高速铁路无砟轨道技术

1、高速铁路无砟轨道技术中国铁道科学研究院铁道建筑研究所2010.07zzzzzz国内外高速铁路无砟轨道概况无砟轨道技术特点与分类CRTS 型板式无砟轨道技术CRTS 型板式无砟轨道技术双块式无砟轨道技术岔区板式无砟轨道2/175 国内外高速铁路无砟轨道概况 无砟轨道技术特点与分类 CRTS 型板式轨道技术 CRTS 型板式轨道技术 双块式无砟轨道技术 岔区板式无砟轨道 结束语3/175高速铁路轨道结构从总体上分为两大类：有砟轨道、无砟轨道 有砟轨道国内外运营实践表明：两类轨道结构均可保证高速列车的安全运营，但两类轨道结构在技术经济性方面存在明显差异。4/175随着列车速度的不断提高，有砟轨道结构

2、面临严峻的挑战，道砟粉化及道床累积变形的速率随之加快，必须通过一系列轨道结构强化措施（诸如：采用特级道砟，优化道床尺寸，铺设砟下胶垫、枕下胶垫等），来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性、减少频繁线路维修工作的要求。5/175自上世纪60年代开始，世界上很多国家在强化有砟轨道的同时，相继研发以" 高平顺性" 和" 少维修" 为主要目标的多种型式无砟轨道结构。随着技术经济性的不断提高，无砟轨道目前已成为世界高速铁路轨道结构的发展方向，其推广应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾地区等后期修建的高速铁路，无砟轨道所占比例均在90%以上。6/175无砟轨

3、道的主要优点（ 1）线路静态、动态平顺性高（ 2）线路维修工作量大幅减少（ 3）耐久性好，服务期长（ 4）提供较大的纵、横向阻力，线路稳定性高。（ 5）避免了特级道砟资源的使用以及高速条件下的道砟飞溅（ 6）自重轻，减小桥梁的二期恒载（ 7）结构高度低，改善高速铁路隧道的通风条件7/175无砟轨道的不足（ 1）轨道结构本身的初期工程投资要大于有砟轨道。（ 2）无砟轨道高低调整能力有限（主要通过扣件系统），特殊情况下，轨道结构破损后的修复和整治困难。（ 3）无砟轨道的道床面相对平滑，轮轨噪声相对较大。8/1751.1 国外高速铁路无砟轨道1.1.1 日本新干线板式无砟轨道1.1.2 德国高速铁路

4、无砟轨道1.1.3 其他国家和地区9/1751.1.1 日本新干线板式无砟轨道¾ 日本新干线大量采用无砟轨道结构。其累计铺设里程达2700多km （其中新干线约1600多km ）。¾ 无砟轨道由日本铁路综合技术研究所集中研发。从60年代开始理论和试验研究，为新干线不同线下基础上的无砟轨道提供了统一的、标准的结构设计。¾ 无砟轨道的应用从隧道、桥梁地段 路基地段。10/175 日本新干线无砟轨道所占比例 0%20% 40%60% 80% 100%东海道新干线山阳新干线 （新大阪冈山）山阳新干线 （冈山博多）东北新干线上越新干线北陆新干线100 95531691051

5、582918584有碴轨道 无碴轨道 直结轨道11/175（ 1）日本新干线无砟轨道结构型式针对其自然环境、地震频发，人工成本高的国情、桥隧结构多的路情，日本新干线确定采用施工费用低、施工速度快、可修复性强的单元板式无砟轨道结构。在维持结构型式不变的前提下，不断优化设计、制造和施工技术，提高其技术经济性。 结构组成 钢轨（JIS60） 扣件（直结4、5、7、8型）预制混凝土轨道板 水泥乳化沥青 (CA砂浆调整层 混凝土底座（设凸形挡台）12/175（ 2）日本板式轨道各组成部分的技术发展预制混凝土轨道板 普通钢筋混凝土（RC ）平板 双向预应力混凝土（PRC ）平板 普通钢筋混凝土（RC ）框

6、架板13/175扣件系统直结2型、直结4型不分开式（主要应用于隧道区间） 直结5型、直结6型、直结7型 直结8型分开式 共同的技术特点： 弹片式扣压件 钢轨高低、左右位置无级调整直结8型 直结4型14/175水泥乳化沥青（CA ）砂浆CA 砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种材料组成，主要起施工调整、缓和冲击等功能。CA 砂浆由专业化公司（东亚道路公司和日产化学公司）研发、生产和施工。经几十年的研究和试铺，先后开发出不同使用条件的CA 砂浆配方，如：适应温暖地区用的No.8配方、寒冷地区用的No.33配方、海岸线 和修补用的配方等。15/175凸形挡台周围填充材料凸形挡台周围的填充材

