高速铁路无砟铁路施工技术(陆)

1、中南大学本科毕业论文(设计) 论文题目： 无砟铁路施工技术 学生姓名： 陆袁俊 指导老师： 专业班级： 2013级铁道工程专科班（怀铁函授站） 完成时间： 2014年5月 高速铁路无砟铁路施工技术铁道工程专业陆袁俊指导老师摘要:近年来随着我国铁路运输向提速、高速方向发展，对线路质量提出了更高的要求。由于无碴轨道具有维修量小，稳定性好，使用寿命长，全寿命周期费用低，结构高度低，横向轨道阻力大，可避免飞碴，超高、坡度设置灵活等优点。在高速铁路建设中无碴轨道受到重视，得到了广泛应用。学习借鉴国外的无碴轨道技术，对于提高我国高速铁路建设水平，加快无碴轨道技术发展，具有重要意义。同时结合国内施工经验论述

2、无碴轨道施工技术。关键词:高速；无碴轨道；施工技术第1章 绪论铁路是一个国家重要的基础设施，国民经济的大动脉和大众化的交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。但是，速度的劣势一度使这一传统行业处于竞争危机之中。1964年，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，达到当时最高运行速度240Km/h，从此高速铁路在世界发达国家迅速崛起，获得蓬勃发展，在世界范围内引发一场深刻的交通革命。1.1 课题研究背景和意义高速铁路是20世纪交通运输领域的重大成果，是一个专业面极广、技术先进成熟的庞大系统工程，是人类共有财富。高速铁路具有深刻的社会价值和巨大经济价值，相对传统铁路交通它具有速度快、运能

3、大、安全性高、准确性高、能耗少、占地少、工程投资低、污染环境轻、舒适度高、效益好十大显著优势。20世纪60年代以来，世界各国大力研究高速铁路技术，到目前为止已经取得了丰硕成果，从中总结了许多宝贵的经验，并从中获得巨大的经济效益。在全球经济一体化的今天，大力发展经济已经成为世界各国的共识，2020年前中国将全面建设小康社会，这一时期经济将飞速发展，运输需求必将飞速增加，人口的增长，城市化进程的加快，人民物质文化生活水平的提高，人际交流的频繁，这些现状都使得中国大力发展新型交通系统成为必然。对我国而言，土地、能源、环境方面的压力远远大于其他国家，加之我国运量大、集中度高、行程长的客流特点和客货分线

4、决策也使得发展高速铁路成为必然。国务院于2004年批准中长期铁路网规划，确立了我国铁路宏伟的建设蓝图：到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电气化达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。根据中长期铁路网规划，我国铁路主要通道将建设客运专线1.2万Km以上，环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区将建设城际客运系统，同时既有线提速改造达到2万Km，形成我国铁路快速客运网，将建成以京沪、京广、高哈、沪甬深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”客运专线网络。高速度必将带来巨大的技术难题，尤其对铁路轨道将提出更高的

5、要求，传统的有砟轨道很难满足高速铁路机车运行所要求的高稳定性和高舒适度，发展新型轨道结构，使之有效提高机车速度，保证运行要求，是世界各国的研发目标，而无砟轨道恰恰具备稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久性强、维修工作量显著减少和技术相对成熟的突出特点。所以，发展无砟轨道技术是铁路加快提高装备水平，实现铁路跨越式发展的重要举措之一。1.2 国内外研究现状1825年出现在英国的第一条铁路，其速度只有24Km/h，随着科技的进步铁路运行速度有了质的飞跃，1955年法国电力牵引机车的试验车组最高运行速度突破了300Km/h，1964年世界上第一条高速铁路-日本东海道新干线最高运行速度达到210Km/h，旅

6、行速度达到160Km/h。此后无砟轨道这种新型铁路轨道结构得到应用，列车试验速度不断刷新：1988年5月德国ICE最高速度达406.9Km/h，法国TGA-A型高速列车速度达515.3Km/h，2007年法国再次刷新纪录，TGA最新型V150超高速列车试验行驶速度达574.8Km/h。可以说，无砟轨道的应用与发展使得高速铁路运行速度不断创造奇迹，使之适应了社会发展的需要及提高了竞争力。自上世纪60年代开始，世界各国对无砟轨道的研究已经取得明显成果，从最初的室内试验、现场铺装试验，到在高速铁路上普及推广，历经40余年，形成了具有各国特色的系列化、标准化产品。无砟轨道技术发展比较成熟的主要国家是德

7、国和日本，而它们的发展道路又不相同。目前，无砟轨道的优越性已经被世界许多建设高速铁路的国家和地区所认可。德国、法国、西班牙、意大利、日本、英国、韩国、印度、荷兰、中国大陆以及台湾地区修建的许多高速铁路都成段、成线地采用无砟轨道技术。近年来，由于国民经济的发展和人民生活水平地不断提高，我国已经开始重视提高旅客列车的运行速度，并为此采取了一系列行之有效的措施，先后多次进行火车提速，2002年最高试验速度达到321.5Km/h。世界高速铁路建设方兴未艾，中国高速铁路奋力崛起。我国现已有多条客运专线如秦沈、京沪、武广、石太、京津、桂广等已建成投入运营或正在建设即将投入运营，这将有效地优化和提升我国交通

