高速铁路工程施工技术创新讲座中铁建

客运专线/高速铁路施工技术

2010年9月

目录

一、国外无砟轨道技术简述二、国内无砟轨道研究与应用三、XX城际铁路建设新技术推广应用四、结束语一、国外高速铁路发展简述为了适应高速行车的需要，提高线路稳定性、可靠性和耐久性，减少线路维修工作量，世界各国研发了多种型式的有砟或无砟轨道，其中法国的有砟轨道、德国和日本的无砟轨道应用走在各国前列。无砟轨道由于其良好的稳定性成为各国研究和应用的主流，具有代表性的无砟轨道主要有德国的Rheda(雷达)无砟轨道、Züblin(旭普林)无砟轨道、Bögl(博格板式)无砟轨道以及日本的板式轨道等。

序号国家区间轨道结构形式道岔区轨道结构形式1法国有砟轨道有砟轨道2德国双块（旭普林、雷达）、博格板轨枕埋入式3日本单元板式（大板、框架板）复合轨枕4意大利有砟轨道，试验IPA板有砟轨道5西班牙有砟轨道、雷达2000无砟轨道有砟轨道、轨枕埋入式6韩国传统雷达型（长枕埋入式）轨枕埋入式无砟轨道的主要特点轨道稳定性好，轨道几何形位能持久保持，线路养护维修工作量显著减少，从而减小对列车运营的干扰，线路利用率高；耐久性好，服务期长；平顺性及刚度均匀性好；自重轻，可减轻桥梁二期恒载；结构高度低，可减小隧道开挖断面；避免优质道碴的使用及环境破坏，无高速运行时的道碴飞溅。目前国外无砟轨道主要型式雷达双块式旭普林双块式博格板式日本板式几种国外无砟轨道的发展过程Rheda(雷达)无砟轨道于1972年铺设于德国比勒菲尔德至哈姆的线路上，以雷达车站命名。在使用过程中针对轨枕周边与道床混凝土出现裂纹的情况进行了不断优化，主要变化是由整体轨枕发展为双块式轨枕，由槽形承载层发展为平板型承载层。最初的Rheda无砟轨道（Rheda-Classic经典型）采用的是整体轨枕埋入混凝土道床，到Rheda-Berlin（柏林型）已经发展为钢筋桁梁支撑的双块埋入式无砟轨道，发展到Rheda2000时，已成为由钢筋桁架连接的双块埋人式轨道，其混凝土承载层改成平板结构，并针根据路基、桥梁、隧道等不同基础进行了局部修改。Rheda无砟轨道采用的是

VOSSLOH300-1U型（福斯罗）扣件Züblin(旭普林)无砟轨道系统于1974年开发，早期的Züblin无砟轨道中采用的是B360W60型双块式轨枕，现行的Züblin无砟轨道采用的是B361W60－1型双块式轨枕，于1999年获得了德国铁道部（EBA）的建造许可，后于2005年又获得了延期许可，Züblin无砟轨道也采用的是VOSSLOH300-1（福斯罗）扣件。在科隆－法兰克福高速铁路上成功铺设了21km。小知识：Züblin与Rheda无砟轨道系统相似，都是在混凝土承载层上铺设双块埋入式无砟轨道。它们的主要区别：一是Züblin无砟轨道双块式轨枕的钢筋桁架不外露；二是Züblin无砟轨道采用的施工工艺是先灌注轨道板混凝土，然后将双块式轨枕安装就位，通过振动法将轨枕嵌入压实到混凝土中，直至达到精确的位置。Bögl(博格)板式无砟轨道系统前身是1977年铺设在德国卡尔斯费尔德--达豪试验段的一种预制板式轨道。该轨道系统结构组成类似于日本新干线板式轨道，吸收了轨枕埋入式无砟轨道整体性和板式轨道制作和施工的特点，进行了包括预应力、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进，采用数控磨床加工预制轨道板上的承轨槽，采用高性能沥青水泥砂浆提供适当的弹性和粘结，并使用高精度、快速便捷的测量系统，施工机械化程度很高。