（道路与铁道工程专业论文）无砟轨道性能综合评价与分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页摘高速铁路的核心技术是高速度，面3 之它对轨道结构提出了高平顺性和高稳定性的要求。高平顺性是乘坐舒适性的保证，高稳定性是少维修的基础。显然传统的有碴轨道结构已不能满足高质量铁路的要求。一种新的轨道结构形式一无砟轨道孕育而生。无砟轨道以其稳定性好、轨道几何尺寸保持持久、维修工作量少、耐久性好，桥梁二期恒载小、可降低隧道净空减少开挖面积、综合经济效益高等优点在各国高速铁路建设中得到越来越广泛的应用。我国无砟轨道起步相对较晚，基本处于应用的初级阶段，对于各种无砟轨道结构的性能有待进一步的了解和研究。本文对无砟轨道技术要求做了全面的总结，主要对无砟轨道对运营条件的适应性、对轨下基础的适应性、对运营要求的满足程度、对轨道设计技术条件要求的满足程度、可施工性、经济性、环保性等七个方面做了介绍和总结；系统总结了日本板、r h e d a 2 0 0 0 、z t l b l i n 、b s g l 四种无砟轨道结构的各项技术，并指出了在我国各试验段应用中存在的问题；在以上工作的基础上开发了无砟轨道性能评价专家系统，该系统能根据指定的各项评价指标系统的评价和分析日本板、r h e d a 2 0 0 0 、z t l b li n 和b s g l 四种无砟轨道性能的优劣以及各自的优缺点和适用范围，并以优( 用a 表示) 、良( 用b 表示) 、好( 用c 表示) 、一般( 用d 表示) 、差( 用e 表示) 五分制来给出四类无砟轨道在各评判标准下的评价，再根据各评判标准的权重，为无砟轨道打分，最后综合无砟轨道在各评价标准下的得分，得出各类无砟轨道系统的综合性能。并通过综合研究无砟轨道参数，为我国无砟轨道系统的开发提供了一定的技术参考。关键词：无砟轨道、性能评价分析、专家系统西南交通大学硕士研究生学位论文第页a b s tr a c tt h ec o r et e c h n o l o g yo fh i g h s p e e dr a i l w a yi sh i g hs p e e d ，i tr e q u i r e sh i g hs m o o t h n e s sa n dh i g hs t a b i l i t y ，h i g hs m o o t h n e s si st h eg u a r a n t e eo fc o m f o r t ，h i g hs t a b i l i t yi st h ef o u n d a t i o no ff e w e rr e p a i r s o b v i o u s l y ，t r a d i t i o n a lb a l l a s t e dt r a c kc a nn o tm e e tt h ed e m a n do fh i g hq u a l i t yt r a c k an e wt r a c ks t r u c t u r e b a l l a s t l e s st r a c kh a sc a m ei n t ob e i n g b a l l a s t l e s st r a c kh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sw e l ls t a b i l i t y , t r a c kg e o m e t r yi se a s i l yt ob ek e e p ，al i t t l er e p a i r , g o o dd u r a b i l i t y ，t h es e c o n d s t a g ec o n s t a n tl o a do fb r i d g ei ss m a l l ，l o wt u n n e lc l e a r a n c e ，h i g hc o m p r e h e n s i v ee c o n o m i cb e n e f i ta n ds oo n ，t h e r e f o r e ，t h eb a l l a s t l e s st r a c kh a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yc o u n t r i e s c h i n e s eb a l l a s t l e s st r a c kf r a g m e n t sr e l a t i v e l yl a t es t a r t ，t h eb a s i ca p p l i c a t i o ni nt h ei n i t i a ls t a g e ，f o rav a r i e t yo fn o n p e r f o r m a n c eo ft h es t r u c t u r eo ft h et r a c kf r a g m e n t st ob ef u r t h e ru n d e r s t a n d i n ga n dr e s e a r c h i nt h i sp a p e r , t h ef r a g m e n t sw i t h o u tt h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so