[北京]有砟軌道結(jié)構(gòu)及施工工藝講解160頁PPT_ppt

1、Ballasted Track Structure 有 砟 軌 道 結(jié) 構(gòu) 博士、副教授 Ph.D. Associate professor School of Civil engineering, Southwest Jiaotong University2一、軌道的結(jié)構(gòu)組成the composition of track structure Rail fastener, sleeper, track bed, lower foundation 鋼軌、扣件、軌枕、道床、下部基礎4傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的組成（*）鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結(jié)零件及軌道加強設備 鋼軌型軌枕型扣件碎石道床5傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的組

2、成（*）鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結(jié)零件及軌道加強設備 鋼軌木枕防爬器碎石道床 道釘扣件軌排石撐6傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的組成（*）鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結(jié)零件及軌道加強設備 木枕線路加強混凝土枕線路加強拉桿防脫護軌拉桿7傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的組成（*）鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結(jié)零件及軌道加強設備 木枕道岔混凝土枕道岔第一節(jié) 鋼軌(Rail) Function and basic requirements一、鋼軌的功能及基本要求（一）鋼軌功能、類型及斷面支承和引導機車車輛的車輪承受車輪傳來的力并傳遞到軌枕上為車輪滾動提供連續(xù)、平順和阻力最小的表面兼供軌道電路之用功能：導向、承重、傳力、導電鋼軌基本要求(t

3、he basic requirements of rail)強度 ( strength )剛度 ( stiffness )硬度 ( hardness )韌性 ( toughness )可焊性 ( weldability )經(jīng)濟性 (economics)91.1鋼軌功能、類型及斷面 Function ,type and section Rail type 鋼軌類型 以每米大致質(zhì)量kg數(shù)表示另外鋼軌按廠制鋼軌長度的不同可分為：標準軌和縮短軌按材質(zhì)的不同可分為：碳素軌、合金軌、熱處理軌按強度的不同可分為五級：850、900、1000、1200、1300MPa按貨源可分為：國產(chǎn)軌、進口軌、試驗軌101

4、00m定長鋼軌75、60、50、431.1鋼軌功能、類型及斷面 Function ,type and section 鋼軌斷面 rail section 工字型最佳抗彎性能11軌頭輪軌接觸部位：壓力大抗壓潰、耐磨（大而厚）磨耗均勻?qū)?、與車輪踏面配合具有不同半徑組合軌腰：承載能力足夠厚抗彎能力足夠高連接要求側(cè)曲線軌底：穩(wěn)定足夠?qū)?、厚鋼軌斷面的四個主要參數(shù)：H、B、 b、t為保證穩(wěn)定H:B=1.15-1.2為保證軋制冷卻均勻，要求各部比例合理1.1鋼軌功能、類型及斷面 Function ,type and section 1.1鋼軌功能、類型及斷面 Function ,type and secti

5、on 鋼軌斷面 Rail cross section12鋼軌的材質(zhì)和機械性能取決于化學成分(chemical constituents)、金屬組織(matel structure)及熱處理工藝(heat treatment process)鋼軌鋼化學成分：Fe、C、Mn、Si、P、SC含量提高，抗拉強度、耐磨性及硬度提高，沖擊韌性降低Mn提高強度和韌性，去除氧化鐵和硫，高錳鋼抗磨性好Si與氧化合，去除氣泡增加密度，提高Si含量提高耐磨性P使鋼軌具有冷脆性S不溶于與Fe，以硫化鐵型式存在，熱脆性1.2 鋼軌的材質(zhì)及機械性能 the material and mechanical performa

6、nce of rail 1.2 鋼軌的材質(zhì)及機械性能 the material and mechanical performance of rail 鋼軌鋼的物理力學性能包括強度極限、屈服極限、疲勞極限、伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性及硬度等 Physical and mechanical properties of rail steel includ strength limit b, yield limit s, fatigue limit r, elongation 5, section shrinkage , impact toughness h and hardness.鋼軌重型化、強

7、韌化、純凈化Thestrengthening technology of rail 鋼軌強化技術(shù)Railalloying 鋼軌合金化加入合金元素Si、Mn、Cr，鋼軌整體強化，表面硬度均勻，可焊性好The rail heat treatment 鋼軌熱處理鋼軌接頭沖擊力大，軌端30-70mm范圍進行軌頂淬火處理，提高抗磨能力全長淬火：電感應加熱加速奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，提高強度和韌性combine heat treatment with alloying 熱處理與合金化結(jié)合1.3鋼軌傷損及合理使用Rail failure and fair use of the tail（一）rail failu

8、re 鋼軌傷損鋼軌在使用過程中，發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損鋼軌傷損分類：根據(jù)傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損，用兩位數(shù)編號分類，十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài)，個位數(shù)表示造成傷損的原因15鋼軌折斷 brittle fractures of rail鋼軌全截面至少斷成兩部分裂縫已經(jīng)貫通整個軌頭截面或軌底截面鋼軌頂面上有長大于50（30）mm、深大于10（5）mm的掉塊鋼軌折斷直接威脅行車安全，應及時更換鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外，鋼軌部分材料發(fā)生分離，形成裂紋。鋼軌傷損種類很多，常見的有鋼軌磨耗、接觸疲勞傷損、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。16

