《无砟轨道技术发展》PPT课件

无砟轨道技术发展与设计讲稿,（土木工程学院）兰州交通大学，2009年1月,主要内容,第一部分：技术发展概况1.1国内概况1.2国外概况1.3我国无砟轨道技术再创新概况第二部分：无砟轨道设计2.1无砟轨道的技术特点2.2国内标准确定的无砟轨道种类适用性2.3无砟轨道的适用范围2.4无砟轨道设计2.5过渡段设计技术2.6无砟轨道结构检算,第一部分：技术发展概况,1.1国内概况我国铁路曾于20世纪30年代先后在东北牡图线的北老松岭隧道和沈丹线的福晋岭隧道铺设过长木枕和短木枕式混凝土道床轨道。50年代又在沈吉线水帘洞隧道铺设了预埋长木枕混凝土道床轨道。60年代以后，随着山区铁路的修建，先后在成昆线、京原线、京通线、南疆线等隧道内铺设了刚性支承块式混凝土整体道床轨道，总延长约300km。并于1984年编制了适用于各类围岩铺设的通用设计图。与此同时，还在铁路站场、港口码头等地段土路基上铺设了经改进的整体道床轨道。80年代初，还曾在皖赣线溶口隧道内首次铺设了类似日本的乳化沥青水泥砂浆垫层式板式轨道。90年代以来，在京九线九江长江大桥引桥（长7km）上铺设了无碴无枕轨道。在宝天线白清隧道和西安线秦岭特长双线隧道（长18.4km）铺设了弹性支承块式混凝土道床轨道。迄今为止，运用效果良好。,本世纪初以来，为适应铁路运输行车速度的不断增长，又相继在秦沈客运专线双何曲线特大桥（长740m）和狗河特大桥（长741m）上铺设了板式轨道，沙河特大桥（长692m）上铺设了枕式无碴轨道。在西康线秦岭隧道、兰武线乌鞘岭特长隧道（长20.5km）等修建弹性支承块式无碴轨道。在渝怀线鱼嘴二号碎（长710m）内试铺了枕式无碴轨道。在赣龙线枫树排隧道（长790m）内试铺了减振型板式无碴轨道。,2004年初，国务院批准了中长期铁路网规划，确定了铁路网建设的蓝图。为迎接国务院已批准的武广、郑西、石太、京津、合宁、合武、温福、福厦、甬温9条铁路客运专线建设高潮的到来，实现铁路跨越式发展，到2010年客运专线达到4000km，到2020年达到10000km的目标，必须树立坚持部党组提出的“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的建设新理念。以此为契机，目前全路科研、设计、施工、院校的领导、专家、教授和从业人员正在全力协同开展有关成区段铺设各种类型无碴轨道的前期工作。高速客运专线成区段铺设无碴轨道必将成为我国铁路轨道结构的发展方向。,1.1.1刚性支承快整体道床,我国早在五十年代就曾开始铺设隧道内整体道床，其主要结构形式是隧道内的砼支承块式整体道床，至今，统计累计铺设了约300余公里。其特点是结构简单，便于现场制造和施工。当隧道基底坚实稳定时轨道的稳定性好，道床美观整洁，轨道的养护维修工作量可减少5070。国内60年代80年代修建的整体道床至今仍有相当一部份在运营中表现良好。但也有不少隧道内的整体道床在运营中出现了难以修复的病害，较严重的不得不拆除改为普通有碴轨道。,图1.1-2隧道内的砼支承块式整体道床,总结以往刚性整体道床的运用过程存在以下问题：轨道结构强度设计偏弱，刚度偏大，弹性不足，结构动应力增大，易形成疲劳破坏；如：发生支承块松动，支承块挡肩破坏，扣件断裂等现象。有些中心水沟式及浅侧水沟式整体结构，水浸入道床后在轨道冲击荷载作用下，形成活塞作用，加速道床砼的破坏；个别的整体道床直接修建在膨胀岩基础上，发生道床的变形破坏。在整体道床发展前期，造成设计强度偏弱和标准偏低的重要原因是对轨道动力作用认识不足和铁路建设资金缺乏。道床浇注前或隧道铺底前，基底浮碴及异物清理不彻底，运营后使道床砼板下不实，产生破坏。施工机械化水平低，劳动强度大，进度慢，轨道几何精度不好，质量难以保证。运营中当结构发生病害时，不易修复，影响了行车安全。,1.1.2弹性整体道床,图1.1-3弹性整体轨道结构及施工这是一种低振动无碴轨道结构，是由钢轨及其扣件、块下胶垫、橡胶靴套、混凝土道床板及混凝土底座等组成。1995年2000年，由铁一院主持、铁科院、大兴铁道建筑设计院、等多家单位参与的“弹性整体轨道结构及施工工艺和机具的研究”科研项目。