轨道工程概论

1、 在路基、桥隧建筑物修成之后，就可以在上面铺设轨道。轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成。它起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的巨大压力，并把它传布给路基或桥隧建筑物。轨道是引导列车行驶方向、支承其载重并传递至路基（或桥轨道是引导列车行驶方向、支承其载重并传递至路基（或桥面）的线路上部建筑。面）的线路上部建筑。 列车运行时，其动力作用首先通过车轮施加于钢轨上，并依列车运行时，其动力作用首先通过车轮施加于钢轨上，并依次传递至轨枕、道床、路基或（桥面）上。经过传递扩散，作用次传递至轨枕、道床、路基或（桥面）上。经过传递扩散，作用的接触面逐渐增大，单位面积上压力

2、逐渐减小，从而保证路基在的接触面逐渐增大，单位面积上压力逐渐减小，从而保证路基在列车荷载作用下的稳定性。列车荷载作用下的稳定性。1 钢轨 1）支承和引导车轮； 2）为车轮滚动提供阻力较小的表面； 3）承受车轮的作用力并传布于轨枕； 4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。1.1 钢轨的功用1.2 钢轨的特点与钢轨断面 钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如下图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。1.钢轨特点：四个“度”刚度抵抗由动荷载引起的挠曲变形；韧度防止动荷载引起

3、钢轨折断；硬度防止被车轮压陷或磨损太快；顶面粗糙度有利于机车的牵引力、制动力的实现。2.钢轨断面 (1)断面形状 钢轨断面的造型统一为“工”字形钢轨断面图(2)断面特点轨底较宽有利于保证钢轨稳定钢轨断面的组成 在我国，钢轨的类型或强度以每米长度的大致质量（公斤数）表示，现行的标准钢轨类型有：75公斤米、60公斤米、50公斤米。 钢轨的长度长一些好，可以减少接头的数置，列车运行平稳并可节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限制，一根钢轨的轧制长度是有限的。目前我国钢轨的标准长度有25米和12.5米两种，对于75公斤米钢轨只有25米长一种。此外，还有专供曲线地段铺设内轨用的标准

4、缩短轨若干种。1.3 钢轨长度、钢轨接头、轨缝1.钢轨长度我国制造的标准钢轨，长度有25米与12.5米两种。2.钢轨接头普通轨道的接头，通常用螺栓、夹板等连接。3.轨缝铺轨时，需要在钢轨接头处预留轨缝。轨缝要求：(1)高温时，钢轨膨胀不会导致轨道挤压变形；(2)低温时，钢轨收缩不会导致接头拉压变形。轨缝作用：适应钢轨热胀冷缩的需要。4.轨缝计算公式 轨缝的计算通常使用经验公式：式中： 计算轨缝尺寸（毫米）； tmax最高钢轨温度（当地历年最高气温加20摄氏度）； t铺轨时的钢轨温度（摄氏度）； L钢轨长度（米）； c阻力限制的钢轨伸缩量（毫米）（12.5米钢轨取12 毫米，25米钢轨取34毫米

5、）2 轨枕2.1 轨枕的功用、特点 根据下图，试推测轨枕的功用。并说明轨枕应具备的特点。 1.功用 1)承受钢轨的垂直力、水平力。 2)传递这二力给道床和路基。 3)保持钢轨方向、位置、轨距。 2.特点 坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。 可以认为，轨枕是介于钢轨与道床之间，承受来自钢轨的各向压力，并将压力弹性地均布于道床的设施。2.2 轨枕的分类 轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。我国铁路所使用的主要是预应力混凝土枕。木枕 钢筋混凝土轨枕 图1-17 配置轨枕数示意图 木枕增加160根 混凝土增加80根； 当条件重合时，只增加一次， 并且不能超过数目最大值。 1)混

6、凝土枕轨道上，半径小于600米的曲线地段；或木枕轨道、电力牵引线路，半径小于800米的曲线地段。 2)坡度大于12的下坡制动地段。 3)长度大于等于300米的隧道地段。2.轨枕间距的计算图1-18 轨枕间距示意图 到目前为止，你对轨枕的了解有多少普通轨道上，轨枕间的距离一样不？ 普通轨道上，钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头轨枕间距（c）应该比中间轨枕间距（a）小一些。而且，从c向a过渡时，应该有一个过渡轨枕间距（b），以适应荷载的变化。三者大小为：abc。 c一般是给定的：木枕为440mm，混凝土枕为540mm。由上图可知：式中： L每节钢轨长度（含一个轨缝宽度8mm） n每节钢轨下轨枕根数

