具有完全自主知识产权的中国高铁无砟轨道技术先张3型

目录

一、总体研发思想

二、先张CTRSIII型板式无砟轨道结构体系特点

三、主要技术特点

四、社会及经济效益

五、结束语

当前1页，总共57页。一、总体研发思想

轨道交通是一种低碳、节能、环保的绿色交通。随着高速铁路时代的到来，为中国老百姓带来了更加方便、快捷、安全、舒适的出行选择。而高速铁道无砟轨道发展的技术路线，实质上就是始终坚持不断地追求轨道的高平顺性，和轨道结构纵向刚度均匀化的连续性，这是确保高速列车安全性和舒适性最关键的核心技术。因为，轨道几何尺寸的制造精度、安装误差和刚度变化是引起高速列车振动的根源。我们追求高速度的过程，就是不断的提高轨道精度和轨道结构刚度均匀性，不断克服振动的过程。当前2页，总共57页。先张CRTSIII型板式无砟轨道技术特点，正是针对上述技术关键，吸取了以往各类无砟轨道优点，从而研发的一种完全具有自主知识产权的、结构简单、施工便捷、稳定耐久、方便维修的全新无砟轨道结构。总体的研发思想：扩大轨道板的使用范围并提高耐久性。其核心结构系统理论构架就是“路基纵连、桥隧单元、方便维修”当前3页，总共57页。(一)结构性能优化提升

先张III型无砟轨道板结构图二、先张CRTSIII无砟轨道板结构体系特点

当前4页，总共57页。

1、优化了轨道板中预应力体系，采用双向先张预应力结构，既提高了轨道板整体强度，又克服和改变了由于钢厂或PC钢棒生产中因材质缺陷及加工制造工艺瑕疵造成成品板的钢棒“延时断裂”的问题；预应力钢筋端部设置锚固板，既减小预应力的建立起来的长度，又可长久保持预应力值不损失，提高轨道板耐久性；预应力钢筋定尺下料，专用张拉千斤顶单根初张拉，然后整体张拉，整体同步放张。当前5页，总共57页。2、采用预应力钢筋与结构钢筋共同互补受力的混凝土结构，有利于降低构件的纵横向预压应力，从而避免沿钢筋方向出现纵向裂纹，提高轨道板整体强度，提高轨道板抗冲击、抗疲劳的耐久性能，而且克服了单一结构存在的诸多不利因素；对轨道板中构造钢筋丝位进行了优化调整，构造钢筋直径由原来的12mm调整为8mm。当前6页，总共57页。3、预应力钢筋端部采用内藏式，钢筋头不外露，防止外来水的长期浸蚀以及空气中其他有害介质的侵害，提高了轨道板体的耐久性能。当前7页，总共57页。4、轨道板内的锚固板沿径向凸出于先张纵、横向预应力钢筋，锚固板呈圆柱状，外端面与圆柱面之间设置有圆弧倒角R，锚固板与纵、横向预应力钢筋通过螺纹连接后再与板体卡式连接形成自锚固结构，这种工艺，彻底解决了预应力钢筋端部的局部回缩。锚固板同纵、横向预应力钢筋一样均封装于板体内。当前8页，总共57页。5、纵横向预应力钢筋端部锚穴孔均为Φ24圆孔。锚穴孔的直径和深度远小于原有后张板中锚穴孔的尺寸，从而大大增加了锚穴孔周围混凝土的厚度，混凝土将不易开裂，可有效控制锚穴孔周边混凝土浅薄性微裂纹，将延长轨道板的使用寿命。当前9页，总共57页。

6、由于锚固板具有哑铃效应功能，以及纵、横向预应力钢筋与混凝土之间有更充分、更密实地握裹结合而获得握裹力，轨道板的力学性能更好。当前10页，总共57页。（二）完全自主知识产权的生产工艺技术1、先张轨道板钢模技术2、连接杆设计及制造

连接杆

当前11页，总共57页。2x4单元矩阵生产布置图3、张拉体系及生产线布局设计当前12页，总共57页。当前13页，总共57页。4、产品标准

5、原材料要求

1）预应力钢筋2）构造筋3）绝缘体4）锚固板当前14页，总共57页。6、轨道板生产工艺

当前15页，总共57页。当前16页，总共57页。当前17页，总共57页。三、先张CRTSIII型板式无砟轨道主要技术特点（一）结构简单

1、结构组成与CRTSⅢ型板式无砟轨道相同当前18页，总共57页。轨道板：路基纵连，桥隧单元；填充调整层：自密实混凝土；缓冲隔离层：与轨道板对应为单元；底座及支承层：桥上单元，隧道内混凝土长单元（或直接采用隧底为基础），路基上为连续碾压混凝土；限位结构：门型筋+凹凸槽钢筋混凝土。当前19页，总共57页。

