第7章 无砟轨道

1、无轨道结构理论与轨道力学无轨道结构理论与轨道力学（无砟轨道结构）（无砟轨道结构）无砟轨道分类为叙述方便，此处将无砟轨道分为三大类： 枕式无砟轨道、 板式无砟轨道、 其他型式的无砟轨道。 枕式无砟轨道： 短枕(支承块)式 长枕式 板式无砟轨道： 单元板式轨道 连续板式轨道 浮置板轨道 其他型式无砟轨道： 整筑式轨道 弹性整体轨道连续墙式轨道梯子形轨道一、枕式无砟轨道一、枕式无砟轨道1、支承块式轨道2、弹性支承轨道3、长枕埋入式轨道4、双块式轨道1支承块式无砟轨道n普通铁路和地铁上最常用的无砟轨道。n在坚实基础（岩石、隧道抑拱及混凝土桥面）上，布设道床钢筋网，将钢轨、扣件连同支承块定位，现场浇筑混

2、凝土道床。n支承块材料有短木枕、混凝土支承块及塑料等。 我国坚实基岩隧道内支承块式无砟轨道 我国隧道抑拱上支承块式无砟轨道 n预制钢筋混凝土，混凝土强度C40-50，500mm200mm200mm上小下大倒梯形。n支承块上承轨槽依扣件类型设计。混凝土支承块n底面人字坡、伸出钢筋，以利与道床混凝土连接和排除支承块底部空气。901602010125252080118500201602020030514310710758 45202080.2 62.821445.517.380.2304650立面剖面剖面30251002520200平面n厚度300-400mm，宽度约2.4m，每隔6.25m(洞口)

3、或12.5m(中部)设断缝。混凝土道床nC30混凝土。n道床底部按220mm间距双向布设14钢筋，或按200mm间距双向布设10钢筋，每公里用约22-24吨钢筋。北京和天津地铁中心水沟支承块式整体轨道 n根据排水沟设置的位置不同，可分为中心水沟式、单侧沟式和双侧沟式。n结构简单、造价低，施工简便，进度快。中心水沟的特点n不设侧沟，隧道边墙底较高，工程量减少，不在边墙附近进行爆破，边墙稳定性好。n无法满足地下水较丰富的隧道内排水要求。n道床混凝土削弱较多，容易发生纵向裂纹。n不建议采用。短木枕支承块轨道 我国铁路上采用的短木枕式无砟轨道 n600160220mm短木枕埋入道床。短木枕的更换要求采

4、用中心水沟式。道床多为素混凝土。n我国1968年以前基本上都采用该型式。前苏联地铁也铺设过该道床。北京地铁在道床过渡段上采用了梯形短木枕拼接式整体道床。n短本枕具有弹性，易于调整轨距和水平，扣件简单，但使用寿命较短，普通铁路上已不再用。塑料支承块轨道n支承块采用塑料材质制作，四周及底部还可设橡胶套。n国内曾进行过研究，但因造价昂贵，未能实施。n奥地利等地铁铺有这种轨道。2 2弹性支承轨道弹性支承轨道n弹性支承轨道分为弹性短轨枕轨道和弹性长枕轨道。n弹性短枕轨道又称低振动轨道(LVT)，瑞士发明，1966年首次试铺于瑞士Bozberg隧道，1974年在Heitersberg隧道内铺设。n支承块改

5、为短轨枕，枕下设胶垫、橡胶包套包住短枕、角钢连接短枕、填充砂浆粘接。n1994年英吉利海峡隧道内取消了连接两短枕的角钢和枕下填充的砂浆。n弹性短轨枕无砟轨道钢轨弹性支承块钢筋混凝土道床钢筋混凝土支承块块下橡胶垫板橡胶套靴钢轨弹性支承块钢筋混凝土道床钢筋混凝土支承块块下橡胶垫板橡胶套靴我国秦岭隧道内的弹性短枕轨道n轨下胶垫及枕下胶垫为轨道提供了良好的垂向弹性，包套为轨道提供了良好的横向弹性，因此轨道具有较好的减振降噪效果。n枕下胶垫刚度依据减振降噪要求确定，可在6-160kN/mm范围变化。n北京地铁东四十条站试铺了该轨道，实测车辆轴箱加速度值较一般地段整体道床减少30左右，与有砟轨道相比，减振

