线路基础第1章

绍了线路的大修与维修。其重点是线路维修的重要性、修程、维修程序及维修内容。第二部分路基为两章，是课程的第六、七章。第六章是线路的路基及路基稳固性。重点介绍了路基类型、路基横断面、路基边坡稳定性的概念及检算方法。第七章是路基排水与加固防护。重点介绍了路基冲刷防护与基本的加固方法及有关排水设施。第三部分是关于铁路线路的另一重要组成部分——铁路桥梁、隧道建筑物。重点介绍了铁路桥梁的分类、桥跨结构及墩台结构。另外，对隧道也进行了简单的介绍。西南交通大学3《线路基础》是为交通运输专业本科开设的一门专业基础课，其目的是通过对本门课程的学习，使学生对铁路线路的组成，有关的工程建筑物构造，线路各组成部分的功能有一个基本的了解与认识。为以后其他相关课程以及专业课的学习奠定一个良好的开端。三、说明1.学时安排：课内总学时为32学时；课外阅读及作业8学时2.课程目录西南交通大学4序号课程内容1第一章轨道的组成52第二章轨道几何图形53第三章道岔64第四章无缝线路45第五章线路维修与大修26第六章路基及路基稳固性37第七章路基排水与加固防护38第八章桥隧建筑物23.参考书：①石定宇，余静贞编.《铁道概论》.成都，西南交通大学出版社，2000②艾迪拓.《铁路基本知识》.北京，中国铁道出版社，1993

西南交通大学5第一章

轨道的组成ChapterOneTrackCompositionKeystones本章要点

CompositonofTrack-轨道的组成

RailFunction-钢轨的功能及断面

RailJoint钢轨的接头构造;Sleeper-function、classificationandlayout轨枕的功能、分类与布置

Railjoint、railjointfastenings接头、中间联结零件的功能与联结方式

Trackbedfunction、Newtrackfoundation道床的功能、新型轨下基础西南交通大学6铁路(Railway)——轨道、路基、桥梁、隧道、车站及其它附属设备的总称轨道(Track)——由钢轨、轨枕、道床、联结零件、道岔及防爬设备组成。是列车运行的基础。常规轨道结构：轨道路基西南交通大学7轨道的基本组成钢轨轨枕道床联结零件联结零件联结零件轨缝防爬设备防爬设备西南交通大学8轨道类型：特重型、重型、次重型、中型、轻型(重型≥38kg/m,轻型<38Kg/m)运营条件：最高行车速度（Km/h）年通过总重密度（Mt•Km/Km）轴重注：轨道类型与钢轨重量、轨枕根数、道床厚度有关西南交通大学9§1.1钢轨-Rail1.1.2RequstsforRail对钢轨的要求1.1.1FunctionofRail钢轨的功能 1．支承引导车轮(bearloadsandguidewheels) 2．承上启下，传递荷载到轨下基础 3．为车轮滚动提供阻力小、平顺的平面 4．电信号的导体-传递轨道电路信息 1．足够的强度和耐磨性能 2．一定的硬度和韧性和弹性 3．一定的摩擦阻力西南交通大学10铁路-钢轨由來西南交通大学11由铁质轨道代替木质轨道西南交通大学1218世紀時的鋼軌西南交通大学13现在的钢轨西南交通大学14双头轨和钢轨座（DoubleheadedRailandRailChair）西南交通大学15牛头钢轨（Bull-headedRail）translate.google/西南交通大学161.1.3标准钢轨的断面(Railsection) 1．工字形断面F.B.Rail（FlatBottomRailSection）①防止绕曲变形的最好断面形式 ②减轻自重及材料消耗断面形状及名称：轨顶宽度w1：65-75mm钢轨高度h：134-195mm轨底宽度w2：114-150mm宽高比：w2/h为0.81-0.87

西南交通大学17钢轨截面应力1、工字型断面从应力分布可以看出该断面的优势2、工字型钢轨断面三部分轨头轨腰轨底西南交通大学181.1.4钢轨的类型Classification1．按重量分（kg/m）

