铁道工程(本科)全册配套精品完整课件

1、铁道工程铁道工程(本科本科)全册配套精品全册配套精品完整课件完整课件2.4 2.4 无碴轨道无碴轨道结构与施工结构与施工传统有碴轨道具有铺设方便，造价低廉的特点。随着重载、传统有碴轨道具有铺设方便，造价低廉的特点。随着重载、高速铁路运输的发展，道床累积变形的速率随之增长，为保高速铁路运输的发展，道床累积变形的速率随之增长，为保持轨道平顺性要求，传统轨道维修趋于频繁，作业量大，维持轨道平顺性要求，传统轨道维修趋于频繁，作业量大，维修费用上升。修费用上升。日本东海道新干线为全线有碴轨道日本东海道新干线为全线有碴轨道，19641964年开年开通后，发现路基下沉严重。通后，发现路基下沉严重。19651

2、965年开始出现路基翻浆冒泥，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长515.3km515.3km，“光光”号列车运行号列车运行4h4h，“声声”号列车运行号列车运行5h5h，当时采取更换道碴和铺设土工纤维布等措施。到当时采取更换道碴和铺设土工纤维布等措施。到19661966年年1111月，月，轨道状态有所好转，限速区段相对减少，使轨道状态有所好转，限速区段相对减少，使“光光”号列车全号列车全线运行时间缩短到线运行时间缩短到3h10min3h10min，“声声”号列车缩短到号列车缩短到4h4h，但道，但

3、道床板结和路基翻浆冒泥现象没有根本好转，床板结和路基翻浆冒泥现象没有根本好转，19681968年日本引进年日本引进普拉塞公司的道床清筛机进行道床机械化清筛。至普拉塞公司的道床清筛机进行道床机械化清筛。至19691969年，年，在土质路基段，路基翻浆冒泥和道床板结每年新增约在土质路基段，路基翻浆冒泥和道床板结每年新增约50km50km。自自19711971年开始，每年更换道碴年开始，每年更换道碴30-40km30-40km仍不能满足需要。许仍不能满足需要。许多不能及时更换道碴的区段，因轨面前后高低超过多不能及时更换道碴的区段，因轨面前后高低超过7mm7mm而不而不得不限速运行。得不限速运行。1

4、1、无碴轨道国内外概况、无碴轨道国内外概况2 2、新型无碴轨道的开发研究、新型无碴轨道的开发研究3 3、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究4 4、高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的研究、高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的研究5 5、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计1 1、无碴轨道国内外概况、无碴轨道国内外概况自上世纪自上世纪6060年代开始，世界各国铁路相继开展了以年代开始，世界各国铁路相继开展了以整体式或固化道床取代散粒体道碴的各类无碴轨道整体式或固化道床取代散粒体道碴的各类无碴轨道的研究。的研究。 在大多数国家，

5、无碴轨道由于造价高等原因还处在大多数国家，无碴轨道由于造价高等原因还处于研究试铺或短区段分散铺设的状况；于研究试铺或短区段分散铺设的状况； 而在日本板式轨道已在新干线大量铺设，铺设总而在日本板式轨道已在新干线大量铺设，铺设总长度达长度达2700km2700km。德国德国铁路铁路RhedaRheda系、系、Z Zblinblin（旭普林）系、博格系（旭普林）系、博格系等五种无碴轨道已批准可正式使用等五种无碴轨道已批准可正式使用，并在新建的并在新建的高速线上全面推广，铺设总长度达高速线上全面推广，铺设总长度达360km360km。无碴轨道最初铺设在隧道内，以后逐渐扩大到桥无碴轨道最初铺设在隧道内，

6、以后逐渐扩大到桥梁和路基上，如日本的板式轨道铺设在山阳、东梁和路基上，如日本的板式轨道铺设在山阳、东北、上越、北陆等新干线全部的桥、隧结构上。北、上越、北陆等新干线全部的桥、隧结构上。德国铁路无碴轨道则首先解决了在土质路基上铺德国铁路无碴轨道则首先解决了在土质路基上铺设的技术问题，然后在隧道、桥梁上推广使用。设的技术问题，然后在隧道、桥梁上推广使用。 与有碴轨道相比，无碴轨道具有的特点：与有碴轨道相比，无碴轨道具有的特点：1. 初期投资相对较大初期投资相对较大( (下部基础与轨道部分下部基础与轨道部分) )。日本板式轨日本板式轨道的初期造价基本上控制在有碴轨道的道的初期造价基本上控制在有碴轨道

7、的2 2倍以内，大规模应倍以内，大规模应用后，其造价明显下降，约为有碴轨道的用后，其造价明显下降，约为有碴轨道的1.31.31.51.5倍。据倍。据德铁的资料，有碴轨道的造价为德铁的资料，有碴轨道的造价为800DM/m800DM/m，沥青混凝土底座，沥青混凝土底座上无碴轨道为上无碴轨道为1000DM/m1000DM/m，混凝土底座上，混凝土底座上RhedaRheda型等轨道为型等轨道为1400DM/m1400DM/m，无碴轨道的造价为有碴轨道的，无碴轨道的造价为有碴轨道的1.31.31.71.7倍。倍。2. 耐久性好，服务期长；轨道稳定性好，线路养护维修工耐久性好，服务期长；轨道稳定性好，线路

8、养护维修工作量显著减少作量显著减少。据统计，山阳新干线据统计，山阳新干线1616年的平均维修费用年的平均维修费用为有碴轨道的为有碴轨道的18%18%，东北新干线，东北新干线9 9年的平均维修费用为有碴年的平均维修费用为有碴轨道的轨道的33%33%。德德铁高速铁路有碴轨道的年维修费用约为铁高速铁路有碴轨道的年维修费用约为3000DM/km3000DM/km，无碴轨道则很少。，无碴轨道则很少。n德国铁路采用轨道质量指数德国铁路采用轨道质量指数Q Q值来综合评价轨道高低、值来综合评价轨道高低、水平、方向等的平顺状态。新线的轨道质量指数水平、方向等的平顺状态。新线的轨道质量指数Q Q值值应在应在303

