铁道工程第一章轨道组织结构

1、铁道工程Railway Engineering2第一章 轨道组织结构Track Structure3反反复复4轨道结构组成功能-引导、承受、传递性能要求-坚固稳定、几何形位、安全5第一节 钢轨钢轨的功能及基本要求钢轨的长度及接头钢轨伤损6一、钢 轨功能为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，引导机车车辆前进； 直接承受车轮的巨大压力，并分布传递到轨枕； 在电气化铁道或自动闭塞区段，还兼做轨道电路之用7钢轨的基本要求： 足够的强度和耐磨性 较高的抗疲劳强度和冲击韧性 足够光滑又有一定粗糙度的顶面 较强的抗不均匀磨耗性能和硬度的均匀性 良好的可焊性 良好的道岔机加工性能 化学成分便于进行热处理

2、高速铁路钢轨的高平直度8钢轨的型号75、60、50、43kg/m钢轨断面尺寸采用工字型断面，由轨头、轨腰、轨底组成。钢轨设计钢轨头部设计钢轨腰部设计钢轨底部设计钢轨断面的四个主要参数 ： 钢轨的头部顶面宽度（b） 轨腰厚度（t） 钢轨高度（H） 轨底宽度（B）9钢轨断面尺寸10钢轨的材质与机械性能化学成分物理力学性能金属组织热处理工艺碳、锰、硅、硫、磷强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等钢轨重型化、提高钢轨韧性、纯净化11钢轨轨缝预留轨缝： 目的：适应钢轨热胀冷缩钢轨的长度：和25m需满足条件 当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防胀

3、轨跑道。当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，以防接头螺栓拉弯或拉断。 构造轨缝指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。12钢轨接头定义-轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接悬空式、承垫式；相对式、相错式；普通接头、异形接头、绝缘接头等。见p23图1-3。13钢轨的伤损钢轨伤损概念 指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损钢轨伤损分类 依据 伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因编号 九类32种 用两位数表示，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。14钢轨的折断钢轨全断面至少断成两部分裂缝贯通轨头或轨底50

4、mm,H10mm的掉块。160km/h，钢轨顶面上有L30mm,H5mm的掉块。钢轨裂纹除了上述情况外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。15钢轨磨耗侧面磨耗波形磨耗钢轨接触疲劳伤损钢轨踏面外形变化轨头表面金属破坏接触疲劳形成16轨头核伤-最危险，突然断裂内因-内部材质缺陷外因-外部荷载内因在外因的作用下，轨头内部裂纹形成核，然后向轨头四周发展，猝然断裂。17减缓钢轨伤损的措施 ：净化轨钢，控制杂物的形态 采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质 改革旧轨再用制度，合理使用钢轨 钢轨打磨 按轨钢材质分类铺轨18第二节 轨枕轨枕的功用及类型木枕混凝土枕轨枕间距特种混凝土轨枕19二、轨 枕轨枕的

5、功能 承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床 有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。 对轨枕的要求 具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨 具有抵抗纵向和横向位移的能力 20轨枕的分类构造及铺设方法构造及铺设方法横向轨枕纵向轨枕短枕使用部位普通轨枕岔枕桥枕材质木枕混凝土枕钢枕21木 枕优点易加工、运输、铺设、养护维修 弹性好，可缓冲列车的动力冲击作用 与钢轨联结较简单 良好的绝缘性 缺点 消耗大量优质木材，价格较高 易腐蚀、磨损，使用寿命短 强度、弹性不均 22混凝土枕优点 纵、横向阻力较大 自重大、刚度大，轨底挠度较平顺，动力坡度小 高弹性垫层保证轨道弹性均匀 使用寿命长

6、，降低养修费用 节约木材 缺点 不平顺处，轨道附加动力增大，对轨下部件的弹性要求更高23轨枕的设计方法中间不支承、中间部分支承、全支承原则：轨枕的受力特点截面形状：两侧梯形，中间矩形，上窄下宽轨枕长度：以轨下截面正弯矩与轨中截面负弯矩保持一定的比例。轨枕高度：轨下高些，轨中矮些。 配筋预应力形成有利的偏心距。24有挡肩长型混凝土轨枕25PC枕的分类分类 I型：包括弦15B、弦61A、弦65B、69型、79型、S-1型和J-1型II型：包括S-2型、J-2型、 Y-F型、TKG-型等III型：新研制的与75kg/m钢轨配套的混凝土枕 型、型、型。（强度逐渐加强） 型、型长度，型（有档肩、无档肩两

7、种）2627不同类型混凝土枕类型轴重设计速度铺设密度备注21t85km/h1840逐步淘汰23t机车21t货车120km/h次重型、重型轨道23t200km/h176028III型混凝土枕的特点：结构合理，强化了轨道结构（长度、枕下面积17%、端侧面积20%、轨枕质量均增加31%）增大了轨下和中间截面的设计承载力43%和65%，提高了轨枕的强度。采用无螺栓扣件，减少养护维修工作量29轨枕间距轨枕间距运量行车速度线路设备条件钢轨道床每公里的轨枕根数30轨枕密一些，道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力都可小一些。同时，使轨距、方向易于保持，对行车速度高的地段尤为重要。 太密则不经济，而且净距过小，也