75、60、50、45、43、38。其中50kg/m为主型轨2．按材料分低合金钢轨：Fe+C+Mn+Si 普通碳素钢轨：Fe+C+Mn+Si注：①低合金轨C的含量与普轨接近，但Mn、Si增大，一般是中Mn、高硅②含Cu增加耐腐蚀性，多用于隧道中③一般低合金轨多用于半径曲线西南交通大学191.1.5钢轨长度(Raillength) 1．标准长度（我国）：12.5m、25m 2．缩短轨：比标准轨稍短，用于曲线里股 的铺设。

注：钢轨长度世界各国不同，如俄罗斯为 25m，德国为30、45、60m，法国为18、24、 36m，意大利为36m，英国为18.4m，美国为 11.89m、23.96m，日本为25m。

西南交通大学201.1.6钢轨长度限制因素1）设备经济性-Economy2）运输设备-Transportation3）搬运转移设备-CarryandMove4）扩展接头的供给（Provisionofexpansionjoints）西南交通大学211.1.7钢轨接头(RailJoint)1．轨缝要求①高温不瞎缝、不跑道②低温轨缝不超标δ=0.0118(tmax-t）L-C(mm)-轨缝计算式中δ——计算轨缝（mm）；0.0118——钢轨线膨胀系数、温度变化1℃，每米钢轨伸缩0.0118mmt——铺轨时的钢轨温度（℃）tmax—最高轨温（当地最高气温+20℃）L——钢轨长度(m)C——由阻力限制的钢轨伸缩量（mm）钢轨长度及螺栓型号有关注：一般6mm≤δ≤20mm西南交通大学22钢轨接头（RailJoint）西南交通大学23钢轨焊缝（RailWeldingGap）西南交通大学24钢轨焊缝（RailWeldingGap）西南交通大学25钢轨焊接（RailWelding）西南交通大学262.钢轨接头（RailJoint）构造1）对接头的要求a在载荷的作用下，接头同钢轨整体一样b当气候变化时，钢轨端部能有一定的纵向 移动2）构造接头联结零件图西南交通大学273）特殊接头(SpecialJoint)①异型接头——连接两断面不同的钢轨②导电接头——轨道电路③绝缘接头（IsolatedRailJoint）——绝缘节3.接头故障（JointFailure）及整治1）端部鞍形磨损2）低接头——稳固不良引起3）破损——接头部钢轨顶面剥落4）夹板断裂5）轨枕损裂整治：①焊补②研磨③钢轨端部顶面淬火增加抗磨性西南交通大学28钢轨接头受力特点1）接头破坏了轨道的连续性，表现在：1轨缝2折角3台阶西南交通大学29钢轨接头受力特点P1：高频瞬时冲击荷载P2：低频准静态荷载其中P1力作用时间短，仅对钢轨头部起破坏作用；P2力持续时间长，对钢轨、轨枕、道床、路基都有破坏作用。荷载特点：西南交通大学30伸缩接头西南交通大学31我国铁路采用：悬空式，对接式4.钢轨接头位置1）与轨枕的相对位置悬空式承垫式2）钢轨接头的相对位置对接式错接式西南交通大学325.钢轨失效原因及延长寿命的措施

invalidation1）失效原因①磨耗（wear） a有关因素，运量，列车重量，速度，线路平纵断面b易产生磨损的地点，制动地段，小半径曲线②伤损（damage）：材料及制造工艺差，事故③锈蚀（corrosion）：一般在隧道中2）措施制动地段，小半径曲线铺设低合金轨隧道中,铺设加铜低合金轨西南交通大学33§1.2轨枕（Sleeper）1.2.1功能与种类（一）功能-Function 1.固定钢轨（keepgauge,maintainalignment） 2.承受钢轨的水平与垂直力并传递到道床（transferloadtoballastbed

）3.吸收冲击和震动（absorbvibrationandblows）4.轨道电路绝缘（insulation）西南交通大学34§1.2轨枕（Sleeper）（二）要求-RequesttoSleeper1.坚固，耐用（firmnessanddurability）2.具有一定的弹性（elastic）3.具有一定的位移阻力(displacementresistence)4.轨枕和钢轨应易于连接和拆卸(fixingandromoving)5.易于加工搬运-MachiningandTransportation6.一定的绝缘性能（insulation）西南交通大学35（三）种类

1.