9、0以下，而在运营线上，当质量指数以下，而在运营线上，当质量指数Q Q值超过值超过100100就必须进行修理。就必须进行修理。n图图2 24040和图和图2 24141分别表示隧道内和土质路基上无分别表示隧道内和土质路基上无碴轨道与相邻接的有碴轨道碴轨道与相邻接的有碴轨道5 5年间年间Q Q值变化的比较。值变化的比较。很明显，无碴轨道的质量指数很明显，无碴轨道的质量指数Q Q值在值在5 5年内均保持在年内均保持在良好水平上，且变化很小，实现了少维修，确认为良好水平上，且变化很小，实现了少维修，确认为高平顺性的轨道结构。为此，德铁在新建的汉诺高平顺性的轨道结构。为此，德铁在新建的汉诺威柏林和科隆莱

10、茵威柏林和科隆莱茵/ /梅因等高速铁路上全面铺设梅因等高速铁路上全面铺设无碴轨道。无碴轨道。 图图2 240 40 隧道内无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性隧道内无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q Q值值有碴轨道有碴轨道无碴轨道无碴轨道里程里程有碴轨道有碴轨道图图2 241 41 土质路基上无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性土质路基上无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q Q值值有碴轨道有碴轨道里程里程无碴轨道无碴轨道有碴轨道有碴轨道日本对运营了日本对运营了2020年的山阳新干线板式轨道历年各项年的山阳新干线板式轨道历年各项作业的维修费用进行了统计，并与有碴轨道作了比作业的维修费用进行了统计，

11、并与有碴轨道作了比较，如图较，如图2 24242所示。所示。 12 10 8 6 4 2 0 维修费（百万日元维修费（百万日元/年年/km） 年年 份份图图2-42 2-42 山阳新干线历年的维修费用山阳新干线历年的维修费用 其它其它扣件扣件填充填充方向方向高低高低捣固捣固75-76 77-78 79-80 81-82 83-84 85-86 87-88 89-90 91-92 93-94 75-76 77-78 79-80 81-82 83-84 85-86 87-88 89-90 91-92 93-94 3. 可减轻桥梁二期恒载，降低隧道净空；可减轻桥梁二期恒载，降低隧道净空；4. 一旦基

12、础变形下沉，修复困难；在维修作业一旦基础变形下沉，修复困难；在维修作业困难、公铁交叉、减振降噪与环境要求高的区段、困难、公铁交叉、减振降噪与环境要求高的区段、优质道碴短缺的地区适于铺设。优质道碴短缺的地区适于铺设。1.1 1.1 国外几种主要无碴轨道结构型式国外几种主要无碴轨道结构型式PACTPACT型（整体灌注）（型（整体灌注）（Paved Concrete Paved Concrete TrackTrack） 弹性支承块式（弹性支承块式（Low Vibration trackLow Vibration track）长枕埋入式（长枕埋入式（RhedaRheda）板式轨道（板式轨道（SlabS

13、lab） 其它型式（意大利其它型式（意大利IPAIPA、法国、法国VSBVSB等）等）（1 1）PACTPACT型（英国）型（英国）nPACTPACT型无碴轨道为型无碴轨道为就地灌筑的钢筋混凝土道床就地灌筑的钢筋混凝土道床，钢，钢轨直接与道床相连接，轨底与混凝土道床之间设连轨直接与道床相连接，轨底与混凝土道床之间设连续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承。英国自续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承。英国自19691969年年开始研究和试铺，到开始研究和试铺，到19731973年正式推广，并在西班牙、年正式推广，并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧结南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧

14、结构上应用。构上应用。（2 2）弹性支承块式（低振动轨道，）弹性支承块式（低振动轨道，LVTLVT型）型）弹性支承块式无碴轨道的结构组成主要包括：弹性支承块式无碴轨道的结构组成主要包括：混凝混凝土道床板土道床板、混凝土支承块混凝土支承块、橡胶靴套橡胶靴套、块下胶垫块下胶垫及及配套扣件配套扣件。作为低振动轨道结构，弹性支承块式无碴轨道在混作为低振动轨道结构，弹性支承块式无碴轨道在混凝土支承块底部设有凝土支承块底部设有12mm12mm厚的橡胶弹性胶垫，其周厚的橡胶弹性胶垫，其周围设有橡胶靴套，厚围设有橡胶靴套，厚7mm7mm，使支承块与混凝土道床板，使支承块与混凝土道床板隔离，到达可修复的目的。隔

15、离，到达可修复的目的。该结构的轨下与块下的双层弹性垫板为无碴轨道提该结构的轨下与块下的双层弹性垫板为无碴轨道提供较好的垂向弹性，靴套提供轨道纵、横向弹性，供较好的垂向弹性，靴套提供轨道纵、横向弹性，使轨道在荷载分布和动能吸收方面更接近有碴轨道。使轨道在荷载分布和动能吸收方面更接近有碴轨道。由于弹性垫层具有材料均匀、弹性一致等性能，使由于弹性垫层具有材料均匀、弹性一致等性能，使钢轨支承刚度一致，部件受力均匀，轨道几何形位钢轨支承刚度一致，部件受力均匀，轨道几何形位易于保持，达到了少维修的目的。易于保持，达到了少维修的目的。 LVTLVT型（低振动轨道）横断面型（低振动轨道）横断面LVTLVT型（

16、低振动轨道）型（低振动轨道）弹性支承块式（低振动轨道，弹性支承块式（低振动轨道，LVTLVT型）型） 弹性支承块式无碴轨道自弹性支承块式无碴轨道自瑞士瑞士国有铁路国有铁路19661966年首次年首次采用以来，在很多国家得到应用，如：英吉利海峡采用以来，在很多国家得到应用，如：英吉利海峡隧道、丹麦、葡萄牙、比利时等；隧道、丹麦、葡萄牙、比利时等；在有减振降噪要求的区段得到广泛应用，如城市地在有减振降噪要求的区段得到广泛应用，如城市地铁等；铁等； 我国长达我国长达18.4km18.4km的的秦岭秦岭隧道、隧道、广州广州、深圳深圳地铁、地铁、武武汉汉、津滨津滨轻轨等采用了这种结构型式轻轨等采用了这种