8、运输结构，大幅度提升旅客的运输能力，满足国民经济和社会发展的需要，同时也为我国铁路技术发展提供广大的空间。第2章 高速铁路技术概况2.1 高速铁路发展概况高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。目前国际上公认的列车最高运行速度达到200Km/h及其以上的铁路为高速铁路。随着科学技术的发展和客观条件的变化，有关高速铁路的定义还在不断更新。高速铁路运行速度是一项重要的技术指标，也是铁路现代化水平的重要体现。20世纪70年代，日本把列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。随着高速铁路技术的发展，欧洲铁路联盟于1996年9月发布的互通运营指导文件(96/0048/EC)对高

9、速铁路有了更确切的规定：新建铁路运营速度达到或超过250km/h；既有线通过改造使基础设施适应速度200km/h；线路能够适应高速，在某些地形困难、山区或城市环境下，速度可以根据实际情况进行调整。自以日本新干线、法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国、日本、中国内

10、地和台湾。在亚洲，1964年10月1日，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。2004年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，2020年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15

11、000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止2002年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。法国1981年开通了TGA东南线，1989年开通了TGA大西洋线，1993年开通了TGA北方线，1994年开通TGA东南延伸线，1996年开通了TGA巴黎地区联络线，2001年6月，TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于1991年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于1998年投入运营。2002年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上

12、运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/m，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。2003年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。意大利1987年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型全长1300Km的高速铁路骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东

13、海岸铁路的轮轨高速进行论证。自有铁路以来，人们就在不断致力于提高列车的运行速度。1825年出现在英国的第一条铁路，其列车最高运行速度只有24km/h，1829年“火箭号”蒸汽机车牵引的列车最高运行速度就达到了47km/h，几乎提高了1倍。19世纪40年代，英国试验速度达到120km/h，1890年法国将试验速度提高到144km/h，1903年德国制造的电动车组试验速度达到了209.3km/h。这时期英国西海岸铁路用蒸汽机车牵引的列车旅行速度达到了101km/h。1955年法国电力机车牵引的试验车组最高运行速度突破了300km/h，达到了311km/h。1964年10月日本东海道新干线最高运行速

14、度达到了210km/h，旅行速度也达到了160km/h。此后列车试验速度不断刷新：1981年2月法国TGV试验速度达到380km/h，1988年5月德国ICE把这一速度提高到406.9km/h，半年后法国人创造了482.4km/h的新纪录，1990年5月18日法国TGV-A型高速列车把试验速度提高到515.3km/h，2007年4月3日法国再次刷新了自己的纪录，TGV最新型“V150”超高速列车行驶试验速度达到574.8km/h，创下了有轨铁路列车行驶的世界纪录。自以日本新干线 法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国

15、民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国 日本、中国内地和台湾。在亚洲，1964年10月1日，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。2

16、004年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，2020年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止2002年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。法国1981年开通了TGA东南线，1989年开通了TGA大西洋线，1993年开通了TGA北方线，1994年开通TGA东南延伸线，1996年开通了TGA巴黎地区联络线，2001年6月，

17、TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于1991年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于1998年投入运营。2002年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/h，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。2003年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。意大利1987年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型、全长1300Km的高速铁路

18、骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东海岸铁路的轮轨高速进行论证。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国也开始重视提高旅客列车的速度。2002年秦沈客运专线铁路最高试验速度达到了321.5km/h，2008年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3km/h，2009年12月武广铁路客运专线列车跑出394.2km/h，创造了两车重联情况下的世

19、界高速铁路最高运营速度。图1-1为在京津城际铁路上运行的时速350km“和谐”号动车组。图2-1 时速350 km“和谐”号动车组2.2 中国高速铁路发展模式中国高速铁路发展几乎与世界发达国家同步,在几十年的发展过程中,通过不断的探索与学习,截至目前为止，中国的高速铁路已经取得了相当不错的成绩，2020年中国即将全面建设小康社会，高速铁路将承担着经济大动脉的角色，为中国的现代化建设贡献力量。中国需要高速铁路，这一点体现在其必要性上，众所周知，任何一种运输方式的传输量和成本都不可能和铁路相比，尤其是速度方面相对传统铁路具有极大优势的高速铁路。高速铁路在中国几十年的发展过程中已经充分体现其可行性，

20、尤其近年来中国多条客运专线的成功运营，实践证明高速铁路的应用在中国取得的巨大的效益。几十年的发展，中国高速铁路通过不断整合，取利除弊，不断吸取世界各国的高速铁路发展中的经验教训，价值对自身情况的深入探索，研究出了一套适合中国国情和路情的发展模式。中国目前的最佳发展模式是在不断改造既有线的前提下，根据需要建设一些新的高速铁路线路，并实现客货分运，是铁路线路资源得到最大程度的利用，实现价值的最大化。但是中国的发展模式尚不十分成熟，有的地方尚需改进，下面根据世界高速铁路的发展模式进行具体研究。世界上有许多国家拥有高速铁路，而高速铁路的建设管理模式，各国因国情不同而已，大致有四种类型：一是新建高速铁路