课题研究的主要内容如下：课题研究内容主要含有四个子课题和两个试验段，四个子课题为：（1）弹性整体道床结构及施工和铺设技术条件的研究。（2）弹性整体道床的弹性可调式扣件研究。（3）超长无缝线路长钢轨一次铺设工艺及机具的研究。（4）弹性整体道床施工工艺及机具设备的研究。两个试验段为：（1）陇海线宝天段白清隧道弹性整体道床结构试验段。（2）西安安康线大瓢沟隧道弹性整体道床施工工艺及机具设备试验段。,图1.1-3弹性整体轨道结构及施工,表1.1-1弹性支承块无碴轨道铺设情况一览表,1.1.3长轨枕埋入式无碴轨道,长轨枕埋入式无碴轨道主要是由整体式穿孔混凝土枕和现场灌注的混凝土道床来组成。它包括钢轨及其扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座。图1.1-4和图1.1-5分别为用于隧道内和高架桥上的长轨枕埋入式无碴轨道横断面图。这种无碴轨道结构的特点是坚固、耐久、可靠、几何形位不易变动，维修工作量小，具有轨道少维修的功能。并已成功铺设在秦沈客运专线沙河特大桥上和渝怀线鱼嘴二号隧道内。,图1.1-4隧道内长轨枕埋入式混凝土道床轨道（单位：mm）,图1.15高架桥上长轨枕埋入式混凝土道床轨道（单位：mm）,1.1.4土路基上无碴轨道,我国铁路在土路基上铺设的无碴轨道结构类型主要有水泥混凝土道床无碴轨道和沥青混凝土道床无碴轨道，但仅限于于大型客站、客技站、洗涮线、装卸线、港口码头等地段，虽应用效果良好，但这些地段的行车速度、通过运量和行车密度都低于正线标准。应当指出，在土路基上铺筑无碴轨道，由于土路基的承载能力较低，又对动载荷和水浸蚀反应敏感，因此，必须特别重视对地基的加强处理和排水设施的良好设置。近年来，无碴轨道的应用，在国外高速铁路上发展很快，特别是在德国新建高速线上连续长区段几乎全线铺设了Rheda-2000无碴轨道。为此，我国铁路已拟在遂渝线和武广线上铺设连续成段无碴轨道综合试验段，积累工程技术储备以适应今后时速200km客货共线和时速300km高速铁路建设的需要。,1）支承块式混凝土道床无碴轨道,图1.1-6图1.1-10分别为铺设在西安客技站客车洗涮线、西安东站洗罐线和加冰线、上海石化总厂散粒货物装卸线和上海吴泾化工厂油库装卸线的支承块式水泥混凝土道床无碴轨道。不难看出，这种土路基上混凝土道床轨道的基本特征是，在经过碾压密实的路基上先铺垫一定厚度（1525cm）的砂夹碎石垫层加强，或采取桩基加强对策，然后灌注混凝土道床，道床又有单层和双层之分。单层道床为厚35cm的底部配置钢筋网的C30混凝土，双层道床下层为宽350cm、厚30cm的底部配置钢筋网的C15混凝土，上层为宽250cm、厚27cm的C25混凝土，支承块采用C40钢筋混凝土。,图1.1-6西安客技站洗涮线支承块式混凝土道床轨道,图1.1-7西安东站洗罐线支承块式混凝土道床轨道,图1.1-8西安东站加冰线抗腐蚀短木枕混凝土道床轨道,图1.1-9上海石化总厂散粒货物装卸线支承块式混凝土道床轨道,图1.1-10上海吴泾化工厂油库装卸线支承块式混凝土道床轨道,2）宽枕沥青混凝土道床无碴轨道,图1.1-11成都客技站宽枕沥青混凝土道床无碴轨道,图1.1-12柳州和桂林车站宽枕沥青混凝土道床无碴轨道,图1.1-13上海新客站南半场无碴轨道,图1.1-14上海新客站北半场无碴轨道,3）承轨台式混凝土道床板铺装无碴轨道,图1.1-15为2003年铺设在成都客站18道改造工程中，共计延长4.227km的承轨台式混凝土道床板铺装无碴轨道。它的特点是，道床板宽度2.6m，单元长度5.03m，厚度0.3m；承轨台宽0.6m，长1.51m；每道床板上设有三对承轨台，每承轨台上安置3组弹性扣件；道床板下分层铺装总厚度1.13m的承载层和调整层，调整层用沥青砂废胎胶粒构成。,1.2国外概况,1.2.1日本情况日本自1965年开始研发新型少维修轨道，在研发中曾提出过种种结构方案，经过方案比选，考虑到预制混凝土板在制造上容易保证精度，又可在板下与下部结构之间设置可供调整的缓冲垫层，又能满足控制成本、快速施工、可维修性和轨道强度、弹性保持与有碴轨道等同水平等要求，因此，把这种结构形式取名为“板式轨道”。其研发目的是减少轨道维修，以节省人力、物力、财力，达到安全、经济和耐用的目标。