客運專無砟軌道的設(shè)計技術(shù)課件

1、客運專線無砟軌道設(shè)計技術(shù)無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新攻關(guān)組 二八年四月1內(nèi)容提要一、我國無砟軌道技術(shù)概況二、CRTS型雙塊式無砟軌道三、CRTS型板式軌道四、CRTSII 型板式軌道五、結(jié)束語2一、我國無砟軌道技術(shù)概況3 鐵道部于2006年11月30日在中國鐵道科學(xué)研究院召開了全路無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新動員會，標志著我國無砟軌道技術(shù)進入了全面創(chuàng)新研發(fā)的新階段。早期：在橋梁、隧道和站場等地段鋪設(shè)了整體道床；2000年，在秦沈線橋上試鋪了單元板式、軌枕埋入式；2004年，在遂渝線成區(qū)段試鋪了單元板式、雙塊式、縱連板式和岔區(qū)軌枕埋入式；2005年，引進了雷達2000、旭普林雙塊式和博格、日本板式無砟軌道技術(shù)無砟軌

2、道技術(shù)再創(chuàng)新的總體規(guī)劃 以下著重介紹再創(chuàng)新階段成果中的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外無砟軌道技術(shù)總結(jié)與研究分析無砟軌道設(shè)計理論體系CRTS型板式無砟軌道系統(tǒng)CRTS型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)CRTS型板式無砟軌道系統(tǒng)無砟軌道設(shè)計理論體系 以列車荷載、溫度影響和基礎(chǔ)變形為設(shè)計主線；充分考慮裂紋控制與耐久性、剛度控制與動力特性、站前站后接口與經(jīng)濟性等設(shè)計控制條件，并兼顧施工、制造、運營維修對設(shè)計的影響；使無砟軌道系統(tǒng)靜、動態(tài)受力合理、結(jié)構(gòu)配套、環(huán)境適應(yīng)、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟合理。 建立了基于彈性基礎(chǔ)上的“梁板”設(shè)計理論 從系統(tǒng)設(shè)計的角度，明確了無砟軌道各組成部分的功能定位 綜合考慮靜力、動力特性，確定了設(shè)計荷載及軌道系統(tǒng)

3、的合 理剛度匹配 建立與溫度影響有關(guān)的計算分析方法 把輪軌系統(tǒng)動力學(xué)引入無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行無砟軌道系 統(tǒng)設(shè)計的動力學(xué)特性評價和過渡段設(shè)計。9在設(shè)計理論體系框架下，確定了無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要設(shè)計參數(shù) 以“容許應(yīng)力法”為基礎(chǔ)，局部采用“極限狀態(tài)法”檢算。 耐久性和疲勞檢算時，設(shè)計壽命取為60年。 無砟軌道結(jié)構(gòu)合理剛度范圍2030kN/mm。相應(yīng)鋼軌變形的范圍為1.31.7mm 豎向荷載：靜輪載的3倍；疲勞檢算荷載：靜輪載的1.5倍。 橫向荷載：靜輪載的0.8倍；疲勞檢算荷載：輪載的0.4倍。 溫度梯度按線性考慮，取45 /m；溫度拉力考慮混凝土開裂后的彈性模量折減，折

4、減暫按30%。 路基不均勻沉降：取為下凹余弦型曲面。暫按15mm/20m考慮； 路基支承面剛度暫按0.4K30 MPa/m計算； 過渡段鋼軌撓度變化率控制在0.3mm/m，超過時需剛度分級過渡。二、CRTS型雙塊式無砟軌道10配套扣件CRTS型雙塊式無砟軌道混凝土道床板底座（橋上）支承層（路基上）線下工程接口設(shè)計站后工程接口設(shè)計過渡段技術(shù)條件施工細則驗收標準技術(shù)條件配合比設(shè)計及室內(nèi)試驗材料與工藝放大試驗系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計理論和試驗驗證有擋肩或無擋肩雙塊式軌枕 研制報告 設(shè)計圖 技術(shù)條件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 橋梁區(qū)段 路基區(qū)段 隧道區(qū)段通用設(shè)計圖工程材料技術(shù)要求雙塊枕混凝土道床板混凝土支承層材料關(guān)鍵技

5、術(shù)： 從結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程材料、施工工藝等環(huán)節(jié)控制裂紋寬度 軌道系統(tǒng)與站后工程的接口2.1 總體設(shè)計方案2.2 路基上支承層功能定位及技術(shù)要求2.3 雙塊式無砟軌道的裂紋問題2.4 軌道系統(tǒng)與站后工程的接口設(shè)計二、CRTS型雙塊式無砟軌道2.1 總體設(shè)計方案扣件：有擋肩或無擋肩，剛度2030KN/mm 路基上CRTS型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)設(shè)計道床板：寬度2800mm，厚度260mm，長度：47m 雙層配筋，C40，設(shè)計裂紋寬度限值0.2mm。 結(jié)構(gòu)高度：815mm雙塊式軌枕：長度2460mm，倒圓角設(shè)計、配筋優(yōu)化支承層：厚度300mm，底寬3400mm，采用C15貧混 凝土材料 橋上CRTS型雙塊式

