第八章无砟轨道课件

第八章无砟轨道无砟轨道的优缺点无砟轨道具有以下优点：整体性强，稳定性好；轨道几何形位易于保持；有利于铺设无缝线路及高速行车。其轨道变形很小，发展较慢；从而减少养护维修工作量，改善劳动工作条件，这对于运量大，行车速度和密度均较高的线路，以及通风照明条件差的长大隧道，效果尤为显著。此外，还可减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量），外观整洁美观，坚固耐久。无砟轨道的优缺点缺点：整体道床工程投资费用高，要求较高的施工精度和特殊的施工方法，对扣件和垫层也有特殊要求，在运营过程中一旦出现病害，整治非常困难。振动噪声大。目前无砟轨道结构有多种形式，结构组成和设计理念都有很大区别，分类方法也有很多。许多国家都根据各自铁路的特点，研发了自具特色的无砟轨道结构型式。其中以日本、德国最具代表性。

高速铁路和客运专线上无砟轨道主要有：板式轨道、长枕埋入式、双块式、纵连板式等。无砟轨道主要类型日本的无砟轨道——新干线板式轨道

标准定型——普通A型、框架型、防振G型普通A型结构组成：钢轨直结型扣件预制轨道板乳化沥青（CA）砂浆凸型挡台底座板普通A型无砟轨道结构——日本板式轨道凸型挡台结构(是否在梁缝、水沟处)（１）全突起（２）半突起(排水)单元板式轨道优点：采用后张法，避免了先张法的预应力自由锚固区，减小了板的宽度，降低了轨道结构自重。单元式轨道板，便于维护。充填式垫板解决了轨道高低调整及轨道板翘曲引起的变形。生产、铺设方法简单、可靠。单元板式轨道缺点：轨道板变形后只能靠充填垫板调整。凸形挡台处砂浆容易破坏。轨道板易产生翘曲变形。相对于德国雷达轨道，其造价较高。框架型框架式轨道板优点：克服因温度变化引起的板的翘曲减少板的体积和重量及CA砂浆用量改善施工性能，板下CA砂浆充填质量更加均匀防振G型

——A型轨道板下粘贴橡胶材料的轨道早期土质路基上的RA型

板下皆为沥青材料，温度敏感性高，耐久性较差，且道床板比较短，结构的整体性差。后统一为桥梁上、隧道内、路基上均采用A型轨道板RA型板式轨道板式轨道的关键因素——CA砂浆CA砂浆具有足够的支承荷载的强度，也具有一定的弹性，且成本不太高。水泥砂浆虽有一定的强度和耐久性，但弹性差，而乳化沥青虽富于弹性，但强度和耐久性差，将两者结合起来成为CA砂浆，通过调整配合比例，可得到所需要的强度和弹性。CA砂浆由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成。无砟轨道结构——德国德国的无砟轨道德国的无砟轨道结构型式很多，大约有99种。主要有两大类：1.整体结构

—现浇混凝土型—预制板型

2.轨枕支承式结构德国无砟轨道之一：Rheda2000型无砟轨道Rheda型无砟轨道于1972年铺设于德国比勒菲尔德至哈姆的一段线路上，以Rheda车站而命名。Rheda型无砟轨道结构是德铁无砟轨道最主要的结构型式，在德铁铺设的无砟轨道中约占一半左右。

Rheda2000无砟轨道系统组成：钢轨高弹性扣件改进的带有桁架钢筋的双块式轨枕现浇混凝土板下部支承体系Rheda经典型Rheda—BerlinHSTV1型Rheda—BerlinHSTV2型Rheda-BerlinHSTV3型Rheda2000型施工中的Rheda2000轨道雷达2000轨道优点：施工工艺，利于掌握；预制件的生产经验及生产设备利于掌握；由于采用单根枕，平整度利于保证，避免了板式轨道需模型精细加工或车床加工等工序；预制件较小，运输吊装方便；轨道基本为混凝土构筑，耐久性保证概率高。雷达2000轨道缺点：新老混凝土结合面易产生裂纹，裂纹控制较困难；轨道结构宽度较板式轨道宽，自重大；现场混凝土施工量大；轨道结构一旦发生变形，维修困难，可维修性低；采用工具轨施工，质量受工具轨、扣件的影响。工具轨的刚度、热膨胀形等影响轨道精度。德国无砟轨道之二：Züblin型无砟轨道