日本在高架桥上、隧道内等坚固基础上大量铺设有标准定型的A型板式轨道，目前正在研制试铺各种型式的减振降噪板式轨道，G型防振板式轨道已标准定型。在土路基上试铺有RA型板式轨道和板式道岔，还试铺有Cc型板式轨道、B型、E型和C型铺装轨道，以及框架轨道和梯型轨道等。以往，日本高速铁路土路基上主要铺设的是沥青混凝土道床宽枕（LPC枕）无碴轨道。近年来，又在试铺水泥混凝土道床板式无碴轨道。,1）RA型板式轨道,RA型板式轨道结构，它是由钢轨、钢轨扣件、轨道板、CAM（水泥沥青砂浆）填充层和沥青混凝土基床等部分构成的。为能在土路基上或既有高架桥上铺设，不采用凸形挡台法阻止板的纵横向移动，而采用在板底作凹槽的方法，利用其与CAM之间的阻力阻止板的移动。可见，这种轨道是用沥青混凝土基床强化路基，与其说是用轨道板不如说是用更宽的轨枕分散列车载荷压力，从而形成十分稳定的路面铺装轨道，可以显著延长轨道养护维修周期。,2）土路基上混凝土道床板式轨道,为改善RA型板式轨道所用沥青材料温度敏感性高和耐久性差的不足，提出了如图1.2-3所示的用水泥混凝土道床替代沥青混凝土道床的结构方案。它是由砂层、下部铺装（由级配碎石层、矿渣层、水泥稳定处理层或沥青中间层组成的强化路基）、钢筋混凝土底座、乳化沥青水泥砂浆层（CAM）、型轨道板、钢轨扣件和钢轨等构成的。这种轨道的特点是：(1)可以使用在高架桥上和隧道内等刚性基础上广泛应用的标准型轨道板。(2)由于采用抗弯刚度大的混凝土底座，可以提高荷载的分散传递效果。(3)与沥青系材料相比，温度敏感性低，耐久性优。(4)与沥青铺装施工时可采用道路工程铺装用的大型施工机械相比，施工效率降低了，并且需要较长的养生时间。(5)工程建设费高于沥青铺装轨道。(6)应采取防止混凝土因温度收缩而出现裂纹的技术对策。(7)与有碴轨道相比，噪声和振动高。关于工程建设费，如考虑其使用寿命期限内的全部费用（建设费维修费管理费），未必就不经济。关于噪声和振动，可根据地基承载力的情况，视需要采取减振降噪技术对策。关于提高施工效率和混凝土收缩裂纹也可采取相应对策。,3）框架式板式轨道,(1)研发目的轻量化（施工性）低成本化缓和温度应力,图1.2-4日本新干线框架式板式轨道（铁垫板式）,图1.2-7台湾高速铁路桥上框架式板式轨道,1.2.2德国情况,1）Rheda无碴轨道情况德国是欧洲最热心研究开发无碴轨道的国家。为了达到减少维修劳力、适应高速运营和强化轨道的目的，从1959年起就开始研制和试铺各种类型的少维修无碴轨道。上世纪70年代，首先在希尔舍特（Hirschaid）车站试铺了3种类型的无碴轨道。随后又在雷达（Rheda）车站和厄尔德（Oelde）车站试铺了2种无碴轨道。1977年在慕尼黑试验线上又试铺了6种新型无碴轨道。自从1972年在比勒费尔德哈姆间的Rheda车站土路基上铺设整体式轨枕混凝土道床无碴轨道以来，又相继试铺了各种水泥混凝土道床和沥青混凝土道床无碴轨道。经过多年在土路基上、高架桥上和隧道内的试铺试验，不断完善、改进、优化，形成了德国铁路运用较为普遍的无碴轨道系列，并于1989年基本定型并统称为Rheda轨道。德国Rheda无碴轨道系统，经历了由传统Rheda轨道形式RhedaSengeberg轨道形式Rheda轨道BerlinHST形式Rheda-2000轨道形式的发展过程(图1.2-9)。,19721988年铺设无碴轨道25处，延长19km，19891997年又铺设无碴轨道22处，延长188km，遍及土路基、桥梁和隧道工程结构。至1997年，已铺设Rheda无碴轨道约207km。其中在土路基上铺设混凝土道床Rheda轨道约86km，沥青混凝土道床无碴轨道约63km。新建的汉诺威柏林高速线铺设了120km的Rheda-2000轨道，而在新建的科隆法兰克福高速线上，从齐格堡开始约150km长的线路上全线铺设Rheda-2000无碴轨道。纽伦堡英格尔城高速新线亦铺设Rheda-2000无碴轨道。,德国铁路规定试铺的无碴轨道要经过5年的运营考验后经批准才能正式使用。1996年，德国联邦铁路局（EBA）批准：5种无碴轨道结构可以使用10种无碴轨道结构可进行运营试验在已批准可以使用的5种无碴轨道结构中，有3种是水泥混凝土道床承载层（BTS），2种是沥青混凝土道床承载层（ATS）。