7、3 联结零件 联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。 接头联结零件： 两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。先用两块鱼尾板夹住钢轨，然后用螺栓拧紧。为防止螺栓松动，在螺帽与鱼尾板之间，加有弹簧垫圈。接头联结零件接头联结零件钢轨的接头连接3.1 中间联结扣件 中间联结扣件的作用： 把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。 根据轨枕的性质，中间联结扣件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。 从分类上我们可以推测，不同的轨枕，存在不同的联结方式。图1-19 钢轨与轨枕的联结 1.木枕扣件及木枕联结方式 目前，我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。 （1）混合式（见图1-20）

8、 目前大量采用的联结方式是混合式。混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时联结。混合式扣件零件少，安装成本低，但扣紧力不如分开式。钢轨与木枕的混合式连接图1-20 钢轨与木枕的混合式联结 （2）分开式（见图1-21） 分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧。 分开式扣压力大，能有效防止钢轨的横、纵向位移，同时便于安装与更换，但成本高。在特殊线路与桥上线路使用。图1-21 钢轨与木枕的分开式联结 2.混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式 由于混凝土枕重量大、刚度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。 图1-21 钢轨与混凝土枕联结 主要表现为： 1、扣压力足。当

9、钢轨弯曲、转动时，不会导致钢轨沿垫板发生纵向移动。 2、适当的弹性。混凝土枕的弹性比木枕差许多，其弹性主要由扣件提供。 3、具有绝缘性能。4 道床 道床介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。道床是铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层。主要作用是支承轨枕，把从轨枕上部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。道床断面道床断面图1-23 道床示意简图 4.1 道床的功用与材料选择1.道床的功用： 1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基； 2）提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定； 3）提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； 4）提供良好的

10、排水性能，减少路基病害； 5）便于轨道养护维修作业。 图1-24 碎石道床示意图 以碎石、矿渣、沙子等为材质构成的碎石道床，满足以上5点要求，价廉物美，是我国目前使用最广泛的道床类型。 2.道床应具备的性能图1-24 碎石道床示意图1）质地坚硬，耐压、耐磨，具有弹性；2）排水性能好，吸水度小；3）不易风化、侵蚀。4.2 道床断面道床断面为梯形，主要有三个要素： 1）道床厚度（h）:足够的厚度，有利于减小基面应力，降低发生永久变形的可能，确保轨道稳定。 2）顶面宽度（b）：一般为3米。 3）边坡坡度（i）图1-25 道床纵断面示意图5 防爬设备 1.爬行的定义 列车运行时，车轮作用于钢轨上除产生

11、竖直力和横向力外，还产生一个纵向水平推力，能引起钢轨的纵向移动，有时甚至带动轨枕沿着线路方向一起移动，此种现象称为轨道的爬行。 1.防止爬行的措施 防止爬行，需要加强接头扣件、中间扣件的扣紧力。扣紧力的加强，是通过安装防爬设备实现的。 在直线地段，由于列车纵向力的作用，轨枕可能被拉斜。 预防方法是将防爬器与防爬支撑配合使用。 图1-26 石质防爬器 （a a）穿销式防爬器穿销式防爬器 （b b）防爬器的安装防爬器的安装（c）防爬器 在曲线地段，由于列车横向力的作用，很容易引起轨距扩大。预防方法是采用轨距拉杆进行加固。 图1-27 轨距拉杆6 道岔 什么是道岔？ 机车车辆在运行过程中，常常需要由

12、一条线路转入另一条线路，或跨越其它线路。在就需要设置线路的连接与交叉设备，即道岔道岔。 道岔是铁路轨道的重要组成部分。由于道岔数量多、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。 道岔的分类及功用： 1、线路的连接设备 引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路。 2、线路的交叉设备引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。 图1-29 线路连接道岔 图1-30 线路交叉道岔 3、连接与交叉设备 既可以引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路，也能够引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。 图1-31 线路连接、交叉道岔 6.1 单开道岔构造6.1.1 单开道岔的概述