按材料分a木枕（松木/榆木)（timbersleeper/woodensleeper）b钢筋混凝土枕（prestressedconcretesleeper）c钢枕（steeltroughsleeper）d铸铁枕（castironsleeper）

2.按用途分 普通枕干线(Ⅰ）trunkline支线(Ⅱ）branchline长度均为2.5m专用线（Ⅲ）specialservicerailroad

岔枕(turnoutsleeper)——长度为2.6m~4.85m桥枕(bridgesleeper)——长度为3m~3.4m 3.

按布置方式 横向枕 纵向枕西南交通大学36西南交通大学37西南交通大学38西南交通大学39西南交通大学40西南交通大学411.2.2木枕woodensleeper1.优点

①富有弹性（resilience）②轻，加工、运输、铺设方便(lightandeasytomanufacture/transport/handle)③易与钢轨联结(easytojointwithtrack)④绝缘性能好（goodinsulated,suitablefortrackcircuit）西南交通大学421.2.2木枕2.缺点

1）寿命短，强度低（decay/fire/vermin一般15-25年）2）弹性不一致，很难保持标准尺寸(difficulttokeepstandardgauge)3）受资源约束西南交通大学43西南交通大学44

2.断面形式

甲乙丙尺寸Ⅰ四面加工上下两面加工三面加工大Ⅱ四面加工上下两面加工三面加工中Ⅲ四面加工上下两面加工三面加工小

§1.2轨枕（Sleeper）西南交通大学45普通木枕断面图西南交通大学463.木枕的失效及延长寿命的措施invalidation1）失效原因①腐朽、虫蛀(decayandvermin)②机械磨损mechanicalwear③裂缝crack2）措施①防腐处理preservative(hotcreosote)②增加联结零件，改变联结方式③接头处采用优质木枕-JarrahSleeper（35年甚至更长）西南交通大学471.2.3钢筋混凝土枕(prestressedconcretesleeper)1.优点①强度高，稳定性好(highstrength/stability)②耐腐蚀，耐火③寿命长-50年

④适合大规模生产（massproduction）⑤弹性均匀

西南交通大学481.2.3钢筋混凝土枕2.缺点①弹性差②质重大，铺设运输不方便（handleandtransportdifficult）③铺设受限——道岔区，大桥面④无法废物利用（noscrapvalue）⑤损坏后很难修复西南交通大学491.2.3钢筋混凝土枕3.生产工艺（productionengineering

）①pretensionmethod-先张法Usetendons–钢绞线大规模生产，投资大②post-tensioningmethod-后张法小规模生产，投资小

西南交通大学50西南交通大学512）截面-梯形1250mm1250mm筋69型弦69型3）承轨台4）轨底面----双锲形1.2.3钢筋混凝土枕4.结构与尺寸1）长度西南交通大学525）

外部尺寸(mm)型号长度截面高度底宽承轨台斜度两螺孔之间距离轨下中部两端中部弦6925002031552802501：40214筋6925002031552802501：40214西南交通大学531.2.4轨枕类型横向轨枕monolithic宽轨枕纵向轨枕短枕block组合轨枕composite西南交通大学541.2.5轨枕的数量与铺设轨枕数量（密度）影响因素

1）运量2）速度3）道床类型规定：每公里最多：木枕1920根，钢混枕1840根西南交通大学552.轨枕间距1）接头间距c2）过渡间距b3）中间间距a a＞b＞cLcbaaabc西南交通大学56公式：L=c+2b+a(n-3)（mm）c已知求b，a式中：L—包括一个轨缝的钢轨长度n—每节钢轨铺设根数（已知）c—规定值50kg/m钢轨c=440mm（木枕）520mm（钢混枕）注：无缝线路钢轨间距采用平均值a=（1）设：b=代入（1）式，求a值（mm）a=将a取整后代（1）是求取b值b=(mm)西南交通大学57§1.3

