第四节、轨道结构

1、1 第四节第四节 轨道结构轨道结构 轨道是由钢轨、轨枕、连接零件、道轨道是由钢轨、轨枕、连接零件、道 床、道岔和其他附属设备等不同力学性床、道岔和其他附属设备等不同力学性 质的材料组成的构筑物。质的材料组成的构筑物。现代的轨道通现代的轨道通 常用两根专门轧制的工字形截面的钢轨常用两根专门轧制的工字形截面的钢轨 固定在轨枕上而形成。轨枕一般横向铺固定在轨枕上而形成。轨枕一般横向铺 设，用木材、钢筋泥凝土或钢材制成，设，用木材、钢筋泥凝土或钢材制成， 通过道床将荷载传递到路基上去。通过道床将荷载传递到路基上去。 2 一、钢一、钢 轨轨 钢轨是轨道结构的重要组成部分，是轨钢轨是轨道结构的重要组成部分

2、，是轨 道的基本承重结构，它用来引导轻轨车辆的道的基本承重结构，它用来引导轻轨车辆的 行驶，并将所承受荷载传到轨枕、道床及路行驶，并将所承受荷载传到轨枕、道床及路 基上去，也为车轮滚动提供最小阻力的接触基上去，也为车轮滚动提供最小阻力的接触 面。面。 3 钢轨要求有足够的承载能力、抗弯强度、断裂韧性、稳 定性及耐腐蚀性，其断面形状为工字形，由轨头、轨腰和 轨底3部分组成。钢轨的类型是按每米大致重量来区分的。 选用钢轨原则上应以轨道承受荷载的轻重来确定，虽然城 市轨道交通车辆的轴重较轻，如我国城市轨道交通样车的 铀重只有100kN，但为了保证客运车辆的运行质量，使钢 轨有较长的使用寿命，以及适应

3、铺设无缝线路的需要，在 正线上宜采用50kg/m的钢轨，在车场可采用43kg/m的钢 轨。 50 kg/m的钢轨与43 kg/m钢轨相比，前者较后者重 15，横向刚度和抗扭系数分别增加37和28，采用 50 kg/m钢轨有利于增加轨道的横向稳定性，减少动态轨 距扩大以及扩大无缝线路的铺设范围。50 kg/m钢轨断面 形式如图所示。 4 5 二、轨 枕 由于城市轨道交通车辆轴重较小，可以直 接采用常规铁路的须应力混凝土s-l型或J-1 型轨枕，J-1型的主要外型尺寸如图所示， 重约260kg。在直线区段，每km配置1000 根，在曲线半径300m及以下地段，每km增 加80根。 6 三、道 岔

4、车辆从一股轨道转向或越过另一股轨道的车辆从一股轨道转向或越过另一股轨道的 设备，称为道岔。设备，称为道岔。道岔有线路连接、线路道岔有线路连接、线路 交叉及线路连接与交叉交叉及线路连接与交叉3 3种形式。常见的线种形式。常见的线 路连接有普通的单开道岔，单式对称道岔路连接有普通的单开道岔，单式对称道岔 及三开道岔。线路交叉有直角交叉及菱形及三开道岔。线路交叉有直角交叉及菱形 交叉。连接与交叉有又分道岔及各种交叉交叉。连接与交叉有又分道岔及各种交叉 渡线。应用这些道岔，可以把不同位置和渡线。应用这些道岔，可以把不同位置和 方向的轨道相互连接起来。方向的轨道相互连接起来。 7 由于城市轨道交通车辆在

5、市区运行，常遇到由于城市轨道交通车辆在市区运行，常遇到 小半径曲线，而且中间站通常不设配线。在小半径曲线，而且中间站通常不设配线。在 没有渡线和折返线的车站，必须设置道岔来没有渡线和折返线的车站，必须设置道岔来 实现车辆的转线；在车场内，股道则通过道实现车辆的转线；在车场内，股道则通过道 岔逐级与走行线连接。由于车辆的运行条件岔逐级与走行线连接。由于车辆的运行条件 规定，其最小通行半径为规定，其最小通行半径为25m，考虑运行速，考虑运行速 度及节约用地要求，应在不同场合选用不同度及节约用地要求，应在不同场合选用不同 的辙叉号数和道岔结构。的辙叉号数和道岔结构。 8 1动车最大运行速度为60 k

