[北京]有砟轨道结构及施工工艺讲解160页PPT_ppt

1、Ballasted Track Structure 有 砟 轨 道 结 构 博士、副教授 Ph.D. Associate professor School of Civil engineering, Southwest Jiaotong University2一、轨道的结构组成the composition of track structure Rail fastener, sleeper, track bed, lower foundation 钢轨、扣件、轨枕、道床、下部基础4传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备 钢轨型轨枕型扣件碎石道床5传统轨道结构的组

2、成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备 钢轨木枕防爬器碎石道床 道钉扣件轨排石撑6传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备 木枕线路加强混凝土枕线路加强拉杆防脱护轨拉杆7传统轨道结构的组成（*）钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及轨道加强设备 木枕道岔混凝土枕道岔第一节 钢轨(Rail) Function and basic requirements一、钢轨的功能及基本要求（一）钢轨功能、类型及断面支承和引导机车车辆的车轮承受车轮传来的力并传递到轨枕上为车轮滚动提供连续、平顺和阻力最小的表面兼供轨道电路之用功能：导向、承重、传力、导电钢轨基本要求(t

3、he basic requirements of rail)强度 ( strength )刚度 ( stiffness )硬度 ( hardness )韧性 ( toughness )可焊性 ( weldability )经济性 (economics)91.1钢轨功能、类型及断面 Function ,type and section Rail type 钢轨类型 以每米大致质量kg数表示另外钢轨按厂制钢轨长度的不同可分为：标准轨和缩短轨按材质的不同可分为：碳素轨、合金轨、热处理轨按强度的不同可分为五级：850、900、1000、1200、1300MPa按货源可分为：国产轨、进口轨、试验轨101

4、00m定长钢轨75、60、50、431.1钢轨功能、类型及断面 Function ,type and section 钢轨断面 rail section 工字型最佳抗弯性能11轨头轮轨接触部位：压力大抗压溃、耐磨（大而厚）磨耗均匀宽、与车轮踏面配合具有不同半径组合轨腰：承载能力足够厚抗弯能力足够高连接要求侧曲线轨底：稳定足够宽、厚钢轨断面的四个主要参数：H、B、 b、t为保证稳定H:B=1.15-1.2为保证轧制冷却均匀，要求各部比例合理1.1钢轨功能、类型及断面 Function ,type and section 1.1钢轨功能、类型及断面 Function ,type and secti

5、on 钢轨断面 Rail cross section12钢轨的材质和机械性能取决于化学成分(chemical constituents)、金属组织(matel structure)及热处理工艺(heat treatment process)钢轨钢化学成分：Fe、C、Mn、Si、P、SC含量提高，抗拉强度、耐磨性及硬度提高，冲击韧性降低Mn提高强度和韧性，去除氧化铁和硫，高锰钢抗磨性好Si与氧化合，去除气泡增加密度，提高Si含量提高耐磨性P使钢轨具有冷脆性S不溶于与Fe，以硫化铁型式存在，热脆性1.2 钢轨的材质及机械性能 the material and mechanical performa

6、nce of rail 1.2 钢轨的材质及机械性能 the material and mechanical performance of rail 钢轨钢的物理力学性能包括强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等 Physical and mechanical properties of rail steel includ strength limit b, yield limit s, fatigue limit r, elongation 5, section shrinkage , impact toughness h and hardness.钢轨重型化、强

7、韧化、纯净化Thestrengthening technology of rail 钢轨强化技术Railalloying 钢轨合金化加入合金元素Si、Mn、Cr，钢轨整体强化，表面硬度均匀，可焊性好The rail heat treatment 钢轨热处理钢轨接头冲击力大，轨端30-70mm范围进行轨顶淬火处理，提高抗磨能力全长淬火：电感应加热加速奥氏体向珠光体转变，提高强度和韧性combine heat treatment with alloying 热处理与合金化结合1.3钢轨伤损及合理使用Rail failure and fair use of the tail（一）rail failu

8、re 钢轨伤损钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损钢轨伤损分类：根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因15钢轨折断 brittle fractures of rail钢轨全截面至少断成两部分裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面钢轨顶面上有长大于50（30）mm、深大于10（5）mm的掉块钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。钢轨伤损种类很多，常见的有钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。16

9、 1.3.1钢轨伤损 Rail failureRail wear 钢轨磨耗主要指小半径曲线钢轨的侧磨和波形磨耗垂直磨耗存在于所有线路，也是直线和大曲线轨道上的主要磨耗型式，随轴重和总重增加而增大，几何形位设置不当将加快垂直磨耗Side wear 侧面磨耗：轮轨摩擦与滑动为根本原因（两点接触）磨耗因子：导向力与轮轨冲击角乘积改善列车曲线通过条件：磨耗型踏面、径向转向架改善钢轨材质，提高耐磨性加强养护：合理轨距、超高、轨底破、增加弹性、涂油17 1.3.1 钢轨伤损 Rail failureRail wear 钢轨磨耗Corrugations 波形磨耗：钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗或压溃波磨导致

