客運專線鐵路軌道

高速鐵路是世界鐵路發(fā)展趨勢日本新干線、法國TGV為代表的高速鐵路投入運營以來，以安全可靠、技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)服務(wù)為鐵路的發(fā)展帶來了新的機遇，為國民經(jīng)濟的發(fā)展帶來了巨大動力。高速鐵路的成功，促進了世界范圍內(nèi)高速鐵路的建設(shè)高潮。高速鐵路發(fā)展：日本高速鐵路成就輝煌，從1964年新干線開來，未發(fā)生一起由于高速鐵路的行車而造成的重大人身傷亡事故，是日本經(jīng)濟起飛的“脊梁骨”，開通7年即收回了成本，是世界上最成功的一條高速鐵路。日本目前已有2047公里的高速鐵路網(wǎng)，世界第一，軌道主要采用板式無碴軌道，機車主要采用動力分散型。法國對高速行車一直情有獨鐘，共創(chuàng)造了17次鐵路行車世界記錄，1990年TGV動車組創(chuàng)造了515.3km/h的輪軌系世界記錄，主要采用有碴軌道。法國的V150型高速電氣機車(TGV)在2007年4月3日的行駛試驗中，以574.8公里的時速，刷新有軌鐵路行駛速度世界紀錄。德國高速列車為ICE系列，在1988年創(chuàng)造了406.9km/h的首次突破400km/h的世界記錄。

ICE列車不但在高速線上行駛，也在未經(jīng)改造的

既有線上行駛,軌道結(jié)構(gòu)以無碴軌道為主。意大利是歐洲最早修建高速鐵路的國家，主要以發(fā)展擺式列車為主，可節(jié)省線路改造費用。韓國高速鐵路采用的是法國技術(shù)臺灣高速鐵路采用的是日本技術(shù)從世界各國高速鐵路發(fā)展來看，均取得良好的經(jīng)濟和社會效益。2007年底，全世界已經(jīng)建成高速鐵路并投入運營的國家有9個，線路總長8702km。歐洲高速鐵路規(guī)劃：2020年將形成一個新建高速鐵路10000km、改造既有線15000km、遍及全歐洲并連接主要國家首都的高速鐵路網(wǎng)。我國鐵路網(wǎng)規(guī)劃到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達到10萬公里，

主要繁忙干線實現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電化率均

達到50%，運輸能力滿足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達到或接近國際先進水平?？瓦\專線為滿足快速增長的旅客運輸需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規(guī)劃“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統(tǒng)。建設(shè)客運專線1.2萬公里以上，客車速度目標值達到每小時200公里及以上。“四縱四橫”客運專線網(wǎng)“四縱”：京哈客運專線（1860公里）京滬高速鐵路（1300公里）京廣客運專線（2230公里）上海－寧波－深圳快速鐵路（1700公里）；“四橫”：徐州－鄭州－蘭州客運專線（1400公里）杭州－南昌－長沙客運專線（880公里）青島－石家莊－太原客運專線（770公里）南京－武漢－重慶－成都客運專線（1900公里）京哈專線青太專線徐蘭專線京滬專線寧漢蓉專線京廣專線杭甬深專線杭長專線三個城際客運系統(tǒng)：環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)的城際客運系統(tǒng)，覆蓋區(qū)域內(nèi)主要城鎮(zhèn)環(huán)渤海地區(qū)長江三角洲地區(qū)珠江三角洲地區(qū)高速鐵路的特點高速國家增多、發(fā)展速度加快建設(shè)國家越來越多、建設(shè)周期越來越短新建改造結(jié)合、加速路網(wǎng)效應(yīng) 國內(nèi)、國際、洲際技術(shù)已經(jīng)成熟、歐亞各有特點日、法、德速度穩(wěn)中有升、提高競爭能力運營速度與設(shè)計速度目標值、經(jīng)濟指標密切相關(guān)客運專線和高速鐵路是以高速行車為目的，行車速度已取代年通過總重作為運輸條件的主要指標。因此只要是高速行車，在同一條線路

上均應(yīng)采用相同標準的軌道結(jié)構(gòu)，甚至在高

中速混運時，在高速車進入既有路網(wǎng)和返回

高速線的線路上也應(yīng)采用高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)?？瓦\專線和高速鐵路荷載列車-軌道系統(tǒng)——輪軌系統(tǒng)動力學(xué)荷載：垂直荷載橫向水平荷載縱向荷載振動荷載客運專線和高速鐵路荷載1、垂直荷載隨著列車行車速度的提高，輪軌間的動力作用明顯增大。世界各國都有自己的計算軌道所承受動輪重（設(shè)計輪重）的方法。對高速鐵路來說，日本和德國鐵路的計算方法具有代表性?？瓦\專線和高速鐵路荷載2、橫向水平荷載進行軌道設(shè)計和檢算以及列車運行安全性評估的重要數(shù)據(jù)?？煞謨深惙治龊瓦\用：一類用來進行軌道設(shè)計、檢算及評估列車脫軌危險的橫向集中作用力Q;另一類用來評估軌道橫向移動的位移阻力S，涉及軌道養(yǎng)護維修和無縫線路穩(wěn)定性的參數(shù)?？瓦\專線和高速鐵路荷載3、縱向荷載列車的制動力和起動力我國在進行軌道計算時，通常只在計算鋼軌應(yīng)力時考慮列車起動力和制動力的影響，并將其引起的鋼軌應(yīng)力按10

