高速鐵路軌道講解

高速鐵路軌道

石家莊鐵道學院第一節(jié)高速鐵路對軌道的基本要求1.1高平順性高平順性是高速鐵路對軌道的最根本的要求，也是建設高速鐵路的控制性條件。這是因為軌道不平順是引起列車振動、輪軌動作用力增大的主要原因。因此，為保障高速行車的平穩(wěn)、安全和舒適，必須嚴格控制軌道的平順性。

要達到高速鐵路軌道高平順性，必須滿足以下條件：1．路基設計和施工必須滿足路基的工后沉降小、不均勻沉降小，在動力作用下變形小、穩(wěn)定性高等要求。高平順性、高穩(wěn)定性的路基是確保軌道高平順性的前提條件。2．橋梁的動撓度等變形必須滿足高平順的要求。3．道床必須選用硬質、耐磨的道碴，并在鋪枕前整平壓實。近十多年來國外重載、高速鐵路均已采用。4．嚴格控制軌道的初始不平順。歐洲時速200km/h以上軌道鋪設精度標準如表4-1所示，日本新干線建設時的鋪設精度標準如表4-2～表4-4所示。表4-1歐洲鐵路時速200km以上軌道鋪設精度標準不平順種類瑞典國鐵西德聯(lián)邦鐵路法國國鐵西班牙鐵路水平（mm）2234扭曲(三角坑)(mm)2—1‰(每3m測量基線)1.3‰高低(mm)22/5m33軌向(mm)2223軌距(mm)±2——±3表4-2日本新干線有碴軌道的鋪設精度標準項目高低軌向水平軌距標準值(mm)3(10m弦正矢)3(10m弦正矢)2±2表4-3日本新干線無碴軌道的鋪設精度標準項目高低軌向水平軌距標準值(mm)2(10m弦正矢)2(10m弦正矢)1±1表4-4日本新干線道岔的鋪設精度標準項目高低軌向水平軌距標準值(mm)3(10m弦正矢)2(10m弦正矢)2±1結合我國鐵路的國情，京滬高速鐵路軌道平順度鋪設精度標準如表4-5～表4-7所示。表4-5京滬高速鐵路有碴軌道平順度鋪設精度標準項目高低軌向水平扭曲（2.5m）軌距幅值（mm）2222±2弦長（m）10表4-6京滬高速鐵路無碴軌道平順度鋪設精度標準項目高低軌向水平軌距幅值（mm）221±1弦長（m）10表4-7京滬高速鐵路道岔平順度鋪設精度標準項目高低軌向水平軌距幅值（mm）222±1弦長（m）10軌道維修養(yǎng)護質量的優(yōu)劣是優(yōu)化輪軌效應的關鍵，也是確保行車安全和旅客舒適度的重要因素之一。因此，高標準設計、高標準施工和高質量的維修管理是高速鐵路的重要技術特點?？傊?，高速鐵路是否能夠安全、平穩(wěn)、舒適運行，是通過軌道的平順性來體現(xiàn)的，但真正影響高速列車安全、平穩(wěn)、舒適運行的不僅僅是軌道，而是由路基、橋梁和軌道等組成的基礎設施整體。2.高可靠性，長壽命高可靠性主要是指軌道結構保持平順性，維持線路正常運營的能力。高速列車荷載的特點主要在于高頻沖擊和振動，這種高頻荷載容易造成扣件松動、軌下膠墊磨耗、混凝土軌枕承軌槽破損，特別是有碴軌道中道碴破碎、粉化，道床沉降和變形。長壽命，指的是軌道結構有較長的維修和大修周期。由于高速鐵路的行車密度大，速度高，因此其維修工作量必須少，維修周期必須長，才能保證不中斷行車，維持列車正常運行。1.3高穩(wěn)定性采用跨區(qū)間無縫線路是提高軌道結構連續(xù)性、均勻性的重大舉措。在跨區(qū)間無縫線路中，道岔的連續(xù)焊接會使道岔區(qū)基本軌產(chǎn)生附加的溫度力，從而使結構、受力和變形更為復雜的道岔區(qū)成為高速鐵路穩(wěn)定性的控制區(qū)；高速列車的高頻沖擊和振動會使軌道自身保持穩(wěn)定的能力降低；而高速列車的蛇行和橫向振動又會使作用到軌道上的橫向荷載加大，增加軌道橫向失穩(wěn)（脹軌、跑道）的可能性。第二節(jié)有碴軌道結構