13、 单开道岔是最简单、最常用的一种道岔。普通单式道岔的组成1基本轨；2尖轨；3翼轨；4护轨 1.单开道岔的组成 （1）三大组成部分：转辙器部分；辙叉及护轨部分；连接部分。 （2）7个组成部件： 转辙器部分的基本轨、尖轨； 辙叉及护轨部分的翼轨、护轨、岔心； 连接部分的直轨、导曲线轨。图1-33 单开道岔结构与名称 转辙器：包括两根尖轨和两根基本轨，是引导机车车辆转线的部分。 连接部分：包括两根直轨和两根导曲线轨。它是将转辙器和翼轨联结起来的部分。 辙叉及护轨：辙叉设在两条钢轨的交叉处，其作用是使运行在一条钢轨上的列车车轮的轮缘能越过另一条钢轨。1.单开道岔各组成部分的功能6.1.2 单开道岔的转

14、辙器部分 1.转辙器部分的功用与组成 功用：引导机车车辆的行驶方向。 组成：两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件、道岔转换设备。图1-37 单开道岔的转辙器部分 2.基本轨（图1-37中图示B） 基本轨是用12.5米或25米标准轨经过适当加工制成。主线基本轨为直线。侧线基本轨为折线或曲线型图1-37 单开道岔的转辙器部分 3.尖轨（图1-37中图示A） 尖轨是转辙器部分最重要的组成部件。通过转辙机械的作用，两根尖轨往复摆动，从而引导机车车辆进入主线或侧线行驶。6.1.3 辙叉与护轨部分 辙叉与护轨部分由主轨、护轨、翼轨、岔心四个部件构成。其中，翼轨和岔心是辙叉的主要构成部分。（见图1-38）图1

15、-38 辙叉与护轨部分组成示意图辙叉构造及基本术语 从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间，存在着一段轨线中断的空隙，叫做辙叉的有害空间。当机车车辆通过辙叉有害空间时，轮缘有走错辙叉槽而引起脱轨的可能，因此，必须设置护轨，对车轮的运行方向实行强制性的引导。 2.护轨 正确地引导机车车辆轮对的走向，防止其撞击辙叉叉心，使列车平顺、安全地通过有害空间。（见图1-39）图1-39 道岔护轨 可动心轨辙叉的心轨与尖轨同时扳动（如图），心轨尖端总是同一根翼轨密贴而同另一根翼轨分离，这样就不存在有害空间。使行车平稳而安全，消除了列车直向过岔速度的限制。可动心轨撤叉3.活动心轨辙叉双开道岔图1-41 单式对称道

16、岔(重庆站)图1-42 交分道岔交分道岔 菱形交叉菱形交叉1-43 单开道岔组成部分示意图 图1 向心力图2 外轨超高提供向心力 AEFEctgN式中式中： N N道岔号数道岔号数 FEFE撤叉根端长撤叉根端长 AEAE撤叉跟端支距撤叉跟端支距道岔号测量法 轨距 轮对宽度 活动量0Sq轮对与钢轨的相互位置 轨距示意图Sgmax+ f轨距加宽原因示意图2.外轨超高 外 轨 超 高 原 理 图 Rvh2max6 . 7（mm） 外轨超高原理图 机车车辆限界及直线建筑接近限界（点击图片播放动画） 1.1 无砟轨道与有砟轨道的比较无砟轨道与有砟轨道的比较 1.有砟轨道有砟轨道v 优点：优点：具有弹性减

17、振、排水及方便维理养护等特点，铺设方便、造具有弹性减振、排水及方便维理养护等特点，铺设方便、造价低、容易维修等优点，是各国普通铁路轨道的主要结构型式。价低、容易维修等优点，是各国普通铁路轨道的主要结构型式。v 缺点：缺点：随着行车速度的提高，轨道的振动效应增强，道床残余变形随着行车速度的提高，轨道的振动效应增强，道床残余变形积累显著。尤其高速时，更表现为：积累显著。尤其高速时，更表现为： 1）维修工作量增长显著，轨道不平顺）维修工作量增长显著，轨道不平顺(不均匀变形不均匀变形)增长较快，高速列增长较快，高速列车的舒适和安全性显著降低；车的舒适和安全性显著降低； 2）列车高速运行时，风荷载影响显