MPa計。橋上無縫線路加速和制動荷載按靜軸重的10％取值，雙線橋上僅用單線制動和牽引。鋼軌承受的溫度力考慮無縫線路鋼軌內(nèi)積聚的溫度力作用?？瓦\專線和高速鐵路荷載4、振動荷載高速列車引起的振動荷載，其振動頻率較高，多在50～200Hz之間。測試表明：隨著行車速度的提高，高頻振動的峰增多；振動荷載的量級增大；同樣條件下，無砟軌道的振動較有碴軌道為大。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)1.概述軌道結(jié)構(gòu)是龐大的系統(tǒng)工程，軌道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（橋梁、路基）的狀態(tài)和性能對軌道結(jié)構(gòu)有決定性影響。因此，作為客運專線和高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)，具備良好的基礎(chǔ)并在正常受力條件下安全運營就顯得特別重要。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)1.1路基路基是軌道的基礎(chǔ)，其變形是制約列車速度的重要因素。為確保高速鐵路的高平順性，不僅要求路基強度高、剛度大、縱向剛度均勻，還要求路基沉降小、長久穩(wěn)定。因此，控制沉降和縱向剛度均勻性變化是高速鐵路路基的關(guān)鍵問題。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)日本日本第一條高速鐵路——東海道新干線，路基病害成為影響線路行車的重要因素。據(jù)有關(guān)資料，日本修建高速鐵路初期擬定的工后總沉降為10cm，年沉降量為3cm。后來修建高速鐵路時，工后總沉降已按3cm控制，對采用連續(xù)梁和無碴軌道的地段，工后沉降控制更為嚴格。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)法國法國修建高速鐵路時，對既有鐵路路基調(diào)查表明：道床下增加一定厚度的“墊層”對防止路基病害有重要作用。因此，在制定TGV線路技術(shù)標準時，明確了強化基床表層的措施。在修建高速鐵路時要求工后總沉降應(yīng)小于2cm，并在最后一次搗固和運行第一列高速列車之前，沉降應(yīng)完全穩(wěn)定。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)德國德國既有線實踐提出消除基床病害的有效措施：在路基面設(shè)置保護層。修建高速鐵路時，采用了較高的路基標準，認為在列車開始運行后，路基工后總沉降不應(yīng)大于1cm，年沉降速率不應(yīng)超過2mm，并應(yīng)避免短距離內(nèi)的不均勻沉降，在橋臺附近不應(yīng)有任何不均勻沉降。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)1.2橋梁高速鐵路行車速度高，采用全封閉行車模式導(dǎo)致橋梁比例明顯增加，接近線路總長的50%。橋梁比例大、高架橋多、長橋數(shù)量大是高速鐵路橋梁的重要特點，橋梁已成為高速鐵路土建工程的主要組成部分。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)橋梁功能要求梁體具有足夠剛度、限制梁體變形，以保證線路 的高平順性和避免不良的車、橋動力響應(yīng)。橋梁墩臺應(yīng)有足夠大的縱向剛度，保證橋上無縫 線路的穩(wěn)定和平順。橋型的選擇應(yīng)避免增設(shè)鋼軌溫度調(diào)節(jié)器。橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)造布置應(yīng)耐久，且便于檢查和維修。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)橋梁梁型選擇梁型的選擇對保證橋梁的功能十分重要。

連續(xù)梁作為一種超靜定結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)剛度大、彎矩分布均勻、跨中撓度小、抗震性能好、在支點處連續(xù)、橋面連接處折角小等優(yōu)點，有利于高速行車。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)方案選擇軌道結(jié)構(gòu)等級客運專線以旅客運輸為主，要求極高的安全性、可靠性和旅客乘車舒適度。在軌道結(jié)構(gòu)方面，除了傳統(tǒng)軌道不允許存在的長波不平順以外，還對短波不平順作出了嚴格的限制。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)歐洲AGC提出的線橋設(shè)備同一標準：采用60kg/m鋼軌、長度2.6m軌枕、彈性扣件、硬 質(zhì)道碴的軌道結(jié)構(gòu)。利用標準列車計算橋梁荷載。規(guī)定統(tǒng)一的列車速度和軸重。全部采用立體交叉。采用大號碼道岔。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)2.2軌道結(jié)構(gòu)類型有碴軌道和無碴軌道。有碴軌道是鐵路的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特定好等優(yōu)點。但隨著行車速度的提高，其缺點也逐漸顯現(xiàn)。由