6、m/h时，道岔直 股结构应满足60 km/h通过的要求，如留有安 全储备，道岔的直股设计速度为80 km/h。如 用于车场道岔，由于无较高的速度要求，采 用40 km/h作为道岔的直股设计速度。 9 2道岔侧股的允许通过速度，主要取决于 动车通过道岔侧股的运行速度要求。在折 返站，动车在出发前由邻线转入，以改变 运行方向，属于调车性质，最高运行速度 定为25 km/h。用于车场的道岔，动车通过 道岔例股均为调车，考虑节约用地，最高 运行速度定为15 km/h 10 3动车以最高运行速度通过道岔例股时， 最大允许的未被平衡超高值(欠超高)，比照 区间线路，定为 90 mm, 正线道岔据上述侧 向

7、最高运行速度 25 km/h，最大欠超高 11 四、道 床 土路基上道床厚度为250 mm，在铺设无缝线路 地段，为增大轨道横向稳定性，道床肩宽应不小 于30 cm，在R600mm的曲线地段，曲线外测 道床肩部加宽10 cm。轨枕中部道床不掏空。直 线和曲线地段道床分别如图(A)和(B)所示。 12 隧道内的轨道结构可分有碴(有碎石道床)和无碴(无碎石 道床)两种。有碴道床同土路基上道床一样，施工简单， 防噪声性能好，但需要增加隧道的开挖量，而且维修工作 量较大，一般城市轨道交通中不采用。无碴道床最为普遍 的是混凝土整体式道床，这种结构利用扣件把钢筋和混凝 土基础直接连结在一起。 整体式道床采

8、用就地连续浇注 混凝土基床或纵向承轨台，简称PACT型轨道。这种型式 结构简单，减振性能较好，但施工较为复杂。此外也可以 把预制好的混凝土枕与混凝土道床浇筑成一个整体。或者 采用预制的钢筋混凝土支承块与混凝土道床浇注成体， 这被我国铁路隧道广为采用，北京和天津地铁也采用这种 结构，如图所示。 13 14 高架桥上的道床与隧道内相似，也分为碎石高架桥上的道床与隧道内相似，也分为碎石 道床和混凝土整体道床。碎石道床与前述土道床和混凝土整体道床。碎石道床与前述土 路基上道床相同。桥上整体道床结构也称无路基上道床相同。桥上整体道床结构也称无 渣无枕梁结构，是通过扣件直接把钢轨和混渣无枕梁结构，是通过扣

9、件直接把钢轨和混 凝土桥面联结起来。应用较广泛的是在混凝凝土桥面联结起来。应用较广泛的是在混凝 土梁上二次浇注混凝土纵向承轨台。图是高土梁上二次浇注混凝土纵向承轨台。图是高 架混凝土桥无碴轨道结构。纵向承轨台高架混凝土桥无碴轨道结构。纵向承轨台高150 150 mmmm分段隔开，以利排水。两纵向支承台间设分段隔开，以利排水。两纵向支承台间设 置防脱轨矮墙以代替通常使用的护轨。置防脱轨矮墙以代替通常使用的护轨。 15 16 17 五、减振垫层与扣件五、减振垫层与扣件 由于整体道床轨道结构没有有碎石道床由于整体道床轨道结构没有有碎石道床 提供必要的弹性，因而一般要配用弹性较好提供必要的弹性，因而一