17、结构型式。（3 3）RhedaRheda型（长枕埋入式）型（长枕埋入式）长枕埋入式无碴轨道在长枕埋入式无碴轨道在德国德国高速铁路上得到应高速铁路上得到应用（柏林汉诺威，用（柏林汉诺威，190km190km）；其基础分钢筋混）；其基础分钢筋混凝土和沥青混凝土两类。凝土和沥青混凝土两类。RhedaRheda型轨道为钢筋混型轨道为钢筋混凝土底座上的结构型式之一。凝土底座上的结构型式之一。 RhedaRheda型轨道由轨枕及其周围灌筑的混凝土组成，型轨道由轨枕及其周围灌筑的混凝土组成，首先解决了在土质路基上铺设的技术问题，然首先解决了在土质路基上铺设的技术问题，然后在隧道、桥梁上推广使用后在隧道、桥梁

18、上推广使用。在德铁铺设的。在德铁铺设的360km360km无碴轨道中，无碴轨道中，RhedaRheda型约占一半以上。型约占一半以上。长枕埋入式（长枕埋入式（RhedaRheda型）型）长轨枕埋入式无碴轨道的结构组成主要包括：长轨枕埋入式无碴轨道的结构组成主要包括：混凝混凝土底座土底座、混凝土道床板混凝土道床板、穿孔轨枕穿孔轨枕及及配套扣件配套扣件。普通普通RhedaRheda型无碴轨道横断面型无碴轨道横断面普通普通RhedaRheda型桥上无碴轨道横断面型桥上无碴轨道横断面土土质质路路基基上上的的无无碴碴轨轨道道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道

19、桥上无碴轨道桥上无碴轨道道岔区无碴轨道道岔区无碴轨道道道岔岔区区无无碴碴轨轨道道道岔区无碴轨道道岔区无碴轨道伸伸缩缩调调节节器器区区段段无无碴碴轨轨道道伸缩调节器区段无碴轨道伸缩调节器区段无碴轨道Rheda-2000Rheda-2000型型Rheda-2000Rheda-2000型的主要特点型的主要特点用钢桁架组成的支承块取代轨枕，减少用钢桁架组成的支承块取代轨枕，减少了新、老混凝土的结合面，提高了结构了新、老混凝土的结合面，提高了结构的整体性；的整体性；轨道建筑高度降低，降低线路和结构物轨道建筑高度降低，降低线路和结构物的造价。的造价。Rheda-2000Rheda-2000型（隧道内）型（

20、隧道内）Rheda-2000Rheda-2000型（桥上）型（桥上）Rheda-2000Rheda-2000型（施工机械）型（施工机械）Rheda-2000Rheda-2000型（断面图）型（断面图）RHEDA 2000RHEDA 2000系统系统轨道装配及调整轨道装配及调整轨道装配：轨道装配：-预先装配预先装配120m120m辅助轨道，用于吊车输送定位。由于辅助轨道，用于吊车输送定位。由于轨枕直接放在表层钢筋上，所以需对其进行调整。轨枕直接放在表层钢筋上，所以需对其进行调整。-最好铺轨后对轨枕进行定位。相邻轨道或短轨道采最好铺轨后对轨枕进行定位。相邻轨道或短轨道采用龙门架或类似方式铺设。用龙

21、门架或类似方式铺设。-根据底层轨道板上的轨道轴线标记精确铺轨（误差根据底层轨道板上的轨道轴线标记精确铺轨（误差限制在限制在1 1厘米范围内）。厘米范围内）。-对钢轨和轨枕进行调整。安装过程中扣件扭距设置对钢轨和轨枕进行调整。安装过程中扣件扭距设置100Nm100Nm。-依据铺轨温度确定伸缩缝。依据铺轨温度确定伸缩缝。-连接表层轨枕板钢筋和轨枕钢筋。连接表层轨枕板钢筋和轨枕钢筋。龙门架调整龙门架调整-将龙门架放在底层轨道板（将龙门架放在底层轨道板（HSBHSB）或辅助结构上）或辅助结构上-通过螺栓将龙门架固定在底层轨道板或辅助结构上通过螺栓将龙门架固定在底层轨道板或辅助结构上-检查模具表面检查模

22、具表面-放下并锁紧轨卡放下并锁紧轨卡-轨道粗调（轨道提升约轨道粗调（轨道提升约9 9厘米。仅在距中心线偏差大于厘米。仅在距中心线偏差大于2 2厘米厘米时才进行方向调整）时才进行方向调整）-依据粗调结果进行精确调整依据粗调结果进行精确调整1 1）用竖向螺栓调整预设超高）用竖向螺栓调整预设超高2 2）用水平螺栓调整方向）用水平螺栓调整方向3 3）用竖向螺栓调整高度）用竖向螺栓调整高度-为达到精调目的，根据轨道几何尺寸每人控制为达到精调目的，根据轨道几何尺寸每人控制3-53-5个门架个门架-测量人员观测轨道定位是否达到要求，确认是否准许浇注混测量人员观测轨道定位是否达到要求，确认是否准许浇注混凝土凝

23、土伸张器调整伸张器调整-钻螺栓孔，放入螺栓套管，底部用混凝土固定钻螺栓孔，放入螺栓套管，底部用混凝土固定-间距较短时，伸张器装入轨枕中心线；间距较长时，间距较短时，伸张器装入轨枕中心线；间距较长时，伸张器装入轨枕间，此时需连到钢轨底部伸张器装入轨枕间，此时需连到钢轨底部-安装电动葫芦安装电动葫芦-根据前面施工程度进行精确调整根据前面施工程度进行精确调整4 4）用轨枕内的竖向螺栓调整超高）用轨枕内的竖向螺栓调整超高5 5）用轨枕内的竖向螺栓调整轨顶外缘高度）用轨枕内的竖向螺栓调整轨顶外缘高度6 6）用电动葫芦调整方向，上紧螺栓）用电动葫芦调整方向，上紧螺栓-安装模具和模板，模具用垫块和托架固定安

