高速鐵路講義-工務(wù)-高速鐵路軌道

高速鐵路軌道中南大學(xué)曾志平TelQ:611349631.前言

2.主要無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式

3.有砟軌道1.前言高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)從總體上分為兩大類：有砟軌道、無(wú)砟軌道國(guó)外運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明：兩類軌道結(jié)構(gòu)均可保證高速列車的安全運(yùn)營(yíng)，但兩類軌道結(jié)構(gòu)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面存在明顯差異。隨著列車速度的不斷提高，有砟軌道結(jié)構(gòu)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，道砟粉化及道床累積變形的速率隨之加快，必須通過(guò)一系列軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化措施（諸如：采用特級(jí)道砟，優(yōu)化道床尺寸，鋪設(shè)砟下膠墊、枕下膠墊等），來(lái)滿足高速鐵路對(duì)線路的高平順性、穩(wěn)定性、減少頻繁線路維修工作的要求。自20世紀(jì)50年代開始，世界上很多國(guó)家在強(qiáng)化有砟軌道的同時(shí)，相繼研發(fā)以“高平順性”和“少維修”為主要目標(biāo)的多種型式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的不斷提高，無(wú)砟軌道目前已成為世界高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，其推廣應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣，日本、德國(guó)、韓國(guó)、我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)等后期修建的高速鐵路，無(wú)砟軌道所占比例均在90%以上。（1）線路靜態(tài)、動(dòng)態(tài)平順性高（2）線路維修工作量大幅減少（3）穩(wěn)定性和耐久性好，服務(wù)期長(zhǎng)（4）提供較大的縱、橫向阻力，線路穩(wěn)定性高。有利于無(wú)縫線路的穩(wěn)定，以及困難地段的線路平、縱斷面參數(shù)選擇。（5）避免了特級(jí)道砟資源的使用以及高速條件下的道砟飛濺（6）自重輕，減小橋梁的二期恒載（7）結(jié)構(gòu)高度低，改善高速鐵路隧道的通風(fēng)條件無(wú)砟軌道的主要優(yōu)點(diǎn)無(wú)砟軌道的主要優(yōu)點(diǎn)（1）軌道結(jié)構(gòu)本身的初期工程投資要大于有砟軌道。（2）無(wú)砟軌道的高低調(diào)整能力有限（主要通過(guò)扣件系統(tǒng)），特殊情況下，軌道結(jié)構(gòu)破損后的修復(fù)和整治困難。（3）無(wú)砟軌道彈性較差，輪軌噪聲相對(duì)較大。無(wú)砟軌道的缺點(diǎn)2主要無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式預(yù)制板式現(xiàn)澆混凝土式CRTSII型板式（縱連）軌枕埋入式(岔區(qū))雙塊式CRTSIII型板式（單元）CRTSⅠ型雙塊式（埋入式）CRTSⅡ型雙塊式（振動(dòng)壓入式）板式（岔區(qū)）CRTSI型板式（單元）部分高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式軌道結(jié)構(gòu)類型應(yīng)用線路CRTSⅠ型板式遂渝試驗(yàn)段、石太、廣州新客站、廣深港、廣珠、哈大CRTSⅡ型板式京津城際、遂渝試驗(yàn)段、京滬、京石、石武、津秦CRTSⅢ型板式成灌鐵路、武漢城市圈城際鐵路、盤錦~營(yíng)口客運(yùn)專線、沈陽(yáng)~丹東客運(yùn)專線、鄭州~徐州客運(yùn)專線CRTSⅠ型雙塊式武廣客專，遂渝試驗(yàn)段合武、溫福、福廈、襄渝、太中銀等線路的長(zhǎng)大隧道內(nèi)（6km以上）CRTSⅡ型雙塊式鄭西客專岔區(qū)軌枕埋入式及岔區(qū)板式軌枕埋入式：京津城際、武廣客專、鄭西客專等板式：京津城際、武廣客專、京滬高鐵等2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成－鋼軌－扣件(含充填式墊板)預(yù)制軌道板：－普通混凝土(RC)框架板－普通混凝土(RC)平板－預(yù)應(yīng)力混凝土(PRC)平板凸形擋臺(tái)及周圍填充樹脂水泥乳化瀝青砂漿(袋裝灌注、模筑)現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成-橫、縱斷面圖預(yù)制混凝土軌道板

