毕业设计（论文）-海南东环铁路CRTS1型板式无砟轨道结构设计.docx

西南交通大学本科毕业设计（论文）西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）海南东环铁路CRTS I型板式轨道结构设计年 级: 2012级 学 号: 20120418 姓 名: 专 业: 土木工程 指导老师: 2016 年 05 月院 系 专 业 年 级 姓 名 题 目 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成绩_答辩委员会主任_（签章） 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 学生姓名 学 号 发题日期：2015 年 11 月 11 日 完成日期： 月 日题 目 海南东环铁路CRTS I型板式轨道结构设计 1、本论文的目的、意义 随着高速铁路的大规模铺设，以高平顺、高稳定和少维修为主要特点的无砟轨道得到了广泛应用。海南东环铁路是海南境内第一条高速铁路，主要应用于CRTS I型板式轨道。本毕业设计针对海南东环铁路的地质与气候特点，研究CRTS I型板式无砟轨道的适应性，参考其他相关工程应用成果，研究不同基础上的CRTS I型板式轨道的结构组成与尺寸，通过力学计算，确定结构配筋，对于推广应用CRTS I型板式无砟轨道具有一定的参考价值。 2、学生应完成的任务 根据海南东环铁路的特点，分析CRTS I型板式轨道对本线的适应性；分别确定路基上、桥梁上以及隧道内CRTS I型板式轨道结构构成及尺寸；进行无砟轨道力学计算，包括列车荷载弯矩计算、温度应力及翘曲应力计算、不均匀沉降影响分析等；进行无砟轨道主体结构配筋结构设计；进行无砟轨道附属结构设计；提出不同基础上无砟轨道施工及维护注意事项。所提方案应具有较好的可行性和经济性。设计说明书内容完整，层次分明，语言规范，概念清晰。设计图纸符合铁路工程制图标准和规范要求。 3、 论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分 国内外无砟轨道应用现状及海南东环铁路资料调研 ( 2周) 第二部分 CRTSI型板式轨道结构构成及尺寸拟定 ( 2周) 第三部分 CRTSI型板式轨道力学计算 ( 4周)第四部分 CRTSI型板式轨道配筋设计 ( 4周) 第五部分 论文撰写与图纸绘制 ( 2周)评阅及答辩 ( 2周)备 注 学生熟悉铁路设计相关规范和标准，训练不同基础铁路轨道系统结构图、部件结构图、配筋图等工程图绘制方法；掌握无砟轨道基本设计理论，训练工程设计能力；掌握利用Ansys有限元分析软件进行结构分析的方法，并应用Autocad等软件表达工程结构的能力。 参考书目：铁道工程、无砟轨道技术、高速铁路无砟轨道结构、客运专线无砟轨道设计理论与方法、板式轨道设计与施工、Modern Railway Track 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要随着人们对出行的安全性和舒适度要求的不断提高，高速铁路的平顺性和稳定性也应随着人们的要求不断提高，无砟轨道以其稳定性好，耐久性高的优点，已经在高速铁路上得到规模的应用。为了保证高速铁路在运营中的安全性和稳定性，对无砟轨道的结构设计必须合理可靠。本文以CRTSI型板式轨道为研究对象，经过查阅相关资料，确定结构尺寸及相关参数，然后利用ANSYS软件建立梁板模型。模型采用三块轨道板为一个整体，其中轨道板之间按规定设计板缝，连续底座板的总长为三块轨道板的长度加上板缝的总宽度。对所建立的模型施加列车荷载，得到不同路段轨道板和底座板的弯矩荷载值和位移值。考虑温度梯度附加弯矩和基础变形附加弯矩，按照不同的荷载组合对轨道板和底座板进行配筋计算，其中轨道板使用全预应力配筋，按照中心配筋的原则，底座板配筋根据容许应力法和静力平衡的方法以及相应的原则进行配筋，满足平截面假定和弹性体假定，同时认为受拉区混凝土不参加工作。最后对轨道板和底座板进行混凝土应力检算和钢筋应力检算，以及裂缝宽度检算。