ft h et r a c kh a sd o n eac o m p r e h e n s i v es u m m a r yo ft h em a i nf r a g m e n t so fn o n - o r b i to p e r a t i o no ft h ec o n d i t i o n so fa d a p t a t i o n ，b a s e do nt h et r a c ku n d e rt h ea d a p t a b i l i t yo ft h eo p e r a t o r sm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ee x t e n to ft h et r a c kd e s i g nt e c h n o l o g yr e q u i r e dt om e e tt h ec o n d i t i o n s ，c o n s t r u c t i o nc a nb es e x u a l ，e c o n o m i c ，e n v i r o n m e n t a la n ds e v e nh a v ed o n eap r e s e n t a t i o na n ds u mu p ；s u m m e du pt h ej a p a n e s es y s t e mb o a r d ，r h e d a 2 0 0 0 ，z i i b l i n ，b 6 9 lf r a g m e n t so ft h ef o u rn o n t r a c ks t r u c t u r eo ft h et e c h n o l o g y , a n dp o i n t e do u tt h a ti no u ra p p l i c a t i o no ft h et e s ts e c t i o np r o b l e m s ；i nt h ew o r ko fm o r et h a no nt h eb a s i so ft h ed e v e l o p m e n to ft h ef r a g m e n t sw i t h o u te x p e r te v a l u a t i o no ft h ep e r f o r m a n c eo ft h et r a c ks y s t e m ，w h i c hc a nb ed e s i g n a t e di na c c o r d a n c ew i t ht h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fe v a l u a t i o na n da n a l y s i so fj a p a nb o a r d ，r h e d a 2 0 0 0 ，z i i b l i na n d西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页b 6 9 lf r a g m e n t so ft h ef o u rn o n t r a c kp e r f o r m a n c ea sw e l la st h em e r i t so ft h e i rr e s p e c t i v ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n ds c o p eo fa p p l i c a t i o n ，a n ds u p e r i o rt o ( u s et h a ta ) ，g o o d ( bw i t ht h a t ) ，g o o d ( t ou s et h a tc ) ，g e n e r a l ( i n d i c a t e db yd ) ，p o o r ( t h a tu s ee ) f i v es y s t e mi sg i v e nt of o u rn o n t r a c kf r a g m e n t si nt h ec r i t e r i au n d e re v a l u a t i o n ，i na c c o r d a n c ew i t ht h es t a n d a r dw e i g h tf o rt h en o n s c o r i n gt r a c kf r a g m e n t s ，t h el a s tf r a g m e n t sw i t h o u tac o m p r e h e n s i v ee v a l u m i o no ft h et r a c ki nt h ec r i t e r i o n ，c o m ea l lt y p e so fn of r a g m e n t so ft h et r a c ks y s t e mp e r f o r m a n c e a n dt h ea d o p t i o no fac o m p r e h e n s i v es t u d yo fn o n o r b i t a lp a r