地鐵與輕軌工程-第三講xi

地鐵與輕軌工程第三講：軌道結(jié)構(gòu)工程

軌道結(jié)構(gòu)組成、材料、作用軌道是由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔、聯(lián)結(jié)零件及防爬設(shè)備等組成。組成軌道部件材料的力學性質(zhì)差異大鋼材、混凝土、彈簧、道碴、橡膠用以導向列車的運行、承受高速行駛列車的荷載并把荷載傳遞給支撐軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)（路基或橋隧建筑物）。

軌道必須堅固穩(wěn)定，并具有正確的幾何形位，以確保機車車輛的安全運行。聯(lián)結(jié)零件是聯(lián)結(jié)鋼軌或聯(lián)結(jié)鋼軌和軌枕的部件。前者稱接頭聯(lián)結(jié)零件，后者稱中間聯(lián)結(jié)零件(或扣件)。其作用是有效地保證鋼軌與鋼軌或鋼軌與軌枕間的可靠聯(lián)結(jié)，盡可能地保持鋼軌的連續(xù)性與整體性。阻止鋼軌相對于軌枕的縱橫向移動，確保軌距正常，并在機車車輛的動力作用下，充分發(fā)揮緩沖減振性能，延緩線路殘余變形的積累。防爬設(shè)備能有效地防止鋼軌與軌枕之間發(fā)生縱向的相對移動，制止鋼軌爬行。

城市軌道交通的軌道結(jié)構(gòu)由于線路一般穿過居民區(qū)，還要考慮以下一些問題：

①對噪聲控制要求較高。

修筑聲屏障，車輛結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)均要采取減振措施。②軌道交通行車密度大，運營時間長。

一般采用較強的軌道部件和無渣道床等少維修軌道結(jié)構(gòu)。

③軌道交通車輛一般采用電力牽引，以走行軌作為供電回路。為減小因漏泄電流(或稱迷流)而造成周圍金屬設(shè)施的腐蝕，要求鋼軌與軌下基礎(chǔ)石較高的絕緣性能。④受街道和建筑物所限，城市軌道交通曲線區(qū)段占很大比重。在小半徑曲線地段，應(yīng)采用耐磨鋼軌。鋼軌鋪設(shè)前應(yīng)進行預(yù)彎．運營時鋼軌應(yīng)進行涂油以減少磨耗。3.1鋼軌

鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，直接承受地鐵（輕軌）列車荷載，并傳遞到扣件、軌枕、道床和結(jié)構(gòu)底板（路基或橋梁），依靠鋼軌的頭部內(nèi)側(cè)和列車輪緣的相互作用，引導列車前進。其斷面形狀主要為工字形，由軌頭、軌腰、軌底三部分組成。

圖3-150kg／m級鋼軌鋼軌的基本參數(shù)鋼軌的類型習慣上以每米大致質(zhì)量數(shù)來表示。目前我國鐵路的鋼軌類型主要有43、50、60、75kg／m等型式。質(zhì)量愈大，表示斷面強度等性能指標愈高。在我國城市軌道交通的線路中，早期的北京地鐵使用了50kg／m鋼軌，上海、廣州、南京地鐵都采用了較重的60kg／m鋼軌。軌道交通停車線、站場線等非運營線路可采用較輕的鋼軌。我國生產(chǎn)的鋼軌定尺長度，一般有12.5m和25m兩種。

標準軌距：1435mm采用重型鋼軌的好處?現(xiàn)在國內(nèi)外采用地鐵和輕軌有選用重型鋼軌的趨勢，從技術(shù)性能分析，60kg／m的鋼軌重量只增加17％，而允許通過的總重量可增加50％，重型鋼軌不僅能增加軌道的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護維修工程工作量，而且還能增加回流斷面，減少雜散電流。據(jù)有關(guān)試驗資料介紹60kg／m鋼軌比50kg／m鋼軌抗彎強度增加34％，而彎曲壓力減少28％；使用年限增加1.5～3.0倍，而疲勞破壞造成的更換率減少84％；振動影響減少10％。我國地鐵和輕軌均采用60kg／m的重型鋼軌。

