《鐵道工程》軌道結構

鐵道工程

RailwayEngineering石家莊鐵道大學道路與鐵道工程教研室2011.9.1主講教師：王天亮電話Q：1721823802E-mail：wangtl@1第一章軌道結構TrackStructure2反反復復3軌道結構組成功能---引導、承受、傳遞性能要求---堅固穩(wěn)定、幾何形位、安全4第一節(jié)鋼軌鋼軌的功能及基本要求鋼軌的長度及接頭鋼軌傷損5一、鋼軌功能為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動表面，引導機車車輛前進；直接承受車輪的巨大壓力，并分布傳遞到軌枕；在電氣化鐵道或自動閉塞區(qū)段，還兼做軌道電路之用6鋼軌的基本要求：足夠的強度和耐磨性較高的抗疲勞強度和沖擊韌性足夠光滑又有一定粗糙度的頂面較強的抗不均勻磨耗性能和硬度的均勻性良好的可焊性良好的道岔機加工性能化學成分便于進行熱處理高速鐵路鋼軌的高平直度7鋼軌的型號75、60、50、43kg/m鋼軌斷面尺寸采用工字型斷面，由軌頭、軌腰、軌底組成。鋼軌設計鋼軌頭部設計鋼軌腰部設計鋼軌底部設計鋼軌斷面的四個主要參數(shù)：鋼軌的頭部頂面寬度（b）軌腰厚度（t）鋼軌高度（H）軌底寬度（B）8鋼軌斷面尺寸9鋼軌的材質與機械性能化學成分物理力學性能金屬組織熱處理工藝碳、錳、硅、硫、磷強度極限、屈服極限、疲勞極限、伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性及硬度等鋼軌重型化、提高鋼軌韌性、純凈化10鋼軌軌縫預留軌縫：目的：適應應鋼軌熱脹脹冷縮鋼軌的長度度：12.5m和25m需滿足條件件當軌溫達到到當?shù)刈罡吒哕墱貢r，，軌縫應大大于或等于于零，使軌軌端不受擠擠壓力，以以防脹軌跑跑道。當軌溫達到到當?shù)刈畹偷蛙墱貢r，，軌縫應小小于或等于于構造軌縫縫，以防接接頭螺栓拉拉彎或拉斷斷。構造軌縫指受鋼軌、、接頭夾板板及螺栓尺尺寸限制，，在構造上上能實現(xiàn)的的軌端最大大縫隙值。。11鋼軌接頭定義-軌道道上鋼軌與與鋼軌之間間用夾板和和螺栓連接接懸空式、承承墊式；相相對式、相相錯式；普普通接頭、、異形接頭頭、絕緣接接頭等。見p23圖圖1-3。。12鋼軌的傷損損鋼軌傷損概概念指鋼軌在使使用過程中中，發(fā)生折折斷、裂紋紋及其它影影響和限制制鋼軌使用用性能的傷傷損鋼軌傷損分分類依據(jù)傷損在鋼軌軌斷面上的的位置、傷傷損外貌及及傷損原因因編號九類32種種用兩位數(shù)表表示，十位位數(shù)表示傷傷損的部位位和狀態(tài)，，個位數(shù)表表示造成傷傷損的原因因。13鋼軌的折斷斷鋼軌全斷面面至少斷成成兩部分裂縫貫通軌軌頭或軌底底<160km/h，，鋼軌頂面面上有L>50mm,H>10mm的的掉塊。>160km/h，，鋼軌頂面面上有L>30mm,H>5mm的掉掉塊。鋼軌軌裂裂紋紋除了了上上述述情情況況外外，，鋼鋼軌軌部部分分材材料料發(fā)發(fā)生生分分離離，，形形成成裂裂紋紋。。