有砟轨道结构（高铁轨道构造与施工课件）

第2章有砟轨道结构主要内容第一节结构形式和组成第二节轨枕第三节扣件第四节道床第五节轨道其它部件第一节结构形式和组成钢轨轨枕道床联结零件防爬设备道岔轨道的组成

钢轨Ⅲ型扣件Ⅲ型轨枕碎石道床钢轨

碎石道床轨撑Ⅱ型扣件木枕钢轨绝缘接头6木枕线路加强混凝土枕线路加强拉杆防脱护轨拉杆木枕道岔混凝土枕道岔第二节轨枕

功用：承受来自钢轨的各向压力,并弹性地传布于道床,有效地保持轨道的几何形位,特别是轨距和方向。

要求：坚固、弹性、耐久，固定钢轨，抵抗纵横位移。1、轨枕的功用及类型（*）

按材质：木枕、混凝土枕、钢枕、树脂枕

按位置：普通轨枕、岔枕、桥枕1、轨枕的功用及类型（*）按结构型式：整体式；组合式；半枕；宽轨枕按铺设方法：横向轨枕、纵向轨枕及短枕纵向梯子轨枕1、轨枕的功用及类型（*）5优点：弹性好、易加工、重量轻，运输、铺设、养护维修方便；与钢轨联结比较简单；有较好的绝缘性能等。缺点：消耗大量优质木材、易腐朽、磨损，使用寿命短；强度、弹性不完全一致，在机车车辆作用下会形成轨道不平顺，增大了轮轨动力作用。2、木枕*标准长度2.5m底宽22（20）cm顶宽16（15）cm高16（14.5）cm

木枕失效

木枕处理防腐：水溶性防腐剂、油类防腐剂，密封灌蒸减磨：铁垫板防裂：控制含水量，改善干燥工艺，防腐浆膏掺麻筋填塞裂缝，钉钉或铁丝捆扎使裂缝愈合2、木枕*腐朽：生物作用机械磨损：列车作用开裂：列车作用+干湿变化

混凝土枕特点及类型

材源多，尺寸精度高，轨道弹性均匀，提高了轨道稳定性；使用寿命长，可以降低轨道的养修费用；自重大、纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性；刚度较大，要求较好的轨道弹性。我国混凝土轨枕类型3、混凝土轨枕*弹性基础上的短梁轨枕受力状况与道床支承条件有关