关键词： CRTSI型板式轨道；结构设计；配筋；检算 AbstractAs people travel safety and comfort requirements continue to increase , smoothness and stability of high-speed rail should also be with increasing demands of the people, ballastless track with its good stability, the advantages of high durability , it has been get -scale applications in high-speed railway .In order to ensure the safety and stability of high-speed railway in operation, ballastless track structure design must be reasonable and reliable .This paper takes CRTSI slab track as the research object,through access to relevant information,to determine the size and the relevant parameters of structure,and then use the ANSYS software to establish the slab model.The model is based on 3 track plates as a whole. I design the seams, in accordance with design requirements. The length of continuous base plate for 3 pieces of track plate length and 2 seam width.Applying the train load to the model,obtained the bending moment load and displacement of the track plate and the base plate.Consider additional temperature gradient moment and additional basis deformation moment,according to the different load combinations of rails and base plate calculated reinforcement .In which the track plate using the full prestressed reinforcement, according to the principle of the central reinforcement,the base plate reinforcement is based on the allowable stress method and the static equilibrium method and the corresponding principle，meeting the plane section assumption and elastic assumption, at the same time that do not participate in the tension zone of concrete work.Finally, check the track plate and the base plate for concrete stress and steel bar stress , as well as crack width detection.Key Words： CRTS I slab ballastless track,Structure design,Reinforcement, Check 目录第1章 绪论11.1 选题背景11.2 无砟轨道国外应用现状31.3 无砟轨道国内研究历程及应用51.4 CRTS型板式轨道简介61.5 海南东环铁路简介及工程概况8第2章 CRTSI型板式轨道结构构成及尺寸拟定132.1 钢轨和扣件132.2 轨道板132.3 混凝土底座及凸形挡台162.4 