14鋼軌軌磨磨耗耗側面面磨磨耗耗波形形磨磨耗耗鋼軌軌接接觸觸疲疲勞勞傷傷損損鋼軌軌踏踏面面外外形形變變化化軌頭頭表表面面金金屬屬破破壞壞接觸觸疲疲勞勞形形成成15軌頭頭核核傷傷---最最危危險險，，突突然然斷斷裂裂內因因---內內部部材材質質缺缺陷陷外因因---外外部部荷荷載載內因因在在外外因因的的作作用用下下，，軌軌頭頭內內部部裂裂紋紋形形成成核核，，然然后后向向軌軌頭頭四四周周發(fā)發(fā)展展，，猝猝然然斷斷裂裂。。16減緩緩鋼鋼軌軌傷傷損損的的措措施施：凈化化軌軌鋼鋼，，控控制制雜雜物物的的形形態(tài)態(tài)采用用淬淬火火鋼鋼軌軌，，發(fā)發(fā)展展優(yōu)優(yōu)質質重重軌軌，，改改進進軌軌鋼鋼力力學學性性質質改革革舊舊軌軌再再用用制制度度，，合合理理使使用用鋼鋼軌軌鋼軌軌打打磨磨按軌軌鋼鋼材材質質分分類類鋪鋪軌軌17第二二節(jié)節(jié)軌軌枕枕軌枕枕的的功功用用及及類類型型木枕枕混凝凝土土枕枕軌枕枕間間距距特種種混混凝凝土土軌軌枕枕18二、、軌軌枕枕軌枕枕的的功功能能承受受來來自自鋼鋼軌軌的的各各向向壓壓力力，，并并彈彈性性地地傳傳布布于于道道床床有效效地地保保持持軌軌道道的的幾幾何何形形位位，，特特別別是是軌軌距距和和方方向向。。對軌軌枕枕的的要要求求具有有必必要要的的堅堅固固性性、、彈彈性性和和耐耐久久性性，，并并能能便便于于固固定定鋼鋼軌軌具有抵抗縱向向和橫向位移移的能力19軌枕的分類構造及鋪設方方法構造及鋪鋪設方法橫向軌枕縱向軌枕短枕使用部位普通軌枕岔枕橋枕材質木枕混凝土枕鋼枕20木枕優(yōu)點易加工、運輸輸、鋪設、養(yǎng)養(yǎng)護維修彈性好，可緩緩沖列車的動動力沖擊作用用與鋼軌聯(lián)結較較簡單良好的絕緣性性缺點消耗大量優(yōu)質質木材，價格格較高易腐蝕、磨損損，使用壽命命短強度、彈性不不均21混凝土枕優(yōu)點縱、橫向阻力力較大自重大、剛度度大，軌底撓撓度較平順，，動力坡度小小高彈性墊層保保證軌道彈性性均勻使用壽命長，，降低養(yǎng)修費費用節(jié)約木材缺點不平順處，軌軌道附加動力力增大，對軌下部件的的彈性要求更更高22軌枕的設計方方法中間不支承、、中間部分支支承、全支承承原則：軌枕的的受力特點截面形狀：兩兩側梯形，中中間矩形，上上窄下寬軌枕長度：以以軌下截面正正彎矩與軌中中截面負彎矩矩保持一定的的比例。2.3~2.7m軌枕高度：軌軌下高些，軌軌中矮些。配筋預應力形形成有利的偏偏心距。23有擋肩2.6m長Ⅲ型混混凝土軌枕24PC枕的分類類分類I型：包括弦弦15B、弦弦61A、弦弦65B、69型、79型、S-1型和J-1型II型：包括括S-2型、、J-2型、、YⅡ-F型、TKG-Ⅱ型等III型：新新研制的與75kg/m鋼軌配套的的混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型、、Ⅲ型。（強強度逐漸加強強）Ⅰ型、Ⅱ型長長度2.5m，Ⅲ型2.6m（有檔檔肩、無檔肩肩兩種）2526不同類型混凝凝土枕27III型混凝凝土枕的特點點：結構合理，強強化了軌道結結構（長度、、枕下面積17%、端側側面積20%、軌枕質量量均增加31%）增大了軌下和和中間截面的的設計承載力力43%和65%，提高高了軌枕的強強度。