者皆行。一般說，縱連板式軌道整體性好，構(gòu)建復雜，費用較高，維修較差；而單元板式軌道受

10、力明確，結(jié)構(gòu)簡單，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 54962+23685+670=32600mm；24m梁 54856+480=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 65350+5100=32600mm，梁縫處扣件間距641mm；24m梁路基地段 5350 mm長標準板配端部所需長度異形板。盤營客專：32m梁 45600+24925+570=32600mm；梁縫處扣件間距為590mm；24m梁 54856+480=24600mm，梁縫處扣件間距為637mm。路基地段 5600 mm長標準

11、板配端部所需長度異形板。3.3自密實混凝土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)變形時的可維護性。3）承力傳力: 承受由軌道板傳來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。3.3.2 外形尺寸武漢城軌: 長寬均等同軌道板為5350 mm 、2500 mm，厚為90 mm；盤營客專：長寬均等同軌道板為5600 mm 、2500 mm，厚為100 mm。3.3.3

12、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，雷同德國的BZM；3）型板采用彈模高至20000 Mpa以上的自密實混凝土填充層材料，屬于自主研發(fā)并已成功應用的一種新型板下填充層材料。4）運營實踐表明，無論是采用低彈模或高彈?；蛏醺邚椖２牧希勺鳛榘逑绿畛鋵硬牧?。5）因此，從板下填充層的功能來看，將乳化瀝青水泥砂漿改用自密實混凝土是可行的。3.3.4 為什么要采用自密實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 計算分析以上

13、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？表3.3.4給出了三種砂漿墊層彈性模量對軌下基礎(chǔ)剛度影響的計算結(jié)果。表3.3.4 三種不同砂漿墊層彈性模量對軌下基礎(chǔ)剛度的計算結(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BZM20/3060.0/30.0自密實混凝土由表3.3.4計算結(jié)果可知，砂漿墊層彈性模量無論是200 MPa、7000 MPa還是20000MPa，對軌

14、下基礎(chǔ)剛度都沒有根本影響。換句話說，砂漿墊層難以給板式軌道系統(tǒng)提供彈性作用。 實踐表明,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CAM填充層的壓縮變形為0.074 mm, 實測CAM填充層的動位移為0.070.1 mm, 可見, 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。當彈性墊板剛度從60 kN/mm降至30 kN/mm時，無論砂漿墊層彈性模量如何，軌下基礎(chǔ)彈性幾乎提高1倍?？梢?， WJ-8B型扣件規(guī)定其彈性墊板靜剛度指標為2026kN/mm，是符合板式軌道對其整體彈性要求的。而軌道合理

15、剛度指標，根據(jù)當前動車組的運營條件，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)計使用壽命為60年，這對于軌道板和底座來說問題不大，而對于處在其間的填充層的壽命能不能達到60年，確實是一大疑問。如果達不到60年使用壽命，勢必會存在修補或更換的問題，經(jīng)常修補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免的，一般是水灰比越大，收縮也越大。 CA砂漿對溫度非常敏感，為防止夏天凝膠，冬天粘度增大，必須嚴格管理其可使用時間及流動性?，F(xiàn)場作業(yè)實踐表

16、明，CA砂漿質(zhì)量難以控制。 此外，還有一個涉及到諸如材料、拌合、注入、工藝、設(shè)備和環(huán)保等多方面的投入問題，特別是大量使用時的成本低廉性問題。 因此，當前選擇自密實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，仍然必須嚴格管理其流動性，確保板下填充層的灌注質(zhì)量。3.3.5 自密實混凝土技術(shù)要求1）自密實混凝土是由水泥、粉煤灰、細骨料、粗骨料、外加劑、膨脹劑和水等經(jīng)配制而成。2）自密實混凝土的參考配合比（kg/m3）：水泥400、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）在自密實混凝土填充層內(nèi)，配置

17、HRB33512鋼筋網(wǎng)片（盤營客專為CRB550級冷軋帶肋鋼筋焊網(wǎng)），以便與帶有U形筋的軌道板緊密連結(jié)，同時也可起到控制自密實混凝土裂縫的生成與擴展。4）自密實混凝土強度等級為C40。5）自密實混凝土要求具有高流動度、不離析、填充均勻性和穩(wěn)定性的性能，澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實的混凝土,其自由收縮率應小于0.15。6）自密實混凝土的自密實性能包括流動性、抗離析性和填充性?？刹捎锰鋽U展度、擴展時間T50等試驗進行檢測,其性能指標應符合表3.3.5的要求。表3.3.5 自密實混凝土性能指標檢測項目單位指標要求坍落擴展度mm70050擴展時間T50s26含氣量%25泌水率%0塑性膨脹

18、率%01障礙高差BJmm18L型儀H2/H10.9L儀流動時間T200Ls1018型板式軌道自密實混凝土暫行技術(shù)要求見鐵道部工管技2011 68號文。3.3.6 實踐經(jīng)驗值得注意1）采用自密實混凝土作為板式軌道板下填充層材料，工裝簡單，作業(yè)方便、質(zhì)量易控、成本低廉。2）自密實混凝土需要有較大的流動性能，塌落擴展度宜控制在710730mm左右為宜，最低不能低于680mm，否則將會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、均勻，又不分層、不離析、不泌水，在配合比調(diào)試拌合過程中，應添加一定量的外摻料來提高混凝土的性能。4）為改善自密實混凝土的和易性能，應摻入較大量的礦物摻合料，

19、以降低混凝土水化熱；同時摻入一定量的混凝土膨脹劑，以補償混凝土收縮，防止混凝土開裂。5）自密實混凝土用水量不宜過高，在保證自密實混凝土的流動性能前提下，應盡量降低水膠比，所以應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，必須確?；炷恋目晒ぷ鲿r間，混凝土從攪拌、運輸?shù)焦嘧⒍急仨氁辛己玫墓ぷ餍阅堋?）采用自密實混凝土灌注形成的板下填充層，對精調(diào)后的軌道板位置、標高精度影響較小，影響誤差在允許范圍內(nèi)。7）硬化后的自密實混凝土層與軌道板接觸面，有可能會產(chǎn)生微小、均勻分布的氣孔，但不會影響混凝土與軌道板的粘結(jié)效果，對板式無砟軌道結(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，施工中應加強養(yǎng)護，并采用防水處理，避免產(chǎn)生危害。9）加強對原材料的嚴格管理是十分必要的。10）為確保自密實混凝土的品質(zhì)，除理論參考配方外，必需實施現(xiàn)場配合比。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 ，長度對應3塊軌道板長； 橋梁上厚度190mm，寬度2900mm，長度對應1塊軌道板長；隧道內(nèi)厚度190mm，寬度2900 mm，長度對應4塊軌道板長。2）盤營