CA砂浆调整层172.5 各路段横断面图及曲线超高设置17第3章 CRTSI型板式轨道力学计算213.1 列车荷载弯矩计算213.1.1 计算参数的选取213.1.2 模型的建立233.2 温度梯度弯矩计算353.3 基础变形弯矩计算36第4章 配筋计算394.1 路基和隧道路段轨道板配筋394.1.1 设计弯矩值确定394.1.2 路基和隧道路段轨道板纵向配筋404.1.3 路基和隧道上轨道板横向配筋414.2 桥梁上轨道板的配筋计算434.2.1 设计弯矩值得确定434.2.2 桥梁上轨道板纵向配筋444.2.3 桥梁路段轨道板横向配筋454.3 各路段底座板配筋计算464.3.1 荷载组合的确定464.3.2 检算内容与检算标准484.3.3 计算方法484.3.4 各路段底座板的配筋情况50致谢55参考文献57附录59第 X 页第1章 绪论1.1 选题背景我国的中长期铁路网规划展示了我国铁路发展的宏伟目标，计划到2020年，我国铁路营业总里程达到12万km以上，并且建设包括“四纵四横”客运专线及人口稠密地区城际客运系统的里程达到1.6万km以上。随着高速列车技术水平的不断提高，对列车运行的安全性和舒适性提出了更高的追求，因此对轨道的平顺性、稳定性提出了更高的要求，也给我国线路实施方面带来新的变革。图1-1 我国中长期铁路网规划图高速铁路系统中轨道结构是其最重要的部分，它从总体上可分为两种：（1）基础部分为碎石道床的有砟轨道；（2）基础为钢筋混凝土或沥青的无砟轨道。有砟轨道在其使用过程中暴露出很多缺点，比如在轨道在列车荷载的作用之下会发生变形，并且参与变形会累积变大，而且因为轨道结构的高低不够平顺从而导致乘客乘坐列车时的舒适性降低，此外，还会引起道砟飞溅，并且轨道结构的养护维修工作量也会增加很多。而相对于有砟轨道，现在应用较广泛的无砟轨道有很多优点，主要表现在：轨道结构具有良好的稳定性，它的几何形位能够很好的保持，对轨道的养护维修的工作量会降低很多；由于基础平顺性好，旅客乘车的舒适度有所提高；轨道结构材料耐久性好，轨道使用寿命延长；轨道结构为一个整体，并且有扣件强度较高使其横向阻力提高，因此安全性高；在隧道内，轨道结构低，重量轻，使隧道净空降低，并且在桥梁上可以减少桥梁的二期恒载；混凝土道床看起来美观整洁，而且可以解决由于道砟飞溅所导致的一些问题；对涡流制动系统能够更好的适应，从而提供充足的富余量为将来更快速的列车行驶。图1-2 传统有砟轨道图1-3 无砟轨道因此，自20世纪60年代开始，世界各国就开始研究使用无砟轨道结构，从室内试验，现场试铺到高速铁路上的普遍推广，历经50年的时间，形成了具有各国特色的系列化、标准化产品。1无砟轨道在铁路线路上的使用，从根本上改善了列车走行的基础条件，满足了旅客列车平稳性、安全性、舒适性的要求，并且大大缩短了维修时间，降低了维护成本。随着无砟轨道技术的成熟，目前己成为世界高速铁路轨道结构的发展方向，我国速度目标值达到每小时250km及以上的高速铁路多采用无砟轨道。本设计是针对海南东环铁路线，对其不同路段的轨道结构进行设计计算。1.2 无砟轨道国外应用现状从上个世纪60年代以来，世界上很多国家都开始研究使用无砟轨道，如日本、德国、英国、法国等国，在这些国家中日本和德国无疑是处于领先地位的。世界高速铁路的发展基本可分为三个阶段：(1)历史上高速铁路发展的第一次高潮时间为1960年到20世纪末期，在此期间，主要的研究代表国家包括日本、德国、法国和意大利。期间，日本建成了几条新干线，其中以山阳、上越较为突出；法国也进行修建了新干线包括东南和大西洋高速新线；而此时德国和意大利也开始着手在国内修建高速铁路。(2)世界上第二次高速铁路建设的高潮时期，是从20世纪80年代末到90年代中期，主要以日本高速铁路和欧洲各国的高速铁路为主。其中，日本和法国的影响最大，在20世纪80年代末，在日本和法国的影响下欧洲的多个国家开始对高速铁路展开研究，其中一些发达国家（如英国、德国、瑞典等）通过修建高速铁路将国内的主要城市连接了起来。这段时间内发展较出名的有瑞典的摆式列车，和下穿英吉利海峡的英法局部高速铁路。(3)世界上第三次高速铁路建设高潮是从上世纪90年代至今，在日本和一些欧洲国家的影响下，各国都看到了高速铁路的发展前途，纷纷对高速铁路进行研究建设，有的是研究修建新的高速铁路线路，有的则是对既有铁路线路进行改造，提高速度。