中间不支承I型枕中间部分支承II型枕全支承III型枕

混凝土枕外形及尺寸3、混凝土轨枕*混凝土枕受力特点

轨枕形状

整体外形：混凝土枕截面为梯形，上窄下宽：节省混凝土用量，减轻自重，便于脱模。

轨枕顶面宽度：根据轨枕抗弯强度、钢轨支承面积、轨下衬垫宽度、扣件尺寸等因素综合考虑确定。

承轨槽：轨枕顶面支承钢轨的部分，设置1:40轨底坡。轨枕底面宽：减少道床压力、便于捣固。

II型枕：两端梯形，中间矩形，增大支承面积，底面压花或凹槽，增大阻力。

III型枕：两端梯形，中间矩形，增大支承面积，底面光滑。3、混凝土轨枕*

轨枕长度

轨枕长度与轨枕受力状态有关长枕可减少枕中负弯矩，但增大轨下正弯矩以轨下正弯矩与枕中负弯矩保持一定比例确定轨枕长度

混凝土枕长度一般在2.3～2.7m之间Ⅰ、Ⅱ型枕长度均为2.5mIII型枕长度有2.6m和2.5m两种

国内外主要干线普遍采用2.6m长轨枕

减小枕中负弯矩提高纵横向稳定性和整体刚度，改善道床、路基工作状态，利于铺设无缝线路，适当减少轨枕配置根数3、混凝土轨枕*

轨枕高度

轨下截面正弯矩、枕中截面负弯矩，因此，轨下部位高、中间部分矮，以满足直线配筋、各截面配筋相同。

轨下截面配筋重心应在截面形心之下枕中截面配筋重心应在界面形心之上有利的偏心矩，防止受拉开裂3、混凝土轨枕*

轨枕的发展趋势：轨枕设计承载弯矩逐渐增强

提高混凝土强度等级增加预应力增加截面高度3、混凝土轨枕*

I型枕设计条件：轴重21t、速度大于等于85km/h，1840根/km不足之处：螺栓孔间纵裂、轨下正弯矩裂缝

II型枕

设计条件：轴重23t、速度大于等于120km/h，60kg/m钢轨，年运量60Mt，按疲劳可靠度设计

承载能力：较I型枕，轨下正弯矩提高13%～25%，枕中负弯矩提高14%～41%,基本能适应次重型、重型轨道

不足之处：安全储备不够，枕中顶面横向裂缝、沿螺栓孔纵裂、枕端龟裂、侧面纵向水平裂缝、挡肩斜裂等，难以适应特重型轨道3、混凝土轨枕*

在用II型枕

III型枕设计条件：轴重23t，速度大于等于200km/h，轨枕配置1760根/kmIII型枕特点尺寸设计优化：增加长度、加宽轨底，增大支承面积，提高线路稳定性，提高轨枕设计承载能力Ⅲ型轨枕与先进的扣件相配套：有挡肩扣件、无挡肩扣件

III型枕

在小半径曲线上使用时不足之处，路肩宽限制为2.5m长绝缘轨距块强度不足扣件无法调高弹条Ⅲ型扣件扣压力衰减速率快预埋铁座易锈蚀，且又无法更换

IIIb型轨距挡板座易松脱混凝土枕挡肩破损严重

解决措施：带沟槽的新型挡肩结构.9）3、混凝土轨枕*

IIIa型

轨枕间距与每公里配置的轨枕根数有关

每公里配置的轨枕根数应根据运量、行车速度及线路设备条件确定，并与钢轨及道床合理配套，以求在最经济的条件下，保证轨道具有足够的强度和稳定性。轨枕加密，可减小道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力，利于保持轨距、方向，保证高速行车安全轨枕过密，则不经济，净距过小，影响捣固质量

每千米轨枕最多铺设根数标准为：III型枕1720根，Ⅱ型枕1840根，木枕1920根

采用跨区间无缝线路时，可按60cm等间距布置，即1667根/km4、轨枕间距

钢轨接头处轨枕间距

车轮的冲击动荷载大，轨枕的间距适当减小，且应有一个过渡间距

每节钢轨下轨枕间距应当满足：a＞b＞c。

接头轨枕间距c一般是给定的：对于50kg/m及以上钢轨，木枕44cm，混凝土枕54cm4、轨枕间距

轨枕根数标准配置4、轨枕间距加密配置条件

R≤800m的曲线地段（含两端缓和曲线）;坡度大于12‰的下坡制动地段;长度大于等于300m的隧道内。II型轨枕增加80根，木枕增加160根，条件重合时，只增加一次，但不能超过最大铺设数量。对于铺设Ⅲ型混凝土枕线路，不需要再增加轨枕的根数。4、轨枕间距

宽轨枕

宽度约为混凝土枕的2倍

支承面积大，道床应力及振动加速度

较小，线路变形小

维修工作量减小，一般为混凝土轨枕线路的1/4～1/2

枕间的缝隙经封闭后，可以防止雨水、脏物侵入道床，从而有效地保持道床的整洁

外观整洁，便于清扫，适合在长大隧道、大型客货站站场内铺设使用5、特殊轨枕

弹性轨枕在轨枕底部设置弹性垫层以提高轨道弹性，有些在轨枕侧面也设置弹性垫层，根据其使用目的不同，分有砟道床用弹性轨枕和无砟轨道用弹性轨枕。5、特殊轨枕第三节扣件

扣件的功用

保持钢轨与轨枕的可靠联结阻止钢轨相对于轨枕的移动缓冲减振，延缓轨道残余变形积累分散由车辆传至钢轨的垂向力和横向力抵抗来自钢轨的水平力抵抗钢轨的小返和回转

扣件一般要求

足够的扣压力适当的弹性一定的轨距和水平调整量构造简单，便于安装及拆卸好的耐久性大的绝缘性能

扣件分类按钢轨与轨枕的联结分：分开式扣件和不分开式扣件按挡肩类型分：有挡肩扣件与无挡肩扣件按扣压件分：弹片式扣件、弹条式扣件、扣板式扣件按螺栓分：有螺栓扣件、无螺栓扣件

