高速铁路讲义—工务—高速铁路轨道

高速铁路轨道,中南大学 曾志平Tel:Q: 61134963,1. 前言2. 主要无砟轨道结构形式3. 有砟轨道,1. 前言,高速铁路轨道结构从总体上分为两大类： 有砟轨道、无砟轨道 国外运营实践表明：两类轨道结构均可保证高速列车的安全运营，但两类轨道结构在技术经济性方面存在明显差异。,随着列车速度的不断提高，有砟轨道结构面临严峻的挑战，道砟粉化及道床累积变形的速率随之加快，必须通过一系列轨道结构强化措施（诸如：采用特级道砟，优化道床尺寸，铺设砟下胶垫、枕下胶垫等），来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性、减少频繁线路维修工作的要求。,自20世纪50年代开始，世界上很多国家在强化有砟轨道的同时，相继研发以“高平顺性”和“少维修”为主要目标的多种型式无砟轨道结构。 随着技术经济性的不断提高，无砟轨道目前已成为世界高速铁路轨道结构的发展方向，其推广应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾地区等后期修建的高速铁路，无砟轨道所占比例均在90%以上。,（1）线路静态、动态平顺性高（2）线路维修工作量大幅减少（3）稳定性和耐久性好，服务期长（4）提供较大的纵、横向阻力，线路稳定性高。有利于无缝线路的稳定，以及困难地段的线路平、纵断面参数选择。（5）避免了特级道砟资源的使用以及高速条件下的道砟飞溅（6）自重轻，减小桥梁的二期恒载（7）结构高度低，改善高速铁路隧道的通风条件,无砟轨道的主要优点,无砟轨道的主要优点,（1）轨道结构本身的初期工程投资要大于有砟轨道。（2）无砟轨道的高低调整能力有限（主要通过扣件系统），特殊情况下，轨道结构破损后的修复和整治困难。（3）无砟轨道弹性较差，轮轨噪声相对较大。,无砟轨道的缺点,2 主要无砟轨道结构型式,部分高速铁路无砟轨道结构型式,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成-横、纵断面图,预制混凝土轨道板 普通钢筋混凝土（RC）平板 双向预应力混凝土（PRC）平板 普通钢筋混凝土（RC）框架板C50以上钢筋混凝土，双层配筋标准轨道板外形尺寸：4962mm2400mm190mm相邻轨道板间隔缝：70mm28组扣件、扣件间距629mm,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统, 框架型轨道板的优点 ,降低轨道板的制造成本减少CA砂浆的灌注量（约30）减小由于日温差引起的轨道板翘曲自重减小约1520，减小二期恒载改善轨道板铺设、维修更换的条件,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,扣件系统,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,WJ-7型扣件系统 ：轨距：-1212mm；高低：-426mm,水泥乳化沥青（CA）砂浆CA砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种材料组成。厚度50mm、弹性模量100300MPa、强度1.82.5MPa。需要开发出不同使用条件的砂浆配方，如：适应温暖地区、寒冷地区用、沿海地区以及修补用的配方等。,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,水泥乳化沥青（CA）砂浆,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,水泥乳化沥青（CA）砂浆,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,凸形挡台及周围填充材料凸形挡台采用C40钢筋混凝土分圆形、半圆形（梁端处）半径：260mm；高度：250mm填充材料采用强度高、弹性和抗冻性好的树脂材料。,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,充填式垫板为适应线下基础的沉降，研发了树脂充填式无级调高垫板。,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,混凝土底座材料：C40钢筋混凝土宽度：路基上 3.0m，桥上和隧道内 2.8m；厚度：路基上 300mm，桥上和隧道内 200mm；长度：路基和隧道内 2025m，桥上 510m，伸缩缝20mm。,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,站后工程的接口轨道板内普通钢筋进行绝缘处理轨道板内设综合接地钢筋和接地端子混凝土底座不作绝缘处理。,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,主要施工设备：水泥乳化沥青砂浆灌注车运板车、铺板车凸形挡台树脂灌注设备充填式垫板施工设备轨道板状态调整及固定装置,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,主要施工工序：轨道板预制底座及凸形挡台施工轨道板铺设CA灌注砂浆凸形挡台处树脂灌注长钢轨铺设无缝线路施工充填式垫板施工,2.1 CRTS型板式无砟轨道系统,（1）路基和隧道内CRTS型板式轨道三层连续结构,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,预制混凝土轨道板C50以上混凝土，双层配筋，纵向为普通钢筋、横向为预应力钢筋（先张法）；标准轨道板尺寸：6450mm2550mm200mm ；轨道板结构按650mm宽的预应力轨枕设计；轨道板间通过6根20mm的精轧螺纹钢筋纵向连接；轨道板上设210组扣件，间距650mm；轨道板每隔650mm预设横向假缝。,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统, 轨道板设计特点,轨道板通过底部刷毛处理，板下调整层采用高强度的水泥乳化沥青砂浆，给轨道结构提供横向抗力；轨道板脱模28天后，利用数控磨床对承轨槽进行高精度（0.1mm）打磨处理，打磨参数由布板设计软件根据线路平面和纵断面参数预先计算确定；每块轨道板在线路的位置是固定的，出厂前进行编号对应。,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统, 轨道板设计特点,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,（a）板间连接,（b）封填宽接缝(C55), 轨道板设计特点,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,打磨工序完全按照轨道几何要求, 轨道板设计特点,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统, 轨道板设计特点,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,扣件系统,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,WJ-8型扣件系统：轨距：-1010mm；高低：-426mm,水泥乳化沥青（CA）砂浆CA砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种材料组成。厚度30mm、弹性模量700010000MPa、强度15MPa以上。