24、装模具和模板，模具用垫块和托架固定RHEDA 2000RHEDA 2000系统系统精确调整精确调整RHEDA 2000RHEDA 2000系统的测量和精确调整系统的测量和精确调整-轨道预调至误差小于轨道预调至误差小于1 1厘米厘米-测量调整超高测量调整超高-安装测量仪器，用大地测量仪对前安装测量仪器，用大地测量仪对前4 4个门架进行个门架进行测量测量-通过标高测量各个门架高度是否一致通过标高测量各个门架高度是否一致-将前一测量装置移至下一门架将前一测量装置移至下一门架-用大地测量法对定位测量装置进行精确调整用大地测量法对定位测量装置进行精确调整-通过测量标高检测前面门架通过测量标高检测前面门架

25、-同样步骤进行下一步精确调整同样步骤进行下一步精确调整（4 4）Slab(Slab(板式轨道板式轨道) )日本日本从从6060年代开始试验研究，为世界上铺设无碴轨年代开始试验研究，为世界上铺设无碴轨道最多的国家。道最多的国家。为适应新干线沿线的环境，开发了防振型板式轨道，为适应新干线沿线的环境，开发了防振型板式轨道，其中防振其中防振G G型在东北新干线开始推广应用。此外，型在东北新干线开始推广应用。此外，为减少材料用量、降低造价，开发的框架型板式轨为减少材料用量、降低造价，开发的框架型板式轨道也得以应用。道也得以应用。 列入标准的结构型式包括：列入标准的结构型式包括：A A型、框架型、型、框架

26、型、RARA型、型、防振防振G G型等。型等。 Slab Tracks A-Type in tunnels & on viaductsFrame Type in tunnelsFrame Type on earthworksSolid bed track with resilient tiesTo reduce construction costTo reduce maintenancecost on earthworksTo reduce noise on viaductsThis type was widely used for the first time in the worl

27、d on the Sanyo Shinkansen line opened in 1972. Hokuriku Shinkansen line in 1997Osaka loop line in 1997日本日本新干线轨道结构类型新干线轨道结构类型0%20%40%60%80%100%有碴轨道无碴轨道直结轨道东海道新干线东海道新干线( (东京东京新大阪）新大阪）山阳新干线山阳新干线( (新大阪新大阪冈山）冈山）山阳新干线山阳新干线( (冈山冈山博多）博多）东北新干线东北新干线( (东京东京盛冈）盛冈）上越新干线上越新干线( (大宫大宫新泻）新泻）北陆新干线北陆新干线( (高崎高崎长野）长野）10

28、010095955 569693131101082828 84 491915 515158585Slab(Slab(普通普通A A型板式轨道型板式轨道) )板式轨道由预制的板式轨道由预制的轨道板轨道板、混凝土底座混凝土底座，以及介于两，以及介于两者之间的者之间的CACA（沥青混凝土）砂浆（沥青混凝土）砂浆填充层组成，在两块填充层组成，在两块轨道板之间设凸型轨道板之间设凸型挡台挡台以承受纵、横向水平力。以承受纵、横向水平力。4950单单位：位：mm40062550050502340凸凸型型挡台作为板式轨道结构中的重要组成部分，挡台作为板式轨道结构中的重要组成部分，设置于混凝土底座两端的中部，用以

29、限制轨道板设置于混凝土底座两端的中部，用以限制轨道板的纵、横向移动。的纵、横向移动。桥上板式轨道桥上板式轨道（伸缩调节器区段）（伸缩调节器区段）土质路基上板式轨道土质路基上板式轨道(RA(RA型型) )为减少材料用量、降低造价，开发了框为减少材料用量、降低造价，开发了框架型板式轨道。架型板式轨道。框架式轨道板框架式轨道板隧道内板式轨道隧道内板式轨道( (框架式框架式) )为适应新干线沿线的环境，开发了防振为适应新干线沿线的环境，开发了防振型板式轨道，其中防振型板式轨道，其中防振G G型在东北新干线型在东北新干线开始推广应用。开始推广应用。防振防振G G型轨道板型轨道板防振防振G G型轨道板底橡

30、胶垫层的粘贴型轨道板底橡胶垫层的粘贴防振防振G G型板式轨道（车站）型板式轨道（车站）防振防振G G型轨道板底橡胶垫层的布置型轨道板底橡胶垫层的布置防振防振G G型板式轨道横断面型板式轨道横断面日本防振日本防振G G型板式轨道的试验结果型板式轨道的试验结果防振防振G G型板式轨道的安全性不成问题；型板式轨道的安全性不成问题；在减振效果方面，比普通板式轨道要减小在减振效果方面，比普通板式轨道要减小5dB5dB左右；左右；在降噪方面，防振在降噪方面，防振G G型使结构物的噪音降低型使结构物的噪音降低4 45dB5dB；与早期的防振与早期的防振A A型相比，降低造价，轨道板的型相比，降低造价，轨道板

31、的横向应力分布更为均匀横向应力分布更为均匀。板式轨道的施工流程板式轨道的施工流程混凝土底座及凸形挡台的施工混凝土底座及凸形挡台的施工混凝土底座及凸形挡台灌注作业完成混凝土底座及凸形挡台灌注作业完成临时轨道的铺设临时轨道的铺设临时轨道的铺设临时轨道的铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的吊装、运输、铺设轨道板的状态调整轨道板的状态调整CACA砂浆的灌注砂浆的灌注钢轨铺设钢轨铺设钢轨焊接钢轨焊接轨道状态的精细调整轨道状态的精细调整（5 5）梯子型轨道（）梯子型轨道（Ladder TrackLadder T