这一段时间内，各国修建高速铁路的总里程达到3000公里以上，高速铁路的发展正在被各国重视。德国是高速铁路研究最早的国家之一，从1959年开始就着手研制、试铺无砟轨道。德国研究无砟轨道的制度是，德铁制定统一的基本设计规范要求，由企业进行自主研制生产。企业自主研发的无砟轨道在进入的铁路网之前，必须通过指定实验室的实尺模型激振实验及性能综合评估，并经EBA（德铁技术检查团）认证、批准后，方有资格在铁路线上进行有线长度的试铺。试铺的无砟轨道经过5年的运营考验并经EBA的审定，通过后方可正式使用。从1959年开始，首先在希尔赛德火车站试铺了三种结构，随后又在雷达火车站和奥尔德车站试铺了两种结构，1977年又在慕尼黑试验线试铺了6种结构。到1988年，德国共铺设无砟轨道36处，累计21.6km。在此期间先后在土质路基、高架桥及隧道内试铺了各种混合混凝土道床的无砟轨道。德国的无砟轨道技术经过不断地改进，优化和完善，形成了德国铁路无砟轨道系列和比较成熟的技术规范及管理体系，研制了成套的施工机械设备和工程质量检测设备，为无砟轨道在德铁的推广应用创造了良好的条件。经过几十年的开发和研究，德国已经成功研发了雷达型、Bogl型、Zubin型、ATD型、Getrac型、BTD型、Sato型、FFYS型、Walter型、Heitkamp型等十几种无砟轨道结构形式。到2003年，德国铁路无砟轨道总铺设长度达到600多公里。日本式发展无砟轨道较早的国家之一，从20世纪60年代中期开始进行板式无砟轨道的研究到目前大规模的推广应用，走过了40年的历程。日本发展研制无砟轨道采取有组织的统一研发推广模式，并且始终围绕各种类型的板式轨道开展。20世纪60年代中期，日本开始了板式无砟轨道结构体系的理论研究与试验。铁道综合技术研究所汇集轨道、土工、隧道、材料以及化工等工业的研究人员组成系统公关研究小组。在研究开发初期，研究小组针对不用的板式轨道方案进行了设计选型，并通过部件试验、实尺模型加载试验、设计修改、运营线试验段铺设，最终形成了日本板式轨道的系列产品。日本板式轨道基本构成结构比较统一，但对于不同线路等级、不同自然条件、不同基础条件、不同车速和运营条件其结构尺寸略有不用。板式轨道研发过程中，研究人员曾提出多种不同设计方案，如：A型、M型、L型和RA型等。目前定型的板式轨道有普通A型、框架型及在特殊减震区段使用的减振G型等。日本板式轨道的应用是从桥梁和隧道开始的，在既有线和新干线上先后铺设了20多处近30km的试验段。在土质路基上应用板式轨道同样经历了30多年的发展历程，开展了大量的室内外试验研究工作。1968年提出RA型板式轨道，并在铁道技术研究所进行了性能试验。20世纪70年代，日本将板式轨道作为铁路建设的国家标准进行推广，板式轨道得到了广泛的应用。420世纪90年代初，提出用混凝土道床代替沥青混凝土道床的结构方案，并用普通A型板式轨道取代RA轨道板，实现板式轨道结构型式的统一。目前，日本不仅在桥梁、隧道中铺设无砟轨道，而且在路基上也全面推广使用。为了适应东北、上越新干线的寒冷地区，又研制出双向预应力结构轨道板，后来为了节省投资，在标准A型轨道板的基础上，研制出框架式轨道板。另外，为了解决新干线的噪声及振动问题，实现客运专线高速铁路发展与社会环保兼容的目的，经试验后，将减振G型板式轨道作为标准形式，规定在减振降噪区段铺设。 到目前为止，日本板式轨道累计铺设历程达到2700多公里（其中新干线约1600多公里），在规模发展的同时，日本还不断改进、完善结构设计参数和技术条件，最终将普通A型和框架式结构作为标准结构定型。框架型轨道板在混凝土和CA砂浆用量上较A型板少，可减少板的成本，也可以减少日温差引起的板的翘曲。最初的A型和框架型板为普通混凝土结构，适用于温暖地区和隧道内，在东北、上越新干线等寒冷地区则采用双向预应力A型板。目前，无渣轨道的优越性已经被世界上许多建设高速铁路的国家和地区认可。韩国、印度、荷兰等国近年修建的高速铁路都采用了无砟轨道技术。1.3 无砟轨道国内研究历程及应用我国研究无砟轨道采用以政府主导、科研机构研发的模式。主要技术路线为：通过理论研究确定设计参数、进行实尺模型铺设和技术性能试验、完善设计参数、提出施工方案、试铺。我国无砟轨道开发初期，在成昆线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1km的隧道内铺设支承块式整体道床，总铺设长度约300km。