Züblin（旭普林）型无砟轨道于1974年开发。与Rheda2000型无砟轨道结构形式基本相同，主要差异是在施工方式上。

Züblin的施工方式是在现场混凝土道床板浇筑以后，通过振动方式将轨枕“振入”到新鲜的混凝土中，使轨枕和道床板成为一个整体结构。此时的混凝土必须具有一定的密度，以确保只能将轨枕“振入”其中，而不允许轨枕靠重力“沉入”其中。研发初衷：寻求一种高度机械化的施工方法，以解决Rheda型轨枕埋入式无砟轨道传统手工施工带来的进度慢、成本高的问题。高速客专上的无砟轨道结构——德国高速客专上的无砟轨道结构——德国旭普林轨道优点：结构整体性强；轨枕采用振动方式压入混凝土中，避免了灌注过程中的振捣不密实，加强了新老混凝土的结合面的连接；采用特殊的钢构架组装成段轨排，避免了钢轨变形等引起轨道位置偏移；所有机械及机具均特殊加工，定位功能强，刚度大，减低外力干扰，利于质量保证；施工机械化程度高、施工进度快。旭普林轨道缺点：施工质量主要靠设备保证，对设备的加工、操作、保养及维护要求很严格；施工太专业，需有专业人员操作；造价较高。

德国无砟轨道之三：Bögl型无砟轨道系统

Bögl（博格）板式无砟轨道系统的前身是1977年铺设在德国卡尔斯费尔德－达豪的一种预制板式无砟轨道。2006年5月，投入运营的纽伦堡－英格施塔特线铺设了35公里（双线）的Bögl轨道，设计速度330km/h。Bögl板式轨道吸收了日本板式轨道使用预制轨道板，制作和施工方便快捷的优点；同时吸收了轨枕埋入式轨道结构整体性好的优点，改善了单块轨道板板端翘曲的问题。与日本板式轨道不同，Bögl板式轨道中的沥青-水泥-砂浆调整层为半刚性材料。日本板式轨道中的CA砂浆可视为弹性材料。Bögl板式轨道系统结构纵向连接锚固钢筋预设断裂位置轨道扣件调高螺杆灌浆孔用张拉锁件对预制板

进行相互连接Bögl板式轨道主要运营经验以路基上使用为主。博格板式轨道优点：路基地段和隧道地段博格轨道系统结构高度低、现场混凝土浇注量少、施工进度快。数控车床打磨，铺轨后轨道状态调整工作量小。纵向联结，取消凸形挡台。桥上纵连方案整体性和纵向连续性较好，能够避免设置钢轨伸缩调节器。博格板式轨道缺点：曲线上每块板的承轨槽打磨加工不同，在实际施工线位上是唯一的定位板，施工不灵活，通用性差。轨道维修时需切割进行。造价相对较高。桥上纵连方案结构和受力机理复杂，设计、施工难度大我国无砟轨道结构一、我国无砟轨道技术的发展历程1.普通铁路轨道结构的早期研发与应用2.高速铁路无砟轨道结构的前期室内试验研究与小规模试铺3.遂渝线无砟轨道试验段的自主研发与成段试铺4.国外高速铁路无砟轨道系统技术的引进5.客运专线无砟轨道技术再创新二、我国的无砟轨道结构型式：（1）现浇混凝土式无砟轨道：双块式（Ⅰ型：埋入式，武广、合武等隧道内；Ⅱ型：振动压入式，郑西客专）、长枕埋入式（京津、郑西等的岔区）轨枕埋入式双块式ＣＲＴＳⅠ型ＣＲＴＳⅡ型（2）预制板式无砟轨道：ＣＲＴＳⅠ型板式（单元式，哈大、武广、石太客专等）、ＣＲＴＳⅡ型板式（纵连式，京津、京沪、石武客专等）、岔区板式（京津、京沪等的岔区）根据国内外对无砟轨道建造及运营的实践经验，无砟轨道的选型应符合以下五大基本原则：施工性维护性动力性适应性经济性针对我国客运专线的工程特点，无砟轨道的选型原则以及无砟轨道结构技术特点，我国的无砟轨道选型可参考以下结果：桥梁、隧道区段建议采用单元板式无砟轨道结构路基区段建议采用双块式无砟轨道结构纵连结构在经过京津线验证后可全面推广使用概述2005年，我国系统引进了德国博格板式无砟轨道设计、制造、施工、养护维修及工装、工艺等成套技术。在铁道部“引进、消化、吸收、再创新”的战略部署下，通过京津城际铁路的工程实践，无砟轨道系统技术总结、系统技术再创新工作，已经形成了我国CRTSⅡ型板式无砟轨道系统成套技术。京津城际高速铁路连接北京、天津两大直辖市，起点为北京南站，终点为天津站，线路全长120公里，其中无砟轨道长度为113.6公里。2008年8月1日正式开通运营，大编组、高密度、公交化运行模式方便了旅客出行。讨论：

