高速铁路轨道讲解

高速铁路轨道

石家庄铁道学院第一节高速铁路对轨道的基本要求1.1高平顺性高平顺性是高速铁路对轨道的最根本的要求，也是建设高速铁路的控制性条件。这是因为轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要原因。因此，为保障高速行车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性。

要达到高速铁路轨道高平顺性，必须满足以下条件：1．路基设计和施工必须满足路基的工后沉降小、不均匀沉降小，在动力作用下变形小、稳定性高等要求。高平顺性、高稳定性的路基是确保轨道高平顺性的前提条件。2．桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺的要求。3．道床必须选用硬质、耐磨的道碴，并在铺枕前整平压实。近十多年来国外重载、高速铁路均已采用。4．严格控制轨道的初始不平顺。欧洲时速200km/h以上轨道铺设精度标准如表4-1所示，日本新干线建设时的铺设精度标准如表4-2～表4-4所示。表4-1欧洲铁路时速200km以上轨道铺设精度标准不平顺种类瑞典国铁西德联邦铁路法国国铁西班牙铁路水平（mm）2234扭曲(三角坑)(mm)2—1‰(每3m测量基线)1.3‰高低(mm)22/5m33轨向(mm)2223轨距(mm)±2——±3表4-2日本新干线有碴轨道的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)3(10m弦正矢)3(10m弦正矢)2±2表4-3日本新干线无碴轨道的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)2(10m弦正矢)2(10m弦正矢)1±1表4-4日本新干线道岔的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)3(10m弦正矢)2(10m弦正矢)2±1结合我国铁路的国情，京沪高速铁路轨道平顺度铺设精度标准如表4-5～表4-7所示。表4-5京沪高速铁路有碴轨道平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平扭曲（2.5m）轨距幅值（mm）2222±2弦长（m）10表4-6京沪高速铁路无碴轨道平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平轨距幅值（mm）221±1弦长（m）10表4-7京沪高速铁路道岔平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平轨距幅值（mm）222±1弦长（m）10轨道维修养护质量的优劣是优化轮轨效应的关键，也是确保行车安全和旅客舒适度的重要因素之一。因此，高标准设计、高标准施工和高质量的维修管理是高速铁路的重要技术特点。总之，高速铁路是否能够安全、平稳、舒适运行，是通过轨道的平顺性来体现的，但真正影响高速列车安全、平稳、舒适运行的不仅仅是轨道，而是由路基、桥梁和轨道等组成的基础设施整体。2.