21、双线，专门用于旅客快速运输，如日本新干线和法国高速铁路；二是新建高速铁路双线，实行客货共线运营，如意大利罗马-佛罗伦萨高速铁路；三是部分新建高速线与部分既有线混合运营，如德国柏林-汉诺威线，承担着客运和货运任务；四是在既有线上使用摆式列车运行，这在欧洲国家多见，在美国“东西走廊”行驶的摆式列车速度为240Km/h。根据所采用的不同技术，高速铁路分为轮轨技术类型和磁悬浮技术类型。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种；磁悬浮技术有超导排斥型和常导吸引型两种。非摆式车体的轮轨技术是目前世界高速铁路的主流。中国在高速铁路发展模式方面曾进行过大量探索，但是根据经济技术实力不足的现实情况，在既有线上使用摆式

22、列车这种运行模式并不适合中国国情。这种模式比较著名的是瑞典等国采用的ATP摆式列车模式，它的主要原理是对机车进行改良，使列车根据线路不同情况自动调节倾斜度等运营参数，从而实现高速运行，种种模式下的铁路系统对轨道的要求不是很高，但却对线路的信号系统有极高要求，加之复杂的地理情况，中国目前的科技尚不能满足需，所以这种模式并不适合在中国普及使用。中国有大量的既有线，因为建成时代较早，加之当时的社会需要和科学技术的不足使得这些铁路大多数并不适合高速列车的运营，随着社会的发展，人民物质文化生活需求的不但增加，发展高速铁路已经势在必行，而新建高速铁路不但需要大量资金投入，而且需要使用大量的土地资源，尤其是

23、农用耕地的征用，而既有线改造则可以有效地节约这些资本投入，所以既有线改造是一种很好的发展模式，通过一系列的改造，使其运营条件得到提高从而能够满足高速列车的运营需求，既节约了成本，又节省资源，最重要的使可以大大缩短工程建设时间，所以一般情况下中国的铁路可以采用这种模式。但是有些线路本身的特点使其不适合进行改建，例如地势较复杂的既有线，对其进行改造的成本很大程度上会超过新建线路，在这种情况下，为适应国家的现代化建设和经济发展，就要建设一些新的高速铁路，中国目前新建的客运专线就属于这种情况，对不适合改造的线路，采用货运列车专营的运营方式，使其自身价值的得到最大程度的发挥，从而创造出最大的价值。例如，

24、已经建成投入使用的京津城际客运专线，该线将采用公交化城际列车和跨线列车混合开行的运输组织模式，全长约120Km，连接首都北京和天津两大直辖市，铁路设计最高时速为350Km，全程直达运行时间约为30min，使得许多在北京工作的可以在其他城市居住，大大减小了北京的人口压力，在一定程度上缓解了社会矛盾。京津城际客运专线，不仅是中国最早开工建设并最先建成的第一条高标准铁路客运专线，而且代表着中国高速在发展模式上树立了新的里程碑。综上所述，目前适合中国国情和路情的高速铁路发展模式是在最大程度上进行既有线改造，并根据需要建设新的高速线路，实现客货分运，有效地提高列车的运营速度，在此基础上还要不断加大包括机

25、车在内的高速铁路附属工程科研力度，努力提高本国铁路系统的的科技装备水平，争取在其他模式上有新的突破。第3章 无砟轨道选型3.1 无砟轨道概述无砟轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道砟道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点，对于高速铁路较传统的有砟轨道有更好的适应性。3.1.1 无砟轨道主要技术条件(1)良好的结构连续性和平顺性有砟轨道采用均一性较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支承状态相对易于变化，并导致轨道几何形变。无砟轨道可以保证其性能有较好的均一性。由此组成的轨道整体结构与

26、有砟轨道相比具有更好的结构连续性和弹性均匀性，为提高轨道的平顺性，改善乘车质量提供了有利条件。(2)良好的结构恒定性和稳定性无砟轨道结构中，作为无缝线路稳定性计算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依赖于材质和状态多变的有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更恒定的轨道纵、横向阻力，具有更好的耐久性和更长的使用寿命。(3)良好的结构耐久性和少维修性能无砟轨道维修工作量大大减少，被称为“省维修”轨道，为延长线路的维修周期以及客运专线列车的高密度 准点正常运行提供重要保证。客运专线的行车速度高、密度大，所有线路地面检查、维修作业都必须在“天窗”时间内进行。我国客运专线由于跨线列车多，自身

27、的行车密度又大，不可能完全像国外高速铁路那样白天行车、夜间轨道维修作业。要在白天、夜间均行车的条件下，安排“天窗”作业就更加困难。减少线路维修工作量是保证客运专线列车准点正常运行的前提条件。无砟轨道采用整体式轨下基础。与采用散粒体结构的有砟道床基础相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，减少养护维修工作量，延长维修周期和轨道使用寿命。(4)工务养护、维修设施减少由于维修工作量减少，可以延长每个综合维修中心和维