9、 1.3.1鋼軌傷損 Rail failureRail wear 鋼軌磨耗主要指小半徑曲線鋼軌的側(cè)磨和波形磨耗垂直磨耗存在于所有線路，也是直線和大曲線軌道上的主要磨耗型式，隨軸重和總重增加而增大，幾何形位設置不當將加快垂直磨耗Side wear 側(cè)面磨耗：輪軌摩擦與滑動為根本原因（兩點接觸）磨耗因子：導向力與輪軌沖擊角乘積改善列車曲線通過條件：磨耗型踏面、徑向轉(zhuǎn)向架改善鋼軌材質(zhì)，提高耐磨性加強養(yǎng)護：合理軌距、超高、軌底破、增加彈性、涂油17 1.3.1 鋼軌傷損 Rail failureRail wear 鋼軌磨耗Corrugations 波形磨耗：鋼軌頂面上出現(xiàn)的波狀不均勻磨耗或壓潰波磨導致

10、輪軌動力作用加劇，加速車輛及軌道部件損壞，影響運行舒適性，較大噪聲按波長分：短波（波紋）和長波（波浪）波紋：波長50-100mm,波幅0.1-0.4mm(高速直線和制動地段)波浪：波長100-3000mm，波幅2mm（重載曲線地段）打磨無縫線路高強耐磨軌，提高熱處理工藝，消除殘余應力加強養(yǎng)護：合理彈性、曲線圓順、超高輪軌系統(tǒng)足夠的阻尼18 1.3.1鋼軌傷損Rail failure鋼軌波磨Rail wear 鋼軌磨耗Allowable limitation of rail wear 鋼軌磨耗的允許限度： strength condition + structural condition 強度條

11、件+構(gòu)造條件鋼軌具有足夠的強度和抗彎剛度保證最不利情況下輪緣不碰撞接頭夾板波磨鋼軌不至于引起軌道部件傷損及養(yǎng)護維修工作量的機組增加輕傷、重傷20 1.3.1鋼軌傷損Rail failure鋼軌磨耗contact fatigue of rail 鋼軌接觸疲勞傷損鋼軌接觸疲勞傷損過程三階段鋼軌踏面外形改變：焊縫處鞍型磨損等踏面不平順軌頭表面金屬破壞：冷作硬化微裂紋軌頭接觸疲勞形成：22金屬疲勞強度不足重載車輪反復作用塑性區(qū)域形成疲勞裂紋形成剪應力超限滑移累積聚集 1.3.1 鋼軌傷損Rail failureRail stripping剝離Causes 產(chǎn)生原因夾雜物或接觸剪應力引起縱向疲勞裂紋導向

12、輪在外軌引起的剪應力交變循環(huán)引起疲勞裂紋車輪及軌道維修不良加速剝離發(fā)展Damages 危害缺口區(qū)應力集中影響軌道平順性，造成動力沖擊，又加速缺口區(qū)裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展阻礙金屬塑性變形的發(fā)展，降低塑性指標23 1.3.1鋼軌傷損Rail failure剝離、掉塊、擦傷軌頭核傷Causes 產(chǎn)生原因內(nèi)因：鋼軌材質(zhì)缺陷外因：輪載反復作用產(chǎn)生機理：軌頭內(nèi)部的微小裂紋或缺陷，在重復動載作用下，在鋼軌走行面一下的軌頭內(nèi)出現(xiàn)復雜的應力組合，使微小裂紋成核，然后向軌頭四周發(fā)展，直至核傷周圍的鋼料不足提供足夠的抵抗，突然折斷。Damages 危害：突然折斷，影響行車Prevent methods 預防方式：定期探傷

13、 regular inspection25 1.3.1 鋼軌傷損Rail failure鋼軌核傷Methods to slow down the contact fatigue of rail head 減緩軌頭接觸疲勞措施Clean the rail and control the shape of sundries 凈化軌鋼，控制雜物形態(tài)Quenching to improve the mechanical properties of rail 淬火，改進軌鋼力學性質(zhì)Reform the old rail reuse system and use the rail properly 改革舊

14、軌再用制度，合理使用鋼軌Rail grinding 鋼軌打磨Lay the rail according to its material按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌 1.3.1鋼軌傷損 Rail failure 鋼軌發(fā)展方向：重型化、強韌化和純凈化the heavy duty, strengthening, purification合理使用鋼軌 intelligent use 應根據(jù)鋼軌綜合經(jīng)濟效益分析，確定鋼軌合理的使用周期，實行鋼軌分級使用制度，并積極做好舊軌整修工作281.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail 1.Using the rail by classifi

15、cation 鋼軌的分級使用鋼軌分級使用鋼軌的二次或多次使用承載能力與運量匹配舊軌整修：綜合整形軌、一般整修軌和焊接再用長軌條鋼軌在一次使用中的合理倒換使用29階梯式鋼軌設備運營制度曲線內(nèi)外軌、直曲軌倒換使用 1.3.2 鋼軌的合理使用proper use of rail 2. Rail maintenancetechnology鋼軌整修技術(shù)軌端不均勻磨耗和掉塊、擦傷是主要傷損形式之一，影響各軌道部件使用壽命。鋼軌表面?zhèn)麚p整修工作包括磨修和焊修磨修：采用砂輪打磨機消除接頭表面不均勻磨耗和焊補掉塊、剝落等缺陷后的打磨順平手砂輪機、平型砂輪機、碗型砂輪機打磨深度不大于0.5mm，順坡長度宜大于1m