高可靠性，长寿命高可靠性主要是指轨道结构保持平顺性，维持线路正常运营的能力。高速列车荷载的特点主要在于高频冲击和振动，这种高频荷载容易造成扣件松动、轨下胶垫磨耗、混凝土轨枕承轨槽破损，特别是有碴轨道中道碴破碎、粉化，道床沉降和变形。长寿命，指的是轨道结构有较长的维修和大修周期。由于高速铁路的行车密度大，速度高，因此其维修工作量必须少，维修周期必须长，才能保证不中断行车，维持列车正常运行。1.3高稳定性采用跨区间无缝线路是提高轨道结构连续性、均匀性的重大举措。在跨区间无缝线路中，道岔的连续焊接会使道岔区基本轨产生附加的温度力，从而使结构、受力和变形更为复杂的道岔区成为高速铁路稳定性的控制区；高速列车的高频冲击和振动会使轨道自身保持稳定的能力降低；而高速列车的蛇行和横向振动又会使作用到轨道上的横向荷载加大，增加轨道横向失稳（胀轨、跑道）的可能性。第二节有碴轨道结构

2.1钢轨钢轨是轨道的主要结构之一。为保证列车高速运行的平顺性，线路下部基础、轨道上部结构以及各轨道部件，都要为钢轨的正常工作提供良好条件。而钢轨本身，其内在质量、材质性能、断面公差、平直程度等都是十分重要的特性。钢轨在技术上要能保证足够的强度、韧性、耐磨性、稳定性和平顺性，在经济上要能保证合理的大修周期，减少养护维修工作量。

日本新干线钢轨介绍1无缝钢轨将长25米的钢轨焊接成1.2－1.5千米的长钢轨，最长的达到60.4千米。为了防止热胀冷缩现象，采用了伸缩接头。日本新干线钢轨介绍同诸多关键技术一样，长钢轨并非日本人的原创。早在20世纪20年代，欧洲人便开始研究长钢轨技术了。日本从1927年起开始着手研究。铁路钢轨的类型和强度一般以每米长度的重量来表示。钢轨每米长度的重量越大，钢轨的强度越高。日本常用的钢轨是50kg/m和60kg/m钢轨。目前，新干线都采用60kg/m钢轨。日本新干线钢轨介绍2.钢轨重量钢轨类型应根据轨道振动、轮轨冲击、轮轨接触和钢轨纵向力的计算来确定。60kg/m钢轨的横向、垂向刚度是可满足高速列车动弯应力的强度需求的。日本新干线、法国TGV和德国ICE高速铁路所采用的钢轨均为60kg/m钢轨。可见，京沪高速铁路选用60kg/m钢轨是适宜的。3．钢轨尺寸允许偏差及平直度要求法国、德国和日本等国高速铁路的研究和运营表明，高速铁路的轨道结构区别于普通线路的最重要的特点是对轨道不平顺的严格控制，体现在钢轨上则是对其表面尺寸质量、平直度、表面平整度和扭曲的严格要求。钢轨尺寸的精确和外形的平直是轨道平顺的基本保证之一。4.钢轨的化学成分高速铁路钢轨出现质量问题的主要形式是由于钢轨内部夹杂、缺陷所引起的疲劳折损。提高钢轨材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨的可靠性、延长其使用寿命的有力途径。钢轨的化学成分是影响其力学性能、焊接性能及其他使用性能的基本因素，也是钢轨材质纯净度的重要指标。

2.2轨枕

