高速铁路无砟轨道引进、研究及再创新技术.ppt

高速铁路无砟轨道技术-引进研究再创新,2010年,前言高速铁路引进无砟轨道技术我国无砟轨道前期研究成果无砟轨道技术再创新阶段成果结束语,铁路轨道结构从总体上可分为两类：以碎石道床、轨枕为基础的有砟轨道；以混凝土或沥青混合料为基础的无砟轨道。实践表明，两种轨道结构均可保证高速列车的安全运营。但由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异，各国均根据自己的国情、铁路的特点合理选用，以取得最佳的技术经济效益。,1.前言,（1）无砟轨道的特点,轨道稳定性好，线路养护维修工作量显著减少，从而减小对列车运营的干扰，线路利用率高；轨道几何形位能持久保持，提高列车运行的安全性；平顺性及刚度均匀性好；耐久性好，服务期长；避免优质道砟的使用及环境破坏；避免高速运行时的道砟飞溅；自重轻，可减轻桥梁二期恒载；结构高度低，可减小隧道开挖断面。,轨道必须建于坚实、稳定、不变形或有限变形的基础上，一旦下部基础残余变形超出扣件调整范围或导致轨道结构裂损，修复和整治困难；初期投资相对较大；振动、噪声相对较大。,无砟轨道的特点,无砟轨道线路的修复,（2）适于无砟轨道铺设的范围,基础变形相对较小的桥梁、隧道区段；地质条件好、基础坚实、工后沉降易于有效控制的路基、道岔区段；优质道砟短缺、人工费用高的地区。,（3）无砟轨道结构型式的分类,2.高速铁路无砟轨道引进技术,（1）日本板式无砟轨道（2）Rheda2000型双块式无砟轨道（3）普旭林双块式无砟轨道（4）博格板式无砟轨道,（1）日本板式无砟轨道,从60年代开始致力于板式轨道的试验研究，目前其累计铺设里程已达2700多km（其中新干线约1600多km），为世界上铺设无砟轨道最多的国家。板式轨道最初铺设在隧道内，以后逐渐扩大到桥梁和路基上。山阳、东北、上越、北陆、九州等新干线全部桥、隧及部分路基区段均铺设了板式轨道。,板式轨道的结构组成,板式轨道的结构组成：钢轨扣件预制轨道板乳化沥青水泥（CA）砂浆调整层混凝土底座轨道板间的凸形挡台,（2）板式轨道结构型式的发展历程,日本板式轨道主要由铁道综合研究所研发，在研发过程中，曾提出多种结构设计方案，如A型、M型、L型和RA型等，目前日本板式轨道的标准结构型式：框架式RC或PRC型普通A型（平板式）RC或PRC型减振G型,普通A型板式轨道（RC、PRC）,最初为普通混凝土（RC）平板结构，为应用于东北、上越新干线的寒冷地区，后来又研制出双向预应力结构（PRC）的轨道板，以防止开裂和冻胀。,框架（AF）型板式轨道,为节省板式轨道的建设成本，减小轨道板的翘曲，在A型轨道板的基础上，研制出框架型（AF）轨道板，并作为目前标准型式推广应用。,普通混凝土框架型（RC）轨道板,减振G型板式轨道,为使高速列车运行满足社会环保对振动、噪声的要求，在特殊要求区段铺设减振型板式轨道。,Rheda型无砟轨道因1972年在德铁Rheda车站铺设而得名；轨道结构组成：钢轨、300型扣件、道床板（含预制混凝土轨枕或双块式轨枕）、槽形板（可选）等；德国弗莱德尔（Pfleiderer）公司1999年开发出无槽形板的Rheda2000系统；德国纽伦堡英戈城的高速线上使用了Rheda2000系统。,（2）Rheda2000双块式无砟轨道,德铁1972年Rheda车站铺设的无砟轨道,Rheda型无砟轨道的发展历程,（1）Rheda-2000型无砟轨道的设计特点,用钢筋桁架组成的双块式轨枕取代了普通Rheda型中的预应力轨枕，减少了新、老混凝土的结合面，提高了结构的整体性；荷载取值：UIC71荷载分布图示,a.道床板混凝土道床板的是一个纵向连续、无伸缩缝及中心配筋的钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30/37，最小厚度为240mm，最小宽度2800mm。按裂缝宽度小于0.5mm进行道床板结构配筋混凝土保护层的最小厚度50mm。,道床板材料设计要求：,混凝土强度等级：C30/37抗压强度：30MPa（圆柱体抗压强度）37MPa（立方体抗压强度）弹性模量：E34000MPa弯曲抗拉强度：5.5MPa混凝土中水泥最低用量：350kg/m3混凝土水灰比：0.45钢筋：级热轧螺纹钢筋,b.