2.1鋼軌鋼軌是軌道的主要結構之一。為保證列車高速運行的平順性，線路下部基礎、軌道上部結構以及各軌道部件，都要為鋼軌的正常工作提供良好條件。而鋼軌本身，其內(nèi)在質量、材質性能、斷面公差、平直程度等都是十分重要的特性。鋼軌在技術上要能保證足夠的強度、韌性、耐磨性、穩(wěn)定性和平順性，在經(jīng)濟上要能保證合理的大修周期，減少養(yǎng)護維修工作量。

日本新干線鋼軌介紹1無縫鋼軌將長25米的鋼軌焊接成1.2－1.5千米的長鋼軌，最長的達到60.4千米。為了防止熱脹冷縮現(xiàn)象，采用了伸縮接頭。日本新干線鋼軌介紹同諸多關鍵技術一樣，長鋼軌并非日本人的原創(chuàng)。早在20世紀20年代，歐洲人便開始研究長鋼軌技術了。日本從1927年起開始著手研究。鐵路鋼軌的類型和強度一般以每米長度的重量來表示。鋼軌每米長度的重量越大，鋼軌的強度越高。日本常用的鋼軌是50kg/m和60kg/m鋼軌。目前，新干線都采用60kg/m鋼軌。日本新干線鋼軌介紹2.鋼軌重量鋼軌類型應根據(jù)軌道振動、輪軌沖擊、輪軌接觸和鋼軌縱向力的計算來確定。60kg/m鋼軌的橫向、垂向剛度是可滿足高速列車動彎應力的強度需求的。日本新干線、法國TGV和德國ICE高速鐵路所采用的鋼軌均為60kg/m鋼軌。可見，京滬高速鐵路選用60kg/m鋼軌是適宜的。3．鋼軌尺寸允許偏差及平直度要求法國、德國和日本等國高速鐵路的研究和運營表明，高速鐵路的軌道結構區(qū)別于普通線路的最重要的特點是對軌道不平順的嚴格控制，體現(xiàn)在鋼軌上則是對其表面尺寸質量、平直度、表面平整度和扭曲的嚴格要求。鋼軌尺寸的精確和外形的平直是軌道平順的基本保證之一。4.鋼軌的化學成分高速鐵路鋼軌出現(xiàn)質量問題的主要形式是由于鋼軌內(nèi)部夾雜、缺陷所引起的疲勞折損。提高鋼軌材質的純凈度是減少鋼軌疲勞折損、提高鋼軌的可靠性、延長其使用壽命的有力途徑。鋼軌的化學成分是影響其力學性能、焊接性能及其他使用性能的基本因素，也是鋼軌材質純凈度的重要指標。

2.2軌枕

盡管在高速鐵路的發(fā)展中無碴軌道所占的比例越來越大，在許多國家已成為軌道結構的首選，但有碴軌道仍然是高速鐵路軌道結構的主要形式之一，混凝土枕的性能和質量仍是需要關注的重點。由于混凝土軌枕使用壽命長，維修工作量少，由混凝土制品廠生產(chǎn)的軌枕形狀、尺寸、性能都比較標準、均一，為鋼軌支撐的均勻性和軌面的動態(tài)平順性提供了更可靠的條件，因而世界各國高速鐵路有碴軌道均采用混凝土軌枕。我國既有鐵路干線大部分鋪設了混凝土枕，高速鐵路則要求全部采用混凝土枕。新干線的有碴軌道高速三鐵路三混凝三土軌三枕類三型大三部分三為整三體式三，如三德國三、意三大利三、西三班牙三和日三本等三國的三各類三軌枕三，法三國有三碴軌三道傳三統(tǒng)的三軌枕三結構三是雙三塊式三，在三高速三鐵路三中仍三然采三用雙三塊式三軌枕三，但三在有三碴橋三上因三設置三護輪三軌的三需要三，采三用了三整體三式軌三枕。世界三各國三客運三專線三和高三速鐵三路有三碴軌三道的三技術三發(fā)展三表明三，整三體式三和雙三塊式三混凝三土軌三枕形三式都三可以三滿足三高速三運行三在承三載能三力、三耐久三性和三穩(wěn)定三性等三方面三的使三用要三求。