采用無螺栓扣扣件，減少養(yǎng)養(yǎng)護維修工作作量28軌枕間距軌枕間距運量行車速度線路設備條件鋼軌道床每公里的軌枕根數(shù)29軌枕密一些，，道床、路基基面、鋼軌以以及軌枕本身身受力都可小小一些。同時時，使軌距、、方向易于保保持，對行車車速度高的地地段尤為重要要。太密則不經濟濟，而且凈距距過小，也會會影響搗固質質量（Ⅲ型軌軌枕枕間距0.6m，客客運專線無碴碴軌道0.625~0.650m））。30混凝土枕的鋪鋪設數(shù)量及布布置軌枕級差為每每公里80根根，正線鋪設設見表1-16下列地段應增增加軌枕的鋪鋪設數(shù)量：半徑R≤800m的曲線線地段（含兩兩端緩和曲線線）；坡度大于12‰的下坡地地段；長度等于或大大于300m且鋪設木枕枕的隧道內。。軌道加強地段段每千米增加加的軌枕數(shù)量量和最多鋪設設根數(shù)應符合合表1-8。。31軌枕數(shù)量的計計算鋼軌接頭處，，軌枕間距比比中間小，并并向中間間距距過渡，以適適應荷載的變變化。見圖1-8.a>b>cnL32混凝土寬軌枕枕荷載位于寬枕枕軸線位置，，避免了偏心心寬度大，縱橫橫向上都有彎彎矩33其它軌枕-彈彈性軌枕34梯式軌枕35框架式軌枕36德國B系列軌軌枕37法國雙塊式軌軌枕38第三節(jié)聯(lián)結結零件鋼軌接頭聯(lián)結結零件鋼軌與軌枕聯(lián)聯(lián)結零件39三、聯(lián)結零零件定義：連接鋼鋼軌或連接鋼鋼軌和軌枕的的部件。分類：鋼軌接接頭聯(lián)結零件件、中間聯(lián)結結零件（扣件件）。作用：保證鋼軌間、、鋼軌與軌枕枕間的可靠連連接；保持鋼軌的連連續(xù)性和整體體性；減震性能；；阻止鋼軌縱橫橫向移動，確確保幾何形位位。40鋼軌接頭聯(lián)結結零件鋼軌接頭：軌軌道上鋼軌與與鋼軌之間用用夾板和螺栓栓連接。接頭頭處輪軌動力力作用大，養(yǎng)養(yǎng)護維修工作作量大，是軌軌道結構的薄弱環(huán)節(jié)之一一。形式：接頭的聯(lián)結形形式按其相對對于軌枕位置置，可分為懸懸空式和承墊墊式兩種。按兩股鋼軌接接頭相互位置置來分，可分分為相對式和和相錯式兩種種。我國一般采用用相對懸空式式，即兩股鋼鋼軌接頭左右右對齊，同時時位于兩接頭頭軌枕間。41組成：接頭夾夾板、螺栓、、彈簧墊圈接頭夾板---承受彎矩矩、傳遞縱向向力、阻止鋼鋼軌伸縮。雙頭夾板---豎直荷載載作用下，具具有較大的抵抵抗撓曲和橫橫向位移的能能力。見下圖圖。螺栓、螺母、、彈簧墊圈---夾緊夾夾板和鋼軌，，防止螺栓松松動。4243聯(lián)結零件實物物圖444546鋼軌與軌枕聯(lián)聯(lián)結零件（扣扣件）作用保持鋼軌與軌軌枕可靠聯(lián)結結阻止鋼軌相對對于軌枕的移移動緩沖減震性能能，延緩軌道道殘余變形積積累要求足夠的強度、、耐久性、彈彈性構造簡單，便便于安裝、拆拆卸零部件精度高高、可靠性好好較大的調高能能力和調距能能力絕緣性能47分類：按扣壓件區(qū)分分：剛性和彈彈性之分；按承軌槽區(qū)分分：有擋肩和和無擋肩之分分；按軌枕區(qū)分：：有木枕扣件件和混凝土枕枕扣件之分；；按軌枕、墊板板及扣壓件的的聯(lián)結方式區(qū)區(qū)分：不分開開式和分開式式之分；48木枕扣件分開式扣件---4個螺螺紋道釘、T形螺栓。