→普通鋼筋混凝土（RC）平板→雙向預(yù)應(yīng)力混凝土（PRC）平板

→普通鋼筋混凝土（RC）框架板C50以上鋼筋混凝土，雙層配筋標(biāo)準(zhǔn)軌道板外形尺寸：4962mm×2400mm×190mm相鄰軌道板間隔縫：70mm2×8組扣件、扣件間距629mm2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)－框架型軌道板的優(yōu)點(diǎn)－降低軌道板的制造成本減少CA砂漿的灌注量（約30％）減小由于日溫差引起的軌道板翹曲自重減小約15％～20％，減小二期恒載改善軌道板鋪設(shè)、維修更換的條件2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)扣件系統(tǒng)2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)平墊圈彈條螺母T型螺栓絕緣塊錨固螺栓重型彈簧墊圈平墊塊橡膠墊板預(yù)埋套管鐵墊板絕緣緩沖墊板鐵墊板下調(diào)高墊板軌下調(diào)高墊板WJ-7型扣件系統(tǒng)：軌距：-12~12mm；高低：-4~26mm水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度50mm、彈性模量100~300MPa、強(qiáng)度1.8~2.5MPa。需要開發(fā)出不同使用條件的砂漿配方，如：適應(yīng)溫暖地區(qū)、寒冷地區(qū)用、沿海地區(qū)以及修補(bǔ)用的配方等。2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)水泥乳化瀝青（CA）砂漿2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)水泥乳化瀝青（CA）砂漿2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)凸形擋臺(tái)及周圍填充材料凸形擋臺(tái)采用C40鋼筋混凝土分圓形、半圓形（梁端處）半徑：260mm；高度：250mm填充材料采用強(qiáng)度高、彈性和抗凍性好的樹脂材料。2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)充填式墊板為適應(yīng)線下基礎(chǔ)的沉降，研發(fā)了樹脂充填式無(wú)級(jí)調(diào)高墊板。2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)混凝土底座材料：C40鋼筋混凝土寬度：路基上3.0m，橋上和隧道內(nèi)2.8m；厚度：路基上300mm，橋上和隧道內(nèi)200mm；長(zhǎng)度：路基和隧道內(nèi)20～25m，橋上5～10m，伸縮縫20mm。2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)橋上657mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：200路基757mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：300隧道657mm鋼軌：176扣件：41軌道板：190砂漿層：50底座：2002.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋進(jìn)行絕緣處理軌道板內(nèi)設(shè)綜合接地鋼筋和接地端子混凝土底座不作絕緣處理。接地端子環(huán)氧樹脂涂層鋼筋2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)主要施工設(shè)備：水泥乳化瀝青砂漿灌注車運(yùn)板車、鋪板車凸形擋臺(tái)樹脂灌注設(shè)備充填式墊板施工設(shè)備軌道板狀態(tài)調(diào)整及固定裝置2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)主要施工工序：軌道板預(yù)制底座及凸形擋臺(tái)施工軌道板鋪設(shè)CA灌注砂漿凸形擋臺(tái)處樹脂灌注長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)無(wú)縫線路施工充填式墊板施工2.1CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)（1）路基和隧道內(nèi)CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結(jié)構(gòu)鋼軌及扣件混凝土軌道板6.45×2.55×0.2m板間連接件水泥乳化瀝青砂漿厚30mm、彈性模量7000~10000MPa水硬性支承層軌道板橫向設(shè)計(jì)：按650mm寬軌枕設(shè)計(jì)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)預(yù)制混凝土軌道板C50以上混凝土，雙層配筋，縱向?yàn)槠胀ㄤ摻睢M向?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋（先張法）；標(biāo)準(zhǔn)軌道板尺寸：6450mm×2550mm×200mm；軌道板結(jié)構(gòu)按650mm寬的預(yù)應(yīng)力軌枕設(shè)計(jì)；軌道板間通過(guò)6根20mm的精軋螺紋鋼筋縱向連接；軌道板上設(shè)2×10組扣件，間距650mm；軌道板每隔650mm預(yù)設(shè)橫向假縫。2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)－軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－軌道板通過(guò)底部刷毛處理，板下調(diào)整層采用高強(qiáng)度的水泥乳化瀝青砂漿，給軌道結(jié)構(gòu)提供橫向抗力；軌道板脫模28天后，利用數(shù)控磨床對(duì)承軌槽進(jìn)行高精度（0.1mm）打磨處理，打磨參數(shù)由布板設(shè)計(jì)軟件根據(jù)線路平面和縱斷面參數(shù)預(yù)先計(jì)算確定；每塊軌道板在線路的位置是固定的，出廠前進(jìn)行編號(hào)對(duì)應(yīng)。2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)－軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)（a）板間連接（b）封填寬接縫(C55)－軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)打磨工序完全按照軌道幾何要求－軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)－軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)扣件系統(tǒng)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)螺旋道釘平墊圈微調(diào)墊板鐵墊板鐵墊板下調(diào)高墊板預(yù)埋套管鐵墊板下彈性墊板軌距擋板彈條橡膠墊板絕緣塊WJ-8型扣件系統(tǒng)：軌距：-10~10mm；高低：-4~26mm水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度30mm、彈性模量7000~10000MPa、強(qiáng)度15MPa以上。2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)支承層厚度300mm，寬度2950×3250mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構(gòu)成，表面拉毛處理。2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)鋼軌彈性不分開式扣件預(yù)制軌道板－200mm水泥瀝青砂漿層－30mm連續(xù)底座板－190mm硬泡沫塑料板－50mm（梁縫兩側(cè)）滑動(dòng)層（兩布一膜）－粘貼在梁面?zhèn)认驌鯄K－軌道板及底座限位（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結(jié)構(gòu)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示圖（1）滑動(dòng)層（兩布一膜）硬質(zhì)泡沫塑料板齒槽及錨固銷釘(梁固定支座處)（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)