10、般要配用弹性较好 的扣件以减小振动和噪声。扣件节点的垂直的扣件以减小振动和噪声。扣件节点的垂直 刚度要在刚度要在50 kN/mm以下。根据发展城市轨以下。根据发展城市轨 道交通的需要，我国新近研制了用于城市轨道交通的需要，我国新近研制了用于城市轨 道交通无碴轨道的减振垫层及扣件。道交通无碴轨道的减振垫层及扣件。 18 (一)减振垫层 减振垫层为压缩型橡胶垫板，放在钢轨与 承轨台之间。 减振垫层力求结构简单、 加工容易、原材料节省、便于推广，具有 15年以上的使用寿命，能显著减小车辆振 动，降低噪声， 减振垫层最重要的设计参 数是减振垫层的静刚度(或称静弹簧系数)， 这一设计参数决定于减振要求，

11、同时还决 定于扣件能否与减振垫层相适应。 19 用于无碴轨道减振垫层的基本要求是，使用用于无碴轨道减振垫层的基本要求是，使用 该减振垫层的无碴轨道，其振动衰减性能相当或该减振垫层的无碴轨道，其振动衰减性能相当或 优于有碴轨道。此时，减展垫层的静刚度应为优于有碴轨道。此时，减展垫层的静刚度应为13- 50 kN/mm。由于轻轨车辆轴重较轻。由于轻轨车辆轴重较轻(约约l00 kN)， 因此，减振垫层的静刚度选择在此范围接近下限因此，减振垫层的静刚度选择在此范围接近下限 的数值，即不大于的数值，即不大于20 kN/mm。 试验和理论证明，试验和理论证明， 橡胶材料的泊松比接近于橡胶材料的泊松比接近于

12、0.5, 因而其体积是不可因而其体积是不可 压缩的，为了提高其弹性，必需使胶垫能自由地压缩的，为了提高其弹性，必需使胶垫能自由地 横向变形，即要使减展垫层有足够的自由表面积。横向变形，即要使减展垫层有足够的自由表面积。 胶垫的硬度也将影响刚度值，因而适当降低硬度胶垫的硬度也将影响刚度值，因而适当降低硬度 是有益的。胶垫的几何尺寸也是影响刚度的一个是有益的。胶垫的几何尺寸也是影响刚度的一个 因素，当平面尺寸扩大有困难时，适当增加胶垫因素，当平面尺寸扩大有困难时，适当增加胶垫 厚度，也将能使刚度合理降低。厚度，也将能使刚度合理降低。 20 经多方案比选和反复试验，研制了图所示 的用于无碴轨道的16

13、-13型的胶垫。胶垫静 刚度为18.7 kN/mm，符合不大于20 kN/mm 的设计要求。胶垫的疲劳试验表明，在特 大荷载75 kN作用下，胶垫不会产生早期破 损。 此外，还研制了用于有碴轨道的12-13 型胶垫 21 (一)轻轨I型扣件 与1613型胶垫配套用的轻 轨I型扣件，见图。在支承块 内项埋T型螺栓插入座5，通 过B型弹条4和T型螺栓1等紧 固件紧固钢轨，绝缘软距块6 兼作绝缘和调整轨距用。轻 轨I型扣件结构简单，使用安 装方便，B型弹条为常规铁路 大量使用，通用性较好，而 且造价较低。 22 其主要技术性能如下: (1)抗横向力能力=40 kN (2)软顶标高调整量10 mm；轨

14、距调整量：有备件 时为8+4 mm，无备件时为40 mm。根据 理论分析计算，对于轻执车辆运行条件，扣件强 度存在较大的富裕量。 通过对扣件各部件的计算 和试验表明，作用于单扣件的横向力，按40 kN作 为设计参数是安全的。用于有碴轨道的静刚度为 50 kN/mm，动刚度为静刚度的1.5倍；用于无碴 轨道的静刚度为20 kN/mm，动刚度为静刚度的 1.5倍。钢轨倾翻角均小于允许值，T型螺栓插入 座也不会发生弯曲疲劳破坏。 23 (三)轻软II型扣件 轻软II型扣件是高效能减振扣件，其构造见图。 该扣件的上下铁垫板用硫化橡胶联成整体，在荷 载作用下，该橡胶以承受剪力为主，产生较大的 剪切变形，

