铁道工程毕业论文----无砟铁路施工技术

1、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 论述无碴轨道施工技术。关键词:高速;无碴轨道;施工技术AbstractIn recent years along with our country railway transportation to

2、the increased speed, the high speed direction developed, set a higher request to the line quality. Because not is cut by broken glass the track to have the service quantity to be small, the stability is good, the service life is long, the total life cycle cost is low, the structure is highly low, th

3、e crosswise track resistance is big, may avoid flying is cut by broken glass, superelevation, slope establishment nimble and so on merits. Not was cut by broken glass the track in the high-speed railroad construction to receive takes seriously, to obtain the widespread application. The study uses fo

4、r reference overseas not is cut by broken glass the orbital technology, regarding raises our country high-speed railroad construction level, speeds up not is cut by broken glass the track technological development, has the important meaning. Simultaneously unifies the domestic construction experienc

5、e to elaborate not is cut by broken glass the track construction technique.Key words:High-speed; Ballastless Track; construction technology、目 录第 1章 绪论 . 1 1.1 课题研究背景和意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 第 2章 高速铁路技术概况 . 4 2.1 高速铁路发展概况 . 4 2.2 中国高速铁路发展模式 . 7 第 3章 无砟轨道选型 . 10 3.1 无砟轨道概述 . 10 3.1.1 无砟轨道主要技术条件 . 10 3.

6、2 国外无砟轨道类型及特点 . 错误!未定义书签。 3.2.1 博格板式无砟轨道 . 14 3.2.2 雷达型无砟轨道 . 18 3.2.3 日本板式无砟轨道 . 24 3.2.4 弹性支承块型(LVT 无砟轨道 . . 26 3.2.5 旭普林型无砟轨道 . 27 3.3 我国无砟轨道主要类型 . 31 3.3.1 板式无砟轨道轨道 . 32 3.3.2 双式无砟轨道 . 34 3.3.3 长枕埋入式无砟轨道 . 35 3.4 适合中国国情和路情的无砟轨道轨道主要类型 . 36 第 4章 京津城际客运专线 CRTS 型板式无砟轨道施工技术 . 38 4.1 无砟轨道发展概况 . 38 4.2

7、 系统技术的构成 . 39 4.3 系统技术的主要特点 . 41 4.4 主要施工工艺法 . 42 4.4.1 板厂概况 . 42 4.4.2 重难点工程介绍 . 42 4.4.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺 . 43 4.5 轨道板铺设工艺 . 44 第 5章 结束语 . 52 参考文献 . 54 致 谢 . 55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。因此,自有铁路以来,人们就不断致力于提高列车的运行速度,为此,许多 优秀的铁路技术人员付出了艰苦卓

8、绝的努力。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

9、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

10、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

11、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,

12、 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国和日本, 而它们的发展道

13、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

14、提升我国交通运输结构, 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

15、互通运营指 导文件 (96/0048/EC 对高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

16、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。 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

17、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, 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

18、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/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

19、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。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

20、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

21、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

22、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。 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

23、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, 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 -

24、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 的高速铁路骨架。西 班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速

25、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界高速铁路

26、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

27、的发展过程中已经充分体现其可行性, 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

28、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

29、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,

30、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

31、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, 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

32、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

33、。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

34、,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

35、 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

36、 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 ²h -1时,出 现较严重的道砟飞溅现象。后将速度降到 320km ²h -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,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 ²h -1时行车。

37、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

38、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

39、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

40、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

41、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”的结果。为此,人们在线路上部

42、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

43、此可以推论,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

44、费是 1000欧元²m -1,而普通铁路有砟轨道的 工程费是 590欧元²m -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

45、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 515.3km , “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

46、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 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

47、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。 其层次构成依次为:级配碎石构成的防 冻层 (FSS30cm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

48、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,

49、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。143 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 0.60m 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。

50、 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 25m 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。 1516 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