7、料最初采用CA 砂浆，伤损较为严重，伤损率平均达到7.6。从1980年开始，研发强度高、弹性和耐久性好的树脂材料进行替代。在满足性能要求的前提下，研发出价格低、性能好的新型聚氨酯系树脂材料，并自北陆新干线开始推广应用。充填式垫板为保证钢轨支点刚度的均匀性，配套研发了树脂充填式无级调高垫板。早期采用PV101型树脂充填垫板，几十年来对充填式垫板的树脂材料性能进行了不断改进，从PV201型、PV301型发展到目前的PV401型。17/1751.1.2 德国高速铁路无砟轨道¾ 德国目前铺设无砟轨道延长里程约800km 。¾ 无砟轨道基于统一的基本技术要求，由立足于企业开发研发，结

8、构型式繁多。目前通过德铁认证许可的无砟轨道结构型式有6种，即：Rheda 、Züblin 、Bögl 、Rheda Berlin、ATD 、Getrac¾ 无砟轨道的研究与应用从隧道、路基地段 桥梁地段。¾ 任何无砟轨道新结构在纳入德铁路网之前，必须获得德铁技术委员会（EBA ）的批准。EBA 认证试验室综合评价有限长度的试铺5年的运营考验。18/17519/175线路设计速度 线路长度 无砟轨道（km/h） （km ） （km ）280330330 26417789 约 9015075开通时间柏林汉诺威科隆法兰克福纽伦堡英戈城1998.92002.82

9、006柏林汉诺威：Rheda Classic、 Zublin 、 FFC 、ATD 、BTD 型科隆法兰克福：Rheda Classic、Zublin 、Rheda Berlin型纽伦堡英戈斯塔特：Rheda2000、Bögl 型20/175（ 1）德铁无砟轨道设计的基本要求无砟轨道主要技术要求（AKFF v4） 轨道刚度：64±5（kN/mm）。即在20t 轴重作用下钢轨产生约1.5mm 的位移。据此要求扣件垫板刚度：22.5±2.5（kN/mm）。 支点间距：650mm 。 轨距：1436±2mm 线路纵向阻力：14kN/m 线路横向阻力：25kN/

10、m 轨底坡：1：4021/175德铁无砟轨道扣件系统（Vossloh 300型）主要技术要求y 高低调整量：4 / +26mm，特殊情况下56/4mm 。 y 轨距调整量：±16mm 。y 单个弹条扣压力：9kNy 胶垫静刚度：22.5±2.5 kN/mm。 22/175德铁无砟轨道对下部基础的主要技术要求对于不同的无砟轨道结构，其下部基础的要求都是统一的。相应的规范： 桥梁：DS804 路基：DS836 隧道：DS85323/175 路基工后沉降要求y 长期运营中，必须小于等于扣件的调高量减去5mm ；（15mm ）y 如在大于20m 范围沉降较均匀，则为第项的2倍； （

11、30mm ）y 路基工后沉降能按竖曲线R 0.4v 2进行圆顺；y 以下情况不应铺设无砟轨道： 预测工后沉降大于扣件调高量减去余量的4倍（60mm ） 预测工后沉降无法进行圆顺或难以预测的区段 地下水位高出钢轨顶面以下1.5m 的区段24/175 路基基床结构及质量要求 y 基床结构采用自上至下刚度逐步递减的多层支承系统，包括： 钢筋混凝土/沥青混凝土承载层； 水硬性支承层（HGT ）； 防冻层（FSS ）等y 各层的变形模量（E v2）和压实系数（D pr）均有明确的规定。25/175 桥上无砟轨道的基本要求 y 无砟轨道设置在桥梁钢筋混凝土保护层上，保护层作为传力机构传递无碴轨道的水平力。

12、出于构造与静力要求，最小厚度110mm 。y 在保护层或道床板上形成能相互嵌入榫接的凸起块以传递纵、横向力。y 道床板与保护层板间设隔离层（土工布），实现道床板可修复。26/175y 当钢轨附加应力超出允许值（92MPa ）时，要设置钢轨伸缩调节器。y 梁端伸缩缝两侧钢轨支点的竖向、横向错位不应超过1mm 。y 对梁端转角引起的轨道稳定性、扣件抗拔力等进行检算。压力 拉力 v27/175（ 2）Rheda （雷达）型无砟轨道现浇混凝土道床板的Rheda 型是德铁无砟轨道主要结构型式，其占德铁无砟轨道一半以上。其成套技术较为成熟，在桥上、路基、隧道、道岔、伸缩调节器区段均有工程实践。路基 桥上