10种批准试铺的无碴轨道结构中，有7种采用BTS，3种采用ATS承载层。,2）ZBLIN无碴轨道,它类似Rheda轨道（图1.2-10），是在新灌注的混凝土道床层上用特殊施工机械施加振动，以使轨枕被安置在所规定的位置上。机械化施工性能虽优，但当超高超过150mm时，会引起施工困难。从19771996年，ZBLIN无碴轨道已铺设总延长18km。,3）博格板式轨道,路基上博格板式轨道结构组成路基上博格无碴轨道由Vossloh300型弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及水硬性材料支承层等部分组成。,图1.2-13承轨槽用数控机床打磨的博格板,图1.2-14连接轨道板,长桥上无碴轨道系统,结构组成由Vossloh300型弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层、连续底座板、滑动层、侧向挡块等部分组成，台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板，梁缝处设置长3m、厚度50mm的硬泡沫塑料板。,图1.2-17梁缝处设置长3m、厚度50mm的硬泡沫塑料板,结构组成隧道内博格无碴轨道由Vossloh300型弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及水硬性材料支承层等部分组成。,1.2.3瑞士弹性支承块式无碴轨道（LVT轨道）,弹性双块式轨枕无碴轨道能否用于露天桥跨或路基上，目前正在试验中，以便考验橡胶套靴的密封在长期使用过程中能否一直有效地防止水流进入靴内，以避免冻害的产生。,1.2.4英国铁路无碴轨道,1）PACT（PavedConcreteTrack）轨道图1.2-20为英国1969年研制、试铺，1973年正式使用的高速、重载少维修无碴轨道，简称PACT轨道。它是在就地灌注的钢筋混凝土道床上直接联结钢轨，轨底与道床板之间设有连续带状橡胶垫板，连续支承钢轨。这种轨道已被英国、西班牙、南非、加拿大和荷兰等国广泛用于大轴重高速客运专线的隧道内和桥梁结构上，铺设总延长约为80km。,1.2.5法国铁路无碴轨道,1）STEDEF双块式轨枕无碴轨道图1.2-23为法国双块式轨枕混凝土道床无碴轨道，简称STEDEF轨道，类似瑞士LVT、英国LVT轨道。主要用于隧道内，特别是地铁轨道。由于它是在块枕下设有橡胶衬垫和套靴以提供高弹性，故能有效地降低地铁轨道的噪声和振动。,2）SONNEVILLE土路基上支承块式无碴轨道,1.2.6意大利铁路无碴轨道,图1.2-25为意大利IPA（IndustniaPnefabbricatiAffini）板式轨道，类似日本的SLAB轨道。已铺设约92km，其中高速新线上25.4km。,1.2.7前苏联铁路土路基上钢筋混凝土梁式无碴轨道,1949年，前苏联铁路在土路基上铺设了在厚12cm、宽2.5m、长12.5m或6.25m平面板上构筑T型混凝土梁的整体组合式钢筋混凝土道床无碴轨道（图1.2-26）。,1.2.8奥地利铁路土路基上梁式钢筋混凝土道床轨道,1928年，奥地利铁路Winth博士提出了土路基梁式无碴轨道（图1.2-27）。,1.3我国无砟轨道技术再创新概况,1.3.1再创新工作的总体目标在前期科研成果和引进技术的基础上，对无碴轨道系统技术进行再创新；研发无碴轨道设计、制造、施工等成套技术及装备，其技术经济指标和施工效率优于引进技术，总体性能不低于国外无碴轨道系统。1.3.2再创新工作的具体内容1）国内外无碴轨道系统技术总结及无碴轨道结构选型（1）Rheda2000型无碴轨道系统技术总结（2）Zublin型无碴轨道系统技术总结（3）Bogl型板式无碴轨道系统技术总结（4）日本板式无碴轨道系统技术总结（5）我国无碴轨道前期试验研究成果总结,2）我国客运专线无碴轨道结构选型报告,（1）无碴轨道结构设计理论和方法（2）无碴轨道结构设计技术要求及设计图，包括：路基（含桩板路基）、桥涵、隧道、岔区、过渡段等基础上的无碴轨道结构。