于有碴軌道不均勻下沉產(chǎn)生的120Hz以下頻率范圍的激振嚴重，軌道破損和變形加劇，從而使維修

工作量顯著增加，維修周期明顯縮短。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)無碴軌道有關(guān)資料分析表明：有碴軌道維修費用為無碴軌道的2倍多?；诖?，從經(jīng)濟角度和維修管理角度看，高速鐵路應(yīng)采用無碴軌道。特別是在橋隧結(jié)構(gòu)上，由于無碴軌道減少了二期恒載和建筑高度，采用無碴軌道更為有利。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)無碴軌道除此之外，無碴軌道具有使用壽命長、線路狀況良好、不易脹軌跑道、高速行車時不會有石碴飛濺等特點。因此，在國內(nèi)外高速鐵路建設(shè)中，無碴軌道得到越來越廣泛應(yīng)用。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)2.3無縫線路無縫線路具有行車平穩(wěn)、旅客舒適、節(jié)省接頭材料、降低維修費用、延長線路設(shè)備和機車車

輛使用壽命等優(yōu)點，是鐵路軌道結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。高速鐵路必須采用無縫線路，且應(yīng)采用一次性鋪設(shè)無縫線路技術(shù)方案。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)3.各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)除應(yīng)具有比重載軌道結(jié)構(gòu)更高的可靠性和穩(wěn)定性以外，最大的區(qū)別在于它應(yīng)具有極高的平順性。法國、德國為提高行車速度在軌道方面采取了許多技術(shù)措施，其中大部分是圍繞提高和保持軌道平順性而進行的。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)3.1法國

軌道結(jié)構(gòu)：UIC60鋼軌、雙塊式混凝土枕、NABLA彈性扣件組成的有碴軌道結(jié)構(gòu)。采用鋁熱焊焊接長鋼軌，鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。枕下道碴最小厚度30cm。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)實踐經(jīng)驗：1983年開通的巴黎—里昂TGV東南線，盡管軸重較小，但是線路大修周期短。鋼軌需定期進行打磨，否則會增加線路大修工作量。線路大修會造成道碴損壞，需預(yù)鋪道碴、且需提升接觸網(wǎng)高度。高速線道碴使用壽命僅為普通線路的25%。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)3.2德國有碴軌道結(jié)構(gòu)：UIC60鋼軌、B70型混凝土枕、ω彈條扣件組成的有碴軌道結(jié)構(gòu)。采用鋁熱焊焊接長鋼軌，鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。枕下道碴最小厚度30cm。由于有碴軌道結(jié)構(gòu)存在種種不足，因此新建高速線路正大力推廣并采用無碴軌道結(jié)構(gòu)。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)3.3日本有碴軌道結(jié)構(gòu)不足：軌道結(jié)構(gòu)薄弱。軌道彈性不良。世界各國客運專線和高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)無碴軌道（板式軌道）結(jié)構(gòu)特點：由軌道板和鋼軌組成，軌道板由CA砂漿層支承。軌道板為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，一般 軌道板標準長度為5m。為限制軌道板縱橫向移動，設(shè)置凸形擋臺。軌道的高低、軌向誤差可通過扣件系統(tǒng)和軌道板 調(diào)節(jié)。客運專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)保證機車車輛在規(guī)定的最大載重和最高速度下運行時，具有足夠的強度、穩(wěn)定性和合理的修理周期。與其他工程結(jié)構(gòu)物不同，軌道具有荷載的隨機性和重復(fù)性、結(jié)構(gòu)的組合性和散體性（有碴軌道）、修理工作的經(jīng)常性和周期性。軌道結(jié)構(gòu)的組合性和散體性軌道橫截面：傳統(tǒng)軌道自上而下由鋼軌、軌枕、碎石道床等力學(xué)性能不同的材料組成，鋼軌和軌枕

用扣件聯(lián)結(jié)成軌排浮鋪于道床上。軌道平面：鋼軌與鋼軌用接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)，在站場還有用于列車換線的道岔。軌道結(jié)構(gòu)是非常長大的工程結(jié)構(gòu)物，跨越各種地理環(huán)境，受環(huán)境影響因素多。軌道荷載的重復(fù)性和隨機性荷載的重復(fù)性表現(xiàn)在兩個方面：一是指不同的列車通過時荷載的反復(fù)作用；二是指每列車通過時每個車輪荷載的反復(fù)作用。列車垂向荷載實測波形列車橫向荷載實測波形相對軌道某一斷面而言，車輪由遠處而來、接近、離開，將車輛自重傳遞給鋼軌及軌下基礎(chǔ)，使線路發(fā)生沉陷、變形，形成一條以車輪與鋼軌