18、著；）列车高速运行时，风荷载影响显著； 3）维修不便）维修不便(长大隧道及城市地铁长大隧道及城市地铁)1.2 无砟轨道类型无砟轨道类型1.整体道床整体道床 支承块式整体道床、整体浇注式整体道床及弹性整体道床支承块式整体道床、整体浇注式整体道床及弹性整体道床等；等；2.弹性支承块弹性支承块 短轨枕式和长轨枕式；短轨枕式和长轨枕式；3.长枕埋入式长枕埋入式 普通钢筋长枕埋入式和预应力钢筋长枕埋入式；普通钢筋长枕埋入式和预应力钢筋长枕埋入式；4.双块式轨枕双块式轨枕 Rheda2000（武广客专）和（武广客专）和ZBLIN（郑西客专）；（郑西客专）；5.板式轨道板式轨道 普通钢筋混凝土板式轨道、预应

19、力钢筋混凝土板式轨道普通钢筋混凝土板式轨道、预应力钢筋混凝土板式轨道（日本板式（日本板式（A型板、框架板式）、博格板式）、防振板式轨道和浮置型板、框架板式）、博格板式）、防振板式轨道和浮置板轨道等。板轨道等。 整体结构式整体结构式直接支承式直接支承式现浇混凝土式现浇混凝土式预制板式预制板式轨枕或支承块轨枕或支承块雷达雷达(Rheda)博格板式博格板式ATD旭普林旭普林(Z blin) 日本板式日本板式GETRACHEITKAMPRTD弹性支承块弹性支承块(LVT)SATOPACT梯子形梯子形WALTER表表2.1 无砟轨道结构分类无砟轨道结构分类 图图2-1 A型板式轨道结构图型板式轨道结构图

20、1.轨道板轨道板p是把来自钢轨和扣件的轮载均匀地传递给是把来自钢轨和扣件的轮载均匀地传递给CA砂浆垫层，并把轨道纵砂浆垫层，并把轨道纵向荷载和横向荷载传递给混凝土凸形挡台的板式结构。向荷载和横向荷载传递给混凝土凸形挡台的板式结构。n 结构设计处理：结构设计处理：CA砂浆层作为弹性垫层，钢轨和轨道板作为弹砂浆层作为弹性垫层，钢轨和轨道板作为弹性支承的叠合梁；或钢轨作为梁，轨道板作为平板单元。性支承的叠合梁；或钢轨作为梁，轨道板作为平板单元。n 轨道板外形：轨道板外形：承轨槽式（隧道内直线地段）和铁垫板式承轨槽式（隧道内直线地段）和铁垫板式(高架结高架结构或曲线地段）。构或曲线地段）。n 轨道板尺

21、寸约为轨道板尺寸约为4950mm2340mm200mm，板厚为，板厚为160mm。采用采用C50级混凝土，板内双层双向配置部分预应力钢筋。板上预级混凝土，板内双层双向配置部分预应力钢筋。板上预留留CA砂浆注入孔，将板定位后，从注入孔注入砂浆注入孔，将板定位后，从注入孔注入CA砂浆。砂浆。2. CA砂浆层砂浆层p 即在轨道板与混凝土基床间填充的乳化沥青水泥砂浆垫层。厚度：即在轨道板与混凝土基床间填充的乳化沥青水泥砂浆垫层。厚度：一般在一般在4050mm。p 作用作用n 为轨道提供适当的弹性；为轨道提供适当的弹性；n 填充轨道板与基床间的缝隙，调整施工中误差；填充轨道板与基床间的缝隙，调整施工中误

22、差；n 运营期间，可采用补灌砂浆法调整基础不均匀沉降。运营期间，可采用补灌砂浆法调整基础不均匀沉降。p 原料组成：原料组成：水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂。水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂。3.3.混凝土凸形挡台混凝土凸形挡台即设置在轨道板两端的中间，与基床灌注成整体的圆柱形凸出挡块。即设置在轨道板两端的中间，与基床灌注成整体的圆柱形凸出挡块。通常尺寸通常尺寸400mm400mm（直径）（直径）200mm200mm（高）。（高）。作用作用传递纵横向荷载给基床，固定轨道板的位置；传递纵横向荷载给基床，固定轨道板的位置；作为轨道板铺设和整正的基准点。作为轨道板铺设和整正的基准点。4.4.

