高速鐵路無砟軌道技術(shù)

1、高速鐵路無砟軌道技術(shù)中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所2010.07zzzzzz國內(nèi)外高速鐵路無砟軌道概況無砟軌道技術(shù)特點與分類CRTS 型板式無砟軌道技術(shù)CRTS 型板式無砟軌道技術(shù)雙塊式無砟軌道技術(shù)岔區(qū)板式無砟軌道2/175 國內(nèi)外高速鐵路無砟軌道概況 無砟軌道技術(shù)特點與分類 CRTS 型板式軌道技術(shù) CRTS 型板式軌道技術(shù) 雙塊式無砟軌道技術(shù) 岔區(qū)板式無砟軌道 結(jié)束語3/175高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)從總體上分為兩大類：有砟軌道、無砟軌道 有砟軌道國內(nèi)外運營實踐表明：兩類軌道結(jié)構(gòu)均可保證高速列車的安全運營，但兩類軌道結(jié)構(gòu)在技術(shù)經(jīng)濟性方面存在明顯差異。4/175隨著列車速度的不斷提高，有砟軌道結(jié)構(gòu)

2、面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，道砟粉化及道床累積變形的速率隨之加快，必須通過一系列軌道結(jié)構(gòu)強化措施（諸如：采用特級道砟，優(yōu)化道床尺寸，鋪設(shè)砟下膠墊、枕下膠墊等），來滿足高速鐵路對線路的高平順性、穩(wěn)定性、減少頻繁線路維修工作的要求。5/175自上世紀(jì)60年代開始，世界上很多國家在強化有砟軌道的同時，相繼研發(fā)以" 高平順性" 和" 少維修" 為主要目標(biāo)的多種型式無砟軌道結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)經(jīng)濟性的不斷提高，無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)用范圍愈來愈廣，日本、德國、韓國、我國臺灣地區(qū)等后期修建的高速鐵路，無砟軌道所占比例均在90%以上。6/175無砟軌

3、道的主要優(yōu)點（ 1）線路靜態(tài)、動態(tài)平順性高（ 2）線路維修工作量大幅減少（ 3）耐久性好，服務(wù)期長（ 4）提供較大的縱、橫向阻力，線路穩(wěn)定性高。（ 5）避免了特級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7/175無砟軌道的不足（ 1）軌道結(jié)構(gòu)本身的初期工程投資要大于有砟軌道。（ 2）無砟軌道高低調(diào)整能力有限（主要通過扣件系統(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）無砟軌道的道床面相對平滑，輪軌噪聲相對較大。8/1751.1 國外高速鐵路無砟軌道1.1.1 日本新干線板式無砟軌道1.1.2 德國高速鐵路

4、無砟軌道1.1.3 其他國家和地區(qū)9/1751.1.1 日本新干線板式無砟軌道¾ 日本新干線大量采用無砟軌道結(jié)構(gòu)。其累計鋪設(shè)里程達2700多km （其中新干線約1600多km ）。¾ 無砟軌道由日本鐵路綜合技術(shù)研究所集中研發(fā)。從60年代開始理論和試驗研究，為新干線不同線下基礎(chǔ)上的無砟軌道提供了統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。¾ 無砟軌道的應(yīng)用從隧道、橋梁地段 路基地段。10/175 日本新干線無砟軌道所占比例 0%20% 40%60% 80% 100%東海道新干線山陽新干線 （新大阪岡山）山陽新干線 （岡山博多）東北新干線上越新干線北陸新干線100 95531691051

5、582918584有碴軌道 無碴軌道 直結(jié)軌道11/175（ 1）日本新干線無砟軌道結(jié)構(gòu)型式針對其自然環(huán)境、地震頻發(fā)，人工成本高的國情、橋隧結(jié)構(gòu)多的路情，日本新干線確定采用施工費用低、施工速度快、可修復(fù)性強的單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。在維持結(jié)構(gòu)型式不變的前提下，不斷優(yōu)化設(shè)計、制造和施工技術(shù)，提高其技術(shù)經(jīng)濟性。 結(jié)構(gòu)組成 鋼軌（JIS60） 扣件（直結(jié)4、5、7、8型）預(yù)制混凝土軌道板 水泥乳化瀝青 (CA砂漿調(diào)整層 混凝土底座（設(shè)凸形擋臺）12/175（ 2）日本板式軌道各組成部分的技術(shù)發(fā)展預(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