钢轨联结扣件RailFastener1.3.1要求-Request足够的扣压力一定的弹性可调节轨距与高度[A]彈性扣件(ElasticClip):用來把軌條緊扣在枕木上。[B]承托物(shoulder):作用是把扣件固定於枕木上。[C]、[D]彈性墊板(railpad):使鋼軌與枕木之間互相絕緣,避免鋼軌漏電,並且能夠增加軌道彈性。西南交通大学581.3.2扣件的设计扣件的爬行阻力-creepresistance扣件的弹性要求扣件的爬行阻力大于轨枕与道床之间的阻力西南交通大学59

§1.3

钢轨联结扣件-RailFastener1.3.3功能与类型

1）功能①联接钢轨与钢轨及钢轨与轨枕，保持钢轨的连续性与整体性；②阻止钢轨移动，确保轨距正常;③吸收震动，减缓线路残余变形的积累。2）类型①接头联结扣件——钢轨与钢轨联结

②中间联结扣件——钢轨与轨枕联结西南交通大学60

§1.3

钢轨联结扣件-RailFastener1.3.4接头联结扣件-1.组成夹板、螺栓、螺母双头夹板——主型夹板1）夹板（fishplate）板型夹板角型夹板裙边型夹板

四孔式六孔式西南交通大学61六孔式鱼尾板820注：1）钢轨螺栓孔直径比螺杆直径略大2）6个螺栓方向交错安装3）螺栓直径与钢轨长度成正比西南交通大学62西南交通大学632）螺栓高强度螺栓（Highintensionbolt）—无缝线路普通螺栓——普通路线3）螺母中国铁路上普遍使用的是扣板式混凝土轨枕扣件和以弹条代替扣板的弹条式混凝土轨枕扣件。这些扣件依靠调整扣板式扣件的扣板号码或弹条式扣件的挡板座及轨距挡板号码以调整轨距。缺点是安装及养护比较费时。西南交通大学64西南交通大学65西南交通大学661.3.5中间联结扣件

1.连接方式分开式不分开式——多用于与钢混轨枕的联结简单式④混合式2.木枕联接扣件

1）组成道钉普通道钉、螺纹道钉垫板：顶面呈1：40坡度

西南交通大学67西南交通大学68木枕用K型分开式扣件西南交通大学692）联结方式①简单式——无垫板钢轨直接与木枕联结适用于矿山线，装卸线，临时线②不分开式——道钉，垫板，钢轨同时固定于木枕上。缺点：列车通过时垫板发生振动易损坏木枕

西南交通大学70④混合式：先用道钉把垫板扣紧，再用道钉将钢轨、垫板木枕同时联结。特点：零件少，联结方便，扣紧力略次于分开式。1.3.5中间联结扣件-木枕的联接方式③分开式：先将垫板与木枕联结，然后垫板再与钢轨联结。特点：扣紧力大，可有效防止钢轨移动但是零件多，安装复杂。西南交通大学713.钢筋混凝土轨枕扣件1）类型刚性扣件：扣板式扣件弹性扣件：弹片式、弹条式

–主型1.3.5中间联结扣件-混凝土枕的联接方式西南交通大学72①组成扣板——固定钢轨铁座——传递横向力至挡肩

螺纹道钉——联结缓冲垫层——绝缘，提供弹性弹簧垫圈——提供弹性②安装——采用硫磺锚固法2）刚性扣件-扣板式扣件clipfastener西南交通大学73

3）弹性扣件(elasticfastener)①弹片式弹片——作用于钢轨间轨距挡板——作用于铁座间螺纹道钉——联结绝缘缓冲层——提供弹性、绝缘特点：弹性较好，但扣紧力不足西南交通大学74②弹条式弹条—作用与扣板相同锲形轨距块螺纹道钉Elasticrodfastener特点：弹性好，性能优于弹片式我国目前多采用ω型弹条式扣件※我国客运专线扣件均采用弹条式扣件西南交通大学75国名线路扣件型式扣压力(kN)胶垫弹性件弹程(mm)厚(mm)静刚度(KN/mm)日本东海道山阳120双重弹性61060－法国TGVNabla119708.1~9.1德国曼海姆~斯图加特HM11－70~8014英国－Pandrol111030~5012国外主要高速铁路扣件