鋼軌損傷方式？造成其損壞的主要原因是磨耗和疲勞損傷。鋼軌磨耗在直線上主要出現(xiàn)在接頭部分的鞍形磨耗及內(nèi)股鋼軌的頭部壓潰和波形磨耗，曲線上則表現(xiàn)為外股鋼軌的側(cè)面磨耗及內(nèi)股鋼軌的頭部壓潰和波形磨耗，其在小半徑曲線上顯得更為嚴重。鋼軌的疲勞損傷主要表現(xiàn)為核傷，它是從軌頭內(nèi)部的細小裂紋開始，隨著車輛的頻繁通過，使鋼軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復雜的應(yīng)力組合，使一些細小裂紋先是成核，然后再向軌頭四周發(fā)展，最后在毫無預(yù)兆的情況下，猝然折斷，引起嚴重的行車事故。鋼軌的機械連接軌道上通常用定長鋼軌連接成連續(xù)的軌線。在兩根定長鋼軌之間，用夾板連接，這種夾板稱為鋼軌接頭。鋼軌機械接頭的聯(lián)結(jié)零件包括夾板、螺栓、螺母、彈簧墊圈等。無縫線路城市軌道交通線路一般采用無縫線路無縫線路是指將鋼軌焊接起來的線路，所以又稱為焊接長鋼軌線路。焊接長鋼軌因溫度變化會引起伸縮，按處理此種伸縮的方法不同，無縫線路分：溫度應(yīng)力式放散應(yīng)力式

溫度應(yīng)力式無縫線路溫度應(yīng)力式無縫線路的鋼軌由一根焊接長軌條及其兩端2～4根標準軌組成，并采用普通鋼軌接頭的形式。無縫線路鋪設(shè)后，焊接長軌條因受扣件及道床縱向阻力的抵抗，兩端自由伸縮受到一定的限制，中間自由伸縮受到完全的限制，因而在鋼軌內(nèi)產(chǎn)生溫度力，其值隨軌溫變化而異。這種無縫線路結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)養(yǎng)護比較方便，故得到廣泛的采用。但因鋼軌承受很高的溫度力，因此必須滿足強度及穩(wěn)定性方面設(shè)計的要求。溫度應(yīng)力式無縫線路放散應(yīng)力式無縫線路放散溫度應(yīng)力式無縫線路又分為自動放散和定期放散兩種。前者是在焊接長軌條兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器（如尖軌接頭）來自動釋放鋼軌內(nèi)的溫度應(yīng)力，如圖3-4所示。這種形式的無縫線路主要用在橋梁（尤其是大橋）上。后者是把鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力每年調(diào)整放散1～2次。放散時，松開焊接長軌條的全部扣件，使它自由伸縮，放散內(nèi)部的溫度應(yīng)力，在一定的軌溫條件下把扣件全部扣緊。放散應(yīng)力式無縫線路＠3.2軌枕

軌枕是軌下基礎(chǔ)的部件之一。它的功能是支承鋼軌，保持方向，同時利用扣件有效地保持兩股鋼軌的相對位置，并將鋼軌對它的各向壓力傳遞到道床上。因此，軌枕必須具有堅固性、彈性和耐久性。

軌枕的分類軌枕依其構(gòu)造及鋪設(shè)方法分為：橫向軌枕、縱向軌枕、短軌枕和寬軌枕等。橫向軌枕與鋼軌垂直間隔鋪設(shè)；縱向軌枕沿鋼軌方向鋪設(shè)；短軌枕是在左右兩股鋼軌下分開鋪設(shè)的軌枕，常用于混凝土整體道床上。寬軌枕底面積比橫向軌枕大，減小了對道床的壓力和道床的永久變性。軌枕按其使用部位可分為：用于區(qū)間線路的普通軌枕，用于道岔上的岔枕及用于無碴橋上的橋枕。軌枕按其材料可分為：木枕、混凝土軌枕及鋼枕等。