20世纪80年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总长约10km。1955年开始对弹性支承块式无砟轨道展开研究，并得到推广应用。19961997年先后在陇海线白清隧道和安康线大瓢沟隧道铺设弹性支承块式无砟轨道试验段，在秦岭隧道一线、秦岭二线隧道正式推广使用，合计铺设36.8km；以后又陆续在宁西线（西安南京）、兰武复线、宜万线、湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛的应用，累计铺设弹性支承块式无砟轨道近200km。在国家科技攻关专题“高速铁路无砟轨道设计参数的研究”中，我国提出了适用于高速铁路桥隧结构上的长枕埋入式、弹性支承块式、板式3中无砟轨道结构型式及其设计参数；在铁道部科技开发计划项目“高速铁路高架桥上无砟轨道关键技术的试验研究”中，完成了以上3种无砟轨道实尺模型的铺设及各项性能指标试验，初步提出高架桥上无砟轨道的施工方案。1999年在秦沈客运专线沙特大桥开始试铺长枕埋入式无砟轨道，在秦沈客运专线狗河特大桥直线和双河特大桥曲线上开始试铺板式无砟轨道，在赣龙线枫树排隧道也进行试铺验证。我国经过近50年的无砟轨道的理论研究、室内模型试验、桥上和隧道内试验段铺设，取得了一系列的研究成果。通过实践，在无砟轨道的结构设计、施工方法、轨道基础技术等方面积累了宝贵的经验，为进一步发展无砟轨道技术打下了坚实的基础。目前，我国铁路无砟轨道系统的研究成果已全面投入到京津、武广、郑西、石太、京沪、京广、哈大等客运专线和沪宁、广深港、广珠等城际铁路的工程建设中，其中京津、武广、郑西、石太、沪宁、沪杭等客运专线或城际铁路已经顺利开通运营。目前，我国无砟轨道采用的最多的几种轨道有CRTS型板式无砟轨道，CRTSII型板式轨道，以及双块式轨道，轨枕埋入式轨道,还有我国自主研发的CRTSIII型板式轨道。1.4 CRTS型板式轨道简介CRTS型轨道板采用C60混凝土预制而成，其中涉及到的有水泥、掺合料、外加剂、粗细骨料、钢筋、预应力钢棒、封锚砂浆等14种主要原材料。CRTS型轨道板采用塌落度为80-120 mm 的C60 混凝土灌注，经过静停、升温、恒温、降温这四个阶段的蒸汽养护控制，采用后张法施加预应力以保证轨道板的高强度和耐久性指标。2CRTS型板式无砟轨道是这样一种轨道结构型式：将预制好旳轨道板首先经过水泥沥青砂浆调整层，在现场绕注在拥有凸形挡台的钢筋混凝土底座上面，能够适应ZPW-2000轨道电路。CRTS型板式无砟轨道的结构由以下部分组成：钢轨、扣件系统、充填式垫板、轨道板、水泥乳化沥青砂浆调整层、混凝土底座、凸形挡台还有周围填充树脂等。在这其中，扣件采用的标准是无挡肩弹性分开式扣件，其扣件间距一般为629毫米，最好不要超过650毫米，如果超过了就应该进行特殊检算，如图1-4为CRTS型板式无砟轨道的结构组成。CRTS型板式轨道板釆用工厂化的方法进行生产，并能够做到提前预制存储。必须要通过关于无砟轨道对铺设条件的评估，并且确定能够达到轨道施工要求后，方才能够进行灌注底座混凝土和凸型挡台，将轨道板运输到线路上，进行铺设后并且精确调整轨道板后，方能进行CA砂装的灌注工作，进而铺设无缝线路。 图1-4 板式无砟轨道结构示意图CRTS型板式轨道结构特点如下:（1）由于采用了比较坚实的混凝土基础，所以减小了轨道板的设计强度。轨道板有多种作用，如可以承载、传递纵横向力、对钢轨进行定位等。（2）CA砂浆作为调整层，轨道板的定位，可以通过调整CA砂浆厚度来调整，从而能够确保轨道板正确合理的几何定位，但是要求CA砂浆有着姣好的流动性、传力能力要强，这就对CA砂浆要求比较高。（3）这种无砟轨道结构采用层次分明的层状结构体系设计原理，维修或撤换比较方便。（4）为了能够更有效的传递纵横向力，在混凝土底座上设置圆形凸形挡台，。其凸形挡台是主要的传力结构，必须采取保护措施，设计时在凸台和轨道板之间设置缓冲层，以减少在传递水平力时对凸台造成的冲击，增加其使用寿命。（5）该轨道结构可修性好、施工效率高、弹性好、通用性强。CRTS型板式无砟轨道的技术特点：（1）能够很好的保证铺设的精度：首先在混凝土底座上直接“放置”已经预制好的轨道板，然后通过在轨道板和底座中间填充水泥乳化沥青砂浆来达到调整轨道板的目的。