三我國三高速三鐵路三采用三整體三式混三凝土三軌枕三。京滬三高速三鐵路三軌枕三的鋪三設根三數(shù)，三因采三用跨三區(qū)間三無縫三線路三，軌三枕間三距按60三cm等間三距均三勻布三置，三可有三效的三降低三高頻三沖擊三力?！毒咚偃F路三設計三暫行三規(guī)定》中規(guī)三定“三應采三用時三速35三0公里三客運三專線三專用三混凝三土枕三，每三千米三鋪設16三67根。三道岔三應鋪三設混三凝土三道岔三”。2.三3扣件高速三鐵路三的扣三件除三要求三具有三足夠三的扣三壓力三以確三保線三路的三縱、三橫向三穩(wěn)定三之外三，還三要求三彈性三好，三以保三證良三好的三減振三、降三噪性三能；三扣壓三力保三持能三力好三，以三降低三日維三修工三作量三；絕三緣性三能好三，以三提高三軌道三電路三工作三的可三靠性三，延三長軌三道電三路長三度，三降低三軌道三電路三投資三。我國三采用三彈性三扣件三已有20多年三歷史三，已三成功三的開三發(fā)了三彈條Ⅰ扣件三，彈三條Ⅰ型調(diào)三高扣三件，三彈條Ⅱ型扣三件及三彈條Ⅲ型扣三件等三，以三上扣三件已三全部三通過三部級三鑒定三并推三廣使三用。彈條Ⅲ型扣三件（三圖4-三3）是三為高三速重三載而三研制三的無三螺栓三式扣三件，三系利三用預三埋于三軌枕三中的三鐵桿三來保三持軌三距，三承受三橫向三力并三固定三彈條三，以三彈條三扣壓三鋼軌三，尼三龍塊三作為三絕緣三部件三并用三于調(diào)三整軌三距。圖4-三3彈條Ⅲ型扣三件2.三4道床道床三是軌三道結三構的三重要三組成三部分三。散三粒體三道床三不僅三要承三受軌三枕傳三遞的三各種三力的三作用三，保三持軌三道結三構的三穩(wěn)定三性，三而且三要便三于進三行養(yǎng)三護。三對高三速鐵三路而三言，三散粒三體道三床的三這些三作用三顯得三尤為三重要三。第三三節(jié)無碴三軌道三結構無碴三軌道三是以三混凝三土或三瀝青三混合三料等三取代三散粒三道碴三道床三而組三成的三軌道三結構三形式三。由三于無三碴軌三道具三有軌三道平三順性三高、三剛度三均勻三性好三、軌三道幾三何形三位能三持久三保持三、維三修工三作量三顯著三減少三等特三點，三在各三國鐵三路得三到了三迅速三發(fā)展三。特三別是三高速三鐵路三，一三些國三家已三把無三碴軌三道作三為軌三道的三主要三結構三形式三進行三全面三推廣三，并三取得三了顯三著的三經(jīng)濟三效益三和社三會效三益。3.三1國外三鐵路三無碴三軌道三結構三型式國外三鐵路三無碴三軌道三的發(fā)三展，三數(shù)量三上經(jīng)三歷了三由少三到多三、技三術上三經(jīng)歷三了由三淺到三深、三品種三上經(jīng)三歷了三由單三一到三多樣三、鋪三設范三圍上三經(jīng)歷三了由三橋梁三、隧三道到三路基三、道三岔的三過程三。無三碴軌三道已三成為三高速三鐵路三的發(fā)三展趨三勢。1．日三本日本三是發(fā)三展無三碴軌三道最三早的三國家三之一三。早三在20世紀60年代三中期三，日三本就三開始三了無三碴軌三道的三研究三與試三驗并三逐步三推廣三應用三，無三碴軌三道比三例愈三來愈三大，三成為三高速三鐵路三軌道三結構三的主三要形三式。三據(jù)統(tǒng)三計，三日本三高速三鐵路三無碴三軌道三比例三，在20世紀70年代三達到60三%以上三，而90年代三則達三到80三%以上三。日本三從20世紀60年代三中期三開始三進行三板式三無碴三軌道三的研三究到三目前三大規(guī)三模的三推廣三應用三，走三過了三近40年的三歷程三。