15、因而弹性较好。硫化橡胶既减振又起 绝缘作用，具有很好的绝缘性能。另一突出优点 是：扣件承受垂直荷载时，软下衬垫(用塑料制作) 压缩变形小，扣压钢轨不易松弛，扣压力基本保 持稳定。试验表明：轻轨II型扣件的各项技术性能， 都优于轻轨I型。但由于其构造较复杂：造价也相 应高于I型扣件，除了环境要求极高的路段，一般 不轻易使用。 24 25 轻轨II型扣件的主要技术特点如下： 1垂直静刚度为8.46 kN/mm，满足不大于10 kN/mm的设 计要求，并有良好的横向弹性，经200万次的疲劳试验后， 减振垫完好。 2轻轨II型扣件结构设计合理，在30 kN横压疲劳荷载作用 下，各部件均良好无损，轨距扩

16、大3.5 mm。 3轻轨II型扣件减振效果优于轻轨I型扣件，加速度幅值从钢 轨到承托梁衰减97.7，加速度自功率谱从钢轨到承托梁 衰减99.3，具有明显的社会环境效益。 4轻轨II型扣件绝缘性能良好，在洒水的状态下，两股钢轨 的绝缘电阻能满足设计要求。 26 六、轨道结构 在直线段，轨道上两股钢轨的位置有严格的在直线段，轨道上两股钢轨的位置有严格的 要求，平面上左右两股钢轨要保持与轨道中心线要求，平面上左右两股钢轨要保持与轨道中心线 相等的距离和一致的方向；立面上除了随线路纵相等的距离和一致的方向；立面上除了随线路纵 断面的变化保持一致的高度外，还应使每个横断断面的变化保持一致的高度外，还应使

17、每个横断 面上左右两股钢轨顶面保持同一高度。面上左右两股钢轨顶面保持同一高度。 我国规定我国规定 的直线地段轨道的标准轨距为的直线地段轨道的标准轨距为1435mm1435mm，允许误差，允许误差 +6+6一一+2mm+2mm，轨距变化率不得大于千分之三。轮对，轨距变化率不得大于千分之三。轮对 宽度要略小于轨距，使轮缘与钢轨内侧保持必要宽度要略小于轨距，使轮缘与钢轨内侧保持必要 的间隙，以利于在轨道上行驶的车辆轮对能顺利的间隙，以利于在轨道上行驶的车辆轮对能顺利 通过。轮对左右两车轮内侧面之间的距离加上两通过。轮对左右两车轮内侧面之间的距离加上两 个轮缘厚度为轮肘宽度。直线地段两股钢轨顶而个轮缘

18、厚度为轮肘宽度。直线地段两股钢轨顶而 应保持同一高度，使两根钢轨负荷均匀。也允许应保持同一高度，使两根钢轨负荷均匀。也允许 有一定误差，可根据线路等级不同，分别不大于有一定误差，可根据线路等级不同，分别不大于 4 46mm6mm。轨道在一段不太长的距离内不允许左右两。轨道在一段不太长的距离内不允许左右两 轨高差交替变化，形成三角坑，以致引起列车剧轨高差交替变化，形成三角坑，以致引起列车剧 烈摇晃，甚至引起脱轨事故。烈摇晃，甚至引起脱轨事故。 27 轨道纵向的平顺情况称为高低，若高低不平，将轨道纵向的平顺情况称为高低，若高低不平，将 增大列车通过时的冲击力，对轨道的破坏力增大。增大列车通过时的冲击力，对轨道的破坏力增大。 根据铁路规定，经过维修或大修的正线或到发线根据铁路规定，经过维修或大修的正线或到发线 轨道，前后高低差用轨道，前后高低差用10m10m弦量不得超过弦量不得超过4mm4mm。 轨道轨道 方向应远视顺直，若直线不直，方向不良，会造方向应远视顺直，若直线不直，方向不良，会造 成列车蛇行运动。在无缝线路地段，还会