8、会影响捣固质量（型轨枕枕间距，客运专线无碴轨道）。 31混凝土枕的铺设数量及布置 轨枕级差为每公里80根，正线铺设见表1-16下列地段应增加轨枕的铺设数量： 半径R800m的曲线地段（含两端缓和曲线）； 坡度大于12的下坡地段； 长度等于或大于300m且铺设木枕的隧道内。 轨道加强地段每千米增加的轨枕数量和最多铺设根数应符合表1-8。32轨枕数量的计算钢轨接头处，轨枕间距比中间小，并向中间间距过渡，以适应荷载的变化。见图1-8.abcnL33混凝土宽轨枕荷载位于宽枕轴线位置，避免了偏心宽度大，纵横向上都有弯矩34其它轨枕-弹性轨枕35梯式轨枕36框架式轨枕37德国B系列轨枕38法国双块式轨枕3

9、9第三节 联结零件钢轨接头联结零件钢轨与轨枕联结零件40三、联 结 零 件定义：连接钢轨或连接钢轨和轨枕的部件。分类：钢轨接头联结零件、中间联结零件（扣件）。作用：保证钢轨间、钢轨与轨枕间的可靠连接；保持钢轨的连续性和整体性；减震性能 ；阻止钢轨纵横向移动，确保几何形位。41钢轨接头联结零件钢轨接头：轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接。接头处轮轨动力作用大，养护维修工作量大，是轨道结构的薄弱环节之一。形式： 接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种。 按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种。 我国一般采用相对悬空式，即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间

10、。42组成：接头夹板、螺栓、弹簧垫圈接头夹板-承受弯矩、传递纵向力、阻止钢轨伸缩。双头夹板-竖直荷载作用下，具有较大的抵抗挠曲和横向位移的能力。见下图。螺栓、螺母、弹簧垫圈-夹紧夹板和钢轨，防止螺栓松动。4344联结零件实物图454647钢轨与轨枕联结零件（扣件）作用保持钢轨与轨枕可靠联结阻止钢轨相对于轨枕的移动缓冲减震性能，延缓轨道残余变形积累要求足够的强度、耐久性、弹性构造简单，便于安装、拆卸零部件精度高、可靠性好 较大的调高能力和调距能力 绝缘性能48 分类： 按扣压件区分：刚性和弹性之分； 按承轨槽区分：有挡肩和无挡肩之分； 按轨枕区分：有木枕扣件和混凝土枕扣件之分； 按轨枕、垫板及扣

11、压件的联结方式区分：不分开式和分开式之分；49木枕扣件分开式扣件-4个螺纹道钉、T形螺栓。零件多，用钢量大，钢轨更换麻烦。混合式扣件-道钉、五孔双肩铁垫板。钢轨受荷后翘起易将道钉拔起，影响扣压力。50混凝土枕扣件应具备的性能足够的扣压力适当的弹性尽可能大的轨距和水平调整量绝缘性能51混凝土枕扣件 类型弹条型扣件 （由形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成 ,5060） 弹条型扣件 （有螺栓，需靠扭力扳手上紧,60） W型型：材质差些，W高出不多（最早德国） 型材质好些，两端高出较多。 弹条型扣件 （无螺栓无挡肩扣件。由弹条、预埋铁座，绝缘轨距块和橡胶垫板组成）52弹条型弹条型5

12、3无砟轨道弹性分开式扣件无砟轨道扣件WJ-2型WJ-7型WJ-8型54国外有砟轨道扣件日本 102型扣件弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整10mm 轨距无级调整 扣压力 5kN 弹程12mm 静刚度60kN/mm55国外有砟轨道扣件英国 PANDROL e系列扣件弹性不分开式 无挡肩 无螺栓扣压 高低不调整 轨距有级调整-8+4mm 扣压力 11kN 弹程13mm 静刚度：80100kN/mm56国外有砟轨道扣件英国 PANDROL FAST CLIP扣件弹性不分开式 无挡肩 无螺栓扣压57国外有砟轨道扣件德国 VOSSLOH W14型扣件 弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整1

13、0mm 轨距有级调整 -8+4mm 扣压力 10kN 弹程13mm 静刚度 5070kN/mm58国外有砟轨道扣件法国 NABLA扣件弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整10mm 轨距有级调整-8+4mm 扣压力 11kN 弹程9mm 静刚度70kN/mm59国外无砟轨道扣件日本 直结4型 弹性不分开式 有挡肩 无铁垫板 有螺栓扣压60德国 VOSSLOH 336型 弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 扣压力 12kN61英国 PANDROL FAST 弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 无螺栓扣压 高低不调整62实际中的一些扣件图片636465第四节 有砟道床道床的功能及对材质的要求道