32、rack）日本日本正大力研究一种正大力研究一种“梯子形梯子形”轨道。由两根纵轨道。由两根纵向轨枕（梁）支承钢轨，横向每隔向轨枕（梁）支承钢轨，横向每隔3m3m用钢管将两用钢管将两根纵向枕连结成梯子形；在桥上纵向轨枕与轨道根纵向枕连结成梯子形；在桥上纵向轨枕与轨道基础（梁面）之间每隔基础（梁面）之间每隔1.5m1.5m设减振支承装置组成设减振支承装置组成“浮置式梯子形轨道浮置式梯子形轨道”。其主要特点是：低振动、。其主要特点是：低振动、低噪音；变传统横向轨枕支承钢轨的方式为纵向低噪音；变传统横向轨枕支承钢轨的方式为纵向支承；轨道自重轻，约为有碴轨道的支承；轨道自重轻，约为有碴轨道的1/41/4。

33、路基上的梯子形轨道，其纵向轨枕下仍然铺设有路基上的梯子形轨道，其纵向轨枕下仍然铺设有道碴，属于有碴道床与整体轨下基础的混合式结道碴，属于有碴道床与整体轨下基础的混合式结构。说明轨道结构的发展出现了多样化形式。构。说明轨道结构的发展出现了多样化形式。梯子形轨道已完成结构的力学分析、组成部件及梯子形轨道已完成结构的力学分析、组成部件及实尺轨道的实验室基础试验，并在美国实尺轨道的实验室基础试验，并在美国TTCTTC运输中运输中心的环形线上完成了心的环形线上完成了3535吨重轴的快速耐久性试验。吨重轴的快速耐久性试验。梯子形有碴轨道梯子形有碴轨道梯子型有碴轨道（梯子型有碴轨道（FASTFAST试验线）

34、试验线）梯子型无碴轨道梯子型无碴轨道梯子型无碴轨道梯子型无碴轨道桥上梯子型无碴轨道桥上梯子型无碴轨道1.2 1.2 国内无碴轨道概况国内无碴轨道概况1 1、国内无碴轨道的发展概况、国内无碴轨道的发展概况我国铁路对无碴轨道的研究起步并不晚，但由我国铁路对无碴轨道的研究起步并不晚，但由于仅局限于上部轨道结构的研究，缺少下部基于仅局限于上部轨道结构的研究，缺少下部基础相关专业、部门之间的密切配合。特别是施础相关专业、部门之间的密切配合。特别是施工部门在施工过程中，对轨道基底、水害的处工部门在施工过程中，对轨道基底、水害的处理不当，导致无碴轨道在应用过程中出现了不理不当，导致无碴轨道在应用过程中出现了

35、不少问题。维修部门也难以接受，只好采用限制少问题。维修部门也难以接受，只好采用限制其使用的简单措施，而没有从根本上开展深入其使用的简单措施，而没有从根本上开展深入研究、统一认识。这样，从研究、统一认识。这样，从19871987年以后的近年以后的近1010年时间，对无碴轨道的研究基本停止，技术也年时间，对无碴轨道的研究基本停止，技术也停滞不前。停滞不前。 1 1、国内无碴轨道的发展概况、国内无碴轨道的发展概况2020世纪世纪5050年代末年代末19841984年，累计铺设各种年，累计铺设各种型式的整体道床型式的整体道床300300多多kmkm。结构型式以结构型式以混凝土支承块式混凝土支承块式为主

36、，其它：为主，其它：短木枕式短木枕式、整体灌注式整体灌注式、板式轨道板式轨道等。等。应用范围应用范围：主要在隧道内、站场、城市地：主要在隧道内、站场、城市地铁，而在桥上铺设较少，铁路桥上无碴轨铁，而在桥上铺设较少，铁路桥上无碴轨道采用的结构型式为道采用的结构型式为无碴无枕结构无碴无枕结构，如：，如：九江长江大桥的引桥。九江长江大桥的引桥。1 1、国内无碴轨道的发展概况、国内无碴轨道的发展概况随着我国高速铁路与客运专线的发展，特别是随着我国高速铁路与客运专线的发展，特别是近年来铁路改革的深入，对维修工作量少的无近年来铁路改革的深入，对维修工作量少的无碴轨道的研究又提上议事日程。从碴轨道的研究又提

37、上议事日程。从9090年代后期年代后期开始，铁道部组织科研、设计、施工以及院校开始，铁道部组织科研、设计、施工以及院校多部门的线路、桥梁等专业的科研人员，分阶多部门的线路、桥梁等专业的科研人员，分阶段、针对性地开展了无碴轨道的理论与试验研段、针对性地开展了无碴轨道的理论与试验研究。为今后新型无碴轨道的研究开发建立了一究。为今后新型无碴轨道的研究开发建立了一个较好的发展模式。个较好的发展模式。19951995年以来发展的新型无碴轨道年以来发展的新型无碴轨道板式轨道板式轨道：秦沈线狗河、双何特大桥；：秦沈线狗河、双何特大桥；赣龙线枫树排隧道。赣龙线枫树排隧道。长枕埋入式长枕埋入式：秦沈线沙河特大桥

38、；渝怀：秦沈线沙河特大桥；渝怀线鱼嘴二号隧道。线鱼嘴二号隧道。弹性支承块式弹性支承块式：秦岭隧道。：秦岭隧道。2 2、新型轨道结构的研究开发过程、新型轨道结构的研究开发过程 结构型式的提出与设计参数的确定结构型式的提出与设计参数的确定 室内模型试验，考察结构性能室内模型试验，考察结构性能 技术标准制定、技术标准制定、现场试验段的运营考验现场试验段的运营考验 改进完善、改进完善、全区间推广应用全区间推广应用（1 1）结构型式的提出与设计参数的确定）结构型式的提出与设计参数的确定国家国家“九五九五”科技攻关计划项目科技攻关计划项目高速铁路无碴轨道高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究结构设计参数的研究