16、焊修：不均勻磨耗、掉塊、擦傷等傷損深度接近或大于1mm，應進行焊修氧乙炔、電弧、氧乙炔焰金屬粉末噴焊30 1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail 3.Rail grinding 鋼軌打磨對鋼軌進行現(xiàn)場打磨始于本世紀50年代，最初用于整治波形磨耗，現(xiàn)已發(fā)展成為一種多功能的現(xiàn)代化養(yǎng)路技術(shù)。鋼軌的定期打磨，可以消除和延緩波磨、消除鋼軌表面的接觸疲勞層防止剝離掉塊、對斷面打磨還可改善輪軌接觸條件，降低接觸應力。31 1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail It can be divided into three categories

17、according to the grinding purpose and depth根據(jù)打磨目的及磨削量，可分為三類：Maintenance grinding 修理性打磨主要用來消除鋼軌的波浪形磨耗、車輪擦傷、軌裂紋以及接頭的馬鞍形磨耗；鋼軌的一次磨削量較大，打磨周期長。但是這種打磨方式并不能消除引起波磨、鋼軌剝離及掉塊的潛在的接觸疲勞裂紋，在以后列車通過時，這些裂紋還將繼續(xù)擴展。32 1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail Preventive grinding 預防性打磨在裂紋開始擴展前將這些裂紋萌生區(qū)打掉，以防止由于塑性流動而使鋼軌斷面產(chǎn)生累積變形預防

18、性打磨是一種控制鋼軌接觸疲勞的技術(shù)，打磨周期較短，打磨深度很小：軌頂為0.05-0.075 mm；外軌內(nèi)緣和內(nèi)軌外側(cè)為0.1 -0.15mm33 1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail 預防性打磨與修理性打磨相比，其優(yōu)點是：較長的鋼軌使用壽命、提高打磨生產(chǎn)率、降低打磨費用、打磨效率高雖然打磨頻率較高，但打磨掉的金屬總體積少，具有顯著的經(jīng)濟效果一條鐵路一旦已在修理性打磨上取平，應立即向預防性打磨計劃方向轉(zhuǎn)變新線進行預打磨，可改善軌頭接觸狀態(tài)，控制病害發(fā)生發(fā)展34 1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail 3.Rail grindi

19、ng (outline shape)鋼軌斷面(廓形)打磨通過改變鋼軌軌頭形狀，改善輪軌接觸狀態(tài)，從而控制病害發(fā)生和發(fā)展。對曲線地段的鋼軌斷面進行非對稱打磨能明顯降低輪軌橫向力和沖角，達到減輕鋼軌側(cè)磨的目的。機車車輛通過曲線一般靠導向力來導向，輪軌磨耗大。而現(xiàn)代化曲線通過理論證明，在一定的曲線半徑和機車車輛結(jié)構(gòu)下，可不用輪軌力導向，而用輪軌蠕滑力導向，從而使外側(cè)輪緣不貼靠外軌或減小貼靠時的沖角，以減小輪軌力和磨耗。非對稱打磨依據(jù)上述理論，通過非對稱打磨達到增大左右輪的滾動半徑差，以補償內(nèi)外軌的長度差（外軌輪滾動半徑大、內(nèi)軌?。瑥亩鴾p小導向輪緣力、沖角以及輪對在曲線上的滑動，達到減磨目的。35

20、1.3.2 鋼軌的合理使用 the proper use of rail 軌頭輪廓儀 1.4 高速鐵路鋼軌的主要傷損The main damage of high speed rail 高速鐵路列車運行速度高、動車組軸重輕，鋼軌垂直和水平磨耗都比較小，而鋼軌表面的接觸疲勞傷損成為主要傷損The rail head creaking 軌頭龜裂Hidden defect 隱傷(又稱踏面裂紋或踏面壓潰)：Honeycomb crack蜂窩狀裂紋：37 1.5 提速區(qū)段鋼軌主要傷損 The main rail damage of speed-increasing sectionThe uneven s

21、ide wear of rail on straight line section直線地段鋼軌交替不均勻側(cè)面磨耗呈等間距且左右交替;磨耗波連續(xù)發(fā)生，波數(shù)有較大的隨機性;磨耗量在波磨群中段大，兩端小，波長范圍基本固定。原因是貨車蛇行失穩(wěn)，線路方向不平順也有一定影響38 1.6 高速鐵路鋼軌選材 High speed rail materialMature steel type 鋼種成熟Strength-toughness matching強韌匹配高速強調(diào)韌性，重載強調(diào)耐磨Pure material 材質(zhì)潔凈Excellent welding 焊接優(yōu)良Suitable for turnout 適用

22、道岔高速鐵路鋼軌選材可在UIC900A、U71Mn和PD3三鋼種中比選，以PD3鋼軌較好39 1.7 100米定尺長鋼軌施工the construction of 100 meters long railThe transportation of 100 meters long rail100m定尺鋼軌的運輸使用10臺龍門機組，直接吊裝到專用長鋼軌運輸列車上，每層裝16根正面放置，共計7層，每層在中部進行鎖死固定，再層與層之間安放隔離裝置，防止鋼軌運輸途中發(fā)生縱橫向移動的現(xiàn)象，每列裝運112根40The hoisting of 100 meters long rail100m定尺鋼軌的吊裝臨時