1999年马克斯·博格公司分别在卡尔斯鲁尔－海德堡的罗特马耳西铺设了656米（直线）Bögl轨道试验段、汉堡－威斯特兰德的哈特斯德特铺设了285米（曲线）Bögl轨道试验段，试验结果良好；2000年德国联邦铁路管理局（EBA）颁发了“博格系统”无砟轨道的普通许可证；设计速度330km/h、2006年5月投入运营的纽伦堡-英格施塔特线铺设了35双线公里Bögl轨道。几种国外无砟轨道的发展过程型式日本新干线的无砟轨道结构型式相对单一。从20世纪50年代中期开始就针对板式无砟轨道结构开展了系统的理论研究与试验，日本板式轨道在经历了由温暖地区向寒冷地区、普通轨道板向防震轨道板、坚实基础向土质路基上长达30多年的运营实践和不断完善。日本板式轨道的应用是从桥梁和隧道开始的，在既有线和新干线先后共铺设了20多处近30km的试验段。为研究新干线的环境振动和噪声问题.又在“小山试验线”铺没了每段长为200m的17种板式轨道试验段。目前定型的板式轨道有A型、框架型及在特殊减振区段使用的减振G型等，构成了适用于各种不同使用范围的板式轨道系列。至今.板式轨道在日本既有线和新干线累计总铺设长度达2700延长公里。几种国外无砟轨道的发展过程型式二、国内无砟轨道发展简述国内对无砟轨道的研究始于20世纪60年代，与国外的研究同时起步。初期试铺过支承块式、短木枕式、整体灌注式等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式，之后又陆续在隧道和桥梁地段铺设过支承块式、无砟无枕结构型式，其中弹性支承块式在宁西线、兰武复线、宜万线、渝怀线等隧道内及城市轨道交通工程中得到广泛使用，累计铺设近200km。1999年前后，在秦沈客运专线狗河桥和双何桥、赣龙线枫树排隧道、渝怀线鱼嘴2号隧道、遂渝铁路试验段先后铺设了长枕埋入式、板式、弹性支承块式等多种型式的无砟轨道结构。但这些尚属科研项目，质量不够稳定，尚不能形成规模建设。随着京沪高速铁路可行性研究的进展，无砟轨道技术在我国再次得到关注，，2005年随着XX、武广、郑西客运专线的建设，我国高速铁路建设进入快速发展时期，迅速开成长大干线规模发展，并且在短期内形成具有自主品牌的核心技术。铺设段无砟轨道结构形式铺设长度/Km备注XX段XX桥长枕埋入式0.692直线，24m简支箱梁XX桥板式0.741直线，24m简支箱梁XX桥板式0.740曲线，32m简支箱梁XX线XX隧道板式0.719直线XX线XX隧道长枕埋入式0.710曲线XX隧道长枕埋入式11.060XX线XX隧道弹性支承块式36.800XX线XX隧道弹性支承块式40.368早期(1999年以前)国内无砟轨道试验研究序号轨道结构项目1区间无砟轨道CRTSI型双块式无砟轨道武广客专、200~250km/h客专长度超过6km隧道内、大西CRTSII型双块式无砟轨道郑西客运专线CRTSI型板式无砟轨道哈大、广深港、广珠及沪宁城际CRTSII型板式无砟轨道XX、京沪、京石、石武、宁杭、沪杭、杭甬、沪昆2道岔区无砟轨道轨枕埋入式无砟轨道XX、武广、广深港、广珠及沪宁城际道岔区板式无砟轨道武广、京沪、石武、沪昆3有砟轨道200~250km/h客专一般地段近年(2005年以后)国内无砟砟轨道应应用情况况1、工程简简介XX城际铁路是是我国第第一条具具有完全全自主知知识产权权、世界界一流水水平的高高速铁路路，是我我国铁路路发展的的标志性性和示范范性工程程。