6、效果可达6-8dB。弹性短枕轨道的优势 美国：华盛顿、巴尔的摩、亚特兰大、费城等地铁 英国：英吉利海峡隧道，速度160km/h 德国、法国、意大利、日本：地铁 我国：秦岭、乌鞘岭隧道，速度160km/h。广州地铁。弹性短轨枕轨道的应用情况弹性短枕轨道的构造n短轨枕： 尺寸600300220mm，尺寸要求严格； 上大下小倒梯形、带帽沿； C50级普通钢筋混凝土预制件； 埋深120-150mm。n橡胶包套： 厚度7mm，尺寸要求严格； 四周侧面设沟槽，枕底接触面无沟槽； 静刚度140-160kN/mm； 使用寿命约30年，可更换。n枕下胶垫 12mm厚微孔(或泡沫)橡胶垫，上下表面均设沟槽，以调整

7、胶垫刚度。 车度较高或减振要求不高，胶垫刚度宜稍高，如秦岭隧道95-110kN/mm。 车速较低或减振要求较高，胶垫刚度可尽量降低，如广州地铁定为30-40kN/mm。 美国地铁将刚度降至10kN/mm以下，具有很好减振降噪效果。n混凝土道床： 断面尺寸2400350mm； C40级现浇钢筋混凝土浇筑； 配筋与支承块式无砟轨道相同。 弹性短枕轨道的问题n短枕尺寸的问题n短枕埋深与支承刚度的问题n弹性短枕轨道的稳定性及其是否能在高速铁路上使用的问题 弹性长枕轨道n2.5m长预应力轨枕，道床变宽，埋深减小(道床可减薄)，可有效解决弹性短枕轨道稳定性、包套积水等问题，正处于试验阶段。18025005

8、007507502502503503003长木枕埋入式无砟轨道n长木枕埋入式轨道n钢筋混凝土埋入式轨道n道岔区轨枕埋入式轨道(1)长木枕埋入式轨道n1956年，我国曾在吉沈线某隧道内铺设长木枕埋入式轨道。2.5m长标准木枕、道钉扣件、中心水沟式素混凝土道床。(2)普通钢筋混凝土长枕埋入式轨道n轨枕长度约2.1m，枕上预留圆孔让道床内纵向钢筋穿过，加强轨枕与道床的联结。n设侧向排水沟。轨排法施工，进度快。n上海和新加坡地铁铺设该种轨道。 普通钢筋混凝土长枕埋入式无砟轨道(3)预应力钢筋混凝土长枕埋入式轨道 德国Rheda轨道n1972年联邦德国铁路在Rheda车站修建了长枕埋入式轨道试验段。n因

9、Rheda车站而得名，经多次改进，后发展为Rheda2000双块式轨道。 土质路基15cm厚水泥混合土20cm厚泡沫混凝土支承保温层14cm厚C35连续配筋混凝土道床板3cm厚C25混凝土调整层B70S预应力钢筋混凝土枕3孔直径50mm，纵向穿45mm钢棒排水暗沟地桩墙表面堆砟传统Rheda轨道UIC钢轨和VOSSLOH扣件B70轨枕调整层支承层连续浇注钢筋混凝土层Rheda轨道的改进及演化n将轨枕上的预留孔改为4个及5个、取消环形箍筋、连续配筋混凝土板和轨枕间混凝土同时灌筑。n除路基上Rheda轨道以外，还设计了隧道和桥上Rheda轨道结构，并大量地进行推广应用。n为减少新旧混凝土间裂纹，将

10、预应力轨枕改为桁架筋，发展成为目前广泛应用的Rheda2000双块式轨道。 德国路基上Rheda无砟轨道 德国隧道内Rheda无砟轨道 德国桥上Rheda无砟轨道 用于Bongeberg的Rheda轨道UIC钢轨和VOSSLOH扣件B301轨枕调整层连续现浇钢筋混凝土层轨道高度650支承层秦沈线长枕埋入式无砟轨道秦沈线长枕埋入式无砟轨道n秦沈线沙河特大桥上，我国首次采用预应力钢筋混凝土长枕埋入式无砟轨道。n无砟轨道主要由：钢筋混凝土底座、隔离层（或弹性垫层）、钢筋混凝土道床板、WCK型轨枕、60kg/m钢轨及WJ-2型扣件组成。 秦沈线沙河大桥上的长枕埋入式无砟轨道实景 平面布置图 4140长