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壓力拉力2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示圖（2）混凝土底座板：現(xiàn)場(chǎng)澆筑，寬2950mm跨梁縫連續(xù)鋪設(shè)在梁固定支座上方，通過(guò)預(yù)埋錨固銷釘與橋梁固結(jié)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)預(yù)制軌道板－橫向施加預(yù)應(yīng)力－板間縱向連接底座板側(cè)向擋塊2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示圖（3）縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(1)梁面和底座板間設(shè)置錨固區(qū)域和“兩布一膜”滑動(dòng)層，兩者間縱向力的傳遞通過(guò)錨固區(qū)域傳遞，減小橋梁伸縮對(duì)底座板受力的影響。482.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)采用“端刺+摩擦板”的方案，解決底座板自橋梁至路基過(guò)渡的問(wèn)題，使底座板縱向力在該區(qū)域傳遞至路基，不影響端刺以外路基上的軌道結(jié)構(gòu)。49縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(2)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(2)通過(guò)側(cè)向擋塊將軌道結(jié)構(gòu)橫向力傳遞至橋梁。通過(guò)側(cè)向擋塊的扣壓作用，保證軌道結(jié)構(gòu)的壓屈穩(wěn)定性。51橫向力的傳遞設(shè)計(jì)2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)軌道板和底座板在橋上為跨過(guò)梁縫的連續(xù)結(jié)構(gòu)，預(yù)制軌道板結(jié)構(gòu)型式與路基、隧道內(nèi)統(tǒng)一。在橋梁與底座板間設(shè)置滑動(dòng)層，以減小橋梁溫度伸縮對(duì)無(wú)砟軌道的影響，可避免大跨橋上伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置。底座板在每孔橋梁的固定支座上方，通過(guò)在梁體預(yù)設(shè)固結(jié)機(jī)構(gòu)（錨固銷釘和抗剪齒槽）與梁體固結(jié)，將縱向力傳遞至橋梁基礎(chǔ)。－橋上CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道技術(shù)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)通過(guò)在梁縫處約3.1m范圍的梁面鋪設(shè)50mm厚硬泡沫塑料板，減小由梁端轉(zhuǎn)角對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的影響。底座板與梁面為滑動(dòng)狀態(tài)，設(shè)置普通側(cè)向擋塊對(duì)底座板橫向限位；設(shè)置扣壓型擋塊，保證底座板的壓屈穩(wěn)定性。通過(guò)在臺(tái)后路基上設(shè)置摩擦板、端刺等結(jié)構(gòu)，使橋梁縱向力不影響路基段軌道結(jié)構(gòu)。－橋上CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道技術(shù)特點(diǎn)－2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)（3）與站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行絕緣處理，軌道板張拉鎖件與螺紋鋼筋間進(jìn)行絕緣處理。軌道板內(nèi)設(shè)綜合接地鋼筋和接地端子。橋上混凝土底座板不作絕緣處理。接地端子縱向接地鋼筋橫向連接扁鋼5×402.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)主要施工工序：軌道板預(yù)制水硬性支承層/底座（橋梁地段）施工軌道板鋪設(shè)軌道板調(diào)整板下砂漿灌注軌道板縱聯(lián)長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)無(wú)縫線路施工2.2CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)（1）路基上CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)雙塊式軌枕要求：承載力高、耐久性強(qiáng)、防腐性能好C50以上混凝土、CRB550級(jí)鋼筋（冷軋帶肋鋼筋）2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)雙塊式軌枕2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)道床板厚度260mm，寬度2800mm，由連續(xù)澆筑的C40鋼筋混凝土構(gòu)成。2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)道床板支承層厚度300mm，寬度3400mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構(gòu)成，表面拉毛處理，每隔5m左右設(shè)置假縫。2.3CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道系統(tǒng)2.3CRTSⅠ型雙塊