6、無砟軌道系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)構(gòu)高度：727mm 配套扣件：有擋肩不分開式，剛度2030KN/mm 道床板： 寬度2800mm，厚度260mm，長度：47m，雙層配筋，C40，設(shè)計 裂紋寬度限值0.2mm。 底座： 寬度2800mm，厚度210mm，長度：57m。端部設(shè)凹槽限位(1000 700110）mm，凹槽周圍設(shè)彈性墊層，混凝土強度等級C40。 橋梁接口：梁體預(yù)埋鋼筋與底座連接。2.2 路基上支承層功能定位及技術(shù)要求支承層功能定位分析構(gòu)造要求： 厚度大于20cm時，一般每5m設(shè)假縫，深度105mm。強度要求： 28天平均抗壓強度153 MPa。彈性模量：支承層存在結(jié)構(gòu)裂縫下，其有效彈性模量范圍為：

7、5000 10000 MPa。 施工要求：支承層表面刷毛處理。荷載傳遞和應(yīng)力擴散層；彈性模量過渡層（道床板C40 支承層 基床表層 ）阻斷反射裂紋。低強度水硬性材料形成的微小密布裂紋，對上下層不構(gòu)成切向附加作用力。上下層開裂通過層間時，微裂紋吸收掉開裂產(chǎn)生的附加應(yīng)力，阻止反射裂紋。系統(tǒng)按有粘結(jié)狀態(tài)設(shè)計，支承層與道床板有一定的粘結(jié)力。支承層彈模對軌道系統(tǒng)的受力計算分析計算模型支承層彈模變化對道床板和支承層的縱向彎距的影響支承層彈模與道床板、支承層邊緣應(yīng)力的關(guān)系支承層彈模對基床表層壓應(yīng)力的影響支承層彈模與軌道整體剛度的分析 支承層開裂后的當量彈模的變化趨勢結(jié)論：支承層彈模增大道床板彎矩減小、支承層

8、彎矩增大。 不同支承層彈模時，道床板和支承層的最大縱向彎距 道床板、支承層邊緣應(yīng)力與支承層彈模的關(guān)系結(jié)論：支承層彈模增加到一定程度時，其邊緣應(yīng)力與道床板應(yīng)力 相當，對支承層受力不利，因此支承層彈性模量不應(yīng)過大。支承層彈模(MPa)基床表層壓應(yīng)力(kPa)連續(xù)式道床板分段式道床板200081.3121.2500073.4118.9800069.0116.91000066.8115.81500062.9113.32000060.1111.12500057.9109.23000056.1107.63250055.4106.8結(jié)論： 支承層彈模增大，路基基床的壓應(yīng)力減小。 目前，在路基基床表層容許應(yīng)力

9、相對較高的條件下(160kPa), 提高支承層彈模沒有必要。 支承層彈模對基床表層壓應(yīng)力的影響分析 支承層彈模對軌道剛度的影響分析結(jié)論：支承層彈模對軌道整體剛度的影響較小。支承層彈模（MPa） 支承層裂縫間距（m）201052.51.2520001950 1850 1750 1546 1140 50004700 4500 4100 3300 2200 80007504 7000 6000 4800 3400 100009300 8600 7400 5600 3600 1500013500 12300 10200 7200 4650 2000017700 15800 12900 9200 540

10、0 2550022109 19508 15504 10812 6197 3250027690 23985 18785 12708 7215 支承層開裂后的當量彈模結(jié)論：隨著裂縫數(shù)量增多，當量彈模隨之減小。當裂縫間距為2.5-5m時，支承層的當量彈模與理論計算取值接近。理論計算結(jié)論： 按軌道整體結(jié)構(gòu)彈性模量遞減的設(shè)計理論，同時考慮減少道床板的反射裂紋，支承層設(shè)計時采用低彈模的：水泥穩(wěn)定土工材料低塑性貧混凝土材料雙塊式無砟軌道主要有：（1）支承層的裂紋（2）道床板的裂紋（3）雙塊式軌枕與道床板的界面裂紋2.3 雙塊式無砟軌道的裂紋問題 （1）支承層的裂紋支承層為容許開裂結(jié)構(gòu)，理論計算值是支承層材料