10、轮轨动力作用加剧，加速车辆及轨道部件损坏，影响运行舒适性，较大噪声按波长分：短波（波纹）和长波（波浪）波纹：波长50-100mm,波幅0.1-0.4mm(高速直线和制动地段)波浪：波长100-3000mm，波幅2mm（重载曲线地段）打磨无缝线路高强耐磨轨，提高热处理工艺，消除残余应力加强养护：合理弹性、曲线圆顺、超高轮轨系统足够的阻尼18 1.3.1钢轨伤损Rail failure钢轨波磨Rail wear 钢轨磨耗Allowable limitation of rail wear 钢轨磨耗的允许限度： strength condition + structural condition 强度条

11、件+构造条件钢轨具有足够的强度和抗弯刚度保证最不利情况下轮缘不碰撞接头夹板波磨钢轨不至于引起轨道部件伤损及养护维修工作量的机组增加轻伤、重伤20 1.3.1钢轨伤损Rail failure钢轨磨耗contact fatigue of rail 钢轨接触疲劳伤损钢轨接触疲劳伤损过程三阶段钢轨踏面外形改变：焊缝处鞍型磨损等踏面不平顺轨头表面金属破坏：冷作硬化微裂纹轨头接触疲劳形成：22金属疲劳强度不足重载车轮反复作用塑性区域形成疲劳裂纹形成剪应力超限滑移累积聚集 1.3.1 钢轨伤损Rail failureRail stripping剥离Causes 产生原因夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹导向

12、轮在外轨引起的剪应力交变循环引起疲劳裂纹车轮及轨道维修不良加速剥离发展Damages 危害缺口区应力集中影响轨道平顺性，造成动力冲击，又加速缺口区裂纹的产生和发展阻碍金属塑性变形的发展，降低塑性指标23 1.3.1钢轨伤损Rail failure剥离、掉块、擦伤轨头核伤Causes 产生原因内因：钢轨材质缺陷外因：轮载反复作用产生机理：轨头内部的微小裂纹或缺陷，在重复动载作用下，在钢轨走行面一下的轨头内出现复杂的应力组合，使微小裂纹成核，然后向轨头四周发展，直至核伤周围的钢料不足提供足够的抵抗，突然折断。Damages 危害：突然折断，影响行车Prevent methods 预防方式：定期探伤

13、 regular inspection25 1.3.1 钢轨伤损Rail failure钢轨核伤Methods to slow down the contact fatigue of rail head 减缓轨头接触疲劳措施Clean the rail and control the shape of sundries 净化轨钢，控制杂物形态Quenching to improve the mechanical properties of rail 淬火，改进轨钢力学性质Reform the old rail reuse system and use the rail properly 改革旧

14、轨再用制度，合理使用钢轨Rail grinding 钢轨打磨Lay the rail according to its material按轨钢材质分类铺轨 1.3.1钢轨伤损 Rail failure 钢轨发展方向：重型化、强韧化和纯净化the heavy duty, strengthening, purification合理使用钢轨 intelligent use 应根据钢轨综合经济效益分析，确定钢轨合理的使用周期，实行钢轨分级使用制度，并积极做好旧轨整修工作281.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail 1.Using the rail by classifi

15、cation 钢轨的分级使用钢轨分级使用钢轨的二次或多次使用承载能力与运量匹配旧轨整修：综合整形轨、一般整修轨和焊接再用长轨条钢轨在一次使用中的合理倒换使用29阶梯式钢轨设备运营制度曲线内外轨、直曲轨倒换使用 1.3.2 钢轨的合理使用proper use of rail 2. Rail maintenancetechnology钢轨整修技术轨端不均匀磨耗和掉块、擦伤是主要伤损形式之一，影响各轨道部件使用寿命。钢轨表面伤损整修工作包括磨修和焊修磨修：采用砂轮打磨机消除接头表面不均匀磨耗和焊补掉块、剥落等缺陷后的打磨顺平手砂轮机、平型砂轮机、碗型砂轮机打磨深度不大于0.5mm，顺坡长度宜大于1m

16、焊修：不均匀磨耗、掉块、擦伤等伤损深度接近或大于1mm，应进行焊修氧乙炔、电弧、氧乙炔焰金属粉末喷焊30 1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail 3.Rail grinding 钢轨打磨对钢轨进行现场打磨始于本世纪50年代，最初用于整治波形磨耗，现已发展成为一种多功能的现代化养路技术。钢轨的定期打磨，可以消除和延缓波磨、消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断面打磨还可改善轮轨接触条件，降低接触应力。31 1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail It can be divided into three categories