28、修工区的管辖范围，从而减少上述维修部门的数量。同时也可相应减少每个部门配置的维修机械、停车股道数量和房屋等设施。(5)免除高速条件下有砟轨道的道砟飞溅我国秦沈客运专线在线路开通之前进行的行车试验表明：行车速度达到250km·h-1时，道心道砟出现飞砟现象，造成车辆转向架部分的车轴、制动缸等被道砟打击的现象(这种飞砟现象与线路开通前道床表面细砟、粉尘较多也有一定的关系)。根据法国TGV铁路的运营经验，有砟轨道在列车速度达到350km·h-1时，出现较严重的道砟飞溅现象。后将速度降到320km·h-1时，飞砟现象才有所改善。此外，在严寒冬季，冻结在车体下部的冰块融化时

29、，冰块打在道砟上，溅起的道砟会打坏钢轨踏面。另外，在进行道床维修施工作业后，由于表层道砟松散，粉粒较多，也会产生飞砟，此时要求限速170km·h-1时行车。法国TGV铁路在严寒多雪地区，为了防止下雪天因道砟表面裹雪被列车风吹起，曾采取过在道床表面喷撒乳胶和雪天降速运行等措施。采用无砟轨道之后，就可以完全免除道砟飞溅的顾虑。(6)有利于适应地形选线，减少线路的工程投资无砟轨道的纵 横向稳定性较之有砟轨道大大增加。在选线困难的地段可以利用无砟轨道能承受较大轮轨横向力的有利条件，在保证舒适度的前提条件下，适当放宽曲线允许超高 欠超高的限制，减小最小曲线半径，从而有利于选线，减少工程量。(7

30、)减少客运专线特级道砟的需求为了延缓客运专线有砟道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用为客运专线专门制定的特级道砟标准。我国特级道砟标准与国外高速铁路道砟标准相比，尽管在性能指标上仍有一定的差距，但符合这种性能要求的岩葳资源在我国，特别是中南和西南地区仍相当稀少，可能难以满足我国新建客运专线的需求。发展无砟轨道可以减少客运专线建设对特级道砟的需求量(8)无砟轨道弹性较差日本、德国开发无砟轨道的初衷是力求无砟轨道的轨道弹性等于或接近于有砟轨道的轨道弹性。但实际开发的结果却是无砟轨道的弹性仍低于有砟轨道。轨道弹性的降低会增加轴重对轨道破坏、失效和轨道状态恶化的影响，也会随着轴重的增加加剧环境振动和

31、噪声。因此，在轴重较大的客货共线铁路以及轴重更大的重载铁路，国内外规模铺设无砟轨道的范例尚属罕见。高速列车的轴重较轻、车辆转向架悬挂性能改善、簧下质量减少，为在高速铁路上采用无砟轨道创造了有利条件。(9)建设期工程总投资大于有砟轨道与有砟轨道相比，尽管无砟轨道的结构高度低、自重轻，无砟轨道在隧道中铺设时，轨顶面以下的隧道开挖面积可适当减当；在桥上铺设时，由于其二期恒载相应减轻，从而降低桥、隧工程费用。但无砟轨道结构本身的工程费用高于有砟轨道，特别是在对振动和噪声等环境要求较高的地段，用于减振降噪措施的费用比有砟轨道要高。总体来说，无砟轨道建设期投资大于有砟轨道。(10)对地震和环保的适应性日本

32、是多地震国家。根据日本的经验，无砟轨道在低等级地震条件下，比有砟轨道具有更好的稳定性，从而提高行车的安全性；但在大地震情况下，有砟、无砟轨道都会遭到破坏，而无砟轨道的修复更为困难。和有砟轨道相比，无砟轨道的弹性较差、环境振动和噪声的量级较高。在靠近人口居住区及诸如学校、医院、办公区、度假区等环保要求较高的地段，其减振降噪措施及相应的工程费用也会增加。(11)关于线下工程的“工后零沉降”建设理念无砟轨道的永久变形只能通过扣件进行调整以恢复其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量非常有限，因此对于无砟轨道的变形，特别是由于线下工程的沉降所引起的轨道永久变形必须做出严格的限制。线下工程工后沉降能否控制

33、在规定范围之内，是无砟轨道能否在线路上进行规模铺设的关键。线下工程“工后零沉降”建设理念正是基于这样的要求而提出的。“工后零沉降”建设理念就是在客运专线线下工程的设计（特别是合理的工程预算） 施工(特别是严格的工程质量监控)和管理(特别是合理的施工期限)中，都要以“工后零沉降”为追求目标。传统设计、施工、管理中“预留沉降”的概念不再适用。我们把“工后零沉降”说成是一种“理念”，而不是说成一种“理论”或“原理”，是因为在实际工程中我们还没有一种可靠的理论或方法，把工后沉降准确 可靠地控制为零。但是人们只有“求其上”，才能保证至少“得其中”，只有按“零沉降”理念要求，最后才能取得实际工程“小沉降”