零件多，用鋼鋼量大，鋼軌軌更換麻煩。?；旌鲜娇奂?--道釘、、五孔雙肩鐵鐵墊板。鋼軌受荷后翹翹起易將道釘釘拔起，影響響扣壓力。49混凝土枕扣件件應具備的性能能足夠的扣壓力力適當?shù)膹椥孕员M可能大的的軌距和水水平調整量量絕緣性能50混凝土枕扣扣件類型彈條Ⅰ型扣扣件（由ω形彈彈條、螺旋旋道釘、軌軌距擋板、、擋板座及及彈性橡膠膠墊板等組組成,50\60）彈條Ⅱ型扣扣件（有螺栓，，需靠扭力力扳手上緊緊,60））W型→Ⅰ型型：材質差差些，W→→高出不多多（最早德德國）Ⅱ型材質好好些，兩端端高出較多多。彈條Ⅲ型扣扣件（無螺栓無無擋肩扣件件。由彈條條、預埋鐵鐵座，絕緣緣軌距塊和和橡膠墊板板組成）51彈條Ⅲ型彈條Ⅰ型52無砟軌道彈彈性分開式式扣件無砟軌道扣扣件

WJ-2型WJ-7型型

WJ-8型53國外有砟軌軌道扣件日本102型扣件件彈性不分開開式有擋肩有螺栓扣壓壓高低調整10mm軌距無級調調整扣壓力5kN彈程12mm靜剛度60kN/mm54國外有砟軌軌道扣件英國PANDROLe系系列扣件彈性不分開開式無擋肩無螺栓扣壓壓高低不調整整軌距有級調調整-8～～+4mm扣壓力11kN彈程13mm靜剛度：80～100kN/mm55國外有砟軌軌道扣件英國PANDROLFASTCLIP扣扣件彈性不分開開式無擋肩無螺栓扣壓壓56國外有砟軌軌道扣件德國VOSSLOHW14型扣件件彈性不分開開式有擋肩有螺栓扣壓壓高低調整10mm軌距有級調調整-8～+4mm扣壓力10kN彈彈程13mm靜剛度50～70kN/mm57國外有砟軌軌道扣件法國NABLA扣扣件彈性不分開開式有擋肩有螺栓扣壓壓高低調整10mm軌距有級調調整-8～～+4mm扣壓力11kN彈程9mm靜剛度70kN/mm58國外無砟軌軌道扣件日本直結結4型彈性不分開開式有擋肩無鐵墊板有螺栓扣壓壓59德國VOSSLOH336型彈性分開式式無擋肩帶鐵墊板有螺栓扣壓壓扣壓力12kN60英國PANDROLFAST彈性分開式式無擋擋肩帶帶鐵墊板無無螺栓扣扣壓高高低不調整整61實際中的一一些扣件圖圖片626364第四節(jié)有有砟道道床道床的功功能及對對材質的的要求道床斷面面道床的變變形65四、有砟砟道道床66有砟道床床的功能能承受來自自軌枕的的壓力并并均勻地地傳遞到到路基面面上，使使之不超超過路基基面的容容許應力力；提供軌道道的縱橫橫向阻力力，保持持軌道的的穩(wěn)定；；提供軌道道彈性，，減緩和和吸收輪輪軌的沖沖擊和振振動；提供良好好的排水水性能，，以提高高路基的的承載能能力及減減少基床床病害；；便于軌道道養(yǎng)護維維修作業(yè)業(yè)，校正正線路的的平縱斷斷面。67道砟應具具備的性性能質地堅韌韌，有彈彈性，不不易壓碎碎和搗碎碎排水性能能好，吸吸水性差差不易風化化，不易易被風吹吹動或被被水沖走走道砟的分分級指標標抗磨耗、、抗沖擊擊性能抗壓碎性性能滲水性能能抗大氣腐腐蝕性能能穩(wěn)定性能能軟弱顆粒粒含量68材質：碎碎石、天天然級配配卵石、、篩選卵卵石、粗粗砂、中中砂及熔熔爐礦砟砟等；；分級：一一級、二二級，京京滬特級級；級配粒徑：25～70mm(一般般)，粒粒徑越小小，強度度、排水水差；接觸面積積大，吸吸收動能能能力強強高速鐵路路：25～50mm。。