为什么京津城际高速列车可以运行这么快？它的高速稳定运行和哪些条件有关呢？引入及任务布置主要有如下几点：（1）充足的动力——动车组（2）准确的信号系统（3）平顺的轨道结构（4）优秀的驾驶技术（5）良好的天气条件等其中，平顺稳定的轨道结构是高速列车运行的基础。目前，京沪高速铁路以及国内的大部分客运专线铁路均采用了CRTSⅡ型式无砟轨道，其主要结构特点如下：CRTSⅡ型板式无砟轨道与其他类型无砟轨道的明显区别在于全线轨道板和桥上底座板均为纵向连续结构，这是CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的主要特点。1.轨道板采用工厂化预制，通过布板软件计算出轨道板布设、制作、打磨、铺设等工序所需的全部轨道几何数据，实现了设计、制造和施工的数据共享；2.轨道板相互之间通过纵向精轧螺纹钢筋连接，较好地解决了板端变形问题，提高了行车舒适度；3.轨道板采用数控机床打磨工艺，打磨精度可达0.1mm，通过高精度的测量和精调系统，轨道板铺设后即可获得高精度的轨道几何，最大限度的降低铺轨精调工作，大幅度提高综合施工进度。4.桥上底座板不受桥跨的限制，为跨越梁缝的纵向连续结构，桥上的轨道板与路基、隧道内的一致，均为标准轨道板，利于工厂化、标准化生产，便于质量控制，同时简化轨道板的安装和铺设；5.摩擦板、端刺结构是桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的锚固体系，通过摩擦板和端刺将温度力和制动力传递到路基；6.梁面设置滑动层，隔离桥梁与轨道间的相互作用，以减小桥梁伸缩引起的钢轨和板内纵向附加力，实现大跨连续梁上取消伸缩调节器；7.一般情况下，在桥梁固定支座上方，桥梁和底座板间设置剪力齿槽、预埋件，将制动力和温度力及时向墩台上传递；8.在梁缝处设置高强度挤塑板，减小梁端转角对无砟轨道结构的影响；9.在底座板两侧设置侧向挡块进行横向、竖向限位；路基上的轨道结构CRTSⅡ型板式无砟轨道的起源：2005年，我国引进了德国博格板式无砟轨道，形成了CRTSⅡ型板式无砟轨道系统成套技术。路基上的轨道结构（一）路基上Ⅱ型板式无砟结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层及支承层等部分组成。【返回习题】路基上轨道结构CRTSⅡ型板路基上的轨道结构轨道结构尺寸尺寸特征轨道板长度：6450mm宽度：2550mm厚度：200mm砂浆调整层宽度：2550mm厚度：30mm支承层（梯形截面）顶面宽度：2950mm底面宽度：3250mm厚度：300mm引入及任务布置任务单绘制路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道的横断面图（二）形式尺寸及相关技术要求1.型式尺寸轨道结构高度（内轨轨顶面至支承层底面）为779mm，曲线超高在路基表层上设置；轨道板宽度为2550mm，厚度为200mm，标准轨道板长度为6450mm，异型轨道板（补偿板）长度根据具体铺设段落合理配置；砂浆调整层理论厚度为30mm，相关技术条件应符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的有关规定。水硬性材料支承层顶面宽度为2950mm，底面宽度为3250mm，厚度为300mm；线间C25混凝土封闭层最小厚度为150mm。2.技术要求支承层材料的物理力学性能及施工工艺等性能指标应符合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的相关规定。混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005]157号）等规范执行。左右线支承层间填筑矿物混合料，其顶面采用C25混凝土封闭。轨道外侧支承层表面采用乳化沥青进行表面处理。