軌枕起先采用木材制造，木材的彈性和絕緣性較好，受周圍介質(zhì)的溫度變化影響小，重量輕，加工和在線路上更換簡便，并且有足夠的位移阻力。鋼筋混凝土軌枕使用壽命長，穩(wěn)定性高，養(yǎng)護工作量小，損傷率和報廢率比木枕要低得多。在無縫線路上，鋼筋混凝土軌枕比木枕的穩(wěn)定性平均提高15~20%。軌枕因應(yīng)用范圍不同，長度也不同。在我國，普通軌枕長度為2.5m，道岔用的岔枕和鋼橋上用的橋枕，長度有2.6~4.85m多種?；炷翆捳?/p>

混凝土寬枕又稱軌枕板。其寬枕長度與普通混凝土枕長度相同，均為2.5m，而寬度約為后者的兩倍?；炷翆捳碓诘来采鲜敲芘配佋O(shè)，每公里鋪1760塊，每塊枕上安裝一對扣件，由鋼軌傳來的力處于寬枕軸線的對稱位置，可避免荷載的偏心。

混凝土寬枕與普通枕比較有以下優(yōu)點：

1．寬軌枕寬55

cm，支承面積較混凝土枕大一倍，使道床的應(yīng)力大為減少。同時，每塊寬枕的質(zhì)量為500

kg左右，可以減小道床的振動加速度，使道床的變形減小，殘余變形積累過程延緩，軌道幾何形位易于保持。2．軌枕與道床接觸面上的摩阻力增大，提高了軌道的橫向穩(wěn)定性，有利于鋪設(shè)無縫線路。

3．寬軌枕密排鋪設(shè)，枕間空隙用瀝青混凝土封塞，把道床頂面全部覆蓋起來，防止雨水及臟污侵入道床內(nèi)部，從而有效地保持道床的整潔，延長道床的清篩周期。

4．寬軌枕軌道的維修養(yǎng)護工作量很少，僅為混凝土枕軌道的l/2～l/4，從而減輕和改善了養(yǎng)護工作條件。5．寬軌枕軌道外觀整潔美觀。

常規(guī)鐵路J－1型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕軌枕鋪設(shè)數(shù)量每公里線路上鋪設(shè)軌枕的數(shù)量是根據(jù)鐵路運量和行車速度等運營條件來確定的，一般在1520~1840根之間。軌枕數(shù)量越多，軌道強度越大。隧道的正線及輔助線的直線段和半徑大于等于400m的曲線段，每公里鋪設(shè)短軌枕數(shù)為1680對，半徑為400m以下曲線地段和大坡道上，每公里鋪設(shè)軌枕數(shù)為1760對。地面碎石道床上鋪軌枕數(shù)同上。車場線每公里鋪設(shè)軌枕數(shù)為1440根。軌枕間距

軌枕間距與每公里配置的軌枕根數(shù)有關(guān)。軌枕根數(shù)應(yīng)根據(jù)在最經(jīng)濟的條件下，保證軌道具有足夠的強度和穩(wěn)定性。軌枕密一些，道床、路基面、鋼軌以及軌枕本身受力都可小一些。同時，使軌距、方向易于保持，對行車速度高的地段尤為重要。但也不能太密，太密則不經(jīng)濟，而且凈距過小，也會在一定程度上影響搗固質(zhì)量。

我國鐵路規(guī)定，對木枕軌道，每公里最多為l920根，混凝土枕為l

840根；每公里最少均為l

440根。軌枕的級差為每公里80根。

符合下列條件之一的地段，正線軌道應(yīng)加強，每公里鋪枕根數(shù)外，對混凝土枕每公里增加80根，木枕增加160根，但不能超過前述允許最大鋪設(shè)數(shù)量。

a．在混凝土枕軌道R≤600m的曲線(包括緩和曲線和圓曲線)或木枕軌道、電力牽引線R≤800m的曲線地段；

b．坡度大于12‰的下坡制動地段；

c．長度等于或大于300m的隧道內(nèi)線路。

3.3扣件扣件是鋼軌與軌枕或其它軌下基礎(chǔ)連接的重要聯(lián)接件，它的作用是固定鋼軌，阻止鋼軌縱向和橫向位移，防止鋼軌傾斜，并能提供適當?shù)膹椥?，將鋼軌承受的力傳遞給軌枕或道床承軌臺。(DTI～DTVII等型號)扣件由鋼軌扣壓件和軌下墊層兩部分組成。