a m e t e r sf r a g m e n t s ，f r a g m e n t so fc h i n a sn o n t r a c ks y s t e mt op r o v i d eac e r t a i na m o u n to ft e c h n i c a lr e f e r e n c e k e yw o r d s ：b a l l a s t l e s st r a c k ，a p p r a i s ea n da n a l y s i so np e r f o r m a n c e s ，e x p e r ts y s t e m西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1 保密口，在年解密后适用本授权书；2 不保密团，使用本授权书。指导教师签名：互手日期：加喀年乃月jz 日西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1 、本文全面介绍了无砟轨道的技术要求，系统总结无砟轨道技术的发展，指出了当前在我国应用中存在的问题。2 、综合研究无砟轨道的各种技术参数和指标，开发了无砟轨道性能评价专家系统，对无砟轨道中的典型代表进行了定量综合评价和分析，并给出了应用实例。学位论文作者签名：吲雅掰日期：历以年，二月西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页1 1 引言第1 章绪论根据我国中长期铁路网规划，到2 0 2 0 年我国铁路将建成“四纵四横 快速客运通道及三个区域城际快速客运系统。高速度、高密度、长距离跨线运输是我国客运专线主要运营特点。为满足行车安全、乘车舒适和准点行车的要求，铁路线路必须具有结构连续、平顺、稳定、耐久和少维修的性能。无砟轨道在国外高速铁路已得到广泛应用，并已在上述性能方面显示出明显的优越| 生，取得了良好的技术和经济效益。我国铁路对无砟轨道也进行了大量的研究与应用，特别是在桥上及隧道内已铺设过若干试验段，积累了一定的经验，这些都为在我国客运专线上继续研究、开发和推广无砟轨道打下了技术基础。2 0 0 4 年铁道部决定在遂渝线建设成区段的无砟轨道综合试验段，通过综合试验段的实际试铺，系统地研究解决不同类型无砟轨道结构、岔区无砟轨道、过渡段、结构承载能力及耐久性、路基结构形式、桥梁和路基变形对无砟轨道的影响、减振降噪措施、无砟轨道对轨道电路的适应性等关键技术，为研究发展并推广具有自主创新的无砟轨道技术积累经验。该试验段于2 0 0 6 年底建成，并在铁道部统一组织下开展了实车综合试验。2 0 0 5 年开始，铁道部又先后引进了国外高速铁路先进成熟的无砟轨道系统，包括b s g l 型、z u b l i n 型、r h e d a 2 0 0 0 型和日本板式的设计、制造、施工及相关接口技术，并分别在京津城际轨道交通工程、郑西、武广客运专线上应用。根据铁道部的统一部署，科研、设计、制造和施工单位前期全面开展了对国外无砟轨道引进技术的消化吸收工作，在客运专线无砟轨道系统技术方面均得到了不同程度的提高。同时国内在前期理论和试验研究的基础上，针对遂渝线无砟轨道综合试验段工程，开展了无砟轨道自主创新研发工作，并取得了一些阶段成果。通过前期无砟轨道技术的引进消化吸收和自主研发工作，我国在无砟轨道结构设计、施工方法和线下工程技术要求等方面积累了宝贵的经验，为客西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页运专线无砟轨道技术实际应用工作打下了良好的基础，应用于实际的时机已经成熟。在铁道部关于“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体要求和安排下，铁道部在相关的试验和研究的基础上，将成果应用于实践，目前已经建成并投入使用的无砟轨道有津京城际博格无砟轨道，全长1 2 0 k i n ，运营时速高达3 5 0 k m h ，从天津到北京仅仅需要3 0 分钟时间，在人流高峰期，还可以实现发车公交化，每隔3 5 分钟发车一趟，目前为世界上运营速度最高的铁路；举世瞩目的京沪高速铁路也于今年开工建设，其全长1 3 0 0k m ，设计时速3 5 0k m h ，届时从北京到上海仅仅需要4 个半小时，可能比坐飞机还要快；还有武广客运专线，采用雷达2 0 0 0 型无砟轨道，全长1 0 0 0 k m ，设计时速3 0 0 k m h ，也已开始施工建设；合武、温甬等高速铁路的施工也在进行，各省市的城际高速铁路也在如火如荼的进行之中，各铁路局根据自己的实际情况和相关省市规划将合资修建一批城际快速通道，到2 0 1 0 年底，我国将建成5 0 0 0k m 客运专线，到2 0 2 0 年将初步建成1 2 0 0 0k m 的高速铁路运输网。虽然我国在无砟轨道结构设计和应用方面做了很多的尝试和工作，但是我们仍然处于无砟轨道应用的初期阶段，还有很多的问题没有得到根本的解决，例如降低列车运行噪声、改善填充层材料的温度适应性、扩大适用范围、提高低抗水平力的可靠性、轨道板形状尺寸的优化、改善轨道板与c a m 层的接触条件、扩大支承填充层的选择范围、提高更换作业效率、双块式无砟轨道结构的改善与优化、混凝土道床裂缝的成因及其控制等，本文特建立无砟轨道综合分析与评价系统，希望对解决这些问题提供一些思路。