6、架板13/175扣件系統(tǒng)直結(jié)2型、直結(jié)4型不分開式（主要應(yīng)用于隧道區(qū)間） 直結(jié)5型、直結(jié)6型、直結(jié)7型 直結(jié)8型分開式 共同的技術(shù)特點： 彈片式扣壓件 鋼軌高低、左右位置無級調(diào)整直結(jié)8型 直結(jié)4型14/175水泥乳化瀝青（CA ）砂漿CA 砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料和其它添加劑等多種材料組成，主要起施工調(diào)整、緩和沖擊等功能。CA 砂漿由專業(yè)化公司（東亞道路公司和日產(chǎn)化學(xué)公司）研發(fā)、生產(chǎn)和施工。經(jīng)幾十年的研究和試鋪，先后開發(fā)出不同使用條件的CA 砂漿配方，如：適應(yīng)溫暖地區(qū)用的No.8配方、寒冷地區(qū)用的No.33配方、海岸線 和修補用的配方等。15/175凸形擋臺周圍填充材料凸形擋臺周圍的填充材

7、料最初采用CA 砂漿，傷損較為嚴重，傷損率平均達到7.6。從1980年開始，研發(fā)強度高、彈性和耐久性好的樹脂材料進行替代。在滿足性能要求的前提下，研發(fā)出價格低、性能好的新型聚氨酯系樹脂材料，并自北陸新干線開始推廣應(yīng)用。充填式墊板為保證鋼軌支點剛度的均勻性，配套研發(fā)了樹脂充填式無級調(diào)高墊板。早期采用PV101型樹脂充填墊板，幾十年來對充填式墊板的樹脂材料性能進行了不斷改進，從PV201型、PV301型發(fā)展到目前的PV401型。17/1751.1.2 德國高速鐵路無砟軌道¾ 德國目前鋪設(shè)無砟軌道延長里程約800km 。¾ 無砟軌道基于統(tǒng)一的基本技術(shù)要求，由立足于企業(yè)開發(fā)研發(fā)，結(jié)

8、構(gòu)型式繁多。目前通過德鐵認證許可的無砟軌道結(jié)構(gòu)型式有6種，即：Rheda 、Züblin 、Bögl 、Rheda Berlin、ATD 、Getrac¾ 無砟軌道的研究與應(yīng)用從隧道、路基地段 橋梁地段。¾ 任何無砟軌道新結(jié)構(gòu)在納入德鐵路網(wǎng)之前，必須獲得德鐵技術(shù)委員會（EBA ）的批準(zhǔn)。EBA 認證試驗室綜合評價有限長度的試鋪5年的運營考驗。18/17519/175線路設(shè)計速度 線路長度 無砟軌道（km/h） （km ） （km ）280330330 26417789 約 9015075開通時間柏林漢諾威科隆法蘭克福紐倫堡英戈城1998.92002.82

9、006柏林漢諾威：Rheda Classic、 Zublin 、 FFC 、ATD 、BTD 型科隆法蘭克福：Rheda Classic、Zublin 、Rheda Berlin型紐倫堡英戈斯塔特：Rheda2000、Bögl 型20/175（ 1）德鐵無砟軌道設(shè)計的基本要求無砟軌道主要技術(shù)要求（AKFF v4） 軌道剛度：64±5（kN/mm）。即在20t 軸重作用下鋼軌產(chǎn)生約1.5mm 的位移。據(jù)此要求扣件墊板剛度：22.5±2.5（kN/mm）。 支點間距：650mm 。 軌距：1436±2mm 線路縱向阻力：14kN/m 線路橫向阻力：25kN/

10、m 軌底坡：1：4021/175德鐵無砟軌道扣件系統(tǒng)（Vossloh 300型）主要技術(shù)要求y 高低調(diào)整量：4 / +26mm，特殊情況下56/4mm 。 y 軌距調(diào)整量：±16mm 。y 單個彈條扣壓力：9kNy 膠墊靜剛度：22.5±2.5 kN/mm。 22/175德鐵無砟軌道對下部基礎(chǔ)的主要技術(shù)要求對于不同的無砟軌道結(jié)構(gòu)，其下部基礎(chǔ)的要求都是統(tǒng)一的。相應(yīng)的規(guī)范： 橋梁：DS804 路基：DS836 隧道：DS85323/175 路基工后沉降要求y 長期運營中，必須小于等于扣件的調(diào)高量減去5mm ；（15mm ）y 如在大于20m 范圍沉降較均勻，則為第項的2倍； （