（3）无碴轨道结构对线下基础的设计要求（4）无碴轨道预制件设计图、制造技术要求及成套装备（5）无碴轨道施工工艺及成套装备,客运专线无碴轨道系统设计技术,子课题之一：桥上无碴轨道系统设计技术子课题之二：路基上无碴轨道系统设计技术子课题之三：隧道内无碴轨道系统设计技术子课题之四：岔区无碴轨道系统设计技术子课题之五：过渡段轨道结构设计技术子课题之六：无碴轨道结构预制件设计技术子课题之七：无碴轨道与站后工程的接口设计技术,客运专线无碴轨道无缝线路设计技术,子课题之一：桥上无碴无缝线路设计技术（含区间、岔区）子课题之二：无缝线路关键部件的设计技术（含伸缩调节器、绝缘接头、冻结接头）子课题之三：无碴无缝线路铺设技术及关键设备研制,客运专线无碴轨道工程材料的试验研究,子课题之一：路基上无碴轨道水硬性支承层材料的研制子课题之二：路基面沥青防水层材料的研制子课题之三：无碴轨道吸音板材料的研制子课题之四：板式轨道凸形挡台填充树脂材料的研制子课题之五：过渡段道碴粘结材料的研制子课题之六：桥上隔离层及橡胶垫层的研制子课题之七：减振型板式轨道橡胶垫层的研制子课题之八：硬质泡沫塑料板的研制子课题之九：道床板及底座混凝土配合比设计优化子课题之十：锚固销钉及锚固材料的研制,客运专线板式轨道CA砂浆及成套装备的研制,子课题之一：沥青乳剂的研制子课题之二：CA砂浆原材料要求及配合比设计子课题之三：CA砂浆施工工艺及成套设备的研制子课题之四：CA砂浆注入袋的研制子课题之五：CA砂浆调整层修补技术,客运专线无碴轨道制造、检测技术及成套装备的研制,子课题之一：混凝土轨道板制造工艺及成套设备的研制子课题之二：双块式轨枕制造工艺及成套设备的研制子课题之三：桁架式岔枕制造工艺及成套设备的研制,客运专线无碴轨道施工、检测技术及成套装备的研制,子课题之一：板式轨道施工工艺及成套设备的研制子课题之二：双块式无碴轨道施工工艺及成套设备的研制子课题之三：岔区无碴轨道施工工艺及成套设备的研制,客运专线无碴轨道综合维修技术的研究客运专线无碴轨道工程试验段综合试验,1.3.3目前再创新主要成果,1、CRTS型双块式：,2、CRTS型双块式,3、CRTS型板（单元板）,第二部分：无砟轨道设计,2.1无砟轨道的技术特点,2.1.1优点分析1）强度高、稳定性好、使用寿命长，有砟轨道20年，无砟轨道60年。2）几何平顺性好，保持能力强，技术速度更高3）维修量小，养护人员少，简化养护维修体制，无需大型养护机械4）横向稳定性好，可以设置较大的曲线超高，可减小线路曲线半径，使线路选线具有较大的灵活性。5）纵向稳定性提供更好的防爬能力，可使线路设计更大的纵坡，适应地形好，节省工程费。6）轨道高度降低，节省隧道空间，降低桥梁二期恒载，相应降低相关工程费。7）特别适合在高速客运专线和长大隧道内修建，技术性先进、节省维修量，速度目标值可靠。8）环保：避免特级道砟开采、水洗破坏环境和景区风貌。2.1.2缺点分析1）对路基稳定性和沉降值要求高（客专1520mm），基础处理费用较高。目前京津城际路基下沉最大47mm，预测还将发生30mm。2）造价是有砟轨道1.52.5倍，但全寿命经济效益仍优于有砟轨道。3）轨道一旦破坏，修复难度较大。,2.2国内标准确定的无砟轨道种类适用性,目前标准参考图编制种类：弹性支承块式CRTS型双块式CRTS型双块式CRTS型板式CRTS型板式,2.2.1扣件,1）预埋铁座式弹性可调扣件可调式弹性扣件（图5-40）是为秦岭特长隧道内弹性支承块式无碴轨道上使用而研发的。它是一种预埋铁座、无挡肩、不分开、可调式弹条扣件。由型弹条、轨距挡板、绝缘轨距块、轨下胶垫、预埋铁座、T型螺栓、平垫圈、盖型螺母及调高垫片等组成。其主要技术参数如下：,2）WJ7型分开式扣件,设计参数：1.轨距：1435mm。2.轨底坡：在铁垫板上设置1:40轨底坡。3.钢轨纵向阻力：一般地段大于9kN（每组扣件），小阻力地段为4kN（每组扣件）。4.节点刚度：A型：垫板静刚度为2030kN/mm，扣件系统节点静刚度为35kN/mm。B型：垫板静刚度为3040kN/mm，扣件系统节点静刚度为50kN/mm。5.