尽管在高速铁路的发展中无碴轨道所占的比例越来越大，在许多国家已成为轨道结构的首选，但有碴轨道仍然是高速铁路轨道结构的主要形式之一，混凝土枕的性能和质量仍是需要关注的重点。由于混凝土轨枕使用寿命长，维修工作量少，由混凝土制品厂生产的轨枕形状、尺寸、性能都比较标准、均一，为钢轨支撑的均匀性和轨面的动态平顺性提供了更可靠的条件，因而世界各国高速铁路有碴轨道均采用混凝土轨枕。我国既有铁路干线大部分铺设了混凝土枕，高速铁路则要求全部采用混凝土枕。新干线的有碴轨道高速铁路混凝土轨枕类型大部分为整体式，如德国、意大利、西班牙和日本等国的各类轨枕，法国有碴轨道传统的轨枕结构是双块式，在高速铁路中仍然采用双块式轨枕，但在有碴桥上因设置护轮轨的需要，采用了整体式轨枕。世界各国客运专线和高速铁路有碴轨道的技术发展表明，整体式和双块式混凝土轨枕形式都可以满足高速运行在承载能力、耐久性和稳定性等方面的使用要求。我国高速铁路采用整体式混凝土轨枕。京沪高多速铁路搬轨枕的柔铺设根止数，因睛采用跨萍区间无弓缝线路党，轨枕除间距按60c够m等间距做均匀布别置，可鲜有效的崖降低高晌频冲击悲力。《京沪高件速铁路侍设计暂征行规定》中规定距“应采禽用时速35日0公里采客运炕专线斥专用骄混凝林土枕岭，每屑千米劣铺设166争7根。堂道岔瓦应铺设设混首凝土庆道岔柔”。2.3扣件高速铁体路的扣冤件除要备求具有打足够的搏扣压力蚊以确保芽线路的洁纵、横论向稳定河之外，声还要求件弹性好若，以保重证良好咳的减振放、降噪酬性能；政扣压力涛保持能竹力好，菊以降低愈日维修宾工作量余；绝缘接性能好判，以提绑高轨道龙电路工素作的可锈靠性，腔延长轨捡道电路犁长度，泪降低轨状道电路漫投资。我国深采用弟弹性爬扣件两已有20多年筝历史豪，已鼠成功殊的开呀发了另弹条Ⅰ扣件私，弹盆条Ⅰ型调高格扣件，舌弹条Ⅱ型扣晌件及权弹条Ⅲ型扣狭件等侵，以皱上扣胆件已或全部萄通过急部级劣鉴定装并推良广使饰用。弹条Ⅲ型扣件栏（图4-3）是最为高炼速重爹载而迁研制伸的无阔螺栓尊式扣警件，纲系利卵用预录埋于丢轨枕话中的星铁杆振来保线持轨理距，牙承受垦横向恐力并族固定撇弹条宿，以框弹条否扣压储钢轨带，尼秤龙块特作为行绝缘精部件晓并用丙于调耕整轨耍距。图4-锁3弹条Ⅲ型扣弃件2.矿4道床道床是互轨道结挑构的重窜要组成络部分。悠散粒体羞道床不沾仅要承炊受轨枕醉传递的从各种力字的作用俯，保持主轨道结关构的稳螺定性，拣而且要岩便于进很行养护吓。对高题速铁路零而言，肢散粒体养道床的舒这些作塔用显得诵尤为重耻要。第三效节无碴格轨道常结构无碴轨燃道是以扣混凝土咽或沥青芳混合料铜等取代槐散粒道拢碴道床胳而组成尽的轨道妥结构形仙式。由崖于无碴沫轨道具辅有轨道营平顺性连高、刚通度均匀劝性好、购轨道几魂何形位奥能持久煌保持、暴维修工糠作量显灶著减少赴等特点剪，在各脾国铁路棍得到了衣迅速发怕展。特京别是高庆速铁路蛋，一些止国家已朋把无碴壶轨道作积为轨道鉴的主要愧结构形盛式进行傅全面推洒广，并吹取得了顽显著的赚经济效多益和社齿会效益涉。3.柿1国外己铁路文无碴并轨道叙结构帆型式国外铁装路无碴呢轨道的锤发展，舍数量上乓经历了止由少到来多、技丽术上经绸历了由乡丰浅到深另、品种较上经历穗了由单像一到多雷样、铺泉设范围码上经历据了由桥筹梁、隧所道到路躺基、道伯岔的过销程。无船碴轨道港已成为垦高速铁为路的发芳展趋势楚。1．日熔本日本是嫁发展无条碴轨道蝇最早的守国家之嘴一。早场在20世纪60年代中摸期，日端本就开该始了无梅碴轨道显的研究漂与试验享并逐步祝推广应县用，无磁碴轨道赶比例愈使来愈大求，成为欢高速铁恐路轨道名结构的跟主要形奇式。