技术参数

扣压力扣件节点刚度（扣压件刚度、轨下胶垫刚度）调整量绝缘值

发展方向适应高速化、环保化、省力化、可调化低刚度、长寿命、低成本及其相互协调

混合式扣件

混合式扣件由道钉和五孔双肩铁垫板组成，是我国铁路木枕轨道上使用最广泛的扣紧方式。

优点：可减轻垫板的振动，且零件少，安装方便缺点：钢轨受荷载后向上挠曲时，易将道钉拔起，降低扣着力分开式扣件

分开式扣件

K式扣件扣板式弹条式2、木枕扣件优点：扣压力大，可有效防止钢轨爬行缺点：零件多，用钢量大，更换钢轨麻烦分开式扣件有用于桥上的K式扣件,还有其他类型扣件，用于强化轨道结构。

混凝土枕扣件的要求

足够扣压力（约10kN）——纵向阻力要求

适当弹性橡胶垫板+弹条满足轨道稳定与减振要求

较大调整量

混凝土枕螺栓孔间距和承轨槽宽度一定曲线轨距加宽、钢轨磨耗、钢轨水平调整

绝缘性能3、混凝土枕扣件

扣板式扣件

扣板式扣件由扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座及绝缘缓冲垫板组成。硫磺水泥砂浆锚固螺纹道钉，挡板传力，垫板缓冲绝缘。优点：零件简单，调整轨距比较方便缺点：扣压力较低，在使用过程中容易松动，适用于50kg/m及以下钢轨弹条式扣件

弹条I型扣件上爬3、混凝土枕扣件

弹条I型扣件由ω形弹条、螺纹道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成。弹条直径为13mm的60Si2Mn或55Si2Mn热轧弹簧圆钢，变形后提供扣压力，轨距挡板调距并传力，挡板座缓冲绝缘。优点：弹性好、扣压力损失较小，能较好地保持轨道几何形位，使用效果好缺点：弹程偏小导致扣压力偏小，强度储备不足，曲线地段易上滑

弹条Ⅱ型扣件

弹条Ⅱ型扣件结构与弹条I型扣件相同，弹条材质60Si2CrA(A表示甲类钢)

，σs和σb分别提高了42%和36%。Ⅲ型枕Ⅱ型枕优点：扣压力大、强度安全储备大、残余变形小，适用于Ⅱ型或Ⅲ型混凝土枕的60kg/m钢轨线路缺点：防锈与防松工作量，不适用于高速3、混凝土枕扣件

弹条Ⅲ型扣件

弹条Ⅲ型扣件由弹条、预埋铁座、绝缘轨距块和橡胶垫板组成。弹条材质60Si2Mn，直径20mm，接头处18mm；轨距块调距、绝缘。优点：扣压力大、弹性好，保持轨距的能力强，养护工作量少。缺点：不能调高，小半径曲线上轨距块损坏严重。3、混凝土枕扣件无螺栓无挡肩扣件是发展趋势!!!5、扣件工作特性Pc：两侧扣件扣压力；f1：扣件与钢轨之间的摩擦系数，一般取0.25；f2：钢轨与轨下垫层之间的摩擦系数，一般取0.65；a：轨枕间距。混凝土扣件的阻力应大于道床阻力，每组扣件的单位长度阻力为4、轨下橡胶垫层不同的铁路，采用不同的轨下胶垫合理选择轨垫的刚度在轨道纵向弹性均匀一致轨下橡胶垫层可增加扣件的弹性。要求：

当钢轨上作用荷载时，一组扣件的弹性由扣压件弹性和轨下垫层弹性组成，扣压件和轨下垫层产生的位移相等，故扣件和轨下垫层可以看做两个并联的弹簧。设扣压件刚度为kc，轨下胶垫等效刚度为kp，则一组扣件的刚度为：

5、扣件工作特性

扣件刚度影响到减振效果和轨枕动压力大小。刚度较小的扣件减振效果好，但刚度减小会增大轨枕动压力。故扣件刚度选择应兼顾这两种因素，有一个合理的取值。

第四节道床1、道床的功能*道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上提供轨道的纵、横向阻力，保持轨道的稳定提供轨道弹性，减缓和吸收轮轨的冲击和振动提供良好的排水性能，以提高减少基床病害便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面玄武岩道砟2、道床的材质*要求：质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎；排水性能好，吸水性差；不易风化，不易被风吹动或被水冲走。材料：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂、熔炉矿渣等。来源：水成岩如石灰岩、火成岩如玄武岩、花岗岩54