该工工程起自XX南站，终到XX站，全长116.55公里，工工程总投投资215.4亿元。三、XX城际铁路工工程全线正线线首次采采用了CRTSII板式无砟砟轨道结结构，一一次铺设设跨区间间无缝线线路。工工程建设设采用先先进的综综合调度度系统、、列控系系统、防防灾报警警系统、、综合维维修系统统、接地地系统等等先进技技术。列列车最高高时速350公里，XX至XX全程直达达运行时时间30分钟，是是目前世世界铁路路的最高高运营速速度。工工程于2005年7月4日开工建建设日，，2008年8月1日开通运运营。工程简介介二、工程程技术创创新在XX城际铁路路建设过过程中，，始终坚坚持“技技术领先先，科技技创新””的理念念，在路路基、桥桥涵、无无砟轨道道、精密密测量、、四电等等方面共获得工工程创新新成果33项。二、工程程技术创创新-路基(1)成功解决决了软土土、松软软土地区区路基的的工后沉沉降问题题。XX城际铁路路沿线全全部为软软土、松松软土地地基，地地基承载载力低，，全线铺铺设无砟砟轨道和和无砟道道岔，地地基处理理难度大大，路基基工后沉沉降控制制技术及及工程措措施要求求高。为为适应高高速铁路路路基沉沉降变形形控制要要求，通过采用用强化基床床结构、、桩板结结构复合合地基和和过渡结结构等措措施；加强地基基处理、、路基填填料和压压实质量量控制；；建立完善善的路基基变形监监测系统统，实施施变形监监测与评评估等技技术措施施，决策无砟砟轨道铺铺设时机机。成功功解决了了软土、、松软土土地区路路基的工工后沉降降问题，，满足了了高速铁铁路高平平顺性和和高稳定定性的技技术要求求。二、工程程技术创创新-路基(2)高填方路基地地段首次次成功采采用护壁壁式挡土土墙结构构。即满足了了结构要要求，又又节约用用地50%，减少了了地基处处理面积积，节省省了投资资。二、工程程技术创创新-桥梁(1)实施沉降降变形精精准测量量与评估估措施，，有效控控制了工工后沉降降。XX城际铁路路桥梁长长度占到到线路长长度的86.1%，桥梁基基础工后后沉降规规范允许许值为5mm，技术条条件极为为严格。。二、工程程技术创创新-桥梁在单桩竖竖向荷载载作用下下桩的沉沉降量、、桩的分分层侧阻阻力和端端阻力、、水平荷荷载作用用下桩的的变形特特征、桩桩周土的的抗力特特征等方方面取得得了重要要的成果果，为验验证设计计、优化化设计，，保证桥桥梁工程程基础沉沉降起到到了非常常重要的的作用。。二、工程程技术创创新-桥梁(2)桥梁主体体结构使使用寿命100年。桥梁结构构中采用用以耐久性为为主要目目标进行设计的高性能混混凝土，具有高高耐蚀性性、高抗抗冻性、、高抗裂裂性、高高抗碱－－骨料反反应性、、强护筋筋性、耐耐磨性及及高工作作性等特特性，满满足了桥桥梁耐久久性设计计主体结结构使用用寿命100年的质量量要求。。二、工程程技术创创新-桥梁(3)全面掌握握并采用用了350公里整孔孔箱梁设设计、制制造、运运输、架架设等成成套技术术。成功功研制出出32m和24m双线单箱箱单室简简支箱梁梁高精度度模板。。XX全线设7个梁场，，共预制制箱梁1828孔，为32m和24m两种结构构形式，，在国内内均属于于首次设设计、制制造、使使用。