直线地段利用线间C25混凝土封层上的人字坡向线路两侧排水；曲线地段利用线间集水井进行排水。三、桥梁上CRTSⅡ型板式无砟轨道（一）结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层、连续底座板、滑动层、侧向挡块等部分组成，每孔梁固定支座上方设置剪力齿槽，梁缝处设置硬泡沫塑料板，台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板等部分组成。京津城际桥上轨道系统组成：60kg/m钢轨Vossloh300-1型弹性扣件预制轨道板砂浆调整层连续底座板滑动层侧向挡块梁缝处设置硬泡沫塑料板台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板最大特点：轨道板和底座板连续，梁缝处不间断两布一膜滑动层：隔离桥梁纵向变形对轨道系统的影响硬质泡沫塑料板京津纵连板结构组成及特点京津城际铁路桥上纵连板轨道方案侧向挡块长度为800mm，顶面宽度为590mm，底面宽度为400mm，高度根据计算确定。剪力齿槽：传递纵向力每孔梁上的底座板设置一个后浇带，后浇带中须设置精轧螺纹钢筋和钢板（二）形式尺寸及相关技术要求1.形式尺寸轨道结构高度：直线地段为679mm；曲线超高180mm地段轨道结构高度为753mm；其余超高地段，轨道结构高度按线性内插计算确定。轨道板宽度为2550mm，厚度为200mm，标准轨道板长度为6450mm，异型轨道板（补偿板）长度根据具体铺设段落合理配置。砂浆调整层设计厚度为30mm。底座宽度为2950mm，直线地段平均厚度为200mm，曲线地段根据超高设计情况计算确定，最大厚度约500mm，最小厚度约180mm。全桥纵向连续铺设。标准摩擦板长度为50m，宽度为9m，厚度约0.4m。受温度力、制动力等因素的影响，需在桥梁两端设置摩擦板、端刺及过渡板。一般地段采用的标准端刺：上部结构沿线路纵向厚度为1m，沿线路横向宽度为9m，高度为2.75m；下部结构沿线路纵向为8m，沿线路横向为9m，厚度为1m。预制轨道板和底座板为跨过梁缝的连续结构。底座板与梁面设置滑动层解决桥梁纵向变形对轨道系统的影响。桥梁固定支座上方设置剪力齿槽传递纵向力。梁缝处设置硬泡沫塑料板减弱梁端转角对轨道结构的影响。侧向挡块限制轨道板和底座的垂向、横向变形。台后路基设置摩擦板和端刺避免桥上轨道系统作用力传递至路基。2.技术要求（1）轨道板横向设置60根直径为10mm的预应力筋，纵向通过6根直径为20mm的精轧螺纹钢筋连接成整体；标准轨道板上设置10对承轨台，纵向间距650mm，承轨台间设置横向预裂缝；混凝土强度等级为C55。（2）水泥乳化沥青砂浆调整层设计厚度为30mm；相关技术条件应符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的有关规定。（3）摩擦板、端刺及过渡板采用C30级混凝土，现场浇筑。（4）滑动膜采用PE-HD聚乙烯高密度薄膜，厚度为1mm；土工布采用白色聚丙烯，厚度2.2mm。（5）底座板与摩擦板间铺设两层土工布，摩擦系数控制在0.5～0.8，摩擦板表面做凿毛处理。（6）梁缝处和过渡板下设置高强度挤塑板，宽度为500~600mm；（7）桥上底座板采用C30混凝土现场浇注，钢筋采用HRB500级钢筋，全桥范围纵向连续铺设。底座板根据正常使用极限状态和承载能力极限状态进行配筋设计。配筋以钢板连接器后浇带为起终点，底座板纵向设置上、下两层纵向钢筋（φ16和φ20，间距100mm），不考虑梁缝（底座板厚度不变）和剪力齿槽的影响，考虑施工时温度变化对底座板屈曲稳定的影响，可根据气候条件设置齿槽加强钢筋（设置后浇带的齿槽）。对于长大桥梁上的底座板，可根据施工情况，设置临时端刺进行施工其中临时端刺长度约800m长，常规混凝土浇注段可按150m左右利用钢板连接器进行分段施工。