23、存放一般應盡量推送到無接觸網(wǎng)的軌道上進行吊裝卸車。采用自制的10臺3噸移動式龍門吊；龍門吊進行集中聯(lián)控，同步起落、橫移。每層每間距5米用方木條隔離存放，長鋼軌在牽引端對齊，長鋼軌堆放不超過四層。長鋼軌鎖緊裝置采用螺栓與鋼板相組合。41 1.7 100米定尺長鋼軌施工100m定尺鋼軌的鋪設 100 meters long rail laying長鋼軌推送車將100m定尺鋼軌推送至無砟軌道需鋪設鋼軌地點的前端。軌道板上每隔10m放置一個滾筒，人工竄軌配合機械將長鋼軌直接送到滾筒上。人工持撬棍跟隨長鋼軌前端前行，每到一個滾筒處將鋼軌頭部抬起扶正，避免將滾筒撞倒，碰傷軌道板。推送完成后，撤除滾筒，將鋼

24、軌安放在已擺放鐵墊板上，人工上螺栓和扣件。利用電動和手動扳手，按施工規(guī)范要求，達到扭力規(guī)定值要求。為防止螺桿銹蝕和提高絕緣性能，應在螺桿上涂以機油。42 1.7 100米定尺長鋼軌施工the construction of 100 meters long rail43預留軌縫計算 rail gap原則最高軌溫時不形成瞎縫最低軌溫時不超過構(gòu)造軌縫18mm計算公式取值：年軌溫差小于85C的地區(qū) ，再減小12mm算例：成都地區(qū)，最高軌溫60.1C，最低軌溫-5.9C，鋼軌長25m，線膨脹系數(shù)0.0118mm/C,鋪設時軌溫25C。計算步驟：(1)中間軌溫tz=27.1 C(2)計算軌縫a0=9.6m

25、m(3)設置軌縫a=8mm中間軌溫時按構(gòu)造軌縫一半設置鋼軌按自由伸縮考慮，兩軌各取一半升溫時鋼軌伸長，軌縫減小44預留軌縫計算允許鋪設的年軌溫差原則Tmax時軌縫amin0 Tmin時軌縫amaxag 考慮接頭阻力對鋼軌伸縮的限制值C，26mm計算公式公式推導：（1） Tmax時（2） Tmin時（3）兩式相減，而得12.5m鋼軌，T=149.125m鋼軌：年軌溫差大于85, T=101.7年軌溫差小于85, T=88.1 不是所有地區(qū)均可鋪設，年軌溫差大于100地區(qū)，需單獨設計45預留軌縫計算容許鋪軌溫度范圍原則避免Tmax時軌縫為0避免Tmin時軌縫為ag 不考慮接頭阻力對鋼軌伸縮的限制計

26、算公式公式推導：（1）t0s時（2）t0 x時計算中按最不利情況考慮鋪設與軌縫調(diào)整作業(yè)相同對于25m鋼軌，上下限為中間軌溫30 第二節(jié) 軌枕Sleeper/Tie一、The function and type of sleeper 軌枕的功用及類型承受來自鋼軌的各向壓力，并彈性地傳布于道床有效地保持軌道的幾何形位，特別是軌距和方向堅固、彈性、耐久性，扣件接口，抵抗水平位移 2.1軌枕的功用及類型 The function and type of sleeperSleeper types 軌枕的種類Divided by material按材質(zhì)分：wooden sleeper木枕、concrete

27、 sleeper 混凝土枕、steel sleeper鋼枕、resin sleeper樹脂枕Divided by use purpose 按使用目的：normal sleeper普通軌枕、switch sleeper岔枕、bridge sleeper 橋枕47Divided by structure form按結(jié)構(gòu)型式：integral type整體式；combined type組合式； half sleeper半枕；broad tie寬軌枕Divided by the structural and laying method 按構(gòu)造及鋪設方法：transverse sleeper橫向軌枕、l

28、ongitudinal sleeper縱向軌枕及short tie短枕 2.1軌枕的功用及類型 The function and type of sleeper2.2 木枕 Sleeper/TieThe advantages of wooden sleeper 木枕優(yōu)點：彈性好，可緩和列車的動力沖擊作用；易加工、重量輕，運輸、鋪設、養(yǎng)護維修方便；與鋼軌聯(lián)結(jié)比較簡單；有較好的絕緣性能等。 ，The disadvantages of wooden sleeper木枕缺點：消耗大量優(yōu)質(zhì)木材，資源有限，價格較貴；易腐朽、磨損，使用壽命短；強度、彈性不完全一致，在機車車輛作用下會形成軌道不平順，增大了輪

29、軌動力作用。 49標準長度2.5m底寬22（20）cm頂寬16（15）cm高16（14.5）cm 2.2 木枕wooden sleeperWooden sleeper failure木枕失效腐朽機械磨損開裂Wooden sleeper treatment木枕處理防腐：最有效，水溶性防腐劑、油類防腐劑，密封蒸灌減磨：鐵墊板防裂：控制含水量，改善干燥工藝，防腐漿膏摻麻筋填塞裂縫，釘釘或鐵絲捆扎使裂縫愈合50生物作用過程列車作用+干濕變化2.3 混凝土枕concrete sleeper（一）the characteristics and types of concrete sleeper 混凝土枕特