見圖1-19和和1-20.形狀：正正方形最最好，長長方形次次之，片片狀最差差。69有砟道床床斷面70道床幾何何尺寸道床厚度度：直線或曲曲線內軌軌中軸線線下軌枕枕底面至至路基面面30～50cm，曲線線上應量量測里股股（外側側有堆高高）。秦沈線一一般30cm，，路基面面有級配配碎石。。膠新線有有的鋪有有底碴（（沙石））－部分分地段道道碴厚度度不足。。非滲水土土路基的的道床厚厚度不小小于30cm。。巖石、滲滲水土路路基的道道碴厚度度不小于于35cm。頂面寬度度：與軌枕長長度和道床肩寬寬有關一般25～30cm無縫線路路≥45cm（（堆高15cm，增大大阻力，，穩(wěn)定。。）邊坡坡度度：1:1.5或1:1.7571有砟道床床的變形形72第五節(jié)無無砟軌軌道整體道床床板式軌道道軌枕埋入入式軌道道軌枕支承承式軌道道73概念是一種在在堅實基基底上直直接澆筑筑混凝土土以取代代傳統(tǒng)道道碴層的的軌下基基礎。應用于鐵路隧道道地地下鐵道道無砟橋梁梁上城城市軌軌道交通通有特殊需需要、基基礎又經經過適當當處理的的土質路路基上常見見類類型型板式式軌軌道道、、雙雙塊塊式式軌軌道道、、長長枕枕埋埋入入式式軌軌道道、、彈彈性性支支承承軌軌道道等等結結構構型型式式。。74優(yōu)點點：：整體體性性強強，，軌軌道道幾幾何何形形位位易易于于保保持持，，穩(wěn)穩(wěn)定定性性好好；；軌道道變變形形很很小小，，發(fā)發(fā)展展較較慢慢，，有有利利于于鋪鋪設設無無縫縫線線路路及及高高速速行行車車；；減少少養(yǎng)養(yǎng)護護維維修修工工作作量量，，改改善善勞勞動動工工作作條條件件減少少隧隧道道的的開開挖挖面面積積，，增增加加隧隧道道或或橋橋梁梁凈凈空空（（減減輕輕重重量量））外觀觀整整潔潔美美觀觀，，堅堅固固耐耐久久。。缺點點：：整體體道道床床工工程程投投資資費費用用高高要求求較較高高的的施施工工精精度度和和特特殊殊的的施施工工方方法法對扣扣件件和和墊墊層層也也有有特特殊殊要要求求在運運營營過過程程中中，，一一旦旦出出現(xiàn)現(xiàn)病病害害，，整整治治非非常常困困難難振動動噪噪聲聲大大。。75無砟砟軌軌道道分分類類76A型型軌軌道道板板7778防震震G型型79優(yōu)點點采用用后后張張法法，，避避免免了了先先張張法法的的預預應應力力自自由由錨錨固固區(qū)區(qū)，，減減小小了了板板的的寬寬度度，，降降低低了了軌軌道道結結構構自自重重。。單元元式式軌軌道道板板，，便便于于維維護護。。充填填式式墊墊板板解解決決了了軌軌道道高高低低調調整整及及軌軌道道板板翹翹曲曲引引起起的的變變形形。。生產產、、鋪鋪設設方方法法簡簡單單、、可可靠靠。。缺點點：：軌道道板板變變形形后后只只能能靠靠充充填填墊墊板板調調整整。。凸形擋擋臺處處砂漿漿容易易破壞壞。軌道板板易產產生翹翹曲變變形。。相對于于德國國雷達達軌道道，其其造價價較高高。80CA砂砂漿CA砂砂漿具具有足足夠的的支承承荷載載的強強度，，也具具有一一定的的彈性性，且且成本本不太太高。。