扣件應(yīng)具有足夠的強度、扣壓力和耐久性。在高架橋無碴、無枕的軌道上，扣件還必須一定的彈性，保持軌距和較大軌距水平調(diào)整量?？奂M量標準化，通用性好，造價低。對于扣件的鐵部件應(yīng)作防腐處理。

3.4道床

道床是軌枕的基礎(chǔ)，在其上以規(guī)定的間隔布置一定數(shù)量的軌枕，用以增加軌道的彈性和縱、橫向移動的阻力，并便于排水和校正軌道的平面和縱斷面。道床鋪設(shè)在路基之上，軌枕之下。地鐵軌道的道床，一般分為碎石道床、整體道床、浮置板式整體道床、縱向浮置板式整體道床、整體彈性道床等形式。輕軌軌道的道床，也分為有碴道床和無碴整體道床。

碎石道床

碎石道床優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易施工，減振、減噪性能較好，造價低，但其軌道建筑高度較高，因此造成結(jié)構(gòu)底板下降，加大隧道的凈空，排水設(shè)施復雜，養(yǎng)護工作頻繁，更換軌枕困難。整體式道床整體式道床優(yōu)點是整體性好，堅固、穩(wěn)定、耐久；軌道建筑高度小，減少隧道凈空，節(jié)省投資；軌道維修量小，適應(yīng)地鐵和輕軌交通運營時間長、維修時間短的特點。無枕式整體道床也稱為整體灌注式道床，其軌道建筑高度小軌枕式整體道床短枕、長枕

短枕式整體道床這種道床軌道建筑高度低，短枕預(yù)制，道床現(xiàn)澆。一般設(shè)中心排水溝、中心暗溝，或側(cè)向排水溝。短軌枕在工廠預(yù)制，混凝土強度等級為C50，其橫斷面為梯形，底部外露鋼筋鉤，以加強與道床現(xiàn)澆混凝土的聯(lián)結(jié)。北京地鐵一、二期工程近90km（單線）均鋪設(shè)這種道床，天津地鐵亦鋪設(shè)這種道床。為了減少振動和噪聲，還研制了彈性短枕式道床、塑料短枕式道床、短木枕式道床?！粔虺墒?/p>

長枕式整體道床這種道床，設(shè)側(cè)向水溝。一般長軌枕預(yù)留圓孔，道床用縱向筋穿過，加強了與道床的聯(lián)結(jié)。這種道床適用于軟土地基隧道，可采用軌排法施工，進度快，施工精度亦易保證。上海地鐵和新加坡地鐵鋪設(shè)這種道床。

浮置板整體式道床

在浮置板下面及兩側(cè)設(shè)有橡膠墊優(yōu)點是減振效果明顯缺點：造價昂貴，大修時更換底部橡膠墊困難，要中斷地鐵正常運營。德國、新加坡等國家的地鐵，我國廣州、香港部分地鐵區(qū)段鋪設(shè)了這種道床。

縱向浮置板式整體道床

針對浮置板式道床的缺點，國內(nèi)研究了縱向浮置式整體道床，該類道床由浮置板、橡膠墊、道床承臺和聯(lián)結(jié)擋板等組成，這種道床較軌枕式道床施工難度大，要求嚴格控制施工的精度。莫斯科、基輔地鐵鋪有這種道床，國內(nèi)還在研究，未正式應(yīng)用

輕軌整體道床

目前，輕軌高架橋上以無碴整體道床為主。這種結(jié)構(gòu)是通過扣件把鋼軌與混凝土橋面聯(lián)結(jié)起來。應(yīng)用較廣泛的是混凝土梁上二次澆注混凝土縱向承軌臺。

上海明珠輕軌線高架橋線路采用支承塊、承軌臺式新型整體道床結(jié)構(gòu)。支承塊為鋼筋混凝土預(yù)制短軌塊，在相鄰兩股鋼軌下每間隔一定距離各墊一塊，每個支承塊頂面預(yù)留兩只錨固螺栓孔，并與鋼軌聯(lián)結(jié)?；炷猎O(shè)計強度為C50。支承塊底部預(yù)留六根鋼筋，與梁面預(yù)埋鋼筋聯(lián)結(jié)，以提高與承軌臺間錨固強度。上海明珠輕軌線3.5道岔