圖4-三6普通A型軌三道板三圖4-三7框架三型軌三道板圖4-三8防振G型軌三道日本三板式三軌道三結構三在土三質路三基上三的發(fā)三展與三橋上三、隧三上板三式軌三道是三同時三起步三的。19三68年提三出RA型板三式軌三道，三并在三鐵道三技術三研究三所進三行性三能試三驗。圖4-三8土質三路基三上RA型板三式軌三道總之三，日三本定三型的三板式三軌道三包括A型、三框架三型軌三道板三，適三用于三土質三路基三上的RA型軌三道板三和特三殊減三振區(qū)三段用三的防三振G型軌三道板三，構三成了三適用三于不三同使三用范三圍的三軌道三板系三列。三截止三到目三前，三板式三軌道三累計三鋪設三里程三已達27三00多km。日本三在大三量鋪三設板三式軌三道的三同時三，還三開發(fā)三了B型彈三性軌三枕直三結軌三道，三在東三北、三上越三新干三線上三都有三鋪設三。另三外還三開發(fā)三了簡三化結三構的D型彈三性軌三枕直三結軌三道（三圖4-三10）圖4-三10三D型彈三性軌三枕直三結軌三道2．德三國德國三也是三研究三無碴三軌道三較早三的國三家之三一。三德國三鐵路三開展三無碴三軌道三的研三究始三于上三世紀60年代三末，19三72年首三次在Rh三ed三a車站三試鋪三了無三碴軌三道結三構（三故稱三“Rh三ed三a”型）三。德國三鐵路三、高三校研三究所三以及三工業(yè)三界自20世紀70年代三一直三進行三無碴三軌道三的研三究，三目前三德國三有20多家三企業(yè)三參與三無碴三軌道三新結三構的三開發(fā)三，形三成了三市場三競爭三的局三面，三推進三了新三技術三的發(fā)三展，三其提三出的三結構三型式三多種三多樣三。德國三曾試三鋪過10余種三無碴三軌道三結構三，其三軌道三的基三礎分三鋼筋三混凝三土和三瀝青三混凝三土兩三類。鋼軌三的支三承方三式多三為分三散支三承（三即點三支承三），三連續(xù)三支承三方式三仍處三在試三鋪階三段，三未在三路網(wǎng)三上正三式使三用。對于三分散三支承三方式三的無三碴軌三道，三其道三床結三構大三體上三可分三為兩三大類三，一三類為三整體三結構三，另三一類三為直三接支三承方三式，三表4-三22列出三了德三國鐵三路目三前批三準可三在路三網(wǎng)正三式應三用和三可試三鋪進三行運三營考三驗的三無碴三軌道三結構三類型三。表4-三22德國三鐵路三無碴三軌道三的結三構類三型整體結構直接支承結構現(xiàn)澆混凝土（含軌枕或支承塊）現(xiàn)澆混凝土（不含軌枕或支承塊）預制板軌枕或支承塊RHEDA*FFCB?GL*ATD*ZüBLIN*BESGETRAC*BERLIN*BTEBTDHEITKAMPHOCHETIEFSATORESENGLEISWALTERRh三ed三a型無三碴軌三道（三圖4-三11）為三鋼筋三混凝三土底三座上三的整三體結三構型三式之三一。Rh三ed三a型無三碴軌三道結三構從19三72年開三始試三鋪的三普通三型（三帶槽三形板三、埋三入軌三枕）三到目三前研三發(fā)的20三00型（三無槽三形板三、埋三入支三承塊三）經(jīng)三歷了三近30年的三發(fā)展三里程三。圖4-三11普通Rh三ed三a型無三碴軌三道最近三開發(fā)三的Rh三ed三a-三20三00型無三碴軌三道（三圖4-三12）已三投入三商業(yè)三應用三。其三結構三特點三是：三由2根桁三架型三配筋三組成三的特三殊雙三塊式三軌枕三取代三了原Rh三ed三a型中三的整三體軌三枕；三取消三了原三結構三中槽三形板三，統(tǒng)三一了三隧道三、橋三梁和三路基三上的三形式三；同三時，三軌道三結構三高度三從原三來得65三0m三m降低三為47三2m三m。