34、的结果。为此，人们在线路上部结构的设计中为这种“小沉降”提供了进行调整的手段，并为线路下部工程的工后沉降规定了一个允许值(“零沉降”理念基础上的允许偏差)，作为工程实际操作和控制的标准，从而在目标和现实之间留有一定的余地。国外的高速铁路不仅在无砟轨道，即使在有砟轨道的线下工程中也已引入了“工后零沉降”理念。德国高速铁路路基“追求的目标是不再产生工后沉降”。韩国高速铁路路基的要求是“一般情况为运营后要求路基沉降”。日本高速铁路也要求路基工后零沉降。可以认为，高速铁路的线下工程，不论其上部是采用有砟轨道还是无砟轨道，其工后沉降的追求目标和设计、施工、管理理念是相同的，即“工后零沉降”。由此可以推论

35、，在通常的 大多数的地基条件下，统一按“工后零沉降”理念建设的有砟轨道和无砟轨道线下工程，其工程造价就应当在同一水平。正是高速铁路(不论是有砟轨道还是无砟轨道)对线下工程所提出的上述严格要求，为无砟轨道铺设提供了所必须的线下基础条件。当前，有一种概念认为无砟轨道线下工程的造价要大大高于有砟轨道线下工程的造价，其实这是把高速铁路无砟轨道的线下工程与普通铁路有砟轨道的线下工程相比较的结果。如果比较的前提都是高速铁路，其线下工程的工程造价就会比较接近。如果比较的是高速铁路和普通铁路，即使同样是有砟轨道，其线下工程的造价也会有显著差异。德国高速铁路有砟轨道的工程费是1000欧元·m-1，而普

36、通铁路有砟轨道的工程费是590欧元·m-1。同样是有砟轨道，又几乎是大体相同的钢轨、扣件、轨枕和道床，其工程费的巨大差异，主要原因是划归轨道范畴的路基保护层(PSS)显著不同和高速铁路 普通铁路对路基保护层的不同要求。高速铁路线下工程(不论是有砟轨道还是无砟轨道)必须按“工后零沉降”建设，这也是国外高速铁路建设经验和教训的总结。日本东海道新干线全部为有砟轨道，是世界上第一条高速铁路。当时由于对提高路基建设标准认识不足，更谈不上“工后零沉降”理念，线路自1964年开通后，就发现路基下沉严重。1965年开始出现路基翻浆冒泥，不得不在多处设置临时或长期慢行点，致使从东京到大阪全长515.3

37、km，“光”号列车运行4h，“声”号列车运行5h。当时采取了更换道砟和铺设土工纤维布等措施。到1966年11月，轨道状态有所好转，限速区段相对减少，使“光”号列车全线运行时间缩短到3h10min，“声”号列车缩短到4h，但道床板结和路基翻浆现代并未得到根本好转。1968年日本引进普拉塞公司道床清筛机进行道床机械化清筛。至1969年，在土质路基地段，路基翻浆和道床板结每年新增约50km。自1971年开始，每年更换道床3040km仍不能满足需要。许多不能及时换砟的区段，因轨面前后高低差超过7mm而不得不限速运行。3.2 国外无砟轨道类型及特点3.2.1 博格板式无砟轨道博格板式无砟轨道系统的前身是

38、1979年铺设在德国卡尔斯费尔德一达豪的一种预制板式无砟轨道。通过对其进行包括预应力结构、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进；采用先进的数控磨床来加工预制轨道板上的承轨槽；使用快速方面的测量系统，使用精度容易满足高速铁路对轨道几何尺寸的高要求。高性能沥青水泥沙浆垫层可以为轨道提供适当的刚度和弹性。博格公司轨道板施工研制生产了成套的设备，使得博格板式轨道机械化程度高于一般轨道结构。博格板式无砟轨道已获得了德国联邦铁路管理局颁发的许可证，可用于300km.h-1的高速铁路，目前正在德国纽伦堡至英戈尔施塔特的新建高速线上铺设。系统组成：(1)系统构成路基上博格板式轨道系统和构造见下图。其层次构成依次

39、为：级配碎石构成的防冻层(FSS)30cm厚的水硬性混凝土支承层(HGT)、3cm厚的沥青水泥沙浆层、20cm厚的轨道板，在轨道板上安装扣件。博格板式轨道系统轨顶至水硬性混凝土顶面的距离为474mm。(2)轨道板预制轨道板是在预应力台座上生产出来的，混凝土强度等级为C45/55，可以采用普通混凝土或钢纤维混凝土。预制轨道板的横向为预应力钢筋，纵向为普通钢筋，板与板之间在纵向通过伸出钢筋进行传力连接。采用这种预制轨道板的轨道均匀性好 耐久性强，横向及纵向的抗滑移阻力高。在混凝土预制轨道板的收缩徐变完成后，使用数控磨床对承轨台进行机械加工(承轨台在生产时已留出了加工余量)，可以达到极好的精度，大大

40、减少了现场调试工作。轨道板进行安装定位时不需过渡轨，只需对承轨台上指定的测量点进行精确定位即可。预制轨道板有以下3种形式：1)标准预制轨道板标准预制板为长度6.50m,板厚200mm的单向预应力混凝土板，板与板之间有纵向连接，适用于路基、桥长25m及以下的桥梁和隧道。2)特殊预制轨道板特殊预制轨道板为最大板长4.50m。板厚300mm的钢筋混凝土板，可用在长度大于25m的桥梁上。特殊预制轨道板设有减振系统(质量弹簧系统)，必要时还可在特殊预制板里安装信号设备。3)其他补充型预制轨道由于存在着桥梁、隧道、道岔和新线与既有线路的接处等控制点，必要时需对预制轨道板的长度进行调整，为此可生产长度从0.