車輛由一條線路轉(zhuǎn)向或越過另一條線路時的設(shè)備稱為道岔。道岔有線路連接、線路交叉及線路連接與交叉等3種基本形式。

線路連接設(shè)備有普通單開道岔、單式對稱道岔及三開道岔等形式；線路交叉設(shè)備有直角交叉及菱形交叉等形式；線路連接與交叉設(shè)備有交分道岔及各種交叉渡線等形式。應(yīng)用這些設(shè)備，可以把不同位置和方向的軌道相互連接起來。

單開普通道岔單開普通道岔結(jié)構(gòu)簡單，具有一定的代表性，且占全部道岔總數(shù)的95％以上

轉(zhuǎn)轍部分：引導列車的輪對沿原線行進或轉(zhuǎn)入另一條線路運行轍叉部分：使輪對順利地通過兩線鋼軌的連接點連接部分：使轉(zhuǎn)轍部分和轍叉以及岔枕連接轉(zhuǎn)轍部分單開道岔的轉(zhuǎn)轍器由兩根基本軌、兩根尖軌、各種聯(lián)結(jié)零件和道岔轉(zhuǎn)轍機構(gòu)組成。尖軌是轉(zhuǎn)轍器的主要部分，車輛進出道岔由它引導?；拒壘褪怯靡桓?2．5m或25m標準斷面的普通鋼軌制成，主股為直線，側(cè)股按轉(zhuǎn)轍器各部分的軌距在工廠事先彎折成規(guī)定的折線或采用曲線型。基本軌除承受車輪的垂直壓力外，還與尖軌共同承受車輪的橫向水平力。為防止基本馱的橫向移動，可在其外側(cè)設(shè)置軌撐。為了增加鋼軌表面硬度，提高耐磨性并保持與尖軟良好的密貼狀態(tài)，基本軌頭頂面一般還進行淬火處理。尖軌是轉(zhuǎn)轍器中的重要部件、依靠尖軌的扳動將列車引入正線或側(cè)線方向?？煞譃橹本€型和曲線型。直線型尖軌制造簡單，便于更換，尖軌前端的刨切較少，橫向剛度大，尖軌的擺度和跟端輪緣槽較小，可用于左開或右開，但這種尖軌的轉(zhuǎn)轍角較大，列車對尖軌的沖擊力大，尖軌尖端易于磨耗和損傷。我國鐵路的大部分12號及12號以下的道岔，均采用直線型尖軌。我國新設(shè)計的12、18號道岔直向尖軌為直線型，側(cè)向尖軌為曲線型。這種尖軌沖擊角較小，導曲線半徑大，列車進出側(cè)線比較平穩(wěn)，有利于機車車輛的高速通過。轉(zhuǎn)轍器上的零、配件

：

(1)滑床板

在整個尖軌長度范圍內(nèi)的岔枕面上，有承托尖軌和基本軌的滑床板?；舶逵蟹珠_式和不分開式兩類。不分開式用道釘將軌撐、滑床板直接與岔枕聯(lián)結(jié)；分開式是軌撐由垂直螺栓先與滑床板聯(lián)結(jié)，再用道釘或螺紋道釘將墊板與岔枕聯(lián)結(jié)。尖軌放置于滑床板上，與滑床板間無扣件聯(lián)結(jié)。

(2)軌撐

軌撐可以防止基本軌傾覆、扭轉(zhuǎn)和縱橫向移動，安裝在基本軌的外側(cè)。它用螺栓與基本軌相連，并用兩個螺栓與滑床板連結(jié)。軌撐有雙墻式和單墻式之分。提速道岔中由于扣件扣壓力足夠大，未設(shè)軌撐。

(3)頂鐵

尖軌刨切部位緊貼基本軌，而在其它部位則依靠安裝在尖軌外側(cè)腹部的頂鐵，將尖軌承受的橫向水平力傳遞給基本軌，以防止尖軌受力時彎曲，并保持尖軌與基本軌的正確位置。(4)各種特殊形式的墊板