1 2 无砟轨道国内外应用和研究现状1 2 1 无砟轨道国外应用研究现状( 1 ) 日本板式无砟轨道日本是发展无砟轨道较早、进展较快的国家，为适应高速行车的需要，解决线路维修的困难，日本板式轨道的研发，作为“新型轨道结构的研究西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页技术课题，始于1 9 6 5 年。日本在其修建的第一条高速铁路东海道新干线时，由于对地基基础处理的不重视，在线路开通初期便出现了较多的线路病害，不得不限速运行，并下大力气进行加强地基、更换钢轨，也直接导致了板式无砟轨道的出现。板式无砟轨道是技术较先进的新型轨下基础，具有线路稳定性，降低隧道和高架桥的造价、外观整洁美观、噪声低等优点。板式轨道技术经济合理，是轨下基础的发展方向。世界各国己先后致力于板式无砟轨道的研究并取得许多设计、施工、制造和运营方面的经验。日本定型的轨道板有适用于隧道或高架桥上的a 型、框架型轨道板、适用于土质路基上的r a 型轨道板及特殊减振区段用的防振g 型轨道板等，构成了适用于各种不同使用范围的轨道板系列，其中带有凸形挡台的a 型板式轨道作为标准型式在国内推广应用。日本的板式轨道由轨道板、水泥沥青砂浆( c a 砂浆) 和混凝土基础三大部分组成。钢轨铺设在轨道板上，下面为混凝土底座，中间灌注c a 砂浆作为轨道板的弹性垫层，并对轨道板进行一定程度上的调整。混凝土基础上每间隔一定距离布置凸型挡台，以承受轨道的纵、横向力。a 型轨道板的长度通常为5 0 0 m ，宽度为2 3 4 m ，厚度1 9 0 m m ，c a 砂浆厚度5 0 m m 。日本板式轨道的应用，截止到目前，其板式轨道累计铺设里程己达2 7 0 0 多公里。轴i c i 扳p c 或r c )图1 - 1 普通a 型板式轨道1 1近几年，随着北陆等新干线的建设，板式轨道又有了较大发展，主要在以下几个方面：1 ) 可用于露天地段使用的土路基上板式轨道；西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页2 ) 为节约混凝土用量、降低造价，3 ) 为了提高c a 砂浆的灌注效率，编织袋灌注方法；发展了框架型板式轨道；节约模板用量，发展了c a 砂浆的4 ) 在人口稠密的居民区，为了降低噪声的干扰，在轨道板和c a 砂浆垫层间铺设2 5 m m 厚的橡胶垫层，发展了防振型板式轨道。( 2 ) 德国r h e d a 型无砟轨道德国铁路于上世纪6 0 年代开始无砟轨道的研究，曾试铺过十余种无砟轨道结构。1 9 7 2 年原西德铁路在r h e d a 车站试铺了由德国慕尼黑工业大学陆地交通工程试验中心开发的枕式无砟轨道，轨下基础由整体混凝土枕和现浇钢筋混凝土板组合而成，称为r h e d a 型无砟轨道。r h e d a 型无砟轨道为钢筋混凝土底座的结构型式之一，是德国开发的省力化轨道结构，主要着眼点于在坚固的土路基上进行铺设，以p c 枕木为基轨结构，调整高度后，在周围配置钢筋，用混凝土浇筑的轨道。在建立大量试铺段进行运行试验和长期观测的研究基础上，在德铁桥梁、隧道和土质路基上全面推广应用，在德铁铺设的6 6 0 k m 无砟轨道( 含8 0 多组道岔区) 中，r h e d a 型约占一半以上。运营实践表明，铺设在土路基上的线路，除少量调整钢轨扣件作业以外，几乎没有其他作业，维修工作量很少，显示出良好的质量与性能。最近开发的r h e d a2 0 0 0 型无砟轨道( 见图1 2 ) 己投入商业应用。由两根析架形配筋组成的特殊双块式轨枕取代原r h e d a 型中的整体轨枕；取消原结构中的槽形板，统一了隧道、桥梁和路基上的型式；同时，轨道结构高度从原来的6 5 0 m m 降低为4 7 2 m m ；r h e d a2 0 0 0 型的支承块只保留承轨和预土单扣件电雾栓部付的千币制洱勰+ 苴余为析挚式钢筋骨挚从而减少了新、图1 2r h e d a 2 0 0 0 型无砟轨道弘1西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页( 3 ) 德国博格板式无砟轨道博格板式无砟轨道系统的前身是1 9 7 9 年铺设在德国卡尔斯费尔德一达豪的一种预制板式无砟轨道。通过对其进行包括预应力结构、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进；采用先进的数控磨床来加工预制轨道板上的承轨槽；使用快速方便的测量系统，使其精度容易满足高速铁路对轨道几何尺寸的高要求。高性能沥青水泥砂浆垫层口j 以为轨道提供适当的刚度和弹性。博格公司为轨道板施工研制生产了成套的设备，使得博格板式轨道机械化程度高于般轨道结构。博格板式无砟轨道己获得了德国联邦铁路管理局颁发的许可证，可用于3 0 0k m h 的高速铁路，目前正在德国纽伦堡至英戈尔施塔特的新建高速线上铺设。t t m # 1 t0 ， _ i 一二r 、 ir ：图1 - 3 路基上博格板式无砟轨道标准断面图”1( 4 ) 旭普林( z 0 b ln ) 型无砟轨道旭普林( z f i b l i n ) 型无砟轨道系统于1 9 7 4 年开发，并在科隆一法兰克福高速铁路上成功铺设了2 1 1 a n ，图1 - 4 为旭普林型无砟轨道结构示意图。