（2）由于施工性能非常好，可以最大限度地减少在现场上的工作量，从而能够使用机械化施工，因此提高了作业水平，大大加快了施工进度。（3）可修复性很好，不仅可以通过扣件来调整轨道的几何形位，也能够用调整水泥沥青砂浆还有凸形挡台树脂厚度的方法来适应线下基础的变形：垂向和横向的变形。3由于是使用单元板式结构，所以当在轨道板损坏或者是线下基础有利变形的时候，可以能够用更换轨道板还有重新灌注砂浆的办法来达到快速修复的目标，从而对线路运营的干扰程度降到最小。（4）具有很好的减振降噪能力以及抗震性能、同时也有较好的弹性。CRTS型无砟轨道板的工艺流程可以概括为：钢筋骨架制作完成后，到固定模板位置安装就位，浇筑混凝土，蒸汽养护至脱模强度脱模，进行翻板检查，检查合格后进行预应力张拉和锚穴孔封锚作业，水养完成后运输至存板区存放。21.5 海南东环铁路简介及工程概况海南岛以其丰富的旅游资源、独特的气候条件和区位优势，成为世界闻名的滨海旅游度假胜地。海南东环铁路建成后将填补海南东部地区铁路空白，完善海南铁路路网、增强区域路网灵活性。本线与海南西环线共同构成环岛旅游观光铁路，为旅客提供多样化、快捷化的出行方式，形成多功能、多层次、全方位、立体式的快速、高效综合运输体系，对整合海南省旅游资源，优化旅游产业结构，提升旅游产品档次，改善旅游环境，加强琼北、琼南中心城市与周边城市之间的联系，加快海南省城市化进程，尽快形成东部旅游产业经济带和城镇带具有重要意义。海南岛属热带季风海洋性气候。基本特征为：四季不分明，夏天酷热，冬天严寒，气温年温差较差小，年平均气温高；干季、雨季明显，冬春干旱，夏秋多雨，多热带气旋；光、热、水资源丰富，风、旱、寒等气候灾害频繁。年平均气温22.525.6,年日照时数17802600小时，太阳总辐射量45005800兆焦耳/平方米，年降水量15002500毫米（西部沿海约1000毫米）。海南岛大部分地区年平均气温在22.525.6之间，中部山区略低于23，南部、西部略高于25，等温线向南弯曲呈弧线，由中部山区向沿海递增，沿海高于内陆，南部高于北部。最冷月在1月份，中部山区月平均气温16.5左右，全岛最低，最热月大部分地区出现在7月，月平均气温西部的东方为29.2，为全岛最高。海南岛年极端最高气温，北部约39.0，中部约3739，西部与西南部沿海低于36。一般出现在四五月或六七月。年极端最低气温主要出现在1月份，也有在2月或12月。极端最低气温的多年平均值，中部山区低于5（白沙最低3.6），大部分地区为68，南部沿海稍高于10。海南岛是以五指山为中心的穹窿状地貌，环状递降为山岳、丘陵、台地、阶地和滨海平原，河流呈放射状流入大海。本线路穿越滨海海湾堆积平原区、火山岩台地区、剥蚀堆积波状平原区、构造剥蚀丘陵区及海成砂堤阶地区等地貌单元。海拔高程低，万泉河以北段地形较平坦，远处有火山锥分布，为玄武质火山岩地区和花岗岩残积夷平波状平原区，地层结构松软，多被辟为旱地和水田。万泉河以南段地区多起伏，为沉积岩、浅变质岩和花岗岩构造剥蚀丘陵区、第四纪松散层堆积波状平原和滨海堆积平原相间地貌，高程差异大，河漫滩宽阔，阶地较发育。沿线水系较发育，港湾、水库、河流密布，渠道纵横交错。海南岛地表水系以放射状流入大海，河床纵坡大，流程不长。海南东环铁路：北起海口市海口东站，南至三亚地区新三亚站，包括海口、三亚配套工程，途经海口、文昌、琼海、万宁、陵水和三亚，该铁路在走向、沿途站点设置上均尽量多考虑重要的城市、景区，如琼海的博鳌、万宁的兴隆等，以带动当地旅游经济的发展。全长308.1公里，是海南省第三条铁路大动脉。根据东环铁路建设规划，预测东环铁路远景输送能力为高峰小时1.3万人次，年输送能力5000万人次。东环铁路全线计划设10个站，建设站点：海口东站、美兰站、文昌站、琼海站、博鳌站、万宁站、神州站、陵水站、亚龙湾站（原田独站）、新三亚车站。另外，东寨港站、冯家湾站、山根站、日月湾站、高峰站、海棠湾站6个站缓建。已拟定东环铁路沿线道路新客运站建设方案，决定在东环铁路沿线道路新设16个客运站，初步设置10个站。按照交通部站场建设标准：特等站：日均上下车及换乘旅客在60000人以上，并办理到发、中转行包在20000件以上的客运站。一等站：日均上下车及换乘旅客在15000人以上，并办理到发、中转行包在1500件以上的客运站。二等站：日均上下车及换乘旅客在5000人以上，并办理到发、中转行包在500件以上的客运站。