Rh三ed三a-三20三00型中三的支三承塊三只保三留承三軌和三預埋三扣件三螺栓三部位三的預三制混三凝土三，其三余為三桁架三式的三鋼筋三骨架三。最典三型的三直接三支承三方式三的無三碴軌三道結三構為AT三D、GE三TR三AC型，三如圖4-三13、圖4-三14所示三，上三部的三軌枕三或支三承塊三直接三置于三鋼筋三混凝三土/瀝青三混凝三土支三承層三上，三成為三一個三獨立三的組三成部三分，三在中三部有三多種三方式三設限三位裝三置，三以限三制軌三排縱三、橫三向移三動。圖4-三13三AT三D型無三碴軌三道結三構（三單位三：mm）圖4-三14三GE三TR三AC型無三碴軌三道結三構（三單位三：mm）從20世紀80年代三開始三，德三國鐵三路實三施私三有化三計劃三，即三新建三和擴三建鐵三路由三聯(lián)邦三撥款三，而三養(yǎng)護三維修三則由三德國三鐵路三出資三時，三德國三鐵路三董事三會開三始大三力謀三求新三建鐵三路和三擴建三線路三要盡三量采三用少三維修三軌道三，這三項措三施極三大地三推動三了無三碴軌三道的三發(fā)展三。德國三在修三建高三速鐵三路的三初期三，無三碴軌三道僅三占正三線的30三%以下三，但19三98年開三通的三柏林—漢諾三威高三速鐵三路，三無碴三軌道三已達80三%以上三。3．其三他國三家一向三堅持三采用三有碴三軌道三的法三國，三也在三新建三的地三中海三線的三路基三上和三隧道三內(nèi)分三別鋪三設了2k三m、8k三m的雙三塊式三無碴三軌道三。荷蘭三高速三鐵路三土質三不好三，軟三土較三多，三但也三積極三采用三無碴三軌道三。韓國三在修三建高三速鐵三路時三，也三把無三碴軌三道作三為重三要工三程內(nèi)三容。總之三，無三碴軌三道結三構在三高速三鐵路三上的三大量三鋪設三已經(jīng)三成為三發(fā)展三趨勢三。3.三2國內(nèi)三無碴三軌道三結構國內(nèi)三對無三碴軌三道的三研究三始于20世紀60年代三，與三國外三的研三究幾三乎同三時起三步。我國三初期三曾試三鋪設三過支三承塊三式、三短木三枕式三、整三體灌三筑式三等整三體道三床以三及框三架式三瀝青三道床三等幾三種形三式，三但正三式推三廣應三用的三僅有三支承三塊式三整體三道床三。19三94年以三后，三隨著三京滬三高速三鐵路三可行三性研三究的三進程三，無三碴軌三道在三我國三重新三被關三注。參照三國外三經(jīng)驗三及結三構型三式，三提出三了板三式、三長枕三埋入三式、三彈性三支承三塊式三三種三結構三形式三的無三碴軌三道及三其設三計參三數(shù)。在秦三沈客三運專三線選三定了三三座三特大三橋作三為無三碴軌三道的三試鋪三段。三其中三，沙三河特三大橋三（直三線、三長69三2m）試三鋪長三枕埋三入式三無碴三軌道三；狗三河特三大橋三（直三線、三長74三1m）和三雙河三特大三橋（三曲線三、長74三0m）試三鋪板三式軌三道。三之前三，我三國最三長的三西康三縣秦三嶺隧三道（三長度三為18三.5三km）內(nèi)三采用三了彈三性支三承塊三式無三碴軌三道，三已于20三01年正三式開三通運三營。1．長三枕埋三入式三（圖4-三17）長枕三埋入三式無三碴軌三道由三預應三力混三凝土三軌枕三、混三凝土三道床三板和三混凝三土底三座組三成。三其結三構內(nèi)三沒有三易受三環(huán)境三或溫三度影三響的三橡膠三、乳三化瀝三青等三材料三，結三構整三體性三和耐三用性三較好三?