开开发研制制了SPJ900/32箱梁架桥桥机和GM500提梁机，，采用了了德国KIROW公司生产产的KSC900轮胎式运运梁车。。SPJ900/32箱梁架桥桥机设计计合理，，运行平平稳，操操作简便便，架设设速度快快，安全全可靠，，满足了了高速铁铁路双线线整孔箱箱梁的架架设需要要，并多多次在XX创造10km运梁距离离内日架架梁5孔的客运运专线架架梁国内内最高纪纪录。二、工程程技术创创新-桥梁(4)采用大跨跨梁施工工技术、、移动模模架施工工技术、、支架现现浇技术术、梁部部变形控控制技术术、可调调高支座座技术，，使主梁梁及主拱拱结构的的线型达达到理想想的状态态，内力力或应力力与理想想状态的的吻合。。二、工程程技术创创新-桥梁(5)创新性引引入桥梁景观观设计理理念，优化了了桥梁外外形，使使桥梁整整体赋有有时代气气息。二、工程程技术创创新-无砟轨道道XX城际铁路路使用CRTSⅡ型板式无无砟轨道道技术，，第一次在国内大大规模铺铺设CRTSⅡ型板式无无砟轨道道。成功功研制应应用了CRTSⅡ型板的制制造、安安装技术术；500m长钢轨的的运输、、铺设、、焊接技技术；系系统地解解决了与与无砟轨轨道相关关的精密密测量、、不同专专业的接接口等问问题，为为中国大大规模开开展高速速铁路建建设积累累了宝贵贵的经验验，起到到了重要要的示范范作用。。纵向连接接锚固钢钢筋预设断裂裂位置VOSSLOH300-1有挡肩轨轨道扣件件灌浆孔横向预应应力沥青水泥泥砂浆二、工程程技术创创新-无砟轨道道（1）轨道板板制造技技术研究了超超细水泥泥砼配制制技术和和浇筑技技术工艺艺、高精精度模具具检测技技术、大大吨位同同步整体体张拉技技术和轨轨道板打打磨技术术。实现了毛毛坯浇筑筑16小时达到到48Mpa的脱模要要求，达达到了一一天一个个循环的的流水作作业生产产能力。。二、工程程技术创创新-无砟轨道道（2）通过自自主研究究，确定定了无砟砟轨道绝绝缘处理理措施及及接地技技术，解解决了我我国无砟砟轨道高高频无绝绝缘轨道道电路及及接地系系统的技技术难题题。二、工程程技术创创新-无砟轨道道（3）底座板板施工技技术。针针对全桥桥跨越梁梁缝连续续的底座座板结构构，研究究并应用用了“临临时端刺刺+常规区+临时端刺刺”的施施工技术术，有效效解决了了底座板板连续结结构温度力对桥梁结结构的影影响；通通过工艺艺优化和和现场组组织，打打破了全全桥底座座板分段段施工时时集中张张拉的技技术限制制，实现现了长桥桥上多作作业面同同步快速速施工，，提高了了工效，，节省了了时间。。底座砼钢钢筋砼连连续板带带结构后浇带适适应中国国长桥方方案临时端刺刺缩缩短工工期的变变通方法法改进解决砼温温度应力力及变形形应力的的放散回避了全全桥后浇浇带同时时锁定问问题，轨轨道板铺铺设可同同时分多多作业面面进行，，缩短了了与下道道工序的的流水节节拍底座板分分段施工工及张拉拉连接二、工程程技术创创新-无砟轨道道（4）轨道板板精确定定位测量量技术。。研制并并提出了了轨道板板精确定定位测量量系统及及其调整整测量方方法，采采用自主主研发拥拥有自主主知识产产权的““SPPS精确定位位软件””，实现现了轨道道板定位位程序化化、自动动化，提提高了轨轨道板定定位精度度，满足足了高速速铁路对对轨道线线路平顺顺性的要要求。