钢板连接器后浇带宽500mm，齿槽后浇带宽678mm，后浇带宽度必须严格控制，以确保钢筋的屈曲稳定性。（9）混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005』157号）等规范执行。四、隧道内CRTSⅡ型板式无砟轨道（一）结构组成主要由钢轨、配套扣件、预制轨道板、砂浆调整层及混凝土支承层等部分组成。（二）形式尺寸及相关技术要求1.形式尺寸隧道内轨道结构高度为779mm（内轨轨顶面至支承层底面），曲线超高在轨道结构混凝土支承层上设置，混凝土支承层宽3.25m，混凝土支承层范围内的隧道结构需要进行拉毛处理。轨道板、砂浆调整层同路基、桥梁地段。2．技术要求混凝土支承层材料的物理力学性能及施工工艺等性能指标应符合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基『2008』74号）的相关规定。混凝土结构对材料的选定、施工工艺及耐久性措施参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005]157号）等规范执行。五、岔区板式无砟轨道（一）结构组成1．路基上岔区板式无砟轨道路基上岔区板式无砟轨道结构主要由道岔部件、预制道岔板、底座及垫层等部分组成，道岔板与底座间设置剪力筋连接。2.桥上岔区板式无砟轨道桥上岔区板式无砟轨道主要由道岔部件、道岔板、砂浆调整层、连续底座板、滑动层、硬泡沫塑料板、纵横向限位机构等部分组成。与桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道一致，台后路基设置摩擦板和端刺。道岔板与连续底座板间填充厚度为30mm的砂浆调整层，道岔板通过砂浆层和剪力销与底座板连接成整体。（二）形式尺寸及相关技术要求1.型式尺寸路基上轨道结构高度：钢轨顶面至找平层底面为779mm（直股内轨），同路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道结构高一致。桥上轨道结构高度：钢轨顶面至梁面加高平台顶面为710mm。岔区扣件节点间距除安装电务设备范围外均为600mm，采用贯通插入式螺栓紧固。道岔板：道岔板厚度为240mm，其上设置340mm宽、纵向间距600mm的横向承台，承台表面水平；承台间的道岔板表面设置0.5％的横向排水坡及横向预裂缝，缝深4cm。道岔板长度和宽度根据道岔几何尺寸具体确定。安装道岔设备范围的道岔板上相应设置预留槽，其表面设置0.5％的横向排水坡。底座厚度为180mm，横向宽度较相应的道岔板宽400mm，突出的边缘向轨道系统外侧设置4％的排水坡。找平层厚度为130mm，横向宽度较相应的底座宽300mm。每块道岔板与底座/底座板间设置剪力筋/剪力销。2.技术要求道岔板混凝土强度等级为C55，设置HRB335级钢筋，工厂预制。道岔板上设置标称直径为28mm的钻孔，钻孔的位置精度公差最大为±0.5mm。道岔板内纵横向钢筋间进行绝缘处理，满足无绝缘轨道电路的要求。每块道岔板与底座间设置剪力筋。每块道岔板内均设置综合接地系统。底座混凝土强度等级为C40，采用流动性好的混凝土（自流平混凝土）现场浇筑。底座板延展贯穿于整个道岔，通长设置HRB335级钢筋。找平层混凝土强度等级为C25，不配筋；施工精度要求为±2cm。左右线间填筑矿物混合料，其顶面采用C25混凝土填充。桥上纵连底座板的配筋及技术要求等与桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道基本相同。六、过渡段设计技术（一）设计原则不同轨道结构间必须设置弹性过渡段进行过渡。1、无砟轨道与有砟轨道间弹性过渡段最小长度按列车半秒钟运行距离计算，且无砟轨道至有砟轨道扣件刚度宜采用三级刚度过渡的形式。2、过渡段范围的有砟轨道道砟分三段进行粘结处理，第一段：全部粘结；第二段：轨枕下道砟和肩砟粘结；第三段：轨枕下道