道砟分级特级道砟、一级道砟、二级道砟

材质参数：抗磨耗、抗冲击、抗压碎、抗渗水、抗风化、抗大气腐蚀

加工质量参数：道砟粒径、级配颗粒形状、表面状态、清洁度

新建重载铁路采用一级道砟

既有线大修力求采用一级道砟

高速上采用特级道砟——增强稳定，减少磨损、粉化和飞砟3、道砟技术条件*技术参数

道砟级配道砟中颗粒的分布，影响道床物理力学性能和养护维修工作量。道砟级配分为宽级配和窄级配，一级道砟宽级配、特级道砟窄级配。宽级配：大、小颗粒的相互配合以及道砟颗粒之间的填满，使得道砟有更好的强度和稳定性。窄级配：弹性好，有利于捣固等作业。一级道砟宽级配曲线特级道砟窄级配曲线针状指数：长度大于颗粒平均粒径1.8倍片状指数：厚度小于颗粒平均粒径0.6倍宽级配：针状指数、片状指数不大于50%窄级配：针状指数、片状指数不大于20%土团泡水后软化，丧失强度粉末脏污道床，加速板结，影响排水土团及杂质含量不大于0.5%，粉末含量不大于1%

法国高速铁路道砟3、道砟技术条件*道砟颗粒形状及清洁度颗粒形状：影响自身强度和轨道纵横向阻力清洁度：控制土团、粉末或其他杂质

道床断面：道床厚度、顶面宽度及边坡坡度

道床厚度：直线上钢轨(或曲线上内轨)中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。与道床弹性、脏污增长率、垫砟层和路基面承载能力有关。直线地段道床断面4、道床断面*

道床边坡坡度：取决于内摩擦角、黏聚力和道床肩宽，趋向于采用较大的肩宽和较陡的边坡，考虑散粒体自然坡脚和列车振动影响，坡度均为1:1.75。道床顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽有关，道床宽出轨枕两端的部分称为道床肩宽，影响轨排横向稳定，一般40～50cm。日本道床下沉曲线

道床变形组成：弹性变形可以恢复，而塑性变形部分则成为永久变形，或称残余变形，残余变形累积后将引起轨道下沉。残余变形原因：道砟颗粒相互错位、重新排列；颗粒破碎、粉化道床下沉阶段：初期急剧下沉和后期缓慢下沉两个阶段 后期缓慢下沉阶段是道床正常工作阶段，这时道床仍有少量下沉，主要是由于枕底道砟挤入轨枕盒、轨枕头、道砟磨损及破碎、边坡溜塌。这个阶段下沉量与运量之间有直接关系。5、道床变形*初期急剧下沉阶段是道床密实阶段，在列车荷载作用下，道砟颗粒大小交错、位置重排、棱角磨碎等。这个阶段道床下沉量大小和持续时间与道砟材质、粒径、级配、捣固及夯拍密实状况、轴重有关。1飞砟引起后果飞砟会撞击钢轨造成损坏，这是法国钢轨表面伤损的主因飞砟还会撞击列车底部，损坏高速列车冰块下落引起道砟飞散列车风达到50m/s以上下雪或大机捣固以后，道砟颗粒间的摩擦系数及咬合力降低6、高速铁路有砟轨道1飞砟产生原因

飞砟1飞砟防护措施洒水、加热器、特殊涂料等融雪措施加高轨枕，使轨枕高出道床面100mm停车时铲除落雪采用道砟网、道砟屏栅合成树脂固结日本高铁道砟防护垫6、高速铁路有砟轨道道砟胶的应用掺入化学粘接剂将散粒道砟粘接起来可以提高道床支承刚度，实现过渡防止列车落雪或冰块造成道砟飞散提高轨道的稳定性，满足排水的要求有助于维持轨道横向和垂直几何形位

6、高速铁路有砟轨道

流砟振动作用下，桥上有砟轨道结构道砟液化现象

设置道砟垫，减缓振动

道砟胶固化道砟胶粘结机理.26、高速铁路有砟轨道第五节轨道其它部件

列车运行时产生纵向水平力，使钢轨沿着轨枕或轨道框架沿着道床顶面纵向移动，