精调测量量系统(SPPS)精调系统平面布置图二、工程程技术创创新-无砟轨道道（5）自主研研发了CRTSⅡ型板式无无砟轨道道施工的的成套装装备，如如移动式式沥青水水泥砂浆浆搅拌设设备，轮轮胎式全全液压悬悬臂门架架式起重重机、砂砂浆随车车起重机机、轨道道板绝缘缘检测专专用装置置。移动式水水泥乳化化沥青砂砂浆搅拌拌设备悬臂龙门门吊工作作场景随车起重重机单板绝缘自动测试装置轨道板绝绝缘检测测装置电感电阻阻测量仪仪模拟测量量平台二、工程程技术创创新-无砟轨道道（6）水泥乳乳化沥青青砂浆配配制与灌灌注技术术：水泥泥乳化沥沥青砂浆浆是CRTSⅡ轨道板和和水硬性性支承层层/底座板板间的的连接接层，，是为为了填填充精精调后后的轨轨道板板与水水硬性性支承承层/底座板板之间间空隙隙的一一种特特殊填填充材材料，，主要要起到到填充充、支支撑、、承力力和传传力的的作用用，并并可为为轨道道提供供一定定的刚刚度和和弹韧韧性。。设计计对砂砂浆原原材料料、砂砂浆强强度、、弹性性模量量、抗抗冻性性以及及灌注注过程程中砂砂浆的的流动动度、、含气气量等等都有有特殊殊要求求。通通过XX城际对对水泥泥乳化化沥青青砂浆浆的研研究与与应用用，形形成了了一套套符合合我国国国情情的水水泥乳乳化沥沥青砂砂浆配配制方方法，，同时时形成成了不不同工工况下下的水水泥乳乳化沥沥青砂砂浆拌拌合与与灌注注工艺艺，具具有较较强的的实用用性。。水泥乳乳化沥沥青砂砂浆灌灌注工工艺水泥乳乳化沥沥青砂砂浆工工艺是是Ⅱ型板系系统技技术的的核心心技术术之一一。沥沥青水水泥砂砂浆沿沿线设设置固固定的的加料料站加加料，，采用用移动动式沥沥青水水泥砂砂浆搅搅拌设设备运运至现现场，，再通通过桅桅杆吊吊及中中间搅搅拌罐罐吊装装上桥桥进行行灌注注。工工艺控控制的的关键键是温温度及及时间间。沥沥青水水泥砂砂浆温温度控控制5-35℃℃之间，，搅拌拌出的的成品品必须须在30分钟内内灌注注完成成。。。水泥乳乳化沥沥青砂砂浆的的组成成干料水泥、、砂子子、膨膨胀剂剂液料水，阴阴离子子乳化化沥青青添加剂剂减水剂剂、消消泡剂剂水泥乳乳化沥沥青砂砂浆国内首首个高高弹模模水泥泥乳化化沥青青砂浆浆配合合比干料:乳化沥沥青:水:外加剂剂:消泡剂剂=1450±10kg:250±±5kg:167±±7kg:2kg:1kg水泥乳乳化沥沥青砂砂浆的的物理理指标标科技基[2008]74号《Ⅱ型板水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》扩展度D5≥280mm含气量≤10%T280≤16s容重≥1800kg/m3D30≥280mm膨胀率0～3%T280≤22s流动度1升砂浆流出时间100±20s沥青水泥砂浆力学性能及耐久性能指标抗压强度抗折强度弹性模量抗冻性抗疲劳1d＞2Mpa1d＞1MpaE28=7～10Gpa≤2000g/m210000次循环后无损伤7d＞10Mpa7d＞2Mpa28d＞15Mpa28d＞3Mpa水泥乳乳化沥沥青砂砂浆灌灌注工工艺运输及现场搅拌随车吊吊中间罐上桥桥上灌灌注桥上灌灌注灌浆前前准备备现场扩扩散度度检测测D5≥≥280mm砂浆含含气量量检测测二、工工程技技术创创新-无砟轨轨道（7）成功功将轨轨道板板精确确定位位系统统功能能扩展展到道道岔板板精确确定位位上研发了了高性性能C40自流平平混凝凝土施施工技技术，，创新新性地地采用用了““道岔岔板工工厂预预制、、大型平平板汽汽车运运输、、大吨吨位汽汽吊配配专用用吊具具吊装装、道岔板板现场场精确确安装装定位位、道道岔组组件板板上组组装调调整””的施施工技技术，，在国国内外外首次次成功功实现现了大大号码码板式式无砟砟道岔岔的高高精度度铺设设。