39、（2 2）室内模型试验，考察结构性能）室内模型试验，考察结构性能19981998年铁道部科技开发计划项目年铁道部科技开发计划项目高速铁路高架桥上高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究无碴轨道关键技术的试验研究（3 3）技术标准制定、现场试验段的运营考验）技术标准制定、现场试验段的运营考验1999199920002000年铁道部科技开发计划项目年铁道部科技开发计划项目 秦沈客运专线桥上无碴轨道关键技术的研究秦沈客运专线桥上无碴轨道关键技术的研究20012001年铁道部科技开发计划项目年铁道部科技开发计划项目秦沈客运专线双何曲线桥板式轨道的研究秦沈客运专线双何曲线桥板式轨道的研究设计技术条件设

40、计技术条件的编制；的编制；施工技术条件施工技术条件的编制；的编制；无碴轨道工程施工技术细则无碴轨道工程施工技术细则的编制；的编制；无碴轨道工程质量检验评定标准无碴轨道工程质量检验评定标准的制订。的制订。（4 4）改进完善、）改进完善、全区间推广应用全区间推广应用2001200120042004年铁道部科技开发计划项目年铁道部科技开发计划项目秦沈客运专线秦沈客运专线桥上无碴轨道综合试验桥上无碴轨道综合试验2002200220032003年铁道部科技开发计划项目年铁道部科技开发计划项目高速铁路桥上高速铁路桥上减振型无碴轨道关键技术的研究减振型无碴轨道关键技术的研究高速铁路无碴轨道结构的选型原则高速

41、铁路无碴轨道结构的选型原则（1 1）在高速列车长期动荷载作用下，轨道结构应保）在高速列车长期动荷载作用下，轨道结构应保持安全、可靠的几何状态，并具有足够的承载强度持安全、可靠的几何状态，并具有足够的承载强度贮备以及与桥梁、隧道结构相当的使用耐久性；贮备以及与桥梁、隧道结构相当的使用耐久性；（2 2）轨道结构具有较好的弹性，以改善高速客运列）轨道结构具有较好的弹性，以改善高速客运列车旅客的乘坐舒适性，减缓轮轨间的冲击作用，减车旅客的乘坐舒适性，减缓轮轨间的冲击作用，减轻钢轨的磨耗；轻钢轨的磨耗；（3 3）结构简单，便于组织快速施工和安装，便于配）结构简单，便于组织快速施工和安装，便于配套设备和机

42、械的应用，施工进度应符合铺轨要求，套设备和机械的应用，施工进度应符合铺轨要求，对于混凝土道床的局部损坏应考虑有修复的可能对于混凝土道床的局部损坏应考虑有修复的可能性；性； （4 4）在无碴轨道的基础确保坚实稳定的情况下，）在无碴轨道的基础确保坚实稳定的情况下，需考虑因施工误差、曲线超高变化，以及预应力需考虑因施工误差、曲线超高变化，以及预应力混凝土桥梁徐变上拱等因素引起的轨面标高的改混凝土桥梁徐变上拱等因素引起的轨面标高的改变，其配套的扣件设计应考虑有足够的调整量和变，其配套的扣件设计应考虑有足够的调整量和可行的调整方法；可行的调整方法；（5 5）与有碴轨道相比，无碴轨道结构的造价应控）与有碴

43、轨道相比，无碴轨道结构的造价应控制在制在2 2倍以内，由于无碴轨道可大幅度降低维修倍以内，由于无碴轨道可大幅度降低维修费用，其综合经济效益可被接受，从而有推广应费用，其综合经济效益可被接受，从而有推广应用的价值。用的价值。3 3、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究借鉴国外高速铁路成熟的无碴轨道结构型式，借鉴国外高速铁路成熟的无碴轨道结构型式，结合我国既有的技术基础，初步提出了适合我结合我国既有的技术基础，初步提出了适合我国高速铁路的三种无碴轨道结构型式：国高速铁路的三种无碴轨道结构型式： 板式轨道板式轨道 长枕埋入式长枕埋入式 弹性支承块式弹性支承块式初步确

44、定三种结构在桥上、隧道内的断面尺寸与初步确定三种结构在桥上、隧道内的断面尺寸与平面布置；平面布置；阐明了三种无碴轨道的结构组成和特点；阐明了三种无碴轨道的结构组成和特点；根据动力学仿真计算结果，初步确定无碴轨道的根据动力学仿真计算结果，初步确定无碴轨道的设计荷载；设计荷载；根据静力计算模型，初步进行了无碴轨道各组成根据静力计算模型，初步进行了无碴轨道各组成部件的设计。部件的设计。 3.1 3.1 三种无碴轨道的三种无碴轨道的结构组成与设计特点结构组成与设计特点（1 1）板式轨道）板式轨道 结构组成结构组成轨道板轨道板(PRC(PRC或或RCRC）CACA砂浆弹性调整砂浆弹性调整层层凸形挡台凸形

45、挡台混凝土底座混凝土底座结构设计特点结构设计特点结构高度低、自重轻；结构高度低、自重轻；轨道板预制，现场工轨道板预制，现场工作量少；作量少；可修复性强；可修复性强；初期投资大。初期投资大。结构组成结构组成结构组成结构组成结构组成（圆形凸形挡台）结构组成（圆形凸形挡台）结构组成（半圆形凸形挡台）结构组成（半圆形凸形挡台） 结构组成结构组成穿孔轨枕穿孔轨枕混凝土道床板混凝土道床板隔离层隔离层( (或弹性垫层或弹性垫层) )混凝土底座混凝土底座（2 2）长枕埋入式）长枕埋入式 结构设计特点结构设计特点结构耐久、可靠结构耐久、可靠制造、施工简单制造、施工简单初期投资相对小初期投资相对小特殊条件下可修复

46、特殊条件下可修复（3 3）弹性支承块式）弹性支承块式 结构组成结构组成弹性支承块弹性支承块 ( (支承块、橡胶套靴、支承块、橡胶套靴、大橡胶垫板）大橡胶垫板）混凝土道床板混凝土道床板隔离层隔离层混凝土底座混凝土底座 结构设计特点结构设计特点结构减振性能好；结构减振性能好；制造、施工简单；制造、施工简单；初期投资相对较大；初期投资相对较大；特殊条件下可修复。特殊条件下可修复。 1钢轨；钢轨；2钢筋混凝土支承块；钢筋混凝土支承块；3块下胶垫；块下胶垫； 4橡胶靴套；橡胶靴套；5混凝土道床板；混凝土道床板；6混凝土底座混凝土底座 3.2 3.2 高速铁路无碴轨道设计荷载高速铁路无碴轨道设计荷载列车运