水泥泥砂漿漿雖然然有一一定的的強度度和耐耐久性性，但但彈性性差，，而乳乳化瀝瀝青雖雖富于于彈性性，但但強度度和耐耐久性性差，，將兩兩者結結合起起來成成為CA砂砂漿，，通過過調整整配合合比例例，可可得到到所需需要的的強度度和彈彈性。。CA砂槳槳由水水泥、、瀝青青乳劑劑、細細砂、、膨脹脹劑和和速凝凝劑等等組成成。81鋪設好好的板板式軌軌道82全突起起半半突突起（（排水水）83博格板板式軌軌道優(yōu)點B?gl板板式軌軌道吸吸收了了日本本板式式軌道道使用用的預預制軌軌道板板，制制作和和施工工方便便快捷捷的優(yōu)優(yōu)點；；同時吸吸收了了軌枕枕埋入入式軌軌道結結構整整體性性好的的優(yōu)點點，改改善了了單塊塊軌道道板板板端翹翹曲的的問題題。與日本本板式式軌道道不同同，B?gl板板式軌軌道中中的瀝瀝青-水泥泥-砂砂漿調調整層層為半半剛性性材料料。日日本板板式軌軌道中中的CA砂砂漿可可視為為彈性性材料料。缺點曲線上上每塊塊板的的承軌軌槽打打磨加加工不不同，，在實實際施施工線線位上上是唯唯一的的定位位板，，施工工不靈靈活，，通用用性差差。軌道維維修時時需切切割進進行。。造價相相對較較高。。84博格軌軌道結結構8586長枕埋埋入式式87長枕埋埋入式式軌道道施工工88Rheda軌道道的優(yōu)優(yōu)化過過程89優(yōu)點施工工工藝，，利于于掌握握；預制件的的生產經經驗及生生產設備備利于掌掌握由于采用用單根枕枕，平整整度利于于保證，，避免了了板式軌軌道需模模型精細細加工或或車床加加工等工工序；預制件較較小，運運輸?shù)跹b裝方便；；軌道基本本為混凝凝土構筑筑，耐久久性保證證概率高高。缺點新老混凝凝土結合合面易產產生裂紋紋，裂紋紋控制較較困難；；軌道結構構寬度較較板式軌軌道寬，，自重大大；現(xiàn)場混凝凝土施工工量大；；軌道結構構一旦發(fā)發(fā)生變形形，維修修困難，，可維修修性低；；90鋪設中的的Rheda200091鋪設中的的Rheda200092Züblin（（旭普林林）型無無砟軌道道德國無砟砟軌道之之二：Züblin（（旭普林林）型無無砟軌道道于1974年年開發(fā)。。與Rheda2000型無無砟軌道道結構形形式基本本相同，，主要差差異是在在施工方方式上。。Züblin的的施工方方式是在在現(xiàn)場混混凝土道道床板澆澆筑以后后，通過過振動方方式將軌軌枕“振振入”到到新鮮的的混凝土土中，使使軌枕和和道床板板成為一一個整體體結構。。此時的的混凝土土必須具具有一定定的密度度，以確確保只能能將軌枕枕“振入””其中，而而不允許許軌枕靠靠重力““沉入””其中。。研發(fā)初衷衷：尋求求一種高高度機械械化的施施工方法法，以解解決Rheda型軌枕枕埋入式式無砟軌軌道傳統(tǒng)統(tǒng)手工施施工帶來來的進度度慢、成成本高的的問題。。93優(yōu)點結構整體體性強；；軌枕采用用振動方方式壓入入混凝土土中，避避免了灌灌注過程程中的振振搗不密密實，加加強了新新老混凝凝土的結結合面的的連接；；采用特殊殊的鋼構構架組裝裝成段軌軌排，避避免了鋼鋼軌變形形等引起起軌道位位置偏移移；所有機械械及機具具均特殊殊加工，，定位功功能強，，剛度大大，減低低外力干干擾，利利于質