路基上水硬性支承层(HGT)设计和施工要求,技术要求引用了德国道路工程的相关技术标准，即：“道路工程承力层的附加技术条件与规程”（ZTVT-StB95）骨料最大粒径32mm，有级配要求。设计厚度：300mm设计宽度：3400mm强度等级：C12/15抗压强度：12MPa（圆柱体抗压强度）15MPa（立方体抗压强度）弹性模量：E500010000MPa,HGT层利用滑模摊铺机施工成型。沿线路纵向每5m设一沟槽，沟槽的深度必须大于支承层厚度的35。外形尺寸及平整度要求：高程：与设计值偏差+5mm-15mm；平整度：10mm/4m厚度：整个施工段的厚度算术平均值不超过设计值的10，个别厚度不得低于设计值25mm。HGT层表面应有适当的粗糙度，支承层表面须作拉毛处理。,HGT层的施工铺设,Rheda-2000型的轨道排架,（2）Rheda2000型无砟轨道施工方法和主要施工装备,采用“自上至下”的施工方法，即：先组装调整好轨排的几何形位，然后现场灌筑道床混凝土。主要施工装备：布枕机轨排粗调机螺杆/螺旋调整器混凝土灌筑及振捣设备专用测量系统混凝土养生蓬布,布枕机,轨排粗调机,螺杆/螺旋调整器（精调设备）,混凝土灌筑及振捣设备,（3）旭普林（Zblin）双块式无砟轨道,设计原理和方法与Rheda2000系统基本相同，最大的不同是施工方法。采用德国Zublin公司开发的专用成套施工设备，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，施工进度快。施工不需要工具轨，且受环境条件影响小。,双块式轨枕,与Rheda2000轨枕不同点：轨枕下方的钢筋桁架在混凝土内，不外露。,主要施工装备,滑模摊铺机混凝土巡回车ZAM-CS-02混凝土压实单元ZAM-CC-03轨枕安装单元ZAM-VU-01拆卸单元ZAM-DU-01轨枕装载单元ZAM-SU-02专用模板轨道支脚ZAM-F-750240横梁ZAM-T-280120固定架ZAM-R-325120尾车ZAM-MR-03,（1）混凝土巡回车ZAM-CC-03,功能：从混凝土搅拌车接受混凝土，将混凝土运送到灌筑位置。,（2）混凝土压实单元ZAM-CS-02,功能：用于刮平或找平道床板混凝土表面，用外部的振动器捣实混凝土,（3）轨枕安装单元ZAM-VU-01,功能：用于将轨枕以振动法贯入混凝土。该单元可以从轨枕装载单元抓取一个轨枕固定架和一个横梁送到安装位置。内装的升降器将横梁安置在支脚上。内装的振动架将带有5个双块轨枕的固定架以振动法贯入混凝土，安置在横梁上。,（4）拆卸单元ZAM-DU-01,功能：拆除固定架，并抓取横梁，将固定架及横梁送到装载单元，放在其尾部。,（5）轨枕装载单元ZAM-SU-02,功能：以吊车装载轨枕，从拆卸单元上接收固定架及横梁。,（6）专用模板轨道,功能：模板轨道为道床混凝土的施工模板,同时可作为临时轨道，供滑模摊铺机、轨道施工设备的走行。,（7）支脚ZAM-F-750,功能：支脚用于承载横梁及固定架。旭普林施工方法的基础建立在绝对可靠的支脚位置。,（8）横梁ZAM-T-280120,功能：横梁安置在2个相对的支脚上，用以承载固定架。横梁的支承面加工精度要求高。,（9）固定架ZAM-R-325120,功能：用于装配5对双块式轨枕。与轨枕相连的的支承板形状精确地配合轨底坡和轨距。,（10）尾车ZAM-MR-03,功能：回收支脚和模板轨道。,Zublin型无砟轨道施工,Zublin型无砟轨道施工,支脚,横梁,固定架,Zublin型无砟轨道施工,（4）博格（Bogl）板式无砟轨道,由德国MAXBogl建筑公司上世纪70年代末研发；并于1978年在达豪（Dachau）卡尔斯菲尔特（Karlsfeld）线的路基上试铺了430m。,1999年6月在洛特马尔斯（Rot-Malsch）车站试铺了656.5m；1999年10月胡苏姆（Husum）-尼布尔（Niebll）线试铺了214.5m；通过试验段的动力测试和长期观测，德铁批准在纽伦堡英戈斯塔特的高速线上正式使用，铺设35km。,（1）路基上板式轨道,级配碎石层(防冻层)水硬性胶结层BZM砂浆层Bogl轨道板伸缩缝承轨台支撑螺栓孔BZM砂浆灌注孔连接钢筋,钢轨、300型扣件；轨道板（64502550200mm)；（横向先张预应力，纵向非预应力）乳化沥青水泥砂浆调整层30mm；,（2）路基上板式轨道的设计,路基上防冻层及HGT层的设计要求与Rheda2000无砟轨道相同；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10对扣件，间距650mm；轨道板每隔650mm设一横向伸缩缝；轨道板按650mm宽的宽枕设计。