；烊寥碇迫旌腿F(xiàn)場三灌注三混凝三土的三技術三和設三備均三是成三熟、三配套三的。圖4-三17橋上三長枕三埋入三式無三碴軌三道結三構（三單位三：mm）2．板三式（三圖4-三18）板式三無碴三軌道三由預三制的三軌道三板、CA砂漿三填充三層、三混凝三土底三座和三軌道三板之三間的三凸形三擋臺三組成三。其三軌道三結構三高度三低，三自重三輕，三可減三小橋三梁的三二期三恒載三。圖4-三18橋上三板式三無碴三軌道三結構三（單三位：mm）軌道三板為三預制三件，三質量三容易三控制三。現(xiàn)三場的三施工三量少三，施三工進三度較三快，CA砂漿三的灌三注日三進度三可達20三0m。對三需要三減振三的地三段，三采用三減振三型軌三道板三，因三在工三廠已三完成三板下三彈性三墊層三的粘三貼，三故不三增加三現(xiàn)場三的作三業(yè)量三和難三度。三道床三外表三美觀三，軌三道穩(wěn)三定、三維修三工作三量小三。3．彈三性支三承塊三式（三圖4-三19）彈性三支承三塊式三無碴三軌道三由彈三性支三承塊三（混三凝土三支承三塊、三塊下三彈性三墊層三和橡三膠靴三套）三、混三凝土三道床三板、三混凝三土底三座等三組成三。彈性三支承三塊的三現(xiàn)場三混凝三土施三工量三大，三進度三較慢三。故三一般三將其三限制三在隧三道內(nèi)三使用三。1．無三碴軌三道與三有碴三軌道三維修三費用三比較19三95年，三日本三對運三營了20年的三山陽三新干三線板三式軌三道歷三年各三項作三業(yè)的三維修三費用三進行三了統(tǒng)三計，三并與三有碴三軌道三作了三比較三，如三圖4-三20。由三于板三式軌三道線三路的三維修三項目三減少三，且三軌道三幾何三狀態(tài)三穩(wěn)定三，故三維修三作業(yè)三量明三顯減三少，三為高三速運三輸提三供了三安全三可靠三、平三順高三質量三的軌三道，三實現(xiàn)三了少三維修三和維三修費三用大三幅度三降低三的目三標。4.三3無碴三軌道三的技三術經(jīng)三濟性圖4-三20山陽三新干三線歷三年維三修費三用德國三鐵路三采用三軌道三質量三指數(shù)Q值來三綜合三評價三軌道三高低三、水三平、三方向三等的三平順三狀態(tài)三。新三線的三軌道三質量三指數(shù)Q值應三在30以下三，而三在運三營線三上，三質量三指數(shù)Q值超三過10三0就必三須進三行修三理。三德國三的資三料表三明，三無碴三軌道三的質三量指三數(shù)Q值在三五年三內(nèi)均三保持三在良三好水三平，三且變?nèi)苋?，三實現(xiàn)三了線三路少三維修三。2．無三碴軌三道與三有碴三軌道三經(jīng)濟三比較無碴三軌道三的造三價高三于有三碴軌三道，三但由三于無三碴軌三道結三構具三有高三度低三、每三延米三重量三輕的三特點三，可三使橋三梁、三隧道三結構三物的三建設三費用三降低三。（1）日三本板三式軌三道日本三板式三軌道三初期三造價三基本三上控三制在三有碴三軌道三的2倍以三內(nèi)，三大規(guī)三模應三用后三，其三造價三明顯三下降三，約三為有三碴軌三道的1.三3～1.三5倍，三但維三修費三用明三顯減三少。三據(jù)有三關部三門統(tǒng)三計，三山陽三新干三線16年的三平均三維修三費用三為有三碴軌三道的33三%。無三碴軌三道多三投資三的差三額約三在10年（三橋隧三結構三上）三～12年（三土質三路基三上）三內(nèi)可三得到三償還三（不三計對三運營三的影三