疲劳性能：扣件系统按EN13146-4进行试验，经300万次荷载循环后零部件无伤损，轨距扩大小于6mm，且扣压力变化20%、钢轨纵向阻力变化20%、节点静刚度变化25%。（试验荷载参数：Pv/cos=70kN，L/V=0.50，=26，X=15mm）。6.绝缘电阻：扣件系统按EN13146-5进行测试，两轨间绝缘电阻大于3km，并满足轨道电路的要求。7.恶劣环境条件影响：扣件系统经EN13146-6所述300h盐雾试验之后，用手工拆卸工具能顺利拆卸。8.钢轨左右位置调整量：单股钢轨左右位置调整量：-6+6mm；轨距调整量：-12+12mm，连续无级调整。9.钢轨高低位置调整量：30mm，调整级别为1mm，采用充填式垫板可实现无级调整。10.弹条扣压力及弹程：W1型弹条：扣压力大于9kN，弹程14mm；X2型弹条：扣压力6kN，弹程12mm。11.预埋套管抗拔力：不小于100kN。,3）WJ8型分开式扣件,设计参数：1.轨距：1435mm。2.轨底坡：在轨枕或轨道板上设置1:40轨底坡。3.钢轨纵向阻力：一般地段大于9kN（每组扣件），小阻力地段为4kN（每组扣件）。4.节点刚度：A型：垫板静刚度为2030kN/mm，扣件系统节点静刚度为35kN/mm。B型：垫板静刚度为3040kN/mm，扣件系统节点静刚度为50kN/mm。5.疲劳性能：扣件系统按EN13146-4进行试验，经300万次荷载循环后零部件无伤损，轨距扩大小于6mm，且扣压力变化20%、钢轨纵向阻力变化20%、节点静刚度变化25%。（试验荷载参数：Pv/cos=70kN，L/V=0.50，=26，X=15mm）。6.绝缘电阻：扣件系统按EN13146-5进行测试，两轨间绝缘电阻大于3km，并满足轨道电路的要求。7.恶劣环境条件影响：扣件系统经EN13146-6所述300h盐雾试验之后，用手工拆卸工具能顺利拆卸。8.钢轨左右位置调整量：单股钢轨左右位置调整量：-5+5mm；轨距调整量：-10+10mm，调整级别为1mm。9.钢轨高低位置调整量：30mm，调整级别为1mm。10.弹条扣压力及弹程：W1型弹条：扣压力大于9kN，弹程14mm；X2型弹条：扣压力6kN；弹程12mm。11.预埋套管抗拔力：不小于60kN。,4）Vossloh300型扣件,是德国Vossloh公司最先进的扣件，目前主要用于双块式轨道和博格板。弹条与轨面、轨底侧面为点接触，使得水膜面积小，扣件喷淋绝缘电阻性能优于WJ7、8型。但调轨距性能较差。,技术参数铁垫板下胶垫Zwp静刚度Cs=22.5kN/mm，动刚度40kN/mm。高低调整用不同厚度的轨下垫板来实现，垫板以1mm为分级单位。如调高超过15mm，可更换不同号码的轨距挡板实现高低调整范围-4+26mm。轨向调整也可更换不同号码的轨距挡板来实现，以1mm为分级单位，最大可调整范围为8mm。扣件扭力矩极限值为200*10%Nm。,2.3无砟轨道的适用范围,2.3.1客货混运线设计速度200km/h以下，无砟主要考虑铺设于长大隧道地段、长桥地段及桥隧相连地段，其余地段以有砟轨道为主。主推无砟轨道类型有：弹性支承块无砟轨道、CRTS型双块式、框架式轨道板,2.3.2客运专线设计速度300km/h350km/h，原则上全线铺设无砟轨道，主推轨道类型有：CRTS型双块式、CRTS型双块式、CRTS型板式、CRTS型板式。其中温暖地区CRTS型双块式、CRTS型双块式采用连续结构，寒冷地区可考虑分块式单元结构；CRTS型板式温暖地区可采用框架式，寒冷地区可采用大板，目前不主张在寒冷地区采用CRTS型连续板（博格）。,2.3.3城际铁路设计速度250km/h，无砟主要考虑铺设于长大隧道地段、长桥地段及桥隧相连地段，其余路基地段以有砟轨道为主。主推无砟轨道类型有：CRTS型双块式、CRTS型双块式、CRTS型板式。,2.4无砟轨道设计,2.4.1设计解决的问题及目标值1）轨道强度、材料耐久性指标60年、气候条件道床厚度、配筋率、道床裂缝宽度、钢筋保护层厚度轨道部件种类2）轨道弹性指标：合理范围2060kN/mm，主要靠扣件胶垫实现，板式轨道CAM仅能提供部分缓冲作用。