11、、3100宽现浇钢筋混凝土道床板 60mm宽伸缩缝 1米见方、高130mm限位凸台 侧面布置图 支点间距600mm 横断面图 桥面 n宽3100mm、厚250mm、C40现浇钢筋混凝土底座 n宽3100mm、厚300mm、C40现浇钢筋混凝土道床板 n1.2TQF-1防水隔离层或12mm橡胶垫层 7mm橡垫层 2.5mWCK预应力轨枕遂渝线轨枕埋入式无砟道岔遂渝线轨枕埋入式无砟道岔试验段铺设了4组18号无砟道岔，4组12号无砟道岔。岔枕：桁架铰接式岔枕，C50钢筋混凝土预制件。 道床板：C40现浇钢筋混凝土，道床板长度2555m，每隔6m设一横向伸缩假缝，各段宽度依道岔尺寸不同，厚度为350m

12、m。底座：C40现浇钢筋混凝土，每隔30m左右设一横向假缝，厚度350mm。4双块式轨道n德国Rheda2000双块式轨道n德国旭普林双块式轨道n我国遂渝线双块式轨道德国Rheda2000轨道UIC60钢轨和VOSSILOH扣件B355.3W60M双块式轨枕钢筋混凝土连续现浇道床板水硬性支承层轨道高度793完工后的Rheda200轨道旭普林轨道UIC60钢轨钢轨VOSSLOH300-1扣件扣件B361 W601型双块式轨枕型双块式轨枕旭普林轨道双块式轨枕的振动压入施工遂渝线双块式无砟轨道遂渝线双块式无砟轨道双块式轨道的问题n裂纹宽度控制问题n连续现浇与单元式轨道问题n纵向钢筋位置及强度问题n支

13、承层弹性模量的问题二、板式无砟轨道二、板式无砟轨道1 1普通钢筋混凝土板式无砟轨道普通钢筋混凝土板式无砟轨道n日本、德国及我国都要用过普通钢筋混凝土板式轨道。n日本A型轨道板分部分预应力和普通钢筋混凝土板两类。山阳新干线和既有窄轨铁路上采用普通钢筋泥凝土板，其余新干线采用预应力板。n1981年在皖赣线溶口隧道内铺设了板式轨道。n轨道板尺寸约为41202400195mm，C50级混凝土，板内双层双向配置普通钢筋。板上预留CA砂浆注入孔。n基础是在抑供混凝土上用C20级素混凝土浇筑，在基础上设钢筋混凝土方柱，限制轨道板的纵横向位移。 我国普通钢筋混凝土板式轨道 2 2、预应力钢筋混凝土板式无砟轨道

14、、预应力钢筋混凝土板式无砟轨道桥面混凝土垫层及梁体钢轨轨道板扣件系统凸形挡台CA砂浆(1)(1)日本的板式轨道日本的板式轨道 为适应高速行车的需要及解决无砟轨道维修困难，日本国铁于1971年成立了“板式轨道研究会”，提出板式轨道须满足四个基本条件：n建筑费在普通轨道的两倍以内；n具有与普通轨道同样的弹性和足够的强度；n施工方法比较简使，施工日进度为200m以上；n一旦轨道出现病害，可以进行修整。n日本研究过程中试铺了M、L、A型轨道板。nM型轨道板由四个橡胶支座支承，类似于浮置板轨道。nL型轨道板支承在沿钢轨方向呈带状的混凝土基座上。n试铺后发现M和L型轨道板裂纹严重，A型情况良好。单元式轨道

15、板CA砂浆凸台底座板日本A型轨道板 日本A型框架板隧道内的日本A型框架板式无砟轨道轨道板nA型轨道板为单元板，尺寸49502400190mm，轨下截面厚度为160mm。n采用C50级混凝土n板内双层双向于截面中性轴处配置预应力钢筋，上下两层配置普通钢筋。n板上预留CA砂浆注入孔，将板定位后，从注入孔注入CA砂浆。底座板n底座板20-60m分段，段间设伸缩缝和剪力销，以利整体受力。n底座板宽度2800mm、厚300mm。nC30-C40级现浇钢筋混凝土。n双向双层配筋。CAM砂浆n50-100mm厚度的CAM砂浆设置轨道板和底座板间，构成上下硬而中间软的“夹心面包”式结构，是日本A型轨道成功的重

16、要条件。nCAM砂桨由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成，将提供强度的砂浆和提供弹性的沥青有机结合。nCAM砂浆弹性性模量为200-600MPa，日本已能做到100MPa左右。nCAM砂浆可在轨道板下直接灌注，也可采用袋装灌注。nA型板式轨道将垂向力与水平力分开传递，CAM砂浆只承受垂向荷载，水平荷载由设于底座上的凸形挡台承受。nCAM砂浆的功能 (1)施工调整 (2)缓冲协调 (3)传递垂向力 (4)阻断裂纹 (5)提供少量弹性 (6)提供少量水平阻力凸形挡台n凸形挡台设于底座板上，圆柱形，直径200mm，高度与轨道板表面齐平。n轨道板两端中央设有半径为250mm的半圆形缺口，缺口与