14、床断面道床的变形66四、有 砟 道 床67有砟道床的功能承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上，使之不超过路基面的容许应力； 提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定； 提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动； 提供良好的排水性能，以提高路基的承载能力及减少基床病害； 便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。68道砟应具备的性能质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎排水性能好，吸水性差不易风化，不易被风吹动或被水冲走道砟的分级指标抗磨耗、抗冲击性能抗压碎性能渗水性能抗大气腐蚀性能稳定性能软弱颗粒含量69材质：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂及熔炉矿砟等 ； 分级：一级、二级，京沪特级； 级

15、配 粒径：2570mm(一般)，粒径越小，强度、排水差； 接触面积大，吸收动能能力强 高速铁路：2550mm。见图1-19和1-20. 形状：正方形最好，长方形次之，片状最差。70有砟道床断面71道床几何尺寸 道床厚度：直线或曲线内轨中轴线下轨枕底面至路基面 3050cm，曲线上应量测里股（外侧有堆高）。 秦沈线一般30cm，路基面有级配碎石。 胶新线有的铺有底碴（沙石）部分地段道碴厚度不足。 非渗水土路基的道床厚度不小于30cm。 岩石、渗水土路基的道碴厚度不小于35cm。 顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽有关 一般2530cm 无缝线路45cm（堆高15cm，增大阻力，稳定。） 边坡坡度：或

16、72有砟道床的变形73第五节 无砟轨道整体道床板式轨道轨枕埋入式轨道轨枕支承式轨道74 概念 是一种在坚实基底上直接浇筑混凝土以取代传统道碴层的轨下基础。 应用于 铁路隧道 地下铁道无砟桥梁上 城市轨道交通有特殊需要、基础又经过适当处理的土质路基上 常见类型 板式轨道、双块式轨道、长枕埋入式轨道、弹性支承轨道等结构型式。75优点： 整体性强，轨道几何形位易于保持，稳定性好； 轨道变形很小，发展较慢，有利于铺设无缝线路及高速行车； 减少养护维修工作量，改善劳动工作条件 减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量） 外观整洁美观，坚固耐久。 缺点： 整体道床工程投资费用高 要求较高的施工精度

17、和特殊的施工方法 对扣件和垫层也有特殊要求 在运营过程中，一旦出现病害，整治非常困难 振动噪声大。76无砟轨道分类77A型轨道板7879防震G型80优点采用后张法，避免了先张法的预应力自由锚固区，减小了板的宽度，降低了轨道结构自重。 单元式轨道板，便于维护。 充填式垫板解决了轨道高低调整及轨道板翘曲引起的变形。 生产、铺设方法简单、可靠。缺点： 轨道板变形后只能靠充填垫板调整。 凸形挡台处砂浆容易破坏。 轨道板易产生翘曲变形。 相对于德国雷达轨道，其造价较高。81CA砂浆CA砂浆具有足够的支承荷载的强度，也具有一定的弹性，且成本不太高。水泥砂浆虽然有一定的强度和耐久性，但弹性差，而乳化沥青虽富

18、于弹性，但强度和耐久性差，将两者结合起来成为CA砂浆，通过调整配合比例，可得到所需要的强度和弹性。CA砂桨由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成。 82铺设好的板式轨道83全突起 半突起（排水）84博格板式轨道优点Bgl板式轨道吸收了日本板式轨道使用的预制轨道板，制作和施工方便快捷的优点；同时吸收了轨枕埋入式轨道结构整体性好的优点，改善了单块轨道板板端翘曲的问题。与日本板式轨道不同，Bgl板式轨道中的沥青-水泥-砂浆调整层为半刚性材料。日本板式轨道中的CA砂浆可视为弹性材料。缺点曲线上每块板的承轨槽打磨加工不同，在实际施工线位上是唯一的定位板，施工不灵活，通用性差。 轨道维修时需切割进行

19、。 造价相对较高。85博格轨道结构8687长枕埋入式88长枕埋入式轨道施工89Rheda轨道的优化过程90优点施工工艺，利于掌握； 预制件的生产经验及生产设备利于掌握 由于采用单根枕，平整度利于保证，避免了板式轨道需模型精细加工或车床加工等工序； 预制件较小，运输吊装方便； 轨道基本为混凝土构筑，耐久性保证概率高。缺点新老混凝土结合面易产生裂纹，裂纹控制较困难； 轨道结构宽度较板式轨道宽，自重大； 现场混凝土施工量大； 轨道结构一旦发生变形，维修困难，可维修性低；91铺设中的Rheda200092铺设中的Rheda200093Zblin（旭普林）型无砟轨道德国无砟轨道之二：Zblin（旭普林）型无砟轨道于1974年开发。与Rheda2000型无砟轨道结构形式基本相同，主要差异是在施工方式上。Zblin的施工方式是在现场混凝土道床板浇筑以后，通过振动方式将轨枕“振入”到新鲜的混凝土中，使轨枕和道床板成为一个整体结构。此时的混凝土必须具有一定的密度，以确保只能将轨枕“振入”其中，而不允许轨枕靠重力“沉入”其中。研发初衷：寻求一种高度机械化的施工方法，以解决Rheda型轨枕埋入式无砟轨道传统手工施工带来的进度慢、成本高的问题。 94优点结构整体性强； 轨枕