3）施工方法、进度指标4）维修性指标5）经济性指标,2.4.2设计选型1）结构选型原则（1）结构形式与速度、轴重、运量匹配（2）技术成熟（3）可施工性好（4）经济性好2）结构形式的确定,2.4.3设计接口,1）线路与超高接口线路曲线半径与外轨超高h=关联，由于无砟轨道横向稳定性更好，可以使曲线超高更大些，因此使线路曲线半径更小，我国新建时速300350公里客运专线暂规规定：见下表。,无砟轨道线路平面圆曲线半径（m）,有砟轨道线路平面圆曲线半径（m）,注：括号内为特殊困难条件下数值。,注：括号内为特殊困难条件下数值。,客货混运线路超高：新建线路h=,改建线路h=,其中：Vj=,Vj=,Vj=,客运专线超高：h=,最小曲线半径的确定：R=,一般情况下未被平衡的加速度a0.4m/s2困难情况下a0.6m/s2,欠超高的确定：hq=,我国规范规定欠超高一般值70mm，困难情况下90mm。曲线容许速度：Vmax=,根据铁道部下发的铁集成200874号文关于武广、郑西客运专线超高设置的通知的要求，对未施工地段曲线超高调整如下：300350km/h铁路客运专线曲线半径实设超高表,对于已经施工了支撑层的曲线，对道床板厚度进行调整以达到设计的超高值。,表4.1武广综合试验段无砟轨道运营条件下的设计超高及其检算,（1）路基沉降：我国时速300350公里暂规：有砟轨道路基工后沉降量不应大于5cm，沉降速率应小于2cm/年。桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3cm。无砟轨道地段路基在无砟轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；沉降比较均匀、长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：Rsh0.4沉降值15mm,2）路基与排水接口,德国拟合竖曲线理论：德国设计标准RIL836规定：无碴轨道结构的总残余沉降量SR应满足1要求，个别特殊情况应满足2要求。1、无碴轨道施工以后的最大总残余沉降量SR应不超过轨道的最大调整余量减去5mm。在长度大于20m的均匀沉降路段，结构的残余沉降量最大不应超过2倍修正调节量。该调节量最大不超过20mm，修正调节量为15mm，其中5mm的差是为了抵消火车经过时产生的沉降。2、个别特殊情况，结构的总残余沉降量可以调整至6cm，前提是根据列车行驶动力学原理Ra0.4ve2，对线路长的落差值采取一定的过渡措施。,沉降值15mm,为保证列车行驶时的舒适度要求，地基只能是连续的不均匀沉降。为了满足以上要求，不均匀沉降的曲线半径应满足：Ra0.4ve2m=49000m(轨道设计时速ve=350km/h)由此算得地基沉降差：,根据上式，将经计算得到的各路段的允许沉降差如下表4-3：表4-3,地基基础的允许变形量将叠加在下凹变形中，下凹变形允许的沉降量最大为+60mm，如图4-9所示：图4-9最大允许沉降值,总之，在设计中的地基沉降量应不超过15mm，设计时不宜考虑较大的沉降允许值和钢轨扣件所具有较大的调节量。,（2）排水两面三面,郑西客运专线路基排水方案郑西线采用Zublin双块式无砟轨道，其路基防排水方案如图2-1、2-2：,武广客运专线路基排水方案武广线采用双块式无砟轨道，采用直线、曲线均在线间设置集水井的方案，路基地段横断面如图2-3：,以严寒地区路基排水方案设计为例的专题研究如下：,方案一、直线地段线间填平自轨道板表面向两侧排水方案（图5-1）,图5-2轨道板伸缩缝处理方案示意图,方案二、线间利用涵洞排水方案（图5-3）,方案三、线间设集水井方案（图5-4）,方案四、利用底座伸缩缝排水方案（图5-5）,方案五、底座预埋管道排水方案（图5-6）,3）隧道接口,（2）沉降缝处理：不同结构缝处轨道设置断缝；山区围岩稳定是可不设断缝。在轨道板末端或者在工作缝和施工缝等自由边，底座和无碴轨道之间的粘结必须采用特殊的措施来进行处理。为了确保轨道板混凝土和底座间的粘接，防止横向荷载和抬升发生，应该在轨枕之间的轨道板的自由边上安装直径为25mm的销钉，每处安装4排，1排5个销钉，如以下简图所示：,正常的销钉是直径为25mm的直螺纹钢筋，其长度要确保无碴轨道内有固定的长度，而且要插入隧道内100mm。隧道结构相邻单元之间的沉降差不能超过3mm。