30、點及類型混凝土軌枕為發(fā)展方向：材源多，尺寸精度高，軌道彈性均勻，提高了軌道穩(wěn)定性；使用壽命長，可以降低軌道的養(yǎng)修費用；自重大、縱、橫向阻力較大，提高了線路的穩(wěn)定性；剛度較大，要求較好的軌道彈性51軌枕分類普通鋼筋混凝土枕預應力混凝土枕先張法I型枕II型枕III型枕后張法（二）the shape and parameters of concrete sleeper 混凝土枕外形及尺寸 1.The stress characteristics of concrete sleeper 混凝土枕受力特點彈性基礎上的短梁軌枕受力狀況與道床支承條件有關(guān)中間不支承I型枕中間部分支承II型枕全支承III型枕5

31、22.3 混凝土枕concrete sleeper2. sleeper shape 軌枕形狀軌枕形狀：混凝土枕截面為梯形，上窄下寬：節(jié)省混凝土用量，減輕自重，便于脫模軌枕頂面寬度：軌枕抗彎強度、鋼軌支承面積、軌下襯墊寬度、扣件尺寸等因素綜合考慮承軌槽：軌枕頂面支承鋼軌的部分，設置1:40軌底坡軌枕底面寬：減少道床壓力、便于搗固II型枕：兩端梯形，中間矩形，增大支承面積，使R、q重合，底面壓花或凹槽，III型枕：增大支承面積53（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper3.sleeper length 軌枕長度軌枕長度與軌枕受

32、力狀態(tài)有關(guān)長枕可減少枕中負彎矩，但增大軌下正彎矩以軌下正彎矩與枕中負彎矩保持一定比例確定軌枕長度混凝土枕長度一般在2.3-2.7m之間、型枕長度均為2.5mIII型枕長度有2.6m和2.5m兩種國內(nèi)外主要干線普遍采用2.6m長軌枕減小枕中負彎矩提高縱橫向穩(wěn)定性和整體剛度，改善道床、路基工作狀態(tài)，利于鋪設無縫線路，適當減少軌枕配置根數(shù)54（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper 4.The width of sleeper 軌枕高度軌下部位高、中間部分矮軌下截面正彎矩、枕中截面負彎矩直線配筋、各截面配筋相同軌下截面配筋重心應

33、在截面形心之下枕中截面配筋重心應在界面形心之上55（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper有利的偏心矩，防止受拉開裂（三）混凝土軌枕技術(shù)特點The technology characteristics of concrete sleeper軌枕設計承載彎矩逐漸增強提高混凝土強度等級增加預應力增加截面高度軌枕類型配筋混凝土等級截面高度底面寬度底面積質(zhì)量長度軌下枕中端部軌下枕中I363C4820.216.529.4527.5256588251250II443410C58III10787.8C6023.018.532.030.0

34、28.077203202601.I型枕設計條件：軸重21t、速度85km/h，1840根/km不足：螺栓孔間縱裂、軌下正彎矩裂縫2.II型枕設計條件：軸重23t、速度120km/h，60kg/m鋼軌，年運量60Mt，按疲勞可靠度設計承載能力：較I型枕，軌下正彎矩提高13%-25%，枕中負彎矩提高14%-41%,基本能適應次重型、重型軌道不足：安全儲備不夠，枕中頂面橫向裂縫、沿螺栓孔縱裂、枕端龜裂、側(cè)面縱向水平裂縫、擋肩斜裂等，難以適應重型和特重型軌道（三）混凝土軌枕技術(shù)特點The technology characteristics of concrete sleeper3.III型枕設計條件

35、：軸重23t，速度200km/h，軌枕配置1760根/kmIII型枕特點軌枕型式尺寸設計的優(yōu)化：增加長度、加寬軌底，增大支承面積，提高線路穩(wěn)定性提高軌枕設計承載能力型軌枕與先進的扣件相配套：有擋肩扣件、無擋肩扣件58（三）混凝土軌枕技術(shù)特點The technology characteristics of concrete sleeper小曲線III型枕的缺點IIIb型絕緣軌距塊強度不足扣件無法調(diào)高彈條型扣件扣壓力衰減速率快預埋鐵座易銹蝕，且又無法更換IIIa型軌距擋板座易松脫混凝土枕擋肩破損嚴重新III型枕：改進擋肩及鐵墊板結(jié)構(gòu)（三）混凝土軌枕技術(shù)特點The technology chara

36、cteristics of concrete sleeper2.4 軌枕間距sleeper spacing 軌枕間距與每公里配置的軌枕根數(shù)有關(guān)軌枕根數(shù)應根據(jù)運量、行車速度及線路設備條件確定，并和鋼軌及道床等綜合考慮，合理配套，以求在最經(jīng)濟的條件下，保證軌道具有足夠的強度和穩(wěn)定性。軌枕加密，可減小道床、路基面、鋼軌以及軌枕本身受力，利于保持軌距、方向，保證高速行車安全軌枕過密，則不經(jīng)濟，凈距過小，影響搗固質(zhì)量60 2.4 軌枕間距 sleeper spacing 對木枕軌道，每公里最多為1920根，混凝土枕為1840根；每公里最少均為1440根，級差80根/km（1760、1840、1920）采