如鋪設(shè)在尖軌之前的轍前墊板和之后的轍后墊板；鋪設(shè)在尖軌尖端和尖軌根端的通長墊板；為保持導曲線的正確位置而設(shè)置的支距墊板等。

(5)道岔拉桿和連接桿

道岔拉桿連接兩根尖軌，并與轉(zhuǎn)轍設(shè)備相連，以實現(xiàn)尖軌的擺動，故又稱為轉(zhuǎn)撤桿。連接桿為連接兩根尖軌的桿件，其作用是加強尖軌間的聯(lián)系，提高尖軌的穩(wěn)定性。

(6)轉(zhuǎn)轍機械

最常用的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的種類有機械式和電動式。若按操縱方式分類，則有集中式和非集中式兩類。機械式轉(zhuǎn)換設(shè)備可為集中式或非集中式，電動式轉(zhuǎn)換設(shè)備則為集中式。道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備必須具備轉(zhuǎn)換(改變道岔開向)、鎖閉(鎖閉道岔，在轉(zhuǎn)撤桿中心處尖軌與基本軌之間不允許有4mm以上的間隙)和顯示(顯示道岔的正位或反位)等三種功能。

轍叉及護軌

轍叉是使車輪從一股鋼軌越過另一股鋼軌的設(shè)備，它設(shè)置于道岔側(cè)線鋼軌與道岔主線鋼軌相交處。轍叉由心軌、翼軌、護軌及聯(lián)結(jié)零件組成。按平面型式分，轍叉有直線轍叉和曲線轍叉兩類；按構(gòu)造分，又有固定式轍叉和可動式轍叉兩類。在單開道岔上以直線式固定轍叉最為常用。

直線式固定轍叉分兩種，即整鑄轍叉和鋼軌組合式轍叉。整鑄轍叉是用高錳鋼撓鑄的整體轍叉。高錳鋼是一種錳碳含量均較高的合金鋼(含錳約12，5％，碳1．2％)，具有較高的強度、良好的沖擊韌性，經(jīng)熱處理后，在沖擊荷載作用下，會很快產(chǎn)生硬化，使表面具有良好的耐磨性能，同時，由于心軌和冀軌同時撓鑄，整體性和穩(wěn)定性好，可以不設(shè)轍叉墊板而直接鋪設(shè)在岔枕上。這種轍叉還具有使用壽命長，養(yǎng)護維修方便的優(yōu)點。整鑄轍叉鋼軌組合式轍叉是用鋼軌及其它零件經(jīng)刨切拼裝而成的，它由長心軟、短心軌、冀軌、間隔鐵、轍叉墊板及其它零件組成。轍叉是由長、短心軌拼裝而成，長心軟應(yīng)鋪設(shè)在正線或運量較大的線路方向上。為盡可能保持長心軟斷面的完整，而將短心軌刨去一部分，使短心軌軌底疊蓋在長心軌軌底上，以保持叉心的堅固穩(wěn)定。這種結(jié)構(gòu)取材容易，無特殊工藝要求，加工制造方便。但這種結(jié)構(gòu)零件多，養(yǎng)護工作量大，目前我國正線上已很少使用。單開道岔轍叉從其趾端到跟端的長度FA或EB，稱轍叉全長。從轍叉趾端到理論中心的距離FO或EO肋，稱轍叉趾距，用n表示。從轍叉跟端到理論中心的距離AO或BO，稱撤叉跟距，用m表示。撤叉趾端冀軌作用邊間的距離EF和撤叉跟端叉心作用邊間距AB，分別稱稱轍叉前開口Pn及撤叉后開口Pm。叉心兩側(cè)作用邊之間的夾角稱轍叉角，其交點稱轍叉理論中心(理論尖端)。由于制造工藝原因．實際上：轍義尖端有6—10mm寬度，稱轍叉實際尖端。轍叉角愈小，道岔號數(shù)N愈大。兩者之間的關(guān)系為：N=cot道岔號數(shù)單開道岔以它的鋼軌每米質(zhì)量及道岔號數(shù)區(qū)分類型。道岔號數(shù)以轍叉號數(shù)來表示，轍叉角的標示見圖圖3-20。我國道岔號數(shù)與轍叉角的對應(yīng)值見表3-3。冀軌：冀軌由普通鋼軌彎折刨