47、行速度与轴重直接影响设计荷载的取值，考列车运行速度与轴重直接影响设计荷载的取值，考虑我国高速列车与中速列车共线运行的运输组织模虑我国高速列车与中速列车共线运行的运输组织模式，在动力仿真计算分析中，高速列车采用德国式，在动力仿真计算分析中，高速列车采用德国ICEICE2 2机车（最高速度机车（最高速度300km/h300km/h、轴重、轴重195kN195kN），中速列），中速列车采用车采用SS8SS8电力机车和电力机车和DF11DF11内燃机车（最高速度内燃机车（最高速度160km/h160km/h、轴重、轴重230kN230kN）；）；根据动力仿真计算结果，采用了动轮载计算值较大根据动力仿真

48、计算结果，采用了动轮载计算值较大的德国的德国ICEICE2 2型作为确定其设计荷载的机车类型。型作为确定其设计荷载的机车类型。设计静轮重：设计静轮重：P P0 0195/2=97.5kN195/2=97.5kN设计动轮载：设计动轮载：P Pd dPP0 0 (为动载系数，取为动载系数，取3.0)3.0) 300kN 300kN 动力学计算模型动力学计算模型3.3 3.3 静力计算静力计算（1 1）长枕埋入式与弹性支承块式）长枕埋入式与弹性支承块式沿钢轨纵向，采用将钢轨和道床板作为双沿钢轨纵向，采用将钢轨和道床板作为双重弹性基础叠合梁的简化力学模式进行结重弹性基础叠合梁的简化力学模式进行结构内力

49、计算；构内力计算；沿垂直钢轨方向，采用弹性基础上有限长沿垂直钢轨方向，采用弹性基础上有限长梁的简化力学模式进行结构内力计算。梁的简化力学模式进行结构内力计算。 静力计算模型静力计算模型沿钢轨纵向沿钢轨纵向沿垂直钢轨方向沿垂直钢轨方向（2 2）板式轨道）板式轨道板式轨道静力计算采用有限元分析模型。板式轨道静力计算采用有限元分析模型。因钢轨为细长构件，可视为梁单元，其支因钢轨为细长构件，可视为梁单元，其支承弹性由扣件的轨下胶垫提供，并假定每承弹性由扣件的轨下胶垫提供，并假定每一钢轨联结扣件处为一线性弹簧支承。轨一钢轨联结扣件处为一线性弹簧支承。轨道板作为板单元，板下的道板作为板单元，板下的CACA

50、砂浆层作为线砂浆层作为线性弹簧支承体。性弹簧支承体。 板式轨道结构应力计算模型板式轨道结构应力计算模型4 4、高速铁路高架桥上、高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究无碴轨道关键技术的试验研究对上述三种结构型式的无碴轨道进行了结构细部设对上述三种结构型式的无碴轨道进行了结构细部设计与部件试制，并在实验室内按设计要求分别铺设计与部件试制，并在实验室内按设计要求分别铺设了了10m10m长的实尺轨道模型；长的实尺轨道模型；通过对实尺轨道进行振动加载、疲劳与落轴试验，通过对实尺轨道进行振动加载、疲劳与落轴试验，考察轨道的结构强度与动力性能；考察轨道的结构强度与动力性能；初步提出高架桥上无碴轨道的施

51、工方案；初步提出高架桥上无碴轨道的施工方案；提出了高速铁路无碴轨道桥梁徐变上拱的限值与控提出了高速铁路无碴轨道桥梁徐变上拱的限值与控制措施；制措施；初步分析了高速铁路高架桥上无碴轨道的动力特性初步分析了高速铁路高架桥上无碴轨道的动力特性与车辆走行性能。与车辆走行性能。 室内无碴轨道实尺模型（板式）室内无碴轨道实尺模型（板式）无碴轨道实尺模型（弹性支承块式）无碴轨道实尺模型（弹性支承块式）长枕埋入式模型疲劳试验长枕埋入式模型疲劳试验落轴试验落轴试验4.1 4.1 试验得出的主要结论试验得出的主要结论（1 1）结构强度：）结构强度： 在单点最大荷载在单点最大荷载250KN250KN作用过程下，道床

52、板的表面作用过程下，道床板的表面应变成线性增长；疲劳试验前后，应变值未发生变应变成线性增长；疲劳试验前后，应变值未发生变化，三种结构的强度满足设计要求；化，三种结构的强度满足设计要求；从枕上压力的测试结果看，弹性支承块式钢轨支点从枕上压力的测试结果看，弹性支承块式钢轨支点压力的分配较其它两种均匀；压力的分配较其它两种均匀；从荷载作用下的钢轨位移看，弹性支承块式最大，从荷载作用下的钢轨位移看，弹性支承块式最大，长枕埋入式最小。长枕埋入式最小。支点压力分配及钢轨位移支点压力分配及钢轨位移轨道结构型式荷载作用点下支点压力分配比例钢轨位移（mm）长轨枕埋入式450.71弹性支承块式33371.872.