37、用跨區(qū)間無縫線路時，可按60cm等間距布置，即1667根/km軌枕加強R800m的曲線地段（含兩端緩和曲線）坡度大于12的下坡制動地段長度大于等于300m的隧道內(nèi)III型枕每公里增加40根，II型枕增加80根，木枕增加160根，條件重合時，只增加一次，但不能超過最大鋪設數(shù)量 2.4 軌枕間距 sleeper spacing 接頭處車輪的沖擊動荷載大，軌枕的間距適當減小，且應有一個過渡間距每節(jié)鋼軌下軌枕間距應當滿足：abc。接頭軌枕間距c一般是給定的：對于50kg/m及以上鋼軌，木枕440mm，混凝土枕540mm622.5特種混凝土軌枕Special concrete sleepers（一）混凝

38、土寬枕 Concrete broad sleeper63 2.5.1混凝土寬枕Concrete broad sleeper The advantage of concrete broad sleeper 混凝土寬枕的優(yōu)點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)定性支承面積較混凝土枕大一倍，使道床的應力大為減少，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，整個軌道結(jié)構(gòu)得到加強。密排鋪設，枕間空隙用瀝青混凝土封塞，有效地保持道床的整潔，延長道床的清篩周期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1/2-1/4寬軌枕軌道外觀整潔美觀642

39、.5.2 彈性軌枕 Elastic sleeper彈性軌枕軌道是指在軌枕底部設置彈性墊層以提高軌道彈性的軌枕，有些在軌枕側(cè)面也設置彈性墊層，根據(jù)其使用目的不同，分有碴道床用彈性軌枕和無碴軌道用彈性軌枕。652.5.3國外軌枕類型 Foreign sleeper types66連接鋼軌或連接鋼軌和軌枕的部件保證鋼軌間或鋼軌與軌枕的可靠聯(lián)接鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件rail joint：把鋼軌聯(lián)結(jié)起來，使鋼軌形成一個整體，抵抗彎曲和變形。中間聯(lián)結(jié)零件fastening：實現(xiàn)鋼軌與下部基礎的聯(lián)結(jié)。 第三節(jié) 聯(lián)結(jié)零件 Connection components3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection

40、 components of rail jointComposition: splint, bolts, spring washers, etc. 組成：夾板、螺栓、彈簧墊圈等Function: connecting the rails at the joints to meet the requirements of traffic and rail expansion 作用：在接頭處把鋼軌連接起來，滿足行車要求及鋼軌伸縮的要求3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail joint1. Joint splint 接頭夾板承受彎矩、傳遞縱向力、阻

41、止鋼軌伸縮一定剛度及足夠強度 斜坡支承雙頭對稱型夾板（雙頭式夾板）斜坡楔入貼緊軌腰，磨耗后可再次擰緊使之貼緊螺栓孔圓形與長圓形相間，實現(xiàn)軌縫2. Joint bolts, nuts and spring washers 接頭螺栓、螺母及彈簧墊圈夾緊夾板與鋼軌69懸空式承墊式3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail joint70Compromise splint 異型夾板Compromise rail 異型鋼軌Compromise joint 異形接頭3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail j

42、oint71Ordinary high-strength insulated joints普通高強絕緣接頭Glued insulated joints 膠接絕緣接頭Insulated joints 絕緣接頭3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail joint72伸縮接頭The connection components of rail joint一、鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 73Ordinary frozen joints 普通凍結(jié)接頭Hacker Fasteners 哈克緊固件frozen joints 凍結(jié)接頭3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The con

43、nection components of rail joint7474承越式接頭：減小沖擊導電接頭：連通軌道電路3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail jointFlash contact welding 閃光接觸焊Gas butt welding 氣壓焊Thermite welding 鋁熱焊75Welded joints 焊接接頭76鋼軌焊接*閃光接觸焊根據(jù)電流的熱效應原理，把鋼軌加熱到塑性狀態(tài)，然后以極快的速度予以擠壓而成優(yōu)點：焊接速度快，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，有現(xiàn)場大型移動式焊機缺點：焊機投資大，所需電源功率也較大 77鋼軌焊接*氣壓焊用氣

44、體（乙炔氧）燃燒的火焰加熱鋼軌端頭至塑性狀態(tài)，施加壓力使兩根鋼軌擠壓在一起優(yōu)點：一次性投資小，無需大功率電源，焊接時間短，焊接質(zhì)量好 缺點：對接頭斷面的處理要求嚴格，無法縱移鋼軌 =78鋼軌焊接*鋁熱焊利用鋁熱焊劑劇烈化學反應產(chǎn)生的熱量，把高溫鐵水澆鑄于固定在軌縫處砂型內(nèi)，將兩根鋼軌鑄焊在一起優(yōu)點：方法較為簡單，對操作人員的要求相對較低，焊接時間短，可在鋼軌固定的情況下進行焊接 缺點：焊接質(zhì)量不如接觸焊和氣壓焊 =3.1鋼軌接頭聯(lián)結(jié)零件 The connection components of rail joint79Strengthen joints加強接頭3.2鋼軌與軌枕聯(lián)接零件The c

45、onnection components between rail and sleeperIntermediate connection components (fasteners) 中間聯(lián)接零件（扣件）能把鋼軌牢固地固定在其支承體上能對支承體緩沖來自鋼軌的沖擊力作用，減輕振動，改善環(huán)境能抵抗來自鋼軌的水平力、抵抗鋼軌的小返和回轉(zhuǎn)具有必要的鋼軌垂向和橫向的調(diào)整量在鋼軌和支承體之間具有足夠的絕緣性能構(gòu)造簡單，批量生產(chǎn)時成本低廉fasteners for wooden sleeper 木枕扣件fasteners for concrete sleepers 混凝土軌枕扣件fasteners for