其结构技术特点：（1）路基纵连结构路基结构是由散粒体填筑形成，路基表面刚度较小。若采用单元结构，列车通过时，由于路基表面刚度较低，对板端支承反力，约束力不够，板端竖向位移较大，形成振动源，对高速列车安全性和舒适性影响较大。当前20页，总共57页。纵连结构可有效分散板下应力集中，降低应力峰值，提高轨道结构的整体性，增大轨道结构的连续刚度，可最经济、最合理、最有效的克服路基表面刚度降低所带来的振动问题。采用的是一种柔性的纵连结构。温升温降时，轨道板纵向可移动（具有单元自由伸缩效果），竖向受限则不能移动。若基础有沉降，柔性纵连结构有较强的跟随性。当前21页，总共57页。当前22页，总共57页。

（2）桥隧单元结构桥梁及隧底结构表面刚度较大，为轨道板采用单元结构提供了良好的条件。由于桥隧表面刚度大，对单元板端的约束力较强。列车通过时，板端竖向位移较小，产生的振动是安全、舒适可接受的范围内。单元板结构不仅可简化桥上、隧内轨道结构，降低建造难度，而且还可降低造价。当前23页，总共57页。

可最有效的克服连续结构受温度力造成的复杂问题等。

当前24页，总共57页。

（3）自密实混凝土取代了CA砂浆传统的CA砂浆调整层，只能提供极为有限的弹性，对轨道刚度过渡缓冲作用微小。传统的CA砂浆层与轨道板之间极易产生离缝等破损病害，给运营安全及维修带来了极大的危害和困难。自密实混凝土弹模25000Mpa，与高弹CA砂浆弹模10000Mpa，所能提供的弹性相当。当前25页，总共57页。自密实混凝土与轨道板形成牢固的复合板结构，轨道板与混凝土基础间不再有薄弱的夹心层，使轨道结构受力更趋合理。采用自密实混凝土取代CA砂浆作为填充调整层，不仅简化了结构，节省了原材料，减少了对环境的污染，而且与“I”、“II”相比，仅填充调整层可降低造价70%。当前26页，总共57页。

当前27页，总共57页。

（4）钢筋混凝土底座或支承层所用钢筋可节省80%。桥梁上设置混凝土底座，仅仅是为了防排水、超高和设置限位凹槽功能需求，所以底座钢筋可大大减少。隧道内限位凹槽可直接设置在仰拱上，仅限位机构需配置钢筋，所以底座钢筋可大大减少。

当前28页，总共57页。路基上采用的是碾压混凝土做为支承层结构，因此，也仅是限位凹槽内需配置钢筋，所以支承层钢筋可大大减少。当前29页，总共57页。

(5)先张轨道板采用预制技术不分开式扣件系统与先张双向预应力轨道板巧妙结合全新绝缘技术措施轨道板下预留门型钢筋，板端预留连接剪力板有挡肩承轨槽部位不采用打磨措施，通过二维可调钢模采用预制技术实现高精度空间曲面板，简化了工艺，较低了制造成本。

当前30页，总共57页。（6）采用了“缓冲隔离层”技术，为日后实现维修创造了必要的条件。当前31页，总共57页。

（二）施工便捷

1、因为取消了CA砂浆，即取消了复杂的制造工艺和专用的CA砂浆搅拌车及相应工装。而采用的自密实混凝土，均为成熟的施工工艺，通过混凝土搅拌站、运输罐车及泵车就可灌注。

2、CRTSIII型板式无砟轨道施工工艺十分简单。先张CRTSIII型板式无砟轨道施工工艺框图当前32页，总共57页。

当前33页，总共57页。

当前34页，总共57页。CPIII测设与其他无砟轨道相同。混凝土底座可采用带自动测控的混凝土浇筑一体机。支承层采用碾压砼为宜。隔离层与限位凹槽采用人工铺设施工。高精度有挡肩先张双向预应力空间曲面轨道板通过采用二维可调钢模预制技术产生，不需要打磨工艺和打磨设备，且单模生产平均工效可实现块/日。当前35页，总共57页。铺设、精调轨道板与CRTSI型和CRTSII型相同，但为防止灌注填充层时上浮，均应加强固定工装及工艺。自密实混凝土灌注施工，均采用通用混凝土施工设备，混凝土搅拌站，混凝土运输罐车，混凝土泵车（或地泵）和自密实混凝土中转灌注漏斗。铺设长钢轨以及无缝线路施工与其他相同。钢轨精调需要采用重载式轨道测量仪（轨道几何状态测量仪）。当前36页，总共57页。3、施工效率原灌注CA砂浆，一个工作面每天（16h）平均灌注30块轨道板。而改为自密实混凝土，一个工作面每天（16h）平均可灌注80-100块，提高工效300%。当前37页，总共57页。