雷达与旭普林轨道结构非常相似，都是在水硬性混凝土承载层( h y d r a u l i s c hg e b u n d e n et r a g s c h i c h t ，简称h g t 层) 上铺设双块埋入式道床板，不同的是雷达轨道是先将双块式轨枕按轨道设计要求定位好再浇筑混凝土道床板，而旭普林型轨道则是先浇筑好道床板，然后将双块式轨枕块安装就位，通过振动将轨枕块压入道床板中。西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页懑麓惑蕊憋汹122 无砟轨道国内应用研究现状国内对无砟轨道的研究始于上世纪6 0 年代，与国外的研究几乎同时起步。初期曾试铺过支承块式、短木枕式、整体灌注式等整体道床以及沥青道床等几种型式，正式推广应用的仅有支承块式整体道床。8 0 年代曾试铺过沥青整体道床，由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的整体道床，以及由沥青灌注的固化道床等，在大型客站和隧道内试铺，总长约1 0 k m ，但并未正式推广。此外，在桥梁上试铺过无砟无枕结构，在京九线九江长江大桥引桥上全部采用了这种结构，长度约7 k m 。在此2 0 多年期间，我国在无砟轨道的结构设计，施工方法，轨道基础的技术要求，以及出现基础下沉等伤损的整治等方面积累了宝贵的经验，并吸取了有益的教i j l l ，为发展无砟轨道新技术打下了基础。1 9 9 5 年以后，随着京沪高速铁路可行性研究的进程，无砟轨道在我国重新得以关注。在“九五”国家科技攻关专题中，提出了适用于高速铁路桥梁、隧道结构上的三种无砟轨道型式( 长枕埋入式、弹性支承块式和板式) 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，完成了对二种结构型式的无砟轨道( 长轨枕埋八式、弹性支承块式、板式轨道) 实尺模型的铺设及各项性能试验；初步提出高架桥上无砟轨道的施工方案；提出了高速铁路无砟轨道桥梁徐变上拱的跟值与控制措脑；建立了桥上无砟轨道车、线、桥耦合模型并进行了仿真计算，初步分析了高速铁路高架桥上无砟轨道的动力特性与车辆走行性能。参照日本板式轨道、德国r h e d a 轨道的型式，我国研制了板式轨道和西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页长枕埋入式两种无砟轨道型式。1 9 9 9 年在秦沈客运专线选定了三座高架桥作为无砟轨道的试铺段。其中，沙河特大桥( 长6 9 2 m ) 试铺长枕埋入式无砟轨道；狗河特大桥( 长7 4 1m ) 直线和双河特大桥( 长7 4 0 m ) 曲线上试铺板式轨道。参照国外经验，研制了弹性支承块式无砟轨道，己铺设在秦岭隧道中。图1 - 5 秦沈线板式轨道结构图【2 1图1 - 6秦沈线桥上长枕埋入式无砟轨道【2 】西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页图1 7 秦岭隧道弹性短轨枕无砟轨道【2 】在城市轨道交通中，广州地铁二号线铺设了弹性短轨枕轨道，以降低地铁列车振动对环境的影响，在需要特殊减振处理的地段，采用了减振性能更好的浮置板轨道。北京城铁在通过某高校实验室旁边时，为了减轻对实验室的影响，采用了钢弹簧浮置板轨道，减振效果明显。1 3 本文研究的主要内容根据铁道部的要求，铁路建设设备应采用先进、成熟、经济、适用、可靠的技术，应尽快实现技术设备标准化、系列化、模块化、信息化，加快铁路的现代化发展。无砟轨道经过多年的运用和发展，也应具备一套系统的现代化管理模式。基于此，本文全面介绍了无砟轨道的技术要求，系统总结无砟轨道发展技术，从而开发了无砟轨道性能评价专家系统，并给出了应用实例。对无砟轨道中的典型代表进行了定量综合评价和分析，研究无砟轨道的各种技术参数和指标，为工程实践和相关的运营养护维修单位提供一定的理论指导，为开发适应于我国的无砟轨道系统提供一定的技术参考。西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页第2 章无砟轨道的技术要求2 1 对不同运营条件的适应性2 1 1 在高速铁路上的适应性1 、轨道几何平顺性保持轨道结构高平顺性的核心是轨道结构具有良好的几何状态，具体要求主要有以下几点：( 1 ) 高精度和高可靠性的轨道部件。轨道结构是由钢轨、扣件、轨枕和轨下基础等轨道部件组成的结构体。( 2 ) 铺设高精度。轨道结构铺设高精度是实现初始高平顺性的保证。要求铺设的精度达到毫米级。在高速铁路上，长波长不平顺是影响舒适性的主要原因，应当在铺设阶段适当增加测量弦长度。2 、轨道稳定性( 1 ) 高精度和高可靠性的轨道部件，提高结构的系统性和耐久性，确保轨道长期高平顺性和轨道部件长期有效性和完整性。( 2 ) 确定轨道合理刚度，维持沿纵向轨道刚度分布均匀性。轨道必须有合理的弹性，保持钢轨轨底应力在允许范围内；保持沿线路纵向轨道弹性均匀性。3 、可调性( 1 ) 轨道刚度的调整。我国高速铁路轨道刚度的建议值为轨道整体刚度l o o k n m m 、钢轨支座刚度3 7 k n m m 、轨下垫板和道床刚度7 4 k n m m 呛1 。( 2 ) 轨道的几何尺寸和几何状态的调整。( 3 ) 轨道纵横向阻力调整( 纵横向力取决于各结构层的联结方式) 。4 、减振性无砟轨道刚度较大，弹性较差，增加了轮轨的振动及辐射噪声。无砟轨道的混凝土构件形成了较强的声反射刚性表面，加强了噪声的混响作用和噪声向两侧的辐射，使噪声强度增大。在轨道板下铺设的隔振层一般采用橡胶材料制成，如微孔橡胶垫板。