据切统计，洁日本高错速铁路荐无碴轨榆道比例马，在20世纪70年代小达到60%以上，煤而90年代则背达到80匙%以上。日本从20世纪60年代中览期开始械进行板捆式无碴床轨道的佣研究到沫目前大扒规模的洽推广应汪用，走跳过了近40年的历域程。图4-6普通A型轨缴道板读图4-7框架型群轨道板图4-8防振G型轨瞒道日本霜板式桐轨道浪结构眨在土罢质路买基上券的发南展与羽桥上访、隧施上板海式轨汁道是谨同时眠起步郑的。19蜓68年提驼出RA型板式阁轨道，厉并在铁迹道技术小研究所贼进行性凝能试验融。图4-姻8土质路而基上RA型板因式轨姥道总之稿，日椒本定化型的起板式央轨道侵包括A型、眨框架抄型轨猪道板俊，适科用于礼土质析路基颗上的RA型轨道离板和特徐殊减振庙区段用午的防振G型轨粗道板解，构台成了度适用建于不轧同使州用范收围的肤轨道胳板系敢列。风截止山到目滔前，料板式领轨道轻累计崖铺设逆里程从已达27伴00多km。日本鼠在大欧量铺酬设板闻式轨垫道的摄同时做，还现开发后了B型弹呜性轨巡寿枕直泄结轨葱道，愿在东剩北、象上越法新干逼线上讽都有钓铺设酱。另聋外还倍开发校了简惧化结签构的D型弹性趟轨枕直统结轨道买（图4-1暖0）图4-兰10激D型弹讲性轨解枕直伙结轨敏道2．德谊国德国也伙是研究知无碴轨凑道较早勾的国家您之一。撕德国铁盒路开展全无碴轨臭道的研饺究始于明上世纪60年代狭末，197游2年首冻次在Rhe锯da车站扯试铺针了无逗碴轨亲道结巩构（蚀故称灰“Rhe芬da”型）。德国狮铁路辞、高型校研型究所梯以及厕工业珠界自20世纪70年代符一直青进行惑无碴领轨道积的研虫究，亦目前掌德国糕有20多家企青业参与墨无碴轨宴道新结挨构的开钉发，形牲成了市丽场竞争凑的局面观，推进帜了新技袜术的发催展，其欢提出的欧结构型炼式多种希多样。德国字曾试经铺过10余种掀无碴率轨道山结构对，其衡轨道仍的基疯础分完钢筋服混凝质土和看沥青捏混凝冒土两概类。钢轨撕的支泼承方齐式多氏为分满散支凶承（悉即点价支承省），其连续带支承艘方式孟仍处肺在试无铺阶绒段，劈燕未在呜路网钩上正倍式使才用。对于分声散支承驱方式的宴无碴轨卡道，其岗道床结辟构大体肝上可分搅为两大按类，一势类为整兼体结构墨，另一包类为直抬接支承金方式，粗表4-2区2列出了渐德国铁辞路目前缘瑞批准可傅在路网陆正式应恼用和可他试铺进铜行运营胞考验的顶无碴轨畅道结构目类型。表4-2证2德国引铁路喊无碴滋轨道突的结财构类趣型整体结构直接支承结构现浇混凝土（含轨枕或支承块）现浇混凝土（不含轨枕或支承块）预制板轨枕或支承块RHEDA*FFCBöGL*ATD*ZüBLIN*BESGETRAC*BERLIN*BTEBTDHEITKAMPHOCHETIEFSATORESENGLEISWALTERRhe借da型无述碴轨色道（填图4-耕11）为刚钢筋习混凝远土底昂座上辨的整汉体结英构型决式之背一。Rhe歪da型无值碴轨猛道结罩构从197碰2年开始趁试铺的歼普通型焦（带槽闲形板、禁埋入轨念枕）到辜目前研济发的200容0型（满无槽位形板脆、埋协入支工承块愿）经过历了朽近30年的醉发展它里程励。图4-浓11普通Rhe蹦da型无腰碴轨虽道最近势开发港的Rhe你da-在200穗0型无碴挽轨道（遥图4-肥12）已投傲入商业择应用。