23、混凝土基床（亦称底座）混凝土基床（亦称底座）即现场就地灌注而成的基础梁或板。通常采用即现场就地灌注而成的基础梁或板。通常采用C30C30钢筋混凝土。钢筋混凝土。作用作用改善基础条件；改善基础条件；设置和调整曲线超高。设置和调整曲线超高。35288030190502480451401211线路中心线梁面钢轨扣件轨道板CA砂浆调整层混凝土底座2400图图 2-9-1 秦沈客运专线板式无碴轨道横断秦沈客运专线板式无碴轨道横断面图面图图图 2-9-2 秦沈客运专线板式无碴轨道平面秦沈客运专线板式无碴轨道平面与侧剖面图与侧剖面图2.CRTS型板式轨道结构型板式轨道结构p CRTS型板式无碴轨道包括型板式

24、无碴轨道包括平板型、框架型和减振型平板型、框架型和减振型，适用于桥，适用于桥上、隧道内和路基区段，主要由上、隧道内和路基区段，主要由单元轨道板、单元轨道板、CAM层、限位凸形挡层、限位凸形挡台及底座台及底座等组成。等组成。 路基基床表层桥梁保护层梁体隧底填充层C40C50钢轨176扣件41轨道板190CAM层50底座300(路)200(桥隧仰)757(路)657(桥隧仰)815(隧无仰)24003000（路）2800（桥隧）I型板式无碴轨道横断面图358(隧无仰)图图 2-10 CRTS型板式无碴轨道型板式无碴轨道横断面图横断面图图图 2-11 CRTS型平板式无砟轨型平板式无砟轨道道图图 2

25、-12 CRTS型框架板式无砟型框架板式无砟轨道轨道图图 2-13 非隧道区间内的防震型轨非隧道区间内的防震型轨道板道板v 基础基础轨道结构组成部件轨道结构组成部件钢轨钢轨扣件扣件WJ-7充填式充填式垫板垫板轨道板轨道板CAM层层底座底座结构高度结构高度路基路基17637419050300757桥梁桥梁17637419050200657隧隧道道有仰拱有仰拱17637419050200657无仰拱无仰拱17637419050358815表表2-2 轨道结构高度轨道结构高度（mm）路基基床表层桥梁保护层梁体隧底填充层C40(底座)C50钢轨176扣件40轨道板200CAM层30支承层或底座300(

26、路隧)200(桥)774(路隧) 2550 2950承台28C20(支承层)674(桥)图图 2-14 CRTS 型板式无碴轨道横型板式无碴轨道横断面图断面图图图 2-15 CRTS 型板式无砟轨道结构详图型板式无砟轨道结构详图p 轨枕埋入式弹性轨道轨枕埋入式弹性轨道是将木枕、钢筋混凝土轨枕或其他形式的轨枕是将木枕、钢筋混凝土轨枕或其他形式的轨枕埋入现浇的钢筋混凝土轨道板中形成的轨道结构。埋入现浇的钢筋混凝土轨道板中形成的轨道结构。3.1 德国铁路的无砟轨道德国铁路的无砟轨道 为适应高速行车的需要，德国一直致力于无碴轨道的研发与试铺。为适应高速行车的需要，德国一直致力于无碴轨道的研发与试铺。v

27、 初期的板式：初期的板式：1959年，隧道内首次试铺，年，隧道内首次试铺，1967年，厄尔达车站及班年，厄尔达车站及班堡堡福尔海区间等地铺设了多处板式。福尔海区间等地铺设了多处板式。v 中期的长枕埋入式中期的长枕埋入式：1972年在拉达车站上试铺了雷达型长枕埋入式年在拉达车站上试铺了雷达型长枕埋入式无碴轨道，该型无碴轨道维修量小、运营效果良好，被确定为以后无碴轨道，该型无碴轨道维修量小、运营效果良好，被确定为以后发展的主型轨道。雷达轨道经过数次结构上的修改与完善，完善为发展的主型轨道。雷达轨道经过数次结构上的修改与完善，完善为适合于隧道内、桥上及土质路基上的各种雷达轨道系列。适合于隧道内、桥上及土质路基上的各种雷达轨道系列。p 双块式无砟轨道：双块式无砟轨道：发展至雷达发展至雷达HST和雷达和雷达2000型的双头轨枕，并以型的双头轨枕，并以雷达雷达2000型轨道作为主型无碴轨道。意见的柏