二、工程技技术创新-无砟轨道（8）自主研发发了道岔精精确定位的的支架系统统和道岔大大节段吊装装技术，以以及大号道道岔“分节节组装、纵纵移就位””施工技术术。在国内首次次采用“工工厂预组装装、大节段段运输、分分节组装和和纵移就位位、高精度度定位和线线性控制、、现场灌注注道床混凝凝土”的创创新技术，，解决了大大号码长枕枕埋入式无无砟道岔线线性控制等等技术难题题。二、工程技技术创新-无砟轨道（9）自主研发发了适应500m长钢轨铺设设需要的运运输、拖拉拉、分轨、、铺设、焊焊接设备；；为适应XX城际的冬季季低温条件件还研究成成功了“低低温锁定””施工技术术，形成了了自主研究究的无砟轨轨道500m长钢轨拖拉拉铺设施工工工法，在国内外无无砟轨道上上首次成功功实现了板板式无砟轨轨道跨区间间无缝线路路的焊接、、铺设。拖拉式铺轨轨长钢轨焊接接打磨二、工程技技术创新-无砟轨道(10)精密测量控控制技术及及应用。建立了满足足轨道施工工及维护精精度的坐标标系，设计和埋设设基岩点和和深埋水准准点，精密密处理GPS观测数据，，开展了GPS控制网、导导线网、轨轨道设标网网的布设形形式、观测测方法、精精度指标和和数据处理理及相关软软件研究等等。通过施工和和运营检验验，平面高高程控制测测量分级布布设合理，，各项测量量方法及指指标满足轨轨道铺设和和维护精度度要求。XX线采用的CP3网标二、工程技技术创新-无砟轨道（11）通过XX城际铁路建建设，形成成了350km/h高速铁路无无砟轨道施施工技术成成果14项，精密测测量控制技技术5项。二、工程技技术创新-四电工程(1)通信信号系系统：XX城际铁路建建成通信系系统（传输和接接入、电话话交换、数数据网、GSM-R、动力和环环境监控、、救援指挥挥、同步和和时钟、综综合网管、、综合视频频监控等子子系统），，信号系统统（调度集集中、列控控、联锁、、集中监测测等子系统统）以及旅旅客服务3个大系统统13个子子系统。二、工程技技术创新-四电工程首次以CTCS-2级列控系统统为基础，，借鉴国外外系统集成成技术，集集成创新形形成了CTCS-3D高速铁路列列车运行控控制系统，，初步形成成了我国高高速铁路列列控系统的的技术体系系。CTCS-3D列控系统利利用地面轨轨道电路检检查列车占占用情况，，利用地面面点式应答答器提供移移动授权，，并且辅以以连续信息息的注入等等方式，实实现向CTCS-3D车载设备提提供实时的的行车许可可信息，克克服了点式式信息系统统的缺陷。。该系统为我我国首创。。二、工程技技术创新-四电工程首次在高速速铁路无砟砟轨道条件件下，实现现ZPW-2000A无绝缘轨道道电路的规规模应用，，为后续高高速铁路建建设奠定了了坚实的基基础。通过应用XX城际铁路CTC系统，实现现了运输指指挥的高度度集中和自自动控制，，取消了沿线线车站的值值班员。此举是利用用集成创新新适应铁路路运输生产产力布局调调整的典范范。全线采用GSM-R铁路数字移移动通信系系统，实现现了高速移移动语音通通信和无线线数据传输输。二、工程技技术创新-四电工程2、牵引供电电技术:XX城际铁路正正线采用单单相工频50Hz交流2×25kVAT供电方式。。