高速铁路轨道

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。京沪高速铁路轨枕的铺设根数，因采用跨区间无缝线路，轨枕间距按60cm等间距均匀布置，可有效的降低高频冲击力。《京沪高速铁路设计暂行规定》中规定“应采用时速350公里客运专线专用混凝土枕，每千米铺设1667根。道岔应铺设混凝土道岔”。

2.3扣件高速铁路的扣件除要求具有足够的扣压力以确保线路的纵、横向稳定之外，还要求弹性好，以保证良好的减振、降噪性能；扣压力保持能力好，以降低日维修工作量；绝缘性能好，以提高轨道电路工作的可靠性，延长轨道电路长度，降低轨道电路投资。我国采用弹性扣件已有20多年历史，已成功的开发了弹条Ⅰ扣件，弹条Ⅰ型调高扣件，弹条Ⅱ型扣件及弹条Ⅲ型扣件等，以上扣件已全部通过部级鉴定并推广使用。弹条Ⅲ型扣件（图4-3）是为高速重载而研制的无螺栓式扣件，系利用预埋于轨枕中的铁杆来保持轨距，承受横向力并固定弹条，以弹条扣压钢轨，尼龙块作为绝缘部件并用于调整轨距。图4-3弹条Ⅲ型扣件2.4道床道床是轨道结构的重要组成部分。散粒体道床不仅要承受轨枕传递的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。对高速铁路而言，散粒体道床的这些作用显得尤为重要。第三节无碴轨道结构

无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构形式。由于无碴轨道具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位能持久保持、维修工作量显著减少等特点，在各国铁路得到了迅速发展。特别是高速铁路，一些国家已把无碴轨道作为轨道的主要结构形式进行全面推广，并取得了显著的经济效益和社会效益。

3.1国外铁路无碴轨道结构型式国外铁路无碴轨道的发展，数量上经历了由少到多、技术上经历了由浅到深、品种上经历了由单一到多样、铺设范围上经历了由桥梁、隧道到路基、道岔的过程。无碴轨道已成为高速铁路的发展趋势。

1．日本日本是发展无碴轨道最早的国家之一。早在20世纪60年代中期，日本就开始了无碴轨道的研究与试验并逐步推广应用，无碴轨道比例愈来愈大，成为高速铁路轨道结构的主要形式。据统计，日本高速铁路无碴轨道比例，在20世纪70年代达到60%以上，而90年代则达到80%以上。日本从20世纪60年代中期开始进行板式无碴轨道的研究到目前大规模的推广应用，走过了近40年的历程。图4-6普通A型轨道板图4-7框架型轨道板图4-8防振G型轨道日本板式轨道结构在土质路基上的发展与桥上、隧上板式轨道是同时起步的。1968年提出RA型板式轨道，并在铁道技术研究所进行性能试验。

图4-8土质路基上RA型板式轨道总之，日本定型的板式轨道包括A型、框架型轨道板，适用于土质路基上的RA型轨道板和特殊减振区段用的防振G型轨道板，构成了适用于不同使用范围的轨道板系列。截止到目前，板式轨道累计铺设里程已达2700多km。

日本在大量铺设板式轨道的同时，还开发了B型弹性轨枕直结轨道，在东北、上越新干线上都有铺设。另外还开发了简化结构的D型弹性轨枕直结轨道（图4-10）

图4-10D型弹性轨枕直结轨道2．德国德国也是研究无碴轨道较早的国家之一。德国铁路开展无碴轨道的研究始于上世纪60年代末，1972年首次在Rheda车站试铺了无碴轨道结构（故称“Rheda”型）。德国铁路、高校研究所以及工业界自20世纪70年代一直进行无碴轨道的研究，目前德国有20多家企业参与无碴