11、開裂后的當量彈模。支承層內(nèi)沒有鋼筋，裂紋對結(jié)構(gòu)使用壽命影響小。為減小支承層開裂后，引起道床板的開裂（反射裂紋），設(shè)計上要求關(guān)注： 支承層竣工道床板施工的時間間隔。 可在支承層假縫處加鋪隔離材料，阻斷裂紋反射。 （2）道床板的裂紋道床板為充許開裂的普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵是要控制裂紋的間距和裂紋的寬度，以保證結(jié)構(gòu)整體耐久性。道床板裂紋控制的幾個環(huán)節(jié)：道床板結(jié)構(gòu)設(shè)計混凝土材料性能的優(yōu)化施工工藝的保障道床板結(jié)構(gòu)設(shè)計 引進技術(shù)中道床板采用縱向連續(xù)的、單層中心配筋結(jié)構(gòu)型式，按 0.5mm裂紋寬度進行配筋計算。國標及鐵標對普通鋼筋混凝土的裂紋要求控制在0.2mm。為此對道床板結(jié)構(gòu)設(shè)計進行如下改進：采用分段

12、道床板結(jié)構(gòu)（設(shè)伸縮縫）每6.5m分段，設(shè)置伸縮縫，縫間設(shè)置傳力筋，支承層預(yù)埋鋼筋與道床板連接。改變連續(xù)道床板結(jié)構(gòu)的配筋方式目前連續(xù)道床板截面配筋率達0.80.9%，將道床板單層配筋 雙層配筋，限制表面裂紋擴展。 （3）軌枕與道床板間裂紋控制優(yōu)化軌枕外形設(shè)計，減小軌枕邊角處的集中應(yīng)力在軌枕與道床板混凝土的結(jié)合面涂抹界面劑，增加新老混凝土間的結(jié)合力2.4 CRTS型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)與站后的接口設(shè)計軌道電路綜合接地 道床板內(nèi)鋼筋交叉點 采用絕緣塑料卡技術(shù)措施現(xiàn)澆道床板內(nèi)設(shè)置接地端子 橋上底座絕緣處理信號設(shè)備安裝 補償電容、應(yīng)答器的安裝 效果測試軌道電路設(shè)計三、CRTS型板式無砟軌道29配套扣件CR

13、TS型板式無砟軌道混凝土底座凸形擋臺線下工程接口設(shè)計站后接口設(shè)計過渡段系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計理論和試驗驗證無擋肩分開式軌道板 PRC平板 PRC框架板 RC框架板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 橋梁區(qū)段 路基區(qū)段 隧道區(qū)段通用設(shè)計圖 適用范圍 研制報告 設(shè)計圖 技術(shù)條件專用工程材料技術(shù)要求技術(shù)條件施工細則驗收標準板底充填砂漿擋臺周圍樹脂充填式墊板溫度地區(qū)用寒冷地區(qū)用嚴寒地區(qū)用 修補用 技術(shù)條件 材料及配合比 試驗驗證 工業(yè)化生產(chǎn) 技術(shù)條件 材料及配合比 試驗驗證 工業(yè)化生產(chǎn) 技術(shù)條件 材料及配合比 試驗驗證 工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)： 從原材料、配合比、施工設(shè)備和工藝、施工組織等方面保證充填層砂漿的質(zhì)量 軌道系統(tǒng)與站后

14、工程的接口3.1 研發(fā)路線及總體設(shè)計方案3.2 混凝土軌道板設(shè)計及適用范圍3.3 板底充填層功能定位及材料研發(fā)3.4 軌道系統(tǒng)與站后工程的接口設(shè)計三、CRTS型板式無砟軌道3.1 研發(fā)路線及總體設(shè)計方案“梁板”設(shè)計理論的靜力分析與車-線-基礎(chǔ)動力學(xué)仿真分析 研究分析：軌道板結(jié)構(gòu)尺寸、扣件墊板剛度、砂漿層彈性模量、路基面支承剛度、底座結(jié)構(gòu)尺寸、溫升溫降、基礎(chǔ)沉降變形等對結(jié)構(gòu)承載能力和高速行車安全性、舒適性的影響。 確定了系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求： 配套扣件及剛度要求 軌道板、混凝土底座、凸形擋臺的設(shè)計彎矩 砂漿層的功能定位和設(shè)計要求 凸形擋臺周圍樹脂的設(shè)計要求 總體設(shè)計方案 實現(xiàn)標準化設(shè)計扣件：無擋肩分

15、開式，剛度2030KN/mm軌道板：雙向預(yù)應(yīng)力平板、框架板和RC框架板 標準尺寸：49622400190mm凸形擋臺：半徑260mm，高度250mm混凝土底座（設(shè)置超高）： 橋上： 寬度2800，厚度200，12個單元板長 路 基：寬度3000，厚度300，長度2025m 隧 道：寬度2800，厚度200，12個單元板長 砂漿充填層：厚度50mm。抗壓強度 1.8MPa 彈性模量100300MPa 擋臺周圍樹脂：厚度40mm。 抗壓強度7.5MPa，彈性模量10KN/mm 3.2 混凝土軌道板設(shè)計及適用范圍預(yù)應(yīng)力平板普通混凝土框架板預(yù)應(yīng)力框架板 基于客專32梁，確定標準板長4962mm，實現(xiàn)扣