铺设橡胶垫板后，可以增加轨道的整西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页体弹性，减少轮轨振动向板下的传递，和使用的以此为主要措施的轨道结构，5 、可维修性起到隔振的作用。目前国内外研发形成减振轨道的主流结构。无砟轨道是否具有可维护性是非常重要的一件事。无维修的概念是不合情理的，少维修的理念是符合轨道工程实际的h 。2 1 2 对于重载及提速线路的适应性重载线路具有轴重大、路基变形大等特点；在不增加轴重仅仅增加牵引力的情况下，重载列车由于牵引力引起的纵向力比普通列车大，而由于制动力引起的纵向力则与普通列车基本相同，因此必须增加钢轨支撑点的纵向阻力晦。这就不仅需要高性能的弹性扣件，同时也取决于轨道结构层间的联结方式。提高旅行速度的主要限制因素是小半径曲线和道岔。由于客车速度提高后，以目前规范进行曲线超高设置有一定的困难。为了合理提高客车的曲线通过速度，有必要对线路超高的设置进行研究哺1 。随着列车速度日益提高，对于轨道结构的动力作用也越来越大，列车提速给线路结构带来的主要问题有三个：( 1 ) 对道岔结构的振动冲击；( 2 )钢轨焊接区的强度；( 3 ) 桥台与路基连接处的动力问题。2 1 3 在城市轨道交通上的适应性城市轨道交通要求结构轻、减振性好、施工方便、少维修、无维修或免维修。在城市轨道交通中，轨道结构应根据不同的环境要求来设计。但是减振降噪是城市轨道交通建设与设计中应重点研究内容之一。因此，无砟轨道结构设计应遵循以下主要原则：( 1 ) 在列车长期动荷载作用下，轨道结构应保持安全、可靠的几何状态，并具有足够的承载能力、强度贮备和使用耐久性；( 2 ) 轨道结构的振动质量、刚度和阻尼应根据轨道结构动力学原理进行合理选择，以适应减振降噪的要求，使结构体有最大的减振降噪效果，并能减缓轮轨之间的冲击荷载，减轻钢轨的磨耗和波磨；( 3 ) 结构简单，便于组织快速施工和安装，便于配套设备和机构的应用，施工进度西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页应符合铺轨要求，对于混凝土道床的局部损坏应考虑有修复的可能性；( 4 )在轨道的基础已确保坚实稳定的前提下，仍需考虑因施工误差、曲线超高变化，以及预应力混凝土桥梁伸缩、上拱等因素引起的轨面标高的改变。为此，配套的扣件设计应考虑足够的调整量和可行的调整方法；( 5 ) 合理选材，轨道部件国产化，从而控制轨道结构的成本，由于无砟轨道可大幅度降低维修费用，其综合的经济效益可被接受，从而有推广应用的价值；( 6 )由于减振材料的寿命不如混凝土，少量维修是必要的，因此减振材料的更换应方便引。在轨道交通系统中，由运行列车对轨道的冲击作用产生振动，并通过结构( 隧道基础和衬砌或桥梁的墩台及其基础) 传递到周围的地层，进而通过土壤向四周传播，诱发了附近地下结构以及建筑物( 包括其结构和室内家具) 的二次振动和噪声。对于地下铁道，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、隧道基础和衬砌结构类型、轨道类型、是否采用了隔振措施等，此外列车与轨道的动力相互作用也会加大振动作用旧。2 2 对轨下基础的适应性2 2 1 在桥梁上或高架桥上的适应性由于无砟轨道与有碴轨道之间的竖向刚度不同、桥台与台后路基工后沉降的差异，为了保证列车运行安全性、减小列车通过时引起的振动、提高乘坐舒适性，在衔接处应设置一定长度的过渡段；过渡段的长度主要由路桥过渡段工后沉降差引起的轨面弯折角的限值控制。根据动力仿真计算结果，确定过渡段长度为2 5 m ( 台后路基工后沉降限值5 c m ) 。线路上部结构采取的过渡措施：1 、在过渡段较软一侧，增大轨道的竖向刚度。2 、通过增大轨排的抗弯模量来增加轨道的刚度。3 、在过渡段较硬一侧，减小轨道的竖向刚度。4 、在与有碴轨道相邻的第一跨无砟轨道梁上，在道床板与底座之间设置微孔橡胶弹性垫层。线路下部结构采取的过渡措施：西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页1 、桥头设置混凝土搭板。2 、加筋土路基结构。3 、基床表层填筑级配碎石，基床表层以下以a 、b 组粗粒土填筑，其间分层铺设土工格栅。2 2 2 在隧道中的适应性长度超过5 0 0 m ( 含5 0 0 m ) 、地质条件较好的隧道，轨道板的厚度必须在规定的限度内：l 、轨道板的最小厚度t 2 1 0 m m ( 在超高段) ：2 、轨道板的最小厚度t 2 4 0 r a m ( 在非超高段) ；3 、轨道板的最大厚度t 3 0 0 r a m 。结合无砟轨道设计技术条件和收集、分析德国铺设无砟轨道的资料，分别就适用范围、结构设计、过渡段、隧道基础及排水系统进行了说明。( 一) 适用范围：高速铁路及客运专线隧道内可以铺设长枕埋入式、板式或者弹性支承块式无砟轨道。( 二) 结构设计：l 、设计动轮载为3 0 0 k n ；2 、采用弹条分开式扣件( 三) 过渡段：l 、无砟轨道与有碴轨道的过渡段分线路上部结构过渡和线路下部结构过渡，按在同一断面过渡进行设计。无砟轨道与有碴轨道分界点在洞口；2 、过渡段的有碴道床下，设c 2 0 钢筋混凝土铺底，长度为8 m 。铺底厚度靠无砟轨道端为3 5 0 m m ，离开无砟轨道端为2 7 0 m m ；3 、在两股基本轨之间，设置两根5 0 k g m 钢轨作辅助轨，长度为2 5 m ( 其中有碴轨道范围内2 0 m ，无砟轨道范围内5 m ) 。