,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,支承层厚度300mm，宽度29503250mm，由连续浇筑的水硬性支承层或C15素混凝土构成，表面拉毛处理。,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,钢轨弹性不分开式扣件预制轨道板 200mm水泥沥青砂浆层 30mm连续底座板 190mm硬泡沫塑料板 50mm（梁缝两侧）滑动层（两布一膜） 粘贴在梁面侧向挡块 轨道板及底座限位,（2）桥梁上CRTS型板式轨道三层连续结构,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成示图（1）,（2）桥梁上CRTS型板式轨道,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成示图（2）,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,预制轨道板 横向施加预应力 板间纵向连接,底座板侧向挡块,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成示图（3）,纵向力的传递设计(1) 梁面和底座板间设置锚固区域和“两布一膜”滑动层，两者间纵向力的传递通过锚固区域传递，减小桥梁伸缩对底座板受力的影响。,48,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,采用“端刺+摩擦板”的方案，解决底座板自桥梁至路基过渡的问题，使底座板纵向力在该区域传递至路基，不影响端刺以外路基上的轨道结构。,49,纵向力的传递设计(2),2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,纵向力的传递设计(2),通过侧向挡块将轨道结构横向力传递至桥梁。通过侧向挡块的扣压作用，保证轨道结构的压屈稳定性。,51,横向力的传递设计,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,轨道板和底座板在桥上为跨过梁缝的连续结构，预制轨道板结构型式与路基、隧道内统一。在桥梁与底座板间设置滑动层，以减小桥梁温度伸缩对无砟轨道的影响，可避免大跨桥上伸缩调节器的设置。底座板在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设固结机构（锚固销钉和抗剪齿槽）与梁体固结，将纵向力传递至桥梁基础。, 桥上CRTS型板式无砟轨道技术特点 ,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,通过在梁缝处约3.1m范围的梁面铺设50mm厚硬泡沫塑料板，减小由梁端转角对无砟轨道结构的影响。底座板与梁面为滑动状态，设置普通侧向挡块对底座板横向限位；设置扣压型挡块，保证底座板的压屈稳定性。通过在台后路基上设置摩擦板、端刺等结构，使桥梁纵向力不影响路基段轨道结构。, 桥上CRTS型板式无砟轨道技术特点 ,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,（3）与站后工程的接口轨道板内普通钢筋网片进行绝缘处理，轨道板张拉锁件与螺纹钢筋间进行绝缘处理。轨道板内设综合接地钢筋和接地端子。桥上混凝土底座板不作绝缘处理。,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,主要施工工序：轨道板预制水硬性支承层/底座（桥梁地段）施工轨道板铺设轨道板调整板下砂浆灌注轨道板纵联长钢轨铺设无缝线路施工,2.2 CRTS型板式无砟轨道系统,（1）路基上CRTS型双块式无砟轨道,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,双块式轨枕,要求：承载力高、耐久性强、防腐性能好C50以上混凝土、CRB550级钢筋（冷轧带肋钢筋）,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,双块式轨枕,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,道床板厚度260mm，宽度2800mm，由连续浇筑的C40钢筋混凝土构成。,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,道床板,支承层厚度300mm，宽度3400mm，由连续浇筑的水硬性支承层或C15素混凝土构成，表面拉毛处理，每隔5m左右设置假缝。,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统的研究成果,支承层,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统的研究成果,支承层,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,轨枕C60混凝土道床板C40混凝土支承层C10-C15混凝土防冻层级配碎石,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,（2）桥上CRTS型双块式无砟轨道,（2）桥上CRTS型双块式无砟轨道,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,（2）桥上CRTS型双块式无砟轨道,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,（2）桥上CRTS型双块式无砟轨道,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统的研究成果,（1）桥上CRTS型双块式无砟轨道,2.3 CRTS型双块式无砟轨道系统的研究成果,（1）桥上CRTS型双块式无砟轨道, 桥上CRTS型双块式无砟轨道结构设计概况 ,桥上混凝土道床板分块设置，桥上道床板长度57m。道床板之间设最小宽度为100mm的横向断缝。 道床板与底座或保护层间设隔离层，以实现特殊情况下的道床板可修复。,（3）与站后工程的接口道床板内的钢筋交叉点进行绝缘处理道床板内设综合接地钢筋和接地端子桥上混凝土底座不作绝缘处理,散枕装置,粗调机组,模板安装机,组合螺杆调节器,（4）主要施工设备,纵、横向模板,精调检测小车,纵、横向模板组合式拆洗机,（5）主要施工工艺,双块式轨枕预制底座/支承层施工轨枕布设铺设工具轨、组装轨排、安装调节器钢轨托盘轨道粗调道床板钢筋绑扎道床板模板安装轨道精调道床混凝土浇筑拆卸模板、调节器和工具轨混凝土抹面及养生无缝线路铺设,2.4 CRTS型双块式无砟轨道系统,（1）结构组成与CRTS型双块式无砟轨道设计上无本质区别。其系统研发的出发点是：改变传统的施工方法，提高现浇混凝土结构的施工效率。,（2）区别为适应其施工方法，双块式轨枕外形和配筋不同为适应其振动压入式施工方法，混凝土配合比要求：水灰比较大。,2.4 CRTS型双块式无砟轨道系统,（2）区别采用专用施工成套设备，用固定架替代钢轨支撑架，将轨排振动压入预先浇筑的混凝土中，其施工机械化程度高。施工不需组装轨排，受环境影响小。,2.4 CRTS型双块式无砟轨道系统,2.5 不同类型无砟轨道优缺点对比,结构组成,2.6 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成,2.6 CRTS型板式无砟轨道系统,结构组成,2.6 CRTS型板式无砟轨道系统,施工流程,2.6 CRTS型板式无砟轨道系统,底座模板安装,底座混凝土浇筑及养护,施工流