西南交通大学76西南交通大学77西南交通大学78

§1.4道床(trackballast)1.4.1什么是道床铺设在路基面上的道渣层，是一种轨下结构。它是轨枕的基础foundationofsleeper1.4.2道床的功能1.均匀传递荷载于路基面上(transferloadfromsleepertoroadbed)2.提供纵、横向阻力(Providingresistanceoflandscapeandlongitude)3.提供弹性(Providingridingcomfortbecauseofitselastic)4.排水作用(Providingdrainage)5.便于校正线路的平纵断面(Suitableforadjustingtrack)西南交通大学791.4.3道床断面1.道床断面西南交通大学80A道床厚度(h)

轨枕底面至路基面的垂直高度（直线）内轨中轴下轨枕底面至路基面的距离（曲线）注：道床厚度一般为25--30cm2.道床断面三要素1）道床厚度thickness2）道床坡度grade(gradient)3）道床顶面宽toplevelwidth西南交通大学81b=轨枕长度+2a（直线）轨枕长度+2a+△（曲线）a—

道床肩宽，一般为20~30cm特重型无缝线路为3.1mR≤600加宽0.1m（曲线外侧）重型,次重型,中型为3mR≤600加宽0.1m（曲线外侧）轻型为2.9mR≤600加宽0.1m（曲线外侧）B道床顶面宽（b）西南交通大学82C道床边坡（i）i=

1：1.75(正线：特重型，重型，次重型，中型）1：1.5(站线：轻型）注：1.木枕：道床顶面低于轨枕顶面3cm2.混凝土枕a头部埋入道碴深度为15cmb中部60cm范围底面高出道床顶面3cm3.道床根据路基土质与气候情况，分为单层与双层道床西南交通大学831.4.4道床材料-materials1.对材料的要求

a质地坚硬，强度高b吸水度小，不易风化，耐冻2.材料1)碎石(花岗岩,玄武岩,石灰岩,砂岩)brokenstone标准型（20-70mm）—新线中粒（20-40mm）—维修细粒（5-20mm）—垫碴起道2）筛选卵石（卵石，碎石混合物）gravel天然级配卵石（卵石，砂石混合物）矿渣coalashandcinder3）粗砂，中砂，卵石砂，石屑（作为垫层）sand

西南交通大学841.4.5道床残余变形residualdeformation

1.道床变形：轨道下沉路基下沉：运营初期下沉一定时间后稳定道床下沉初期下沉后期下沉2.道床残余变形积累

运量下沉量y第一阶段第二阶段西南交通大学85有碴道床变形是轨道变形的主要来源，道床变形占轨道变形量的90%以上，因此减小道床变形对控制轨道变形极为重要。西南交通大学86道床下沉发展(如图〈2〉)可表达为（日本新干线）y=y′+y″=γ(1-eαx)+βx

式中:y′为第一阶段下沉量；y″为第二阶段下沉量注：第一阶段：道床急剧下沉（压实阶段）。γ、α表示道床压实程度第二阶段：道床缓慢下沉。β值与荷载大小成正比，与速度平方成正比1.克服道床残余变形的措施1）铺道碴前严格加固路基2）力求道碴均匀密实3)在轨道通过总重达到一定值后应清筛、补碴。西南交通大学87西南交通大学88西南交通大学89西南交通大学90西南交通大学91西南交通大学92西南交通大学93西南交通大学94西南交通大学95西南交通大学96土工布西南交通大学97西南交通大学98西南交通大学99(一)轨枕板（sleeperslab）