的接觸點為中心的位移變形曲線，鋼軌及軌下基

礎(chǔ)承受由小到大再變小的荷載作用，并激起線路

各部分振動。列車車輪依次通過該斷面，輪群對

線路該斷面的荷載還具有周期性，軌道在列車輪

群周期性荷載作用下強迫振動。荷載的隨機性列車在軌道上運行時，由于客觀存在的軌道不平順、車輪不園順、車輛的蛇行運動等，使輪軌系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊和振動。輪軌不平順是輪軌系統(tǒng)的激振源，不

平順的波長、波深、出現(xiàn)的位置都有很大的不確定性，因此振動及振動產(chǎn)生的荷載是隨機的。由于軌道荷載的重復(fù)性和隨機性，軌道及各部件長期處于交變應(yīng)力狀態(tài)。交變應(yīng)力產(chǎn)生于輪軌系統(tǒng)振動引起的和每通過一個車輪的一次應(yīng)力循環(huán)。軌道維修的經(jīng)常性和周期性軌道是邊運營、邊維修、邊工作的工程結(jié)構(gòu)。軌道結(jié)構(gòu)是一種以“破壞”為前提的特殊結(jié)構(gòu)物。所謂“破壞”是指軌道結(jié)構(gòu)在列車荷載反復(fù)作用下，逐漸改變軌道的幾何形位，形成軌道不平順。軌道不平順會影響行車平穩(wěn)和旅客舒適，甚至?xí)斐擅撥壍?，影響安全運行，并反過來加劇輪軌系統(tǒng)的振動和加速軌道狀況變壞。當(dāng)軌道變形超過了軌道幾何尺寸允許限度值，或者難于通過維修保持軌道變形小于允許限度，則認為軌道結(jié)構(gòu)已不能滿足應(yīng)有的承載能力，為了完成其使命必須進行大規(guī)模的維修。導(dǎo)致軌道破壞的主要原因是軌道及各部件長期受振動和交變應(yīng)力作用。在交變應(yīng)力作用下部件的破壞稱疲勞破壞，其破壞形式與靜荷載下發(fā)生的強度破壞截然不同。軌道各部件的破壞主要表現(xiàn)為疲勞破壞，是交變應(yīng)力作用下?lián)p傷逐漸積累的結(jié)果。此外，振動使道碴顆粒間的摩擦系數(shù)減少，加速道床下沉，所以振動加速度也是造成軌道破壞的原因之一。60kg/m鋼軌II型混凝土軌枕軌道客運專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求客運專線和高速鐵路有碴軌道在結(jié)構(gòu)上與普通鐵路有碴軌道相比沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是在部件性能、技術(shù)水平和養(yǎng)護維修等方面標準更高、要求更嚴?？瓦\專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求1.穩(wěn)定的軌道結(jié)構(gòu)在高速客運專線條件下，軌道各部件的靜力強度已不是對軌道整體結(jié)構(gòu)承載能力起控制作用的因素。對客運專線和高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)，必須保證最高程度的穩(wěn)定?？瓦\專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求由60kg/m強韌化鋼軌、重型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕、優(yōu)質(zhì)彈性鋼軌扣件和硬質(zhì)道碴道床組成的重型軌道，不僅可以使軌道變形小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用可靠、軌面平順，而且可以起到減少振動的作用。從客運專線和高速鐵路軌道承受的荷載看，采用重型軌道結(jié)構(gòu)不僅可以減少線路的垂直下沉，而且可以增大軌道橫向推移阻力，保持線路的方向順直?？瓦\專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求2.平順的運行表面為保證運行表面的平順，主要從鋼軌和軌下基礎(chǔ)兩方面提出要求。鋼軌：客運專線和高速鐵路必須采用無縫線路。軌下基礎(chǔ)：有碴軌道基礎(chǔ)（道床）；無碴軌道基礎(chǔ)（整體道床）。客運專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求2.平順的運行表面是否能夠?qū)崿F(xiàn)高平順性的標準是高速鐵路建設(shè)成敗的核心問題。設(shè)計、施工、監(jiān)理、養(yǎng)修各個環(huán)節(jié)都應(yīng)該十分重視高速鐵路的平順性問題?？瓦\專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求良好的軌道彈性軌道具有良好的彈性包括兩方面的意義：為高速行車引起的振動起到“吸振”作用的足夠 的彈性；沿軌道縱向彈性的均勻性?？瓦\專線和高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的要求3.良好的軌道彈性有碴軌道的彈性主要由散粒道碴道床和軌下墊層提供；無碴