朽其结构渠特点是杀：由2根桁架叠型配筋疲组成的绝特殊双扔块式轨江枕取代歌了原Rhe巩da型中吃的整世体轨栏枕；酷取消礼了原扭结构住中槽电形板刊，统含一了屿隧道刘、桥斑梁和以路基绑上的员形式彻；同砖时，豆轨道洞结构联高度好从原愈来得65撕0m盼m降低为472撕mm。Rhe挽da-豆200录0型中的拳支承块餐只保留漫承轨和装预埋扣伯件螺栓待部位的阶预制混却凝土，钥其余为蚁桁架式左的钢筋粉骨架。最典约型的炉直接行支承侵方式黎的无喂碴轨介道结亩构为ATD、GE挺TR福AC型，具如图4-愤13、图4-洁14所示，晒上部的伍轨枕或网支承块着直接置甩于钢筋须混凝土/沥青聪混凝乌土支枝承层区上，枯成为象一个颤独立床的组郑成部料分，苏在中寨部有促多种涛方式培设限著位装井置，挽以限柿制轨做排纵伐、横览向移飞动。图4-街13阔AT盖D型无碴醉轨道结前构（单丘位：mm）图4-1届4炮GET爹RAC型无碴作轨道结册构（单非位：mm）从20世纪80年代策开始讯，德雕国铁蔬路实蛮施私膜有化义计划虎，即相新建胃和扩蚁建铁沾路由配联邦蚁拨款除，而貌养护贵维修宇则由烧德国脏铁路资出资乘时，灶德国屿铁路篮董事惰会开愚始大尚力谋袄求新兽建铁色路和柳扩建首线路粒要尽套量采抓用少吓维修愤轨道料，这款项措珍施极治大地益推动蛋了无镇碴轨活道的莫发展池。德国纲在修茫建高暂速铁丧路的屿初期步，无尿碴轨凉道仅洪占正猜线的30躬%以下，漂但199回8年开习通的之柏林—汉诺威运高速铁村路，无饰碴轨道兽已达80转%以上。3．其他慢国家一向坚觉持采用凝有碴轨相道的法旷国，也狂在新建印的地中秩海线的棕路基上破和隧道磁内分别设铺设了2km、8k眠m的双渗块式鸣无碴帮轨道碍。荷兰高肺速铁路表土质不积好，软孤土较多敢，但也袋积极采逮用无碴足轨道。韩国在构修建高打速铁路泉时，也细把无碴煌轨道作业为重要欧工程内档容。总之套，无变碴轨徒道结剥构在伴高速稻铁路锁上的号大量庸铺设详已经海成为秃发展筛趋势衔。3.2国内缺无碴埋轨道螺结构国内衰对无谷碴轨滤道的敏研究鞭始于20世纪60年代煎，与登国外刘的研暴究几叹乎同羞时起挪步。我国初迎期曾试恋铺设过恋支承块泛式、短态木枕式豪、整体娱灌筑式俊等整体俊道床以吐及框架奴式沥青伪道床等杨几种形来式，但姻正式推帆广应用脾的仅有抖支承块温式整体去道床。199锄4年以后垒，随着瓣京沪高冤速铁路怨可行性许研究的轰进程，彻无碴轨礼道在我疤国重新量被关注天。参照故国外姐经验绿及结绵构型查式，基提出唇了板鸣式、胡长枕瞧埋入民式、果弹性药支承齐块式配三种临结构妈形式辽的无戚碴轨挪道及归其设肃计参袄数。在秦沈瓦客运专锡线选定穿了三座油特大桥絮作为无挂碴轨道肃的试铺讯段。其土中，沙年河特大束桥（直腾线、长69屠2m）试铺区长枕埋刊入式无忽碴轨道事；狗河训特大桥筝（直线程、长741限m）和拨双河围特大座桥（愈曲线币、长74鞋0m）试铺掌板式轨扔道。之痒前，我件国最长吨的西康尼县秦岭锡隧道（满长度为18补.5颜km）内街采用仍了弹劫性支丝式承块带式无载碴轨乓道，锣已于20预01年正序式开幕通运思营。1．长枕凯埋入式肌（图4-给17）长枕虎埋入桨式无钱碴轨刻道由豆预应农力混董凝土患轨枕废、混雨凝土尼道床势板和东混凝脖土底钥座组出成。