53、02板式轨道48501.241.50（2 2）落轴试验结果）落轴试验结果 轨道结构型式弹性系数 K（KN/mm）阻尼系数 C（KNs/m）长轨枕埋入式1161286571弹性支承块式59728598板式轨道8710563874.2 4.2 桥梁徐变上拱的限值与控制桥梁徐变上拱的限值与控制 基于基于高速暂规高速暂规中对桥梁徐变上拱中对桥梁徐变上拱的限值要求（的限值要求（2cm2cm），以及大量实测资料的），以及大量实测资料的统计分析，得出无碴轨道桥梁徐变上拱设计统计分析，得出无碴轨道桥梁徐变上拱设计限值：限值： （1 11.6451.6450.300.30） ft t 2.02.0 ft t 1

54、.34cm1.34cm桥梁徐变上拱的影响因素桥梁徐变上拱的影响因素（1 1）与设计有关的因素）与设计有关的因素 桥梁的恒、活载设计弯矩比；桥梁的恒、活载设计弯矩比； 恒载作用下桥梁截面下缘的应力水平。恒载作用下桥梁截面下缘的应力水平。（2 2）与施工有关的因素）与施工有关的因素 水灰比与水泥用量；水灰比与水泥用量； 骨料的力学性能；骨料的力学性能； 施加二期恒载的时间间隔施加二期恒载的时间间隔。桥梁徐变上拱的控制措施桥梁徐变上拱的控制措施（1 1）设计方面）设计方面 增加梁高；增加梁高； 采用部分预应力混凝土结构采用部分预应力混凝土结构（2 2）施工方面）施工方面 尽量减少水泥用量；尽量减少水

55、泥用量； 选用弹性模量较高的骨料；选用弹性模量较高的骨料； 尽量延长施加二期恒载的时间间隔。尽量延长施加二期恒载的时间间隔。5 5、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计 在前期理论分析与室内试验的的基础上，结合秦在前期理论分析与室内试验的的基础上，结合秦沈客运专线具体的运营条件和线路条件，最终选定在沈客运专线具体的运营条件和线路条件，最终选定在国外高速铁路上应用较为成熟的长枕埋入式和板式无国外高速铁路上应用较为成熟的长枕埋入式和板式无碴轨道结构，并分别在秦沈客运专线高速试验段的沙碴轨道结构，并分别在秦沈客运专线高速试验段的沙河、狗河与双何特大桥上铺设（桥梁

56、长度均在河、狗河与双何特大桥上铺设（桥梁长度均在700m700m左左右）。右）。 5.1 5.1 长枕埋入式无碴轨道（沙河）长枕埋入式无碴轨道（沙河）混凝土底座混凝土底座道床板（现浇）道床板（现浇）穿孔轨枕穿孔轨枕扣件系统扣件系统（1 1）混凝土底座）混凝土底座底座与梁体预埋钢筋底座与梁体预埋钢筋连接成整体；连接成整体；在底座两端的中部设在底座两端的中部设置了限位凹槽；置了限位凹槽；底座与上部道床板之底座与上部道床板之间设隔离层或弹性垫间设隔离层或弹性垫层；层；C40C40级混凝土。级混凝土。 （2 2）混凝土道床板）混凝土道床板道床板由横向穿孔轨道床板由横向穿孔轨枕与枕与C40C40填充混凝

57、土填充混凝土组成；组成；24m24m梁跨内每线设置梁跨内每线设置6 6块道床板；块道床板；道床板顶面设道床板顶面设2 2的的人字坡。人字坡。 （3 3）横向穿孔轨枕）横向穿孔轨枕与道床板成为整体，与道床板成为整体，共同承载；共同承载；穿孔轨枕的设计必须穿孔轨枕的设计必须满足道床板的横向上满足道床板的横向上侧设计弯矩的要求；侧设计弯矩的要求；长度长度2.5m2.5m；（4 4）扣件系统）扣件系统扣件系统是无碴轨道结构设计的关键技术，其性扣件系统是无碴轨道结构设计的关键技术，其性能直接影响无碴轨道的安全性和耐久性。为此，能直接影响无碴轨道的安全性和耐久性。为此，对无碴轨道扣件系统的对无碴轨道扣件系

58、统的结构型式结构型式、高低和轨距的高低和轨距的调整能力调整能力、扣压力扣压力、抗横向荷载的能力抗横向荷载的能力、弹性弹性、绝缘绝缘等性能进行了专项试验研究。最终确定在长等性能进行了专项试验研究。最终确定在长枕埋入式无碴轨道上使用小阻力扣件。枕埋入式无碴轨道上使用小阻力扣件。扣件结构图扣件结构图主要设计参数主要设计参数项 目 单 位 参 数 扣压件（弹条） 13mm 单个弹条扣压力 kN 4 弹程 mm 11.5 轨距调整能力 mm 12 最大调高量 mm 30 预埋套管抗拔力 kN 100 锚固螺栓拧紧扭矩 Nm 300 承受最大横向力 kN 50（疲劳荷载） 轨下垫板静刚度 kN/mm 40

59、60 绝缘电阻 108 5.2 5.2 板式轨道（狗河、双何）板式轨道（狗河、双何）混凝土底座及混凝土底座及凸形挡台凸形挡台预制轨道板预制轨道板CACA砂浆调整层砂浆调整层扣件系统扣件系统（1 1）混凝土底座及凸形挡台）混凝土底座及凸形挡台底座结构按梁体产生的挠底座结构按梁体产生的挠度换算得出的弯曲力矩设度换算得出的弯曲力矩设计；计；底座与凸形挡台均通过预底座与凸形挡台均通过预埋钢筋与梁体相连；埋钢筋与梁体相连；曲线超高在底座上设置；曲线超高在底座上设置；沿线路方向每隔沿线路方向每隔5m5m设一横设一横向伸缩缝向伸缩缝 。凸形挡台的功能凸形挡台的功能凸形挡台作为板式轨道结构中的重要组成部分，凸

60、形挡台作为板式轨道结构中的重要组成部分，设置于混凝土底座两端的中部，用以限制轨道板设置于混凝土底座两端的中部，用以限制轨道板的纵、横向移动；的纵、横向移动；直接承受由钢轨传递到轨下基础的纵向力和横向直接承受由钢轨传递到轨下基础的纵向力和横向力，包括：梁轨间相互作用产生的纵向力、温度力，包括：梁轨间相互作用产生的纵向力、温度变化引起的轨道板伸缩力、轨道的横向抗力、起变化引起的轨道板伸缩力、轨道的横向抗力、起动与制动力、轮轨间的横向作用力等；动与制动力、轮轨间的横向作用力等；凸形挡台外形在梁跨的端部为半圆形，在梁跨中凸形挡台外形在梁跨的端部为半圆形，在梁跨中部均为圆形，其半径为部均为圆形，其半径为250