钢筋混凝土轨枕板prestressedconcretesleeperslab

1.尺寸长2.5m宽55cm厚：轨下15~17cm，中部10~15cm2.特点：1）支承面大，是普通枕的2倍2）重量大（500kg）3）维修量小，是普通枕的1/2-1/34）与钢轨的联结与普通混凝土枕相同5）道床断面与一般线路相同6）多用于客站，隧道内，大桥桥头3.铺设方式间铺——间隔＞2cm密铺——间隔≤2cm1.4.6新型轨下基础西南交通大学100西南交通大学1011.特点1）取消道碴层，将混凝土直接灌注于路基面上2）稳定性好，有利于高速行车3）维修量小，适用于隧道4）强度大，寿命长5）刚性大，弹性差，对扣件及垫层的弹性要求高6）修复困难2.类型1）钢筋混凝土支承块式——我国采用2）短木枕式——用短木枕代替支承块3）整体灌注式——不需埋入支承块4）预制框架拼装式——少采用（二）整体道床西南交通大学102西南交通大学103西南交通大学1043.钢筋混凝土支承块式结构道床尺寸：宽2.4m，厚35cm支承块尺寸：长50cm，宽20cm西南交通大学105(三)

沥青道床1.类型：

沥青处理道床：使用沥青对碎石道床做表面处理

沥青道床：沙，碎石，焦油混合表面2.特点：1）弹性较整体道床好2）整体性好3）适于重载列车4）造价较整体道床低

西南交通大学106西南交通大学107

§1.5道口与线路附属设备1.5.1道口1.类型平交道口立交道口2.平交道口铺面1）铺面类型钢筋混凝土面板石质面板沥青面板木质面板

2）结构面板轨枕钢轨西南交通大学1083.特点：1)三块面板2)铺面板与轨顶同高3)中间面板置于钢轨内侧轨枕上，两边面板置于轨枕端部4)面板与轨枕间设有沥青垫层5)钢轨工作边与面板边设有护轨4.道口设置及设施1)设于瞭望条件好的地点公路:离道口50m处看见两侧各400m铁路:司机800m处看见道口2）应设道口平台，平台长度（一侧）为8-20m3）应设鸣笛标，道口警标，栏木，信号灯4）电气化铁道道口应设限界器（4.5m高）5）道口范围内不应有轨缝西南交通大学109西南交通大学110西南交通大学111西南交通大学112西南交通大学113西南交通大学114铁路鸣笛标警标公路西南交通大学1151.5.2.railstrengthendevices轨道加强设备(一)AntiCreepDevices防爬设备1.RailCreep——thelongitudinalmovementofrailsinatrackisknownasrailcreep.Itiscausedbytrainmovementorotherfactors.轨道爬行：轨道沿着铁路线路的纵向移动称之为轨道爬行。轨道爬行是由于列车运动或线路等因素造成。西南交通大学1161.5.2.railstrengthendevices轨道加强设备2.Causeofrailcreep:轨道爬行原因1）Raildeflectionunderdynamicload动态荷载2）Longitudinalforcecausedbytrainmovement列车运动的纵向力3）Changeofrailtemperature钢轨温度变化4)Wheelimpulsiononrailjoints车轮对钢轨接头冲击西南交通大学117v*Railsectionturnaroundalongtrainmovementdirection3.Resultsofrailcreep钢轨爬行的危害1）sleepersdeflection轨枕偏斜2）ballastlooseness道床松散3）Railgapsdisaccord轨缝错位deflectionbbababaababaRail西南交通大学118v4.Whererailscreephappen钢轨爬行发生位置1）directionoffullcarmovement重车移动方向2）longandsteepdowngraderail陡长下坡道3）trainbrakerangewhenpullingin.进站制动范围deflectionbbababaababaRail西南交通大学1195.Measuretoovercomerailcreep防爬措施1）Increasingresistanceofrailjointfastenersandthemiddlefasteners增加钢轨扣件阻力2）Increasingresistanceofballast(ballastwidth,densityandsleeperburyingdepth)增加道砟阻力3）Setupanticreepdevices安装防爬设备西南交通大学1206.Railanticreepdevices防爬设备1）Style:①boltstyleanticreepdevice=creepanchor防爬器（锚）②anticreepshaft防爬撑西南交通大学121西南交通大学1222）FixingAnticreepdevice：beneathtracknearsleepereffect：antitrackmovementanticreepshaft：beneathtrackormiddleoftwotracksand300-350mmfromatrack3)LayoutSinglelineAnticreepshaftAnticreepdeviceDoubleline西南交通大学123