在施工和运营过程中都必须严格监控有可能产生沉降差的结构缝，以便于及时调整沉降差。在特殊情况下，如果隧道结构允许的话，沉降差也可以大于3mm。在此处，混凝土底板和道床板中都要断开设置。在结构缝处没有设置活动连接的轨道结构单元，应采取必要的措施，以避免两层混凝土结构之间互相粘连，以及由于下部结构的变形而加剧上部道床板裂缝的发展。当沉降差在03mm范围时，需在道床板内配附加钢筋，且在混凝土底板和道床板之间要设置PE膜作为隔离层；当沉降差大于3mm时，应将混凝土底板和道床板断开设置，且在混凝土底板和道床板之间设置PE膜作为隔离层，如图6-1所示：,4）桥梁接口,（1）技术要求：梁端转角1（2）长桥上轨道与梁面连接方式：跨度大于25M为长桥方案一：设置120mm厚2%横坡保护层，预埋门型钢筋,方案二：预埋套管,（3）短桥上覆盖层高度500mm,覆盖层高度500mm,有支座结构的短桥：有支座结构的短桥与长桥上的无碴轨道结构基本相同，只是此处底座板的尺寸采用与路基上的水硬性承载层宽度一致的尺寸，为3.80m，保证了施工时使用的钢模板轨道和支撑柱与一般路基地段一致。,5）信号轨道电路,国内研究和实践经验表明，道床电阻的大小影响轨道电路传输的长度和稳定性要求。对于包裹的绝缘材料，采用混凝土材料的绝缘性就比较理想。（1）钢轨道床绝缘电阻：2*km（扣件试验标准为3*km）（2）钢轨底面以下600mm内钢筋节点之间采取绝缘措施塑料卡子,建议：（1）对既有线路的扣件系统进行绝缘性能改造，可有效提高轨道电路工作的稳定性。（2）本次测试是在模拟工程条件下进行，考虑到与实际工程的差异，结合国外的惯用做法，建议在客运专线工程中进行实测验证。,9.2.2.1路基地段的综合接地处理措施,2桥梁地段的综合接地处理措施,7）环保减振轨道,（1）降低轨道静刚度：可减振510dB（2）设置道床板质量弹簧系统可减振1020dB（3）在道床面上设置吸音板（4）在轨道两侧设置隔音墙,有碴无碴的过渡段,2.6无砟轨道结构检算,2.6.1国外情况1）Zublin无碴轨道设计原理及计算方法（4）计算模型和假定结构计算模型分为三层，最上面是钢轨，下面是承载层，由道床板和水硬性承载层共同组成，最下面是防冻层及地基各土层。计算假定一：轨道结构的上部荷载是通过轨枕以45角向下传递的，如图4-3所示：计算假定二：道床板混凝土处于未开裂状态。另外，双块式轨枕与道床板整体浇筑在一起，这保证了荷载的横向传递，所以不用额外对结构横向的抗弯承载力进行分析。也就是说，钢轨下部的混凝土承重结构主要是受沿轨道纵向的弯矩作用，设计时可以简化成“弹性地基梁”。,图4-2荷载扩散示意图,图4-3轨道荷载分布图UIC71,荷载取值：,故可得轨道荷载取值如下：车轮荷载：Q=0.8250kN=200kN每根钢轨所受的车轮荷载：F=Q/2=200kN/2=100kN每根钢轨所受的车轮荷载设计值：F99.7=100kN1.21.5=180kN,无碴轨道设计是基于德国铁路要求(AKFF)和Eisenmann教授和Leykauf教授的理论。德国AKFF规定配筋率为0.8到0.9%，钢筋须设在轨道板的中间位置附近。在裂缝处，钢筋确保荷载从一边转移到另一边，同时保证了裂缝宽度的在限值之内，以保护钢筋免受腐蚀。德国规范规定无碴轨道的容许裂缝宽度为0.5mm。,3）桥上无碴轨道设计原理及计算方法,设计原理同路基上无碴道岔与长桥上无碴轨道，特别考虑了下列因素的影响：桥梁挠曲变形的影响；桥上无缝线路附加纵向力的影响；,2.6.2国内检算方法概况,1）结构设计检算使用年限（1）无碴轨道的设计与检算采用容许应力法。（2）按我国结构设计体系，设计寿命为50年的称为半永久性结构，设计寿命为100年的称为永久结构，并没有与设计寿命60年(如德国采用的设计使用寿命)对应的耐久性设计要求。因此我国无碴轨道在设计中建议按使用寿命50年考虑，以方便在耐久性设计中参照有关规范。,2）计算检算范围,（1）主体结构轨道板、道床板、底座应进行配筋设计及强度、裂纹、疲劳等检算。砂浆层应进行抗拉压强度、剪切强度、疲劳强度检算。弹性垫层应进行刚度设计、强度检算并依据设计使用年限内的老化特性进行选材。支承层在设计中纳入计算，但不进行检算。,