17、凸形挡台间的空隙用CAM砂浆填充。n凸形挡台与轨道板间填充CAM砂浆的作用： (1)缓解温度力 (2)缓解列车纵横向冲击作用。n凸形挡台的功能： (1)传递纵横向水平力 (2)作为轨道板铺设和整正时的基准点。A型板式轨道的特点n板传力路线清楚、部件功能明确、以CAM砂浆层传递垂向力、以凸形挡台传递水平力。n单元式轨道板与相对连续的底座板良好配合、结构合理、施工及维护方便。nCAM砂浆层在高寒地区的耐久性成问题。日本土质路基上RA型轨道板 n稳定性差，单板传递纵横向力不可靠300mm厚砂砾层n200mm厚沥青混凝土，代替钢筋混凝土底座板40mm厚CAM砂浆调整层n1150mm宽小板，每板2组扣件

18、10mm宽伸缩缝(2)(2)我国板式无轨道我国板式无轨道n秦沈线狗河特大桥、遂渝线中国首条无砟轨道综合试验段上铺设了板式轨道，又称1型板式轨道。n板式轨道主要由60kg/m钢轨、WJ2(-7)型扣件、预制轨道板、CAM砂浆、钢筋混凝土底座组成。n24m梁跨内每线布置5块轨道板，板间间隙除梁端外均为70mm。n轨道板分为A、B、C三种类型，A型长4.930m，B、C型长4.765m，A型用于跨中，B型用于梁端, C型用于过渡段。n与桥头路基相邻的一跨梁为过渡段，轨道板与底座之间设置12mm微孔橡胶弹性垫层。板式轨道平面布置 板式轨道侧面布置 板式轨道断面 35288030190502480451

19、401211线路中心线梁面钢轨扣件轨道板CA砂浆调整层混凝土底座2400秦沈线狗河大桥板式轨道施工过程实景 秦沈线板式轨道遂渝线实体板式无砟轨道遂渝线实体板式无砟轨道遂渝线框架板式无砟轨道遂渝线框架板式无砟轨道我国板式轨道的特点n结构尺寸与日本A型板式轨道基本相同。n扣件改用国产WJ-7、8扣件。n轨道板及凸形挡台内钢筋进行绝缘处理。n轨道与凸形挡台间改用树脂填充。3 3防振板式轨道防振板式轨道n日本开发了减振降噪的C、D和E型三种防振轨道板轨道，已在东北铁路试验段上铺设。nC型防振板轨道：表面凹凸普通钢筋混凝土轨道板，170-320mm厚，板重7.7t(A型板的1.4倍)。板下铺25mm厚橡

20、胶层，板下40mm厚CAM砂浆层。n直接在A型轨道板下设橡胶层的减振动板式轨道，我国在秦沈线和遂渝线都采用过，减振效果不明。nD型防振轨道板：轨道板底面涂一层环氧树脂，而后撒上尿烷树脂和热融性胶质粉末的混合物，经过辗压，厚度25mm。nE型防振轨道板：由框架板和隔振部件组成，中间空隙还可放入石砟以起消音作用。4 4纵连板轨道纵连板轨道VOSSLOH300型扣件板厚1/3深的假缝横向按轨枕设计先张预应力，纵向非预应力为安装VOSSLOH300型扣件须对承轨槽进行机加工为进行机加工须采用超细水泥逐块定位，不可互换板间设6根钢筋，铺设定位后施加300kN预拉力进行纵连德国博格板式轨道德国博格板式轨道

21、纵连式博格轨道板BMZ砂浆HGT层或底座200mm厚宽度2550mm横向先张预应力博格轨道板30mm厚BMZ高弹模砂浆，传递垂向、纵横向水平力300mm厚HGT层或贫混凝土(路基上)或钢筋混凝土连续现浇底座板(桥上)遂渝线路基上纵连板式无砟轨道普通双向后张部分预应力轨道板WJ-7型无挡肩分开式扣件轨道板间施加90kN预张力的弱纵连遂渝线隧道内纵连框架板式无砟轨道遂渝线隧道内纵连框架板式无砟轨道遂渝线嘉陵江桥上纵连板式无砟轨道遂渝线嘉陵江桥上纵连板式无砟轨道底座板与桥面间设置两布一膜滑动层连续现浇钢筋混凝土底座板纵连式轨道板防止底座板水平移动和竖向失稳的挡块防止底座板水平移动的挡块在底座板与桥梁