根据交通部对站场建设标准的要求，东环铁路沿线客运站需建设海口东、三亚2个一等站，文昌、陵水2个三等站，其余皆为四等站。 海南东环铁路线技术标准：功能定位：以客运为主、兼顾货运铁路等级：国铁级；正线数目：双线；设计速度：200km/h，预留250km/h；线间距：5.0m，部分限速地段根据线路允许速度确定；最小曲线半径：一般3500m；困难2800m。最大设计坡度：6；到发线有效长度：850米、部分1050米；牵引种类：电力；列车类型：动车组，HXD系列；列车运行控制方式：自动控制；行车指挥方式：综合调度集中。东环铁路沿着东海岸，将穿越最具旅游发展潜力的东部城市带和滨海旅游带。沿线风光旖旎，景点荟萃，如海口的东寨港，文昌东郊椰林、高隆湾，琼海的博鳌水城、万泉河，万宁的神州半岛、东山岭、兴隆、月亮湾、石梅湾，陵水的香水湾及三亚海棠湾、亚龙湾等热带海滨风景名胜区。海南东环铁路建设的信息显示，这个海南省历史上投资最大的基础建设项目、 “一号工程”，将比计划提前9个月开通运营。海南省没有电气化铁路、没有城际轨道交通的历史从此结束。图1-5海南东环铁路线第2章 CRTSI型板式轨道结构构成及尺寸拟定 CRTSI型板式轨道结构由钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆与混凝土底座、凸形挡台以及其周围填充的树脂组成。2.1 钢轨和扣件钢轨是列车与轨道结构直接接触的部分，用于引导机车车辆的车轮前进，并承受车轮的巨大压力，将其传递到轨枕道床及路基，是轨道结构的重要部件。5因此，对钢轨的选择十分重要，其参数特性对轨道结构的传力有很大的影响，本设计中基本轨采用60kg/m无孔热轧新轨，线路按一次铺设跨区间无缝线路设计，钢轨截面尺寸如图2-1。扣件采用WJ-7型扣件，扣件节点间距为629mm。图2-1 60kg/m钢轨尺寸图 2.2 轨道板轨道板是无砟轨道的重要组成部分之一，它的主要功能有定位与支承钢轨，并且列车荷载和振动产生的巨大能量先由其承担。12对于一条无砟轨道铁路线路，选择轨道板的尺寸十分重要。CRTSI型板式轨道的轨道板有多种结构，分为预应力平板（P）、预应力框架板（KJ）和钢筋混凝土框架板（PF）。7不同类型的轨道板使用范围见表2-1，在本设计中海南东环铁路地处热带地区，所以采用预应力平板结构，即P型轨道板。表2-1 CRTSI型不同轨道板适用范围下部基础气候环境温暖地区寒冷、严寒地区高盐、酸雨环境路基PF4962，P4962P4962PF4962，P4962桥 梁24m梁KJ4856，KJ4856A（梁端）PF4856，PF4856A（梁端）P4856，P4856A（梁端）P4856，P4856A（梁端）PF4856，PF4856A（梁端）P4856，P4856A（梁端）32m梁KJ4962，KJ3685（梁端）PF4962，PF3685（梁端）P4962，P3685（梁端）P4962，P3685（梁端）PF4962，PF3685（梁端）P4962，P3685（梁端）隧道KJ4962，PF4962，P4962KJ4962，PF4962，P4962KJ4962，PF4962，P4962根据表2-1，在本设计中对于不同路段轨道板的选择是：路基上轨道结构采用型轨道板；桥梁上轨道板根据梁跨长度进行配板，梁采用，梁采用；隧道内轨道板采用型轨道板，各型号轨道板只有板长不同，板的厚度均为190mm，板的宽度均为2.4m。即：标准板：桥梁上的异形板：； 对于以上本设计中用到的三种轨道板，其各自的结构尺寸如图2-2，2-3，2-4所示。图2-2 标准板尺寸图图2-3 P3685异形板尺寸图图2-4 P4856异形板尺寸图2.3 混凝土底座及凸形挡台混凝土底座是位于板式无砟轨道最下部的混凝土结构，为板式无砟轨道的基础找平层和曲线地段超高设置的调整层，可以分散上部结构的应力。在本设计中底座板在不同路段基础上所采用的结构尺寸有所差异。路基面上底座直线段宽3000mm，厚300mm，曲线段根据实际超高值设置，底座在基床表层上分段设置，每隔3块轨道板设置20mm的伸缩缝，伸缩缝对应凸形挡台中心并绕过挡台，同时伸缩缝要在行车方向前进侧设置；桥梁面上底座直线段宽2800mm，厚200mm，曲线段根据超高值设置，混凝土底座直接在梁面构筑、分段设置，每块轨道板长度设置20mm伸缩缝，伸缩缝与板缝间隔对齐；隧道基底表面在铺设底座板前应拉毛或凿毛处理，底座板宽3000mm，厚200mm，隧道洞口底座伸缩缝与下部基础对应，并分段设置，每三块轨道板长度设置20mm伸缩缝且绕过挡台。