基本轨与辅助轨间的中心距为5 2 0 m m 。( 四) 隧道基础：1 、隧道基础v 级、i v 级、i i i 级围岩地段分别采用钢筋混凝土仰拱、钢纤维混凝土和素混凝土仰拱；2 、隧道下导坑开挖时，应仔细核查仰拱以下围岩基础的稳定性和风化破碎情况，并定点检测基底承载力，必要时设置观测点以监测是否有不均匀沉降。如隧道围岩基底承载力达不到0 3 m p a ，或发生不均匀沉降时，应进一步核查围岩地质条件，酌情处理：若该段位于断层破碎带时，应进行基础压浆加固地层；若局部为风化夹层，可将该软弱夹层用m 7 5 浆砌片石换填一定深度。基础处理完毕后，应进行承载力和不均匀沉降的观测，确保隧道仰拱基础稳定。( 五) 排水系统：1 、模筑衬砌施工缝处采用由5 0 m m 的塑料管排水盲沟和腻子型止水条，全隧道墙角处采用两道巾8 0 m m 的塑料管排水盲沟；全隧西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页道初期支护和模筑衬砌之间铺设复合型防水板；模筑衬砌混凝土抗渗标号为s 4 ；2 、在道床板的底部埋设通向排水沟的由5 0 p v c 管，两端应用无纺布包裹。2 2 3 在路基上的适应性土质路基上铺设无砟轨道核心技术在于路基工程的设计与施工，现场情况的调查，路基沉降的理论分析与预测，施工的监测，铺设无砟轨道的时间，路基的设计与施工的动态化等内容均是技术关键点，并且要对每一环节细化和落到实处，才能保证土质路基无砟轨道的施工质量口0 | 。从目前的应用情况上来讲，日本板式无砟轨道虽然也开发了在路基上使用的轨道板，但在实际应用中很少，绝大部分应用在了桥梁和隧道；可能是由于路基的沉降不好控制的原因。但是德国却在路基上开展了大量的应用，而且其在路基上使用的频率在加大，这种经验值得我们借鉴。总体上讲，控制好沉降是在路基上成功铺设的关键和核心。2 2 4 在道岔上的适应性无砟道岔在德国、日本等国高速铁路中运用已较为成熟。国内主要在地铁和轻轨中正线和辅助线上大量采用无砟道岔，且道岔一般位于隧道内或高架桥上；国铁七十年代曾在隧道内铺设过无砟道岔，为整体灌注式整体道床结构，在港口码头上也曾铺设过整体道床道岔。国内无论是地铁轻轨，还是国铁，均无路基上铺设无砟道岔的实例。l 、国内岔区无砟轨道的设计有必要考虑不均匀沉降对道床及基础受力的影响。根据r h e d a 2 0 0 0 岔区无砟轨道采用与区间无砟轨道相同的设计，道床内配筋仅为控制裂缝宽度需要。2 、关于道床连续和分块的问题。为了提高线路的平顺性，路基上r h e d a 2 0 0 0 岔区无砟轨道与区间无砟轨道连续设置，但在路基地段终点采取了用混凝土横梁或者销钉的方式对道床进行了“固定；遂渝线岔区无砟轨道的设计虽然是按分块进行设计，但按6 - - 8 m 设置了伸缩假缝，同时考虑到道床与基础间的伸缩差异在道床与基础间用连接钢筋连接，与国外岔区无砟轨道的设计有异曲同工之妙。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页3 、转辙机的安装基础。在遂渝线岔区采用弯板方式混凝土平台支撑及混凝土平台固定两种方式，后一种方式在实际运营中是否合理有待试验及实践的验证，其次，遂渝线蔡家站无砟轨道两侧铺设道碴，转辙机直接安放于道碴上也可能是可行的。4 、关于将岔区路基不均匀沉降控制值提高到8 m m 2 0 m 有待进一步研究。5 、关于岔区无砟轨道处理后的基床弹性模量不宜超过2 0 0 0 m p a 有待进一步研究。2 3 对运营要求的满足程度2 3 1 可靠性在横向和垂向，无论是轨枕支承式或者嵌入式与道床板之间均为弱连接关系，板式轨道的“轨排”结构与沥青混凝土砂浆调整层在横向靠凸形挡台，严格来讲也属于弱联系；在纵向，板式轨道是一种不连续结构，一般依靠凸形挡台或刚性联结提供纵向力；而轨枕埋入式轨道在垂向和总横向都具备实现高度整体性的条件，但是要尽量减少预制混凝土与现浇混凝土的结合面积，但是结构一旦出现破坏性的伤损或现浇道床板出现裂纹，就会影响结构的使用性能，因此这种结构的抗破坏性要好一些，比较不容易变形和损坏。高稳定性的具体要求首先要求轨道部件具有高精度和高可靠性，对结构的系统性和耐久性有较高的要求，其次要求轨道具有合理的刚度，维持沿纵向轨道刚度分布均匀。其实无论是在整体性、稳定性、可破坏性、易损性或者是变形性总的目标是少维修，为可持续运营提供保障。2 3 2 安全性首先，设计荷载考虑紧急制动等特殊工况荷载基础上有一定的安全储备；计算理论考虑一种理论的基础上应用国内外成熟理论和有关实测资料进行验证，保证设计理论安全可信；结构配筋必须满足裂纹宽度不超过0 2 m m 要求；所用材料性能参数要求保证满足轨道结构使用寿命6 0 年要求。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页其次在实际运营中，特别是一旦出现断轨或者脱轨等事故后，机车车辆可能就会对其产生结构性的破坏，要求及时有效的对结构进行修复，因此相对来讲板式具备有比较良好的可救援性。2 3 3 实用性轨枕埋入式轨道实质上是高精度的混凝土工程，相对来讲结构的材料比较简单：主要就是钢筋和混凝土，施工也比较简易，但是对施工的精度要求较高，一旦出现破坏其恢复的可行性较差；而板式轨道需要开发树脂和c a 砂浆等特殊材料，因而材料比较不容易选择，在施工中因为轨道板是厂制高精度的批量生产，现场组装，施工剪片快捷，大量减少现场工作量，有利于机械化作业，进一步加快施工进度，且板式轨道为分层结构，可修复性较好，当发生破坏时，可以方便的更换轨道板。