41、60m到小于6.50m不等的预制轨道板。(3)水硬性材料支承层(HGT)该层厚度为300mm，由素混凝土构成。水硬性材料支承层的作用是保证系统刚度从防冻层经预制轨道板到钢轨的递增。在隧道和明洞里不设水硬性混凝土支承层，直接铺设在结构底板上。(4)防冻层路基上应铺设一层防冻层，以防止路基因冻融循环所引起的冻胀。防冻层由级配碎石组成，也具有防止毛细作用发生的功能。(5)沟槽为防止轨道扣件处混凝土出现裂缝，在承轨台之间预设了沟槽。(6)承轨台轨道扣件安装在承轨台上。承轨台用数控机床磨削加工，加工精度为0.1mm。(7)轨道扣件预制轨道板磨削工序完成之后，在工厂里预安装轨道扣件。图3-1 桥长小于25

42、m桥上博格板无砟轨道截面博格板式轨道除了完全满足德国铁路对于轨道的技术要求外，还具有以下特点。1)轨道板在工厂批量生产，进度不受施工现场条件制约。2)每块板上有10对承轨台，承轨台的精度用机械打磨并由计算机控制。工地安装时，不需对每个轨道支撑点进行调节，使工地测量工作可大大减少。3)预制轨道板可用汽车在普通施工便道上运输，并通过龙门吊直接在线路上铺设，无须二次搬运。4)现场的主要工作是沥青水泥沙浆层的灌注，灌浆层在灌注56h后即可硬化。5)具有可修复性，除在每个钢轨支撑点处(轨道扣件)调高余量外，还可调整预制板本身的高度。6)博格板式轨道的缺点是制造工艺复杂，成本相对较高。 图3-2 桥长大于

43、25m桥上博格板式轨道板标准截面适应不同基础设施条件的博格板式无砟轨道：1)路基博格板式无砟轨道在路基上的标准截面，见图3-2。为了将工后沉降控制在允许范围内，必要时应对地基进行加固处理。在路基上铺设预制轨道板(间隙为50mm)，首先使用调高装置对轨道板进行调整和精确定位，再将轨道板与水硬性材料支承层之间的间隙进行密封处理，灌浆后密封灌浆孔。接下来进行轨道板的连接。先在窄缝处灌浆然后连接张拉预制轨道板两端露出的螺纹钢筋，使接缝处始终处于压应力状态下，最后在宽接缝处浇注混凝土，起到保护作用。2)长度小于25m的桥梁对于长度小于25m的短桥来说，气候变化对桥梁变形影响很小。因此，在短桥上可使用博格

44、板式轨道系统的标准预制轨道板。见图3-4为短桥上的博格板式无砟轨道标准截面图。3)长度大于25m的桥梁当桥梁长度超过25m时，受温度变化和活载引起的桥梁挠度的影响，桥面在纵向和横向会发生位移。因此，桥上需使用特殊预制轨道板，设置限位块，以避免这种位移对轨道板产生不良影响。4)隧道隧道内的博格板式无砟轨道标准截面见图3-3。图3-3 隧道内博格板式无砟轨道标准截面图3-4 短桥上的博格板式无砟轨道标准截面图 图3-5 减振降噪博格板式无砟轨道5)减振降噪措施：在对环境要求比较高的地段，无砟轨道需要降噪和防振处见图3-5，为减振降噪博格板式无砟轨道。3.2.2 雷达型无砟轨道 雷达型无砟轨道于19

45、72年铺设于德国比勒非尔德至哈姆的一段线路上，以雷达车站而命名。在使用过程中不断优化，从最初的雷达普通型发展到现在的雷达2000型，并且针对路基、桥梁、隧道不同基础进行了部分修改。图3-6为最早的雷达普通型无砟轨道结构形式。图3-7为雷达2000型无砟轨道结构形式优化过程。图3-6 最早的雷达普通型无砟轨道结构形式雷达型无砟轨道最初为整体轨埋人式轨道，到雷达柏林(READ-BER-LIN)已经发展为钢筋木行梁支撑的双块埋入式无砟轨道，但承载层仍然是槽形。发展到雷达2000型时，成为由钢筋木行架连接的双块埋入式轨道，其混凝土承载层改成平板。图3-7为雷达2000型轨道截面图，图3-8为雷达200

46、0型无砟轨道结构系统图，图3-9为标准支承块结构组装图。图3-7 雷达2000型轨道截面图图3-8 雷达2000型无砟轨道系统构成：雷达2000型无砟轨道系统结构如下：基础为水硬性混凝土支承层，厚度300mm，强度不应低于15N·mm-2。B355W60M型双块式轨枕按照650mm的间距排列，每组轨枕枕块下依靠两个钢筋木行架支撑，轨枕块精确定位后浇注混凝土，混凝土标号为B35。轨枕与轨道承载层整体相连，现浇轨道板厚240mm，轨枕上安装IOARV高弹性胶垫，采用Vossloh300型扣件系统。扣件螺栓锚在双块式轨枕内，使用UIC60钢轨。无砟轨道的混凝土板(B35)为钢筋混凝土结构。