凸形挡台分为圆形和半圆形，其作用有: （1）轨道板纵横向定位； （2）承受并传递轨道板所受到的水平力和横向力； （3）施工过程中的测量定位。 在本设计中凸形挡台的直径选为520mm，厚度250mm，凸形挡台设在梁端或两块轨道板中间，在梁端为半圆形，轨道板之间为圆形，其尺寸图如图2-5。 填充树脂图2-5 凸形挡台示意图2.4 CA砂浆调整层CA砂浆作为预制轨道板与现场浇筑的混凝土底座间的调整层材料，需要具有良好的施工性，以满足填充轨道板和底座之间的空隙要求，同时还应保证在一定时间内固化，并具有足够的强度、耐久性、稳定性以及相应的弹性。8CA砂浆作为中间的调整层，既能满足结构的受力性能，也便于施工，中间调整层厚度取50mm。2.5 各路段横断面图及曲线超高设置CRTSI型板式轨道的曲线超高均在混凝土底座设置，采用外轨抬高式，且在缓和曲线地段完成过渡，即从直缓点到缓圆点超高值由0mm直线递增至设计超高值，从圆缓点到缓直点超高值由设计超高直线递减至0mm。 图2-6 路基地段横断面图2-6 路基地段曲线超高设置图2-7 桥梁地段横断面图图2-8 桥梁地段曲线超高设置图2-9 隧道地段横断面图图2-10 隧道地段曲线超高设置 第3章CRTSI型板式轨道力学计算3.1 列车荷载弯矩计算3.1.1 计算参数的选取建立模型时选取的钢轨为60kg/m无缝钢轨；扣件间距定为0.625m；轨道板尺寸为：长5m，宽2.4m，厚0.19m；混凝土底座尺寸：长度为三块轨道板的长度即15.1m，宽3m，厚0.3m。建立本模型涉及到的部分有钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆、底座板，因为建立的是梁板模型，钢轨用的是梁单元，轨道板和混凝土底座利用的是板单元，扣件和CA砂浆用的是模拟弹簧直接连接。13结合相关资料及规范，所选模型中轨道结构各部分的设计参数如下表：表3-1 路基上轨道结构各部分设计参数参数量值钢轨弹性模量E /( N/ )泊松比0.3扣件刚度系数k/( kN/ )30扣件间距/m0.625轨道板弹性模量E /( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667CA砂浆弹性模量E(N/)厚度/mm50混凝土底座弹性模量E/( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667基础刚度刚度（MPa/m）76表3-2 桥梁上轨道结构各部分的设计参数参数量值钢轨弹性模量E /( N/ )泊松比0.3扣件刚度系数k/( kN/ )30扣件间距/m0.625轨道板弹性模量E /( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667CA砂浆弹性模量E(N/)厚度/mm50混凝土底座弹性模量E/( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667基础刚度刚度（MPa/m）1000表3-3 隧道路段轨道结构各部分设计参数参数量值钢轨弹性模量E/( N/ )泊松比0.3扣件刚度系数k/( kN/ )30扣件间距/m0.625轨道板弹性模量E /( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667CA砂浆弹性模量E(N/)厚度/mm50混凝土底座弹性模量E /( N/ )（宽度厚度长度）/m泊松比0.1667基础刚度刚度（MPa/m）12003.1.2 模型的建立本文的模型是用大型通用的有限元软件ANSYS建立的，为梁板模型。钢轨简化为梁，扣件采用线性点支承弹簧模拟,砂浆层简化为均布线性弹簧。6建立模型时取3块轨道板的长度，中间板为计算板，计算式仅考虑列车竖向荷载的作用，轨道板与底座板的板边为自由边界，每块板各有一点约束水平方向位移，钢轨也要约束水平位移。这样，模型无刚体位移、无多余约束，符合无砟轨道的实际边界情况。图3-1 路基上模型轴测图图3-2 模型的线框图一单元的定义1. 钢轨采用弹性点支承梁模型模拟，采用的单元是BEAM188。2. 扣件采用线性点