46、ballastless track 無砟軌道扣件3.2.1木枕扣件 Wooden sleeper fastenersWooden sleeper fasteners: separate type (K type fastener) and the hybrid type 木枕扣件：分開式（K式扣件）、混合式。3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersEnough Buckle pressure (approximately 10kN) - Longitudinal resistance requirements 足夠扣壓力（約10kN）縱向阻力要求Appro

47、priate flexibility 適當彈性橡膠墊板+彈條滿足軌道穩(wěn)定與減振要求Larger adjustment amounts 較大調(diào)整量混凝土枕螺栓孔間距和承軌槽寬度一定曲線軌距加寬、鋼軌磨耗、鋼軌水平調(diào)整Insulation property 絕緣性能82混凝土枕扣件彈條I型II型III型彈片扣板3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenerstechnical parameters of fasteners 扣件技術(shù)參數(shù)扣件節(jié)點剛度扣壓件前端剛度軌下膠墊剛度鋼軌與軌下結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)方式軌下結(jié)構(gòu)對鋼軌的絕緣性能鋼軌高度和平面位置的可調(diào)性能833.2.2 混凝

48、土枕扣件 Concrete sleeper fastenersBuckle plate fasteners 扣板式扣件3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type I 彈條I型扣件 85上爬3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type 彈條型扣件 86彈條型扣件 結(jié)構(gòu)與彈條I型扣件相同 彈條材質(zhì)60Si2CrVA，s和b分別提高了42%和36% 優(yōu)點：扣壓力大、強度安全儲備大、殘余變形小,適用于型或型混凝土枕的60kg/m鋼軌線路 缺點：防銹與

49、防松工作量，不適用于高速彈條型扣件 彈條、預埋鐵座、絕緣軌距塊和橡膠墊板組成 彈條材質(zhì)60Si2Mn，直徑20mm，接頭處18mm；軌距塊調(diào)距、絕緣 優(yōu)點：扣壓力大、彈性好，保持軌距的能力強，養(yǎng)護工作量 少，無螺栓無擋肩扣件 是發(fā)展趨勢 缺點：不能調(diào)高，小半徑曲線上軌距塊損壞嚴重3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type 彈條型扣件 87彈條型扣件 結(jié)構(gòu)與彈條型扣件相同，應用于高速有砟軌道 對彈條的結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，降低其工作應力，減小殘余變形 橡膠墊板物理性能采用UIC標準與國際接軌為實現(xiàn)軌距的精確調(diào)整，絕緣軌距塊號

50、碼按1mm一級配置 3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type IV 彈條IV型扣件88彈條型扣件 在彈條型扣件基礎上改進，應用于高速有砟軌道 彈條彈程由10mm增加至12mm，增加扣壓力 軌距擋板與擋板座一體化，減少零部件預埋套管聯(lián)結(jié)，環(huán)保，增大絕緣性能3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type V 彈條V型扣件89904、無砟軌道扣件WJ-7型扣件 分開式，錨固螺栓摩擦力抵抗橫向力，T型螺栓扣緊彈條，高速無砟軌道緩沖墊板可提高水膜電阻彈

51、條為60Si2MnA，13mm調(diào)高調(diào)距能力強914、無砟軌道扣件WJ-8型扣件 不分開式，擋肩承受橫向力，高速無砟軌道彈條彈程14mm，扣壓力衰減小彈性好，絕緣性能好幾何尺寸精度高3.2.3鋼軌扣件的技術(shù)動向 Technology trends of rail fasteningAdapt to four basic criteria as high-speed, environmental protection, labor-saving and adjustable. 適應高速化、環(huán)?；?、省力化和可調(diào)化四大基本準則The low stiffness, long life, low cost

52、 and their coordination of rail fastening is a major modern technology trends for rail fastenings. 鋼軌扣件中的低剛度、長壽命、低成本及其相互協(xié)調(diào)是現(xiàn)代鋼軌扣件的重大技術(shù)動向92軌道結(jié)構(gòu)按道床類型分為：有砟(ballasted)、無砟(ballastless), 承受來自軌枕的壓力并均勻地傳遞到路基面上；提供軌道的縱橫向阻力，保持軌道的穩(wěn)定。有砟還有排水、提高彈性、便于維修的作用。第四節(jié) 道床 Ballast bed4.1道床功能及對材質(zhì)的要求The functions and material

53、requirements of ballast bed1. The functions of ballast bed道床功能：承受軌枕的壓力并均勻地傳遞到下部基礎提供縱橫向阻力，保持軌道穩(wěn)定提供彈性，減緩輪軌沖擊和振動排水性能，提高路基的承載能力、減少基床病害便于軌道養(yǎng)護維修作業(yè)，校正線路的平縱斷面。2. the material requirements of ballast bed 對道床材料的要求 質(zhì)地堅韌，有彈性，不易壓碎和搗碎；排水性能好，吸水性差；不易風化，不易被風吹動或被水沖走。道砟材料：碎石、天然級配卵石、篩選卵石、粗砂、中砂、熔爐礦砟4.1道床功能及對材質(zhì)的要求The fun