13、道岔28/175德国弗莱德尔（Pfleiderer ）公司1999年开发Rheda2000系统；2002年在纽伦堡英戈斯塔特高速线上使用了该系统。 用钢筋桁架组成的双块式轨枕取代了整体轨枕，减少了新、老混凝土的结合面，提高了结构的整体性 轨道结构高度降低（650 473mm）， 降低工程造价。29/175y 路基上、隧道内、短桥上采用连续道床板结构y 路基桩板结构、长桥上采用分块道床板结构30/175路基和隧道内Rheda 型无砟轨道技术特点z 基于德国道路混凝土路面的设计理论和实践经验，道床板及下部支承层采用连续结构，并保证层间粘结。z 道床板截面配筋率0.80.9，单层钢筋，布置于道床板截

14、面中间位置，以期达到道床板混凝土的裂缝宽度限值0.5mm 、裂缝间距22.5m的设计目标 。31/175长桥上Rheda 型无砟轨道技术特点z 长桥上（桥长大于30m ）道床板分块设置，长度一般在4.07.0m 之间，道床板之间设最小宽度为100mm 的横向断缝，可作横向排水通道。z 桥上设凸台、或设底座（凹槽），提供道床板纵、横向限位。z 为适应桥梁轨道间的相互作用（缓和冲击，协调变形），在凸台或底座凹槽四个侧面设置弹性垫层。32/175路基桩板结构上的Rheda2000型无砟轨道z 与长桥上结构类似，采用锚固销钉限位。33/175（ 3）Züblin （旭普林）型无砟轨道Z

15、52;blin 型无砟轨道系统在路基、桥梁和隧道内的结构设计与Rheda型无本质区别。其系统研发的出发点是：改变传统的施工方法，提高现浇混凝土结构的施工效率。34/175与Rheda 型无砟轨道的主要不同点z 为适应其施工方法，双块式轨枕外形和配筋不同z 桥上道床板限位采用底座设凹槽限位方式z 为适应其振动压入式施工方法，混凝土配合比要求：水灰比较大。35/175z 采用专用施工成套设备，用固定架替代钢轨支撑架，将轨排振动 压入预先浇筑的道床混凝土中，其施工机械化程度高。z 施工不需组装轨排，受环境影响小。固定架 横梁 支脚（ 4）Bögl （博格）型板式无砟轨道由德国MAX Bog

16、l 公司上世纪70年代末研发；并分别于1978年、1999年建立了3个试验段，长度约215m 、430m 、656m 。通过试验段的测试和观测，德铁2002年批准在纽伦堡英戈斯塔特的高速线上正式使用，铺设了双线35km 。37/175博格板式轨道的研发由来 基于德铁路基和桥上无砟轨道的基本设计要求。 研发了纵向连续的预制板式轨道结构，路基和隧道内替代纵向连续的现浇混凝土道床板结构； 研发了端部设凸台的预制单元板，替代桥上分块设置的现浇混凝土道床板。38/175路基、隧道内的博格板式轨道结构钢轨及扣件板间连接件混凝土轨道板6.45×2.55×0.2m水泥乳化沥青砂浆调整层，3

17、0mm水硬性支承层轨道板纵向设计：与Rheda 、Zublin 型相同轨道板横向设计：按65cm 宽的轨枕设计39/175 轨道结构设计特点 轨道板通过底部刷毛处理，板下充填层采用高强度的水泥乳化沥青砂浆，给轨道结构提供横向抗力。 根据线路平纵断面条件，带挡肩的预制轨道板在厂内对承轨槽进行数控机床打磨处理，通过布板设计，铺设到指定地点。每块轨道板在线路的位置是固定的，出厂前进行编号对应。40/175德铁桥上应用的博格板式轨道结构现浇混凝土底座板（设凹槽） 桥上轨道板不纵连，设10cm 间隔缝； 梁缝处轨道板和底座均断开。41/175 德铁桥上采用的博格轨道板型式 普通混凝土结构，板厚300mm

18、 两端的中部设限位块（与现浇底座相对应） 板底喷涂隔离层，限位块侧面粘贴橡胶垫层42/1751.1.3 其他国家和地区（ 1）法国 法国高铁主要采用有砟轨道结构。 2001年在地中海线马赛隧道（7.8km ）内试铺了双块式无砟轨道结构。 2006年在东部高速线上试铺了2km 左右的无砟轨道试验段。2007年 6月开通运营，列车最高运行速度320km/h。（ 2） 奥地利 Porr 单元板式轨道结构 预制轨道板采用普通混凝土结构 调整层采用自密实混凝土砂浆 通过中部" 钢筋混凝土销" 限位 板底设隔离层，中空侧面设弹性垫层44/175（ 3）韩国高速铁路 韩国高铁（汉城釜山）全长412km ，分二期建设： 一期工程（汉城大邱）289.3km 主要为有砟轨道，在光明车站及3座隧道内引进