22、间设置两布一膜滑动层，降低桥梁与轨道间相互作用力。嘉陵江桥上纵连板式无砟轨道嘉陵江桥上纵连板式无砟轨道采用的采用的关键技术关键技术梁端设置防挠硬质弹性塑料板，有效减小梁端转角对轨道受力的影响。采用高弹模高粘结性沥青水泥砂浆。两桥台处设置强大限位台座约束底座板，底座板与梁在桥墩处设置弱固结机构。5 5、浮置板轨道、浮置板轨道( (质量质量- -弹簧系统弹簧系统) )n低刚度橡胶或钢弹性支承大质量C30钢筋混凝土预制或现浇轨道板n造价昂贵，减振效果可达15-20dB，适用于减振要求很高的地段。n1968-1970年间，由德国Eisenmann教授发明，即在苏黎世电车轨道、慕尼黑和法兰克福地铁中使用

23、。n已用于德国、美国、新加坡及我国广州和香港等城市地铁。n1970-1980年，美国华盛顿地铁使用现浇浮置板，长度为18.3m，后减至7.62m，每块浮置板由24个直径305mm、厚度75mm的橡胶支座支承。n北美巴尔的摩、亚特兰大、多伦多等城市，我国的香港和广州地铁一号线上采用的也是预制式浮置板轨道。 浮置板式轨道断面图 n伦多地铁浮置板尺m，重约2.4t，每板四个支座。n广州地铁浮置板尺寸为33602300476mm，每块板一般重约5-6吨，每板四个刚度为30-40kN/mm的橡胶支座。浮置板轨道的特点n重量大，施工需有大型吊装设备。n更换底部橡胶支座较困难，大修

24、时需中断运营。n造价高。n车外减振降噪效果好，车内振动和噪声较大。n支点偏少，不稳定，不宜用于常规铁路，更不适用于高速铁路。6纵向浮置板轨道n鉴于浮置板轨道造价高及铺设维修困难等缺点，前苏联开发了纵向浮置板轨道。n由浮置板、橡胶垫、道床承台和联结挡板等组成，浮置板长2200mm、宽600mm、厚240 mm，每块板重约730kg。n自1980年代开始，先后在莫斯科、基辅和新西伯利亚等城市的地铁中采用。n优点： (1)浮置板轻，加工制造和铺设简便； (2)高低调整量较大，可达+50mm、-12mm； (3)维修方便，不影响正常运营。n缺点： (1)减振效果不如浮置板； (2)轨道稳定性较差，维修

25、工作量较大； (3)施工精度难以达到。三、整体灌筑式无砟轨道三、整体灌筑式无砟轨道1 1无枕式整体轨道无枕式整体轨道n亦称整体灌注式轨道。全现浇混凝土，整体性强。n施工时自下而上进行，方法繁琐，机具复杂，进度慢，精度不易保证。n1965年在京广线易家湾明峒和石湾站一组道岔试铺了这种道床。1970年北京地铁一期工程用于十几组道岔区无砟轨道。n香港、美国旧金山、加拿大等地铁铺设了该型无砟轨道。2 2弹性整体道床弹性整体道床n在整体道床与结构底板间铺设一层30mm左右厚的弹性绝缘材料与塑料油膏混合物或橡胶沥青混凝土，有的还铺旧轮胎，这种轨道减振效果显著，但造价很高，国内未有研究铺设。3 3英国英国PACTPACT轨道轨道n英国铁路1966年在拉德克利夫车站试铺了432m的无砟轨道。共六种不同断面型式，每种试铺长度为72m。n连续铺设无接缝钢筋混凝土道床板，钢轨直接支承在连续铺放的橡胶垫层上，采用“潘得罗尔”型扣件。定名为PACT轨道。4日本连续支承轨道n日本铁路对连续支承钢轨的轨道进行了室内外试验，采用混凝土基座作为试验轨道，试验发现： (1)连续支承轨道在静力和动力强度方面的特性是今人满意的，不论加载点怎样移动，钢轨的垂直位移是相同的。 (2)由落轴试验得知，支承刚度为58.8kN/mm的连续支承轨道与标准板式轨道相似。 (3)采用36cm长的轨道垫层时，轨