11、30mm ）y 路基工后沉降能按豎曲線R 0.4v 2進行圓順；y 以下情況不應(yīng)鋪設(shè)無砟軌道： 預(yù)測工后沉降大于扣件調(diào)高量減去余量的4倍（60mm ） 預(yù)測工后沉降無法進行圓順或難以預(yù)測的區(qū)段 地下水位高出鋼軌頂面以下1.5m 的區(qū)段24/175 路基基床結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求 y 基床結(jié)構(gòu)采用自上至下剛度逐步遞減的多層支承系統(tǒng)，包括： 鋼筋混凝土/瀝青混凝土承載層； 水硬性支承層（HGT ）； 防凍層（FSS ）等y 各層的變形模量（E v2）和壓實系數(shù)（D pr）均有明確的規(guī)定。25/175 橋上無砟軌道的基本要求 y 無砟軌道設(shè)置在橋梁鋼筋混凝土保護層上，保護層作為傳力機構(gòu)傳遞無碴軌道的水平力。

12、出于構(gòu)造與靜力要求，最小厚度110mm 。y 在保護層或道床板上形成能相互嵌入榫接的凸起塊以傳遞縱、橫向力。y 道床板與保護層板間設(shè)隔離層（土工布），實現(xiàn)道床板可修復(fù)。26/175y 當(dāng)鋼軌附加應(yīng)力超出允許值（92MPa ）時，要設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。y 梁端伸縮縫兩側(cè)鋼軌支點的豎向、橫向錯位不應(yīng)超過1mm 。y 對梁端轉(zhuǎn)角引起的軌道穩(wěn)定性、扣件抗拔力等進行檢算。壓力 拉力 v27/175（ 2）Rheda （雷達）型無砟軌道現(xiàn)澆混凝土道床板的Rheda 型是德鐵無砟軌道主要結(jié)構(gòu)型式，其占德鐵無砟軌道一半以上。其成套技術(shù)較為成熟，在橋上、路基、隧道、道岔、伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)段均有工程實踐。路基 橋上

13、道岔28/175德國弗萊德爾（Pfleiderer ）公司1999年開發(fā)Rheda2000系統(tǒng)；2002年在紐倫堡英戈斯塔特高速線上使用了該系統(tǒng)。 用鋼筋桁架組成的雙塊式軌枕取代了整體軌枕，減少了新、老混凝土的結(jié)合面，提高了結(jié)構(gòu)的整體性 軌道結(jié)構(gòu)高度降低（650 473mm）， 降低工程造價。29/175y 路基上、隧道內(nèi)、短橋上采用連續(xù)道床板結(jié)構(gòu)y 路基樁板結(jié)構(gòu)、長橋上采用分塊道床板結(jié)構(gòu)30/175路基和隧道內(nèi)Rheda 型無砟軌道技術(shù)特點z 基于德國道路混凝土路面的設(shè)計理論和實踐經(jīng)驗，道床板及下部支承層采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，并保證層間粘結(jié)。z 道床板截面配筋率0.80.9，單層鋼筋，布置于道床板截

14、面中間位置，以期達到道床板混凝土的裂縫寬度限值0.5mm 、裂縫間距22.5m的設(shè)計目標(biāo) 。31/175長橋上Rheda 型無砟軌道技術(shù)特點z 長橋上（橋長大于30m ）道床板分塊設(shè)置，長度一般在4.07.0m 之間，道床板之間設(shè)最小寬度為100mm 的橫向斷縫，可作橫向排水通道。z 橋上設(shè)凸臺、或設(shè)底座（凹槽），提供道床板縱、橫向限位。z 為適應(yīng)橋梁軌道間的相互作用（緩和沖擊，協(xié)調(diào)變形），在凸臺或底座凹槽四個側(cè)面設(shè)置彈性墊層。32/175路基樁板結(jié)構(gòu)上的Rheda2000型無砟軌道z 與長橋上結(jié)構(gòu)類似，采用錨固銷釘限位。33/175（ 3）Züblin （旭普林）型無砟軌道Z