47、配筋率为0.8%0.9%，从而将可能出现的裂缝宽度限制在0.5mm范围内，可防止连接钢筋受到腐蚀。雷达2000型无砟轨道具有如下特点：(1)与雷达普通型轨道相比，轨顶到水硬性混凝土上表面的距离减少到473mm，轨道板各层的厚度累计减少了177mm；在轨距不变的前提下，轨枕全长由2.6m减少到2.3m。所用混凝土量大大减少。(2)埋入长轨优化为短枕，后期浇注混凝土与轨枕之间的裂缝减少。(3)对土质路基、桥梁、高架桥、隧道、道岔区段以及减振要求区段，可以采用统一结构类型，技术要求、标准相对单一，施工质量容易控制，更适应于高速铁路。(4)槽形板的取消，使得轨道混凝土承载层的灌注混凝土的捣固作业质量易

48、于保证。(5)两轨枕块之间用钢筋木行梁连接，轨距保持稳定。(6)表面简洁、平整，美观漂亮。图3-9 桥梁上的雷达型无砟轨道适用不同基础设施条件的雷达2000型无砟轨道：1)路基对于安装于土质路基上的无砟轨道，根据ZTVT-StB规定，在厚度为30cm的水硬性混凝土支承层上铺设轨道承栽层。水硬性混凝土支承层是一种拌合水泥加以稳定的支承层，该支承层在适应性试验中显示的最低强度应为15N·mm-2。该层每隔5m设沟槽，以控制裂缝的形成。在ZTVT-StB规定中，水硬性混凝土支承层下应铺设防冻层。防冻层位于土质路基之上，而土质路基的铺设应遵照DS836中的要求。2)桥梁、隧道图3-9为桥梁上

49、和隧道中的雷达2000型结构图。桥梁上的雷达2000型上部结构与路基上基本相同，主要差别是，由于要保持混凝土承载层与桥面混凝土板的横向稳定，两者纵向之间接触面设计成了凸凹结构。桥梁上的雷达2000型可以使二期恒载大大降低。由于雷达2000型的结构高度较低，为减少隧道断面面积提供了有利条件。实例是德国科隆法兰克福线双线高速铁路(300km·h-1)，线间距4.5m，隧道断面92m2。3)道岔区为了整个轨道系统(用于干线和道岔区段)一致性，实现系统工程的相互衔接，调整了用于雷达2000型无砟轨道系统的道岔区段设计，以降低轨道高度。该项开发的核心是基于B355W60M双块式轨枕对混凝土道岔

50、轨枕进行设计和定位。图3-10 韩国高速铁路雷达型普通无砟轨道结构图雷达型无砟轨道的应用情况：现在德国铺设的无砟轨道线路50%以上为雷达型无砟轨道。这种无砟轨道除了在德国成规模地应用外，在世界其他国家和地区也得到认同并使用。韩国高速铁路一期工程虽然以有砟轨道为主，但在新建段(汉城大邱)的3座隧道和光明车站的6股站线(车站侧线)上也铺设了几段无砟轨道，采用的是德国雷达普通型无砟轨道结构型式(见图3-10)，单线延长里程53.841km。目前，韩国认为已充分掌握该项技术，计划在第二阶段大邱至釜山新建高速线上全部采用无砟轨道。印度(宽轨)和荷兰新建铁路中的无砟轨道也采用了德国雷达2000型(见图3-

51、11、图3-12和图3-13)。图3-11 印度宽轨线路雷达2000无砟轨道结构图图3-12 荷兰雷达2000型无砟轨道结构图我国在秦沈线的沙河桥和渝怀线鱼嘴2号隧道(曲线)分别铺设了长枕埋入式无砟轨道692m和710m。正在建设的遂渝线无砟轨道综合试验段岔区(路基)也将采用轨枕埋入式无砟轨道。我国台湾省的台北高雄高速铁路的道岔区也部分采用了雷达型无砟轨道。总之，雷达型无砟轨道在不同的国家和地区运用，还需要根据不同国家和地区的技术标准进行改进，以适应本国铁路的发展。图3-13 荷兰采用的雷达型无砟轨道3.2.3 日本板式无砟轨道日本无砟轨道技术主要以新干线板式轨道结构为代表。20世纪70年代，

52、板式轨道作为日本铁路建设的国家标准进行推广。因此，日本的板式轨道应用非常广泛，到目前为止，其板式轨道累计铺设里程已达到2700多延长公里。目前常用的有普通A型轨道板、框架型轨道板、用于特殊减振区段上的防振G型轨道板及早期用于路基上的RA型轨道板等。日本板式轨道型式及其基本特征：日本对各种型号的板式无砟轨道的开发是统一有序的。在多年的试验研究实践中，对不同等级的线路、不同自然条件、不同车速和不同要求开发出不同型号的板式无砟轨道。为了区分各种型号的无砟轨道，日本规范了轨道板的型号表示方法，其中的板式无砟轨道板按照支承方式分类可以表示为××-×××(