2 3 4 可维修性无砟轨道是一种少维修的轨道结构型式，但不是不需要维修。为保证高速列车运行的安全可靠，出现问题时需要及时、迅速、高质量的维修方案，因此在无砟轨道设计时就提前思考维修预案是有必要的，既可以给将来维修提供参考，又可在设计中为将来的维修工作提供方便。在前面我们知道，一旦出现开裂、松脱等病害时，轨枕埋入式轨道可维修性较差，而板式轨道的可维修性较好。2 3 5 其它l 、可修复性可修复性是指一旦损坏是否可尽快修复，发生断轨是否可焊接。板式轨道具有较好的可修复性，而轨枕埋入式轨道的可修复性较差，若发生断轨，均可以很好的焊接。2 、耐久性耐久性是指结构中的各种材料、整体结构是否具有较长的使用寿命。在理论上，所用材料性能参数要求保证满足轨道结构使用寿命6 0 年要西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页求，而且从目前德国和日本的无砟轨道的使用和运营情况来看，耐久性应该是可以满足设计的要求的。3 、抗震性抗震性是指轨道结构抵抗地震的能力。现在还没有在这个方面有特殊的设计，但是从各自的结构上来看，一旦发生地震，从结构本身来讲的话，轨枕埋入式的轨道的结构整体性很好，可以更好的抵抗一定程度的破坏；从这个方面来讲就不难得出一些结论，结构的可维修性和可修复性的难易程度就决定了震后板式轨道的快速恢复性。但是若对轨道产生较大的结构性破坏，一旦破坏了轨道的混凝土承载层，轨道要在短时间内修复难度很大。但是就这次5 1 2 地震有碴轨道结构的破坏情况来看，成都工务段管内的有碴轨道结构体现出了比较良好的抗震性能，基本上没有很大的破坏，包括处于地震带上的成汶线，这条线由于使用很少，而且在维修养护投入有限的情况下，在都江堰地区旁边的房屋几乎都被损毁，而铁路并未受到很大的破坏，进一步验证了有碴轨道较好的抗震性能，这个应该是取决于有碴轨道的结构型式：基床的砂垫层，道床的散力体道碴都具有很好的弹性，起到了很好的缓冲和抗震作用。主要的破坏处所出现在有下穿建筑的地方：例如桥、涵、或者下立交等地方出现了不同程度的线路沉降。在达成线k 3 3 1 及与之并行的北环下行线k 1 8 ，因为下面有涵洞，线路就出现了5 0 m m 和4 0 m m 的沉降，线路设备在当天经抢险就修复好，并限速通行列车。因此建议在目前的情况下，在处于地震带上及地质条件复杂的地方加强对无砟轨道的研究，日本板式轨道就对这个问题进行了深入细致的调查和研究，其中还将这个作为一个单独的系统：防止地震灾害系统。在全国各地设立了8 0 余个测点，在地震破坏性较强的横波达到前列车系统自动切断电源，停止运行，有效防止了地震灾害对铁路造成更大的损失。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页2 4 对轨道设计技术条件要求的满足程度2 4 1 对下部基础沉降的补偿性无砟轨道的几何状态调整主要由扣件来实现，因此扣件成为了无砟轨道的关键技术之一。无砟轨道在水硬性材料层上有一层弹性支撑层，这种直接铺设在混凝土保护层上的中间衬垫提高了混凝土底座及轨道板的支承弹性，以补偿不同区段之间的刚度差。中间衬垫由钢筋混凝土底座覆盖，混凝土底座同时可以作为高度补偿层，在必要时用作加高之用。2 4 2 对有绝缘轨道电路的适应性影响轨道电路传输长度的主要因素有道床泄露电阻，轨道电路与钢筋混凝土钢筋网的电磁感应及电气绝缘节的损耗等。而增大道床泄露电阻，是延长轨道电路传输长度的有效方法：同时无砟轨道的道床泄露电阻取决于扣件电阻，增强扣件的绝缘性将是无砟轨道设计的主要目标之一。但要从根本上解决无砟轨道电路问题，需要在减少电磁感应上采取措施，包括以下具体方法：1 、增大钢轨距无砟轨道结构中钢筋网的距离，降低互感影响；2 、采取结构或绝缘措施，防止无砟轨道结构中钢筋网形成回路；3 、减小钢筋电环路表面整体面积n 。2 4 3 对线路的纵横向阻力的满足程度无砟轨道的纵横向阻力与其结构形式有关，特别是预制结构、道床板和底座为分离的层状结构时，纵横向阻力取决于各结构层间的联结方式，无砟轨道上部结构与下部结构之间，一般来说也是分离的层状关系，在纵横向力作用下，需要轨道具备很高的抵抗力，这就要求其具有最优的预制结构和纵横向联结方式。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页2 5 可施工性2 5 1 对特殊的材料和特殊施工方法的需求r h e d a 2 0 0 0 无砟轨道和z u b l i n 无砟轨道系统基本是高精度的混凝土工程，不需要特殊的材料和施工方法；b s g l 和日本板式轨道都需要有砂浆和树脂，这些材料需要进行专门的研发，而且其造价和技术含量都很高。2 5 2 对施工装置的要求板式轨道的生产和运输及安装都需要专门的配套机械，需要对其进行系统研发；r h e d a 2 0 0 0 和z t l b l i n 关键在于系统精度的调整。2 5 3 生产效率及机械化程度r h e d a 2 0 0 0 根据德方对各种设备的工效说明是在理想施工条件下所能达到的极限，即施工不受天气、机械故障、物流运输等任何影响下的理想最高进度。现国内尚未经过工程实践验证其最高进度及施工平均进度。其具有高度的机械化作业程度。z u b l i n 无砟轨道机械化程度很高，施工效率一般可达1 5 0 2 0 0 m 8 h 。b 6 9 l 板式无砟轨道现场施工较