54、ctions and material requirements of ballast bedTechnical conditions of ballast 道砟技術(shù)條件（1） Ballast grading 道砟分級特級、一級、二級技術(shù)參數(shù)材質(zhì)參數(shù)：抗磨耗、抗沖擊、抗壓碎、滲水、抗風化、抗大氣腐蝕質(zhì)量參數(shù)：道砟粒徑、級配顆粒形狀、表面狀態(tài)、清潔度特重型軌道、隧道內(nèi)軌道及寬軌枕采用一級道砟重型力求一級道砟客專特級增強穩(wěn)定，減少磨損、粉化和飛砟玄武巖道砟4.1道床功能及對材質(zhì)的要求The functions and material requirements of ballast bed道砟技術(shù)

55、條件（2）Ballast gradation 道砟級配道砟中顆粒的分布，影響道床物理力學性能和養(yǎng)護維修工作量一級道碴寬級配曲線特級道碴窄級配曲線4.1道床功能及對材質(zhì)的要求The functions and material requirements of ballast bed道砟技術(shù)條件（3)Ballast particle shape and cleanliness 道砟顆粒形狀及清潔度表面形狀影響自身強度和軌道縱橫向阻力針狀指數(shù)：長度大于顆粒平均粒徑1.8倍片狀指數(shù)：厚度小于顆粒平均粒徑0.6倍寬級配：針狀指數(shù)、片狀指數(shù)不大于50%窄級配：針狀指數(shù)、片狀指數(shù)不大于20%清潔度：控制土團

56、、粉末或其他雜質(zhì)土團泡水后軟化，喪失強度粉末臟污道床，加速板結(jié)，影響排水土團及雜質(zhì)含量不大于0.5%，粉末含量不大于1%法國高速鐵路道砟4.2 道床斷面 Ballast bed section道床斷面主要特征：道床厚度、頂面寬度及邊坡坡度。道床厚度：直線上鋼軌或曲線上內(nèi)軌中軸線下軌枕底面至路基頂面的距離。與道床彈性、臟污增長力、墊砟層和路基面承載能力有關(guān)道床頂面寬度：與軌枕長度和道床肩寬有關(guān)，道床頂面寬度主要決定于道床肩寬，道床寬出軌枕兩端的部分稱為道床肩寬，適當肩寬有利于保持軌道穩(wěn)定。道床邊坡坡度：在取決于道砟材料內(nèi)摩擦角和黏聚力和道床肩寬，在肩部承載能力相同的情況下，一般趨向于采用較大的肩

57、寬和較陡的邊坡，但應考慮散粒體自然坡腳和列車振動影響，我國鐵路規(guī)定正線區(qū)間道床邊坡坡度均為1:1.75。Ballast bed section in straight location直線地段道床斷面4.3道床的變形 Deformation of the track bed道床變形：道床作為散粒體結(jié)構(gòu)，本身具有彈、塑性，彈性變形可以恢復，而塑性變形部分則成為永久變形，或稱殘余變形，殘余變形累積后將引起軌道下沉。殘余變形原因道砟顆粒相互錯位、重新排列顆粒破碎、粉化道床的下沉階段：初期急劇下沉和后期緩慢下沉兩個階段。 Page 99道床下沉曲線顆粒位置重排、棱角破碎等：道砟材質(zhì)、粒徑、級配、搗固及

58、夯拍密實狀況、軸重枕底道砟擠入枕盒、頭、道砟磨損及破碎、邊坡溜塌：運量4.4 碎石道床在高速鐵路中的問題The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railway碎石道床是軌道彈性的主要來源道砟粉化現(xiàn)象嚴重道床飛砟現(xiàn)象飛道砟成為法國鋼軌表面?zhèn)麚p的主要原因；飛砟還會撞擊列車底部，損壞高速列車冰塊下落引起道砟飛散列車風達到50m/s以上下雪或大機搗固以后，道砟顆粒間的摩擦系數(shù)及咬合力降低。100國外高速鐵路中所采用的防治對策有：采用灑水、加熱器、特殊涂料等融雪措施；停車時鏟除落雪；加高軌枕，使軌枕高出道床面100mm；采用道

59、砟網(wǎng)、道砟屏柵或合成樹脂等措施。日本高鐵采用了道砟防護墊101Ballast protection pad 道砟防護墊4.4 碎石道床在高速鐵路中的問題The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railway 4.4 碎石道床在高速鐵路中的問題The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railwayBallast liquefaction of ballasted track on bridge 橋上有砟軌道結(jié)構(gòu)道砟液化現(xiàn)象出現(xiàn)液化現(xiàn)象主要是列

60、車以一定速度（不一定是最高速度）通過橋梁引起的垂向加速度超過0.70.8g引起的；當梁體與道砟間鋪設彈性墊層（稱為道砟墊）后，將增加道床的加速度，結(jié)果會使液化現(xiàn)象更加嚴重；另外，具有按規(guī)則和重復分布的輪對以一定速度運行時，將與梁體可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，也是產(chǎn)生液化現(xiàn)象的主要根源。102Ballast pad 道砟墊103Ballast glue 道砟膠在道砟中摻入化學粘接劑，將散粒道砟粘接起來，可以提高道床支承剛度。同時還可起到如下作用：防止列車落雪或冰塊造成道砟飛散；提高鐵道的穩(wěn)定性，同時又保證了排水的要求；承受更快的速度，更大的車軸負載，特別是在一些空間受到限制的地方；幫助維持橫向和垂直公差，