帐其结悟构内拣没有骑易受合环境袄或温灭度影练响的望橡胶让、乳飘化沥供青等头材料湿，结盐构整卧体性劝和耐证用性仅较好选。混主凝土渠枕制辩造和和现场羡灌注步混凝右土的尼技术适和设赤备均沸是成辈熟、雹配套换的。图4-驻17桥上蔽长枕细埋入甚式无正碴轨失道结刷构（猴单位傲：mm）2．板脏式（婆图4-1扎8）板式无遗碴轨道俯由预制城的轨道浇板、CA砂浆车填充李层、型混凝管土底烧座和甩轨道控板之头间的边凸形帅挡台北组成拒。其声轨道戴结构亩高度默低，振自重些轻，真可减水小桥顺梁的脂二期面恒载狸。图4-1刑8桥上板辰式无碴论轨道结馅构（单轮位：mm）轨道乎板为私预制疗件，信质量颠容易含控制逢。现谢场的竹施工腊量少文，施今工进档度较急快，CA砂浆想的灌葬注日盘进度等可达20叔0m。对磨需要幅减振其的地恶段，尤采用交减振极型轨锣道板具，因贯在工下厂已夹完成愿板下片弹性稳垫层库的粘脂贴，榆故不斯增加冬现场恋的作损业量别和难梅度。罚道床球外表奔美观县，轨仓道稳义定、窑维修棕工作挠量小于。3．弹奥性支纤承块德式（声图4-惊19）弹性棍支承刘块式仇无碴筹轨道只由弹伞性支狸承块依（混栋凝土往支承奔块、烛块下拢弹性咏垫层丸和橡挡胶靴部套）敬、混贼凝土谅道床悉板、僵混凝织土底抱座等企组成准。弹性拾支承融块的推现场芝混凝悠土施睛工量桐大，病进度例较慢封。故乎一般间将其扎限制盗在隧粥道内笔使用惠。1．无填碴轨麦道与嘱有碴棒轨道尽维修氧费用渴比较199含5年，日员本对运酷营了20年的湾山阳茫新干摄线板读式轨集道历舌年各洒项作枯业的灾维修寇费用寒进行嘉了统利计，萝并与亭有碴指轨道穗作了拘比较晚，如仪图4-2谷0。由阀于板耳式轨眨道线龙路的座维修晶项目证减少搂，且特轨道辞几何焰状态泉稳定员，故禽维修江作业串量明伸显减雀少，诱为高互速运翁输提纳供了夫安全继可靠达、平行顺高瓦质量宁的轨贼道，迟实现悔了少参维修丧和维擦修费复用大晕幅度染降低忠的目庆标。4.榜3无碴枪轨道映的技惊术经思济性图4-2舟0山阳欠新干生线历薯年维蚂修费街用德国铁赖路采用璃轨道质根量指数Q值来综泥合评价胆轨道高峰低、水漂平、方们向等的伍平顺状花态。新涝线的轨胁道质量摧指数Q值应在30以下教，而瘦在运遍营线谋上，乘质量榴指数Q值超过100就必诱须进谊行修损理。逆德国亡的资屋料表凭明，塞无碴肚轨道榨的质惹量指湾数Q值在五轮年内均剥保持在达良好水普平，且宫变化很海小，实吨现了线拒路少维对修。2．无碴吼轨道与轿有碴轨鞠道经济青比较无碴轨叉道的造骆价高于污有碴轨饿道，但柄由于无阻碴轨道障结构具划有高度辩低、每吐延米重密量轻的争特点，稳可使桥蛛梁、隧故道结构嗓物的建剑设费用山降低。（1）日畅本板战式轨男道日本良板式乒轨道拒初期阔造价忧基本田上控普制在沃有碴屑轨道守的2倍以内戴，大规添模应用成后，其江造价明环显下降谷，约为贩有碴轨络道的1.3～1.5倍，嘴但维盘修费芝用明洲显减血少。势据有奋关部轻门统狡计，茧山阳款新干垫线16年的平骆均维修猴费用为叛有碴轨学道的33旧%。无碴总轨道多坛投资的但差额约搭在10年（桥叠隧结构弊上）～12年（魔土质驾路基豆上）虏内可捞得到蛋偿还良（不介计对拉运营累的影菠响）地。（2）Rhe慕da型无碴叙轨道据德跌国铁析路有勒关资饼料介