15、52;blin 型無砟軌道系統(tǒng)在路基、橋梁和隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與Rheda型無本質(zhì)區(qū)別。其系統(tǒng)研發(fā)的出發(fā)點是：改變傳統(tǒng)的施工方法，提高現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率。34/175與Rheda 型無砟軌道的主要不同點z 為適應(yīng)其施工方法，雙塊式軌枕外形和配筋不同z 橋上道床板限位采用底座設(shè)凹槽限位方式z 為適應(yīng)其振動壓入式施工方法，混凝土配合比要求：水灰比較大。35/175z 采用專用施工成套設(shè)備，用固定架替代鋼軌支撐架，將軌排振動 壓入預(yù)先澆筑的道床混凝土中，其施工機械化程度高。z 施工不需組裝軌排，受環(huán)境影響小。固定架 橫梁 支腳（ 4）Bögl （博格）型板式無砟軌道由德國MAX Bog

16、l 公司上世紀(jì)70年代末研發(fā)；并分別于1978年、1999年建立了3個試驗段，長度約215m 、430m 、656m 。通過試驗段的測試和觀測，德鐵2002年批準(zhǔn)在紐倫堡英戈斯塔特的高速線上正式使用，鋪設(shè)了雙線35km 。37/175博格板式軌道的研發(fā)由來 基于德鐵路基和橋上無砟軌道的基本設(shè)計要求。 研發(fā)了縱向連續(xù)的預(yù)制板式軌道結(jié)構(gòu)，路基和隧道內(nèi)替代縱向連續(xù)的現(xiàn)澆混凝土道床板結(jié)構(gòu)； 研發(fā)了端部設(shè)凸臺的預(yù)制單元板，替代橋上分塊設(shè)置的現(xiàn)澆混凝土道床板。38/175路基、隧道內(nèi)的博格板式軌道結(jié)構(gòu)鋼軌及扣件板間連接件混凝土軌道板6.45×2.55×0.2m水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層，3

17、0mm水硬性支承層軌道板縱向設(shè)計：與Rheda 、Zublin 型相同軌道板橫向設(shè)計：按65cm 寬的軌枕設(shè)計39/175 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 軌道板通過底部刷毛處理，板下充填層采用高強度的水泥乳化瀝青砂漿，給軌道結(jié)構(gòu)提供橫向抗力。 根據(jù)線路平縱斷面條件，帶擋肩的預(yù)制軌道板在廠內(nèi)對承軌槽進行數(shù)控機床打磨處理，通過布板設(shè)計，鋪設(shè)到指定地點。每塊軌道板在線路的位置是固定的，出廠前進行編號對應(yīng)。40/175德鐵橋上應(yīng)用的博格板式軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土底座板（設(shè)凹槽） 橋上軌道板不縱連，設(shè)10cm 間隔縫； 梁縫處軌道板和底座均斷開。41/175 德鐵橋上采用的博格軌道板型式 普通混凝土結(jié)構(gòu)，板厚300mm

18、 兩端的中部設(shè)限位塊（與現(xiàn)澆底座相對應(yīng)） 板底噴涂隔離層，限位塊側(cè)面粘貼橡膠墊層42/1751.1.3 其他國家和地區(qū)（ 1）法國 法國高鐵主要采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。 2001年在地中海線馬賽隧道（7.8km ）內(nèi)試鋪了雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)。 2006年在東部高速線上試鋪了2km 左右的無砟軌道試驗段。2007年 6月開通運營，列車最高運行速度320km/h。（ 2） 奧地利 Porr 單元板式軌道結(jié)構(gòu) 預(yù)制軌道板采用普通混凝土結(jié)構(gòu) 調(diào)整層采用自密實混凝土砂漿 通過中部" 鋼筋混凝土銷" 限位 板底設(shè)隔離層，中空側(cè)面設(shè)彈性墊層44/175（ 3）韓國高速鐵路 韓國高鐵（漢城釜山）全長412km ，分二期建設(shè)： 一期工程（漢城大邱）289.3km 主要為有砟軌道，在光明車站及3座隧道內(nèi)引進