（三）稳定、耐久

1、结构体系具有较强的稳定性不分开式扣件与有挡肩轨道板有机结合，更有利于确保钢轨在高速列车动荷载作用下趋于安全稳定。通过自密实混凝土与轨道板间的有效连接，组成具有更强稳定的复合板。在复合板与底座之间设置嵌入式限位凹凸台，实现复合板与基础底座在纵、横向上具有足够强度的接触性约束。当前38页，总共57页。隔离层的合理约束连接，可缓解梁体受温度力作用对轨道板的影响。同时，又可缓解列车动荷载作用对桥梁的影响。底座与梁面（或隧道底面）的基础固定连接，实现了整个无砟轨道系统与梁面（或隧底）的整体稳定性结合。当前39页，总共57页。2、结构体系具有良好的耐久性轨道板采用双向先张部分预应力结构，为不开裂设计思想，使用寿命可达到60-100年。轨道板下填充调整层由自密实混凝土取代CA砂浆，使用寿命可达到60-100年。自密实混凝土同轨道板形成牢固的复合板结构，轨道结构更稳定，列车冲击动荷载对轨道板的影响更小，能提高其耐久性，使用寿命可达到60-100年。当前40页，总共57页。“桥隧单元结构，路基柔性纵连结构”，确保了道床板结构均具有单元思想，使温度力和环境变化对轨道结构影响变的更小，提供了可以达到60-100年寿命的基础条件。在轨道板（复合板）与底座（或支承层）之间设置了缓冲隔离层，确保了能够在养护维修的基础条件下，使先张CRTSⅢ型板式无砟轨道结构使用寿命达到60-100年。当前41页，总共57页。（四）方便、维修

1、作为一种全新的无砟轨道系统，为什么要考虑维修？是因为，中国地域宽广，温度区跨度大，地质条件也非常复杂。做为中国的高速铁路无砟轨道系统，希望适应范围广，并建立在长期稳定的基础上，但是长期稳定的基础是不太容易实现，所以，新型无砟轨道系统必须把具备维修方便条件及功能、且适应较大调整的能力，作为高铁无砟轨道重要的核心技术。当前42页，总共57页。其次，通过国内外工程实测调查显示，普通混凝土使用寿命在30-50年就会出现明显老化，对无砟轨道混凝土结构耐久性会造成严重影响。又由于无砟轨道结构所处工作环境非常恶劣，且无砟轨道其他部分也同样会出现磨损。因此，要清楚的认识无砟轨道哪些部件正常使用年限？哪些部位在什么样情况下需要维修？哪些部件在什么时间需要更换？这是非常重要的。当前43页，总共57页。下图为“使用年限及养护维修周期框图”当前44页，总共57页。

2、维修思路和方便的维修方法（1）采用单元结构、或柔性连接结构和分离式结构的维修思路有挡肩双向后张预应力轨道板门型钢筋底座或支承层自密实钢筋混凝土钢轨缓冲隔离层扣件系统当前45页，总共57页。单元+分离式结构、与柔性纵连+分离式结构，在其自密实混凝土（复合板）与底座（或支承层）之间设置了缓冲隔离层，实现了无砟轨道道床的可维修性。当基础出现了较大的沉降，而扣件已不能调整时（超出扣件的最大调高能力），可将复合板整体抬升到所需高度，通过在复合板下灌注树脂砂浆，即可确保无砟轨道的快速维修，又能保证不中断行车。当前46页，总共57页。这种具备快速方便的维修方法与思路，完全可以打破无砟轨道对线下基础工程“工后零沉降”的技术要求，完全可以降低对基础沉降过高的控制要求，放宽对轨道板铺设的基本条件，对地质勘察、沉降观测、基床结构的要求也可大大降低，符合目前高速铁路建设的实际需求。

当前47页，总共57页。当前48页，总共57页。

（2）方便的快速维修方法①方便快速的维修工艺流程：维修前测量——复合板底切割凿除安装孔——千斤顶挂钩安装——整体抬升——精调与固定——测量评估——复合板下灌注树脂砂浆——拆除维修工装——线路精调——维修结束。当前49页，总共57页。

②维修方法当发生较大范围的不均匀沉降时，路基只需要顶升轨道板来维修线路高程及方向。具体方法是：一顶、二测、三灌。一顶：在维修区段的每一块轨道板下（设计位置）开四个方孔，安装Z字形顶升装置，用螺旋千斤顶顶起轨道板；二测：依据CPⅢ点，用全站仪、轨道检测仪等，测量线路的高程与方向，并精确定位；三灌：精调定位后，在轨道板四周关模并灌注板下树脂砂浆。当前50页，总共57页。当发生不可抗力的自然灾害，线路局部发生破坏，发生断板时，则需要更换轨道板，具体方法是：一解，二拆，三换，四测，五灌，六连。一解：先拆除轨道板上的钢轨，清除板缝树脂砂浆（断板两端）、松开剪力板连接螺栓，割掉剪力