轨道板通过高粘结强度的水泥沥青（BZM）砂浆与HGT层结合，保证轨道板的横向限位。,（3）博格板式轨道的设计特点,为适应线路平面和纵断面条件，轨道板出厂对承轨槽部分进行高精度（0.1mm）打磨处理，打磨参数由线路设计预先计算确定；轨道板在线路的位置是固定的，出厂前进行编号对应。轨道板铺设完成后的轨道状态调整工作量少，轨道铺设精度高（0.5mm）；路基上板式轨道的现场混凝土灌注工作量少，施工速度较快；轨道可修复性较好。,（c）轨道板铺设,（d）轨道板精确定位,（4）轨道板的厂内制造,采用长线台座法生产；轨道板横向施加预应力(先张法)纵向为普通钢筋。,磨削后的轨道板承轨台,（5）德国既有长桥（L25m）上的博格轨道板(非预应力结构、无伸缩缝、端部设限位块）,长桥（L25m）上的博格板式轨道,（6）京津城际长桥上博格板式轨道,结构组成（自上至下）：钢轨扣件预制轨道板（同德国路基上轨道板）200mmBZM砂浆层30mm钢筋混凝土底座C30/C37190mm(允许开裂宽度0.3mm)硬质泡沫塑料板50mm（梁缝两侧310mm）滑动层（两布一膜）粘贴在梁面梁面喷涂防水层。侧向挡块轨道板、底座横向限位,结构组成示图,滑动层（两布一膜）,硬质泡沫塑料板：厚度50mm,锚固销（梁固定支座处）2728（简支梁）7728（连续梁）,结构组成示图,混凝土底座板：C40现场浇筑跨梁缝连续铺设在梁固定支座处通过预埋锚固销与桥梁固结宽度：2950mm厚度：140、190mm配筋率：约3,结构组成示图,预制轨道板：C55尺寸：64502550200mm横向施加预应力板间纵向连接,底座板侧向挡块：C40,轨道板侧向挡块：C40,新方案的结构设计特点,将钢轨与轨道结构间的纵向位移滑动，变化为轨道结构的底座板与梁面的位移滑动轨道板结构及外形尺寸不受桥跨限制，与路基、隧道内的轨道板统一。大跨桥梁上取消了钢轨伸缩调节器。梁端3.1m范围铺设5cm厚硬质泡沫塑料板，减小由梁端转角对无砟轨道结构的影响；底座板和轨道板两侧设置侧向挡块进行横向限位，侧向挡块通过在梁体钻孔植筋的方式与梁体连接；预制梁表面设分段排水坡，梁面喷涂防水层，取消保护层。,3.我国无砟轨道的前期研究成果,我国自上世纪90年代中期开始高速铁路无砟轨道的前期研究，包括：理论计算分析室内模型试验试验段铺设及性能测试。,无砟轨道结构的室内模型试验,借鉴国外技术较为成熟的无砟轨道结构型式，结合我国既有的技术基础，初步提出了三种新型无砟轨道结构型式，并开展了室内实尺模型的静载与疲劳试验：板式轨道（类似日本板式轨道）长枕埋入式（类似普通Rheda型）弹性支承块式,板式无砟轨道实尺模型（1998年铺设）,长枕埋入式实尺模型（1998年铺设）,弹性支承块式无砟轨道（1998年铺设）,在理论研究与室内模型试验的的基础上，最终选定长枕埋入式和板式无砟轨道结构，2000年国内首次在秦沈高速铁路综合试验段的沙河、狗河以及双何特大桥上铺设。2002年在赣龙枫树排隧道、渝怀线鱼嘴2号隧道内分别试铺了板式和长枕埋入式无砟轨道。2004年在遂渝线无砟轨道综合试验段进行成区段铺设,无砟轨道结构试验段,赣龙线板式轨道,秦沈线狗河桥板式轨道,秦沈线沙河桥长枕埋入式,秦沈线双何桥板式轨道,竣工后的长枕埋入式无砟轨道,秦沈沙河特大桥,渝怀线鱼嘴2号隧道,竣工后的双块式无砟轨道（遂渝线）,4.无砟轨道技术再创新阶段成果,（1）总体方案（2）阶段划分（3）阶段成果,（1）总体方案,（2）阶段划分,（3）阶段成果,1）初步建立了设计理论体系,2）武汉综合试验段选型设计,单元板式无砟轨道,纵板式无砟轨道（路基/隧道）,双块式无砟轨道,3）无砟轨道主要工程材料（水泥沥青砂浆、混凝土材料）的理论研究、原材料选择、配合比设计和室内性能试验工作，已进入现场放大试验和工程化实施阶段。,4）制定了三种类型无砟轨道的制造、施工组织方案。5）研发的轨道板、双块式轨枕制造设备已投入生产。6）无砟轨道施工设备的研发和样机试制。7）无砟轨道施工细则和补充验标的编制。,提出了严寒地区无砟轨道结构选型初步建议提出了严寒地区无