16、件節(jié)點均勻布置； 優(yōu)化了預(yù)應(yīng)力體系，簡化工藝，降低成本； 橫向普通鋼筋采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋絕緣處理； 軌道板內(nèi)設(shè)置了綜合接地端子。適用范圍預(yù)應(yīng)力平板普通混凝土框架板預(yù)應(yīng)力框架板寒冷地區(qū)、嚴寒地區(qū)的客運專線；客貨共線；板 型溫暖地區(qū)的客運專線溫暖地區(qū)（沿海、酸雨等環(huán)境）的客運專線針對嚴寒地區(qū)，預(yù)應(yīng)力混凝土平板的設(shè)計 雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，容許混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力， 不容許開裂設(shè)計。 軌道板厚度由190 200mm，增大混凝土保 護層厚度，提高抗凍性和耐久性。 板面設(shè)置20mm高的承軌臺，有利于扣件周圍 排水、起道和焊軌作業(yè)。模板制作費用有所 增加。3.3 板底充填層的功能定位及材料研發(fā)保證軌道板均勻支承；

17、 傳遞垂向力和水平力。分別傳遞給底座和凸形擋臺； 具有一定的緩沖作用，但提供的彈性有限。 具有抗裂韌性和變形協(xié)調(diào)性。適應(yīng)板端溫度翹曲產(chǎn)生的局部應(yīng)力和翹曲變形。充填層的功能定位 100MPa：86.587kN/mm10000MPa（100倍）：89kN/mm 砂漿彈模對軌道整體靜剛度的影響充填層砂漿材料的研發(fā)溫暖地區(qū)用寒冷地區(qū)用嚴寒地區(qū)用修補用樹脂 SL-1-1型水泥瀝青砂漿 SL-3-1型水泥瀝青砂漿 SL-1-2型水泥瀝青砂漿 SL-3-2型水泥瀝青砂漿 SL-1-3型水泥瀝青砂漿 SL-2型水泥瀝青砂漿 PMC型聚合物水泥砂漿 室內(nèi)低溫試驗 試鋪段試驗驗證完成材料選擇、配合比設(shè)計和室內(nèi)試驗

18、、放大試驗 完成技術(shù)條件的編制 工業(yè)化生產(chǎn)和工程化實施3.4 CRTS型板式軌道系統(tǒng)與站后的接口設(shè)計軌道電路綜合接地 軌道板內(nèi)采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋 技術(shù)措施 軌道板內(nèi)設(shè)置接地端子 橋上底座絕緣處理信號設(shè)備安裝 補償電容、應(yīng)答器的安裝 效果測試軌道電路設(shè)計四、CRTS II型板式無砟軌道CRTSI和CRTSII型板式無砟軌道的主要區(qū)別軌道板間的連接板下充填層砂漿的結(jié)構(gòu)功能軌道板的設(shè)計原理京津城際橋上結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的新理念配套扣件CRTS型板式無砟軌道標準橫斷面線下工程接口設(shè)計站后接口設(shè)計過渡段系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計理論和試驗驗證無擋肩或有擋肩軌道板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計通用設(shè)計圖 研制報告 設(shè)計圖 技術(shù)條件路

19、基/隧道內(nèi)無砟軌道系統(tǒng)橋上無砟軌道系統(tǒng)工程材料板底充填砂漿支承層材料混凝土材料 技術(shù)條件 材料及配合比 試驗驗證 工業(yè)化生產(chǎn)京津城際既有方案的轉(zhuǎn)化和優(yōu)化創(chuàng)新方案的深化4.1 路基和隧道內(nèi)CRTS板式軌道系統(tǒng)設(shè)計4.2 板底充填層的功能及材料研發(fā)4.3 軌道系統(tǒng)與站后工程的接口設(shè)計四、CRTS型板式無砟軌道4.1 路基和隧道內(nèi)CRTS型板式軌道系統(tǒng)設(shè)計扣件：有擋肩或無擋肩，剛度2030KN/mm軌道板：橫向設(shè)預(yù)裂縫，橫向先張的單向預(yù)應(yīng)力板 標準尺寸：64502550200mm支承層：水硬性材料 底寬3250mm，厚度300mmSL-2型砂漿充填層：厚度30mm。抗壓強度15MPa，彈性模量700010000MPa。 設(shè)計方法：軌道板縱向暫按“疊合梁理論