53、××)。横杠前为英文字母，表示板式轨道的结构形式，横杠后的阿拉伯数字如果是2位，表示在新干线上使用，3位表示既有线上使用。十位数表示板的公称长度，个位数为扣件类型，最后一位英文字母表示适用范围，括号内为钢轨类型。例如：A-152表示A型轨道板，长5m，在既有线上铺设。A-155NC表示寒冷地区使用防振板。日本板式轨道适用范围及几何尺寸总体上说，日本板式轨道也是由轨道板(厚度190200mm)、沥青砂浆垫层(30mm)基础组成，在路基上轨道板的基础使用钢筋混凝土板。从表中尺寸可以看出，日本板式轨道的厚度在不同部位有较大的差别，设计时需要根据不同环境和功能需要进行选择。日本板式

54、轨道特点：(1)结构整体性能日本板式轨道具有无砟轨道所具有的线路稳定性 刚度均匀性好 线路平顺性 耐久性高的突出优点，并可显著减少线路的维修工作量。从轨道结构每延米重量看，小于有砟轨道，而板式轨道结构高度低，道床宽度小，重量轻。框架式板式较轨道为非预应力结构，便于制造。可节省钢筋和混凝土材料，降低桥梁的二期恒载，造价低廉，但没有降低轨道板实际承受列车荷载的有效强度 不影响列车荷载的传递。在隧道内应用时可减小隧道的开挖断面。与德国博格板式轨道相比，日本板式轨道在基础上设置了凸型挡台，因此，纵向与博格板的连接不同。凸型挡台与基础混凝土板一起建造，依靠凸型挡台对轨道板进行定位，施工更为简便。日本板式

55、轨道用的轨道板，没有在工厂内机械磨削的工序，制造相对简单。(2)制造和施工板式轨道结构中的轨道板（RC或PRC）为工厂预制，其质量容易控制，现场混凝土施工量少，施工进度较快；道床外表美观；由于其采用“由下至上”的施工方法，施工过程中不需工具轨；在特殊减振及过渡段区域，通过在预制轨道板底粘贴弹性橡胶垫层，易于实现下部基础对轨道的减振要求（如日本板式轨道结构中的防振G型）。但在桥上铺设时，受桥梁不同跨度的影响，需要不同长度的轨道板配合使用，无形中增加了制造成本；曲线地段铺设时，线路超高顺坡 曲线矢度的实现对扣件系统的要求较高；板式轨道结构中CA砂浆调整层的施工质量直接影响轨道的耐久性；板式轨道的制

56、造 运输和施工的专业性较强，包括：轨道板的制造、运输、吊装、铺设；CA砂浆的现场搅拌、试验、运输和灌注；轨道状态整理过程中的充填式垫板树脂灌注等。(3)线路维修由于板式轨道水泥沥青（CA）砂浆调整层的存在，受自然环境因素的影响较大，在结构凸形挡台周围及轨道板底边缘的CA砂浆存在破损现象，特别是在线路纵向力较大的伸缩调节器附近。因此日本铁路除相应开发了修补用的树脂砂浆外，在设计方面，用强度高、弹性和耐久性好的合成树脂材料替代凸形挡台周围的CA砂浆。对于轨道板底的CA砂浆调整层，以灌注袋的形式取代初期的设模式的直接灌注，以减少CA砂浆层的环境暴露面，从而显著提高了板式轨道结构的耐久性，以实现无砟轨

57、道结构少维修的设计初衷。日本板式轨道的应用：各种型式的板式轨道在山阳、东北、上越、北陆和九州新干线的桥梁 隧道和部分路基区段上广泛应用。路基上的板式轨道必须克服路基沉降、翻浆冒泥等问题。日本从1987年就开始进行对土质路基上的板式轨道正式研究，从1990年开始进行技术性研讨，开发以省力化为目的的新路基结构。这些研究结果在1993年9月编制成路基结构设计 施工手册（草案）。为了解决路堤下沉、路堤翻浆冒泥等问题，通过各项试验研究，开发了RC路基板式轨道，其结构型式较以往的结构更为简明，具有较好的荷载传递效果、较小的累积沉降、较少的材料损耗以及较好的耐久性。我国在秦沈客运专线的狗河和双何特大桥上分别铺设了板式轨道结构的无砟轨道，长度分别为741m和740m，在赣龙线枫树排隧道也铺设了719m。我国台湾高速铁路的部分区段也采用了日本的框架型板式轨道。3.2.4 弹性支承块型（LVT）无砟轨道弹性支承块型无砟轨道是在双块式轨枕（或两个独立承块）的下部及周围设橡胶套靴，在块底与套靴间设橡胶弹性垫层，而在双块式轨枕周围及下部灌注混凝土而成型，为减振型轨道。其最初由RogerSonneville提出并开发。瑞士国铁于1966年在隧道内首次试铺。法国开发的VSBSTEDET系轨道也属此类