17、according to the grinding purpose and depth根据打磨目的及磨削量，可分为三类：Maintenance grinding 修理性打磨主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹以及接头的马鞍形磨耗；钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长。但是这种打磨方式并不能消除引起波磨、钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹，在以后列车通过时，这些裂纹还将继续扩展。32 1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail Preventive grinding 预防性打磨在裂纹开始扩展前将这些裂纹萌生区打掉，以防止由于塑性流动而使钢轨断面产生累积变形预防

18、性打磨是一种控制钢轨接触疲劳的技术，打磨周期较短，打磨深度很小：轨顶为0.05-0.075 mm；外轨内缘和内轨外侧为0.1 -0.15mm33 1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail 预防性打磨与修理性打磨相比，其优点是：较长的钢轨使用寿命、提高打磨生产率、降低打磨费用、打磨效率高虽然打磨频率较高，但打磨掉的金属总体积少，具有显著的经济效果一条铁路一旦已在修理性打磨上取平，应立即向预防性打磨计划方向转变新线进行预打磨，可改善轨头接触状态，控制病害发生发展34 1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail 3.Rail grindi

19、ng (outline shape)钢轨断面(廓形)打磨通过改变钢轨轨头形状，改善轮轨接触状态，从而控制病害发生和发展。对曲线地段的钢轨断面进行非对称打磨能明显降低轮轨横向力和冲角，达到减轻钢轨侧磨的目的。机车车辆通过曲线一般靠导向力来导向，轮轨磨耗大。而现代化曲线通过理论证明，在一定的曲线半径和机车车辆结构下，可不用轮轨力导向，而用轮轨蠕滑力导向，从而使外侧轮缘不贴靠外轨或减小贴靠时的冲角，以减小轮轨力和磨耗。非对称打磨依据上述理论，通过非对称打磨达到增大左右轮的滚动半径差，以补偿内外轨的长度差（外轨轮滚动半径大、内轨小），从而减小导向轮缘力、冲角以及轮对在曲线上的滑动，达到减磨目的。35

20、1.3.2 钢轨的合理使用 the proper use of rail 轨头轮廓仪 1.4 高速铁路钢轨的主要伤损The main damage of high speed rail 高速铁路列车运行速度高、动车组轴重轻，钢轨垂直和水平磨耗都比较小，而钢轨表面的接触疲劳伤损成为主要伤损The rail head creaking 轨头龟裂Hidden defect 隐伤(又称踏面裂纹或踏面压溃)：Honeycomb crack蜂窝状裂纹：37 1.5 提速区段钢轨主要伤损 The main rail damage of speed-increasing sectionThe uneven s

21、ide wear of rail on straight line section直线地段钢轨交替不均匀侧面磨耗呈等间距且左右交替;磨耗波连续发生，波数有较大的随机性;磨耗量在波磨群中段大，两端小，波长范围基本固定。原因是货车蛇行失稳，线路方向不平顺也有一定影响38 1.6 高速铁路钢轨选材 High speed rail materialMature steel type 钢种成熟Strength-toughness matching强韧匹配高速强调韧性，重载强调耐磨Pure material 材质洁净Excellent welding 焊接优良Suitable for turnout 适用

22、道岔高速铁路钢轨选材可在UIC900A、U71Mn和PD3三钢种中比选，以PD3钢轨较好39 1.7 100米定尺长钢轨施工the construction of 100 meters long railThe transportation of 100 meters long rail100m定尺钢轨的运输使用10台龙门机组，直接吊装到专用长钢轨运输列车上，每层装16根正面放置，共计7层，每层在中部进行锁死固定，再层与层之间安放隔离装置，防止钢轨运输途中发生纵横向移动的现象，每列装运112根40The hoisting of 100 meters long rail100m定尺钢轨的吊装临时

23、存放一般应尽量推送到无接触网的轨道上进行吊装卸车。采用自制的10台3吨移动式龙门吊；龙门吊进行集中联控，同步起落、横移。每层每间距5米用方木条隔离存放，长钢轨在牵引端对齐，长钢轨堆放不超过四层。长钢轨锁紧装置采用螺栓与钢板相组合。41 1.7 100米定尺长钢轨施工100m定尺钢轨的铺设 100 meters long rail laying长钢轨推送车将100m定尺钢轨推送至无砟轨道需铺设钢轨地点的前端。轨道板上每隔10m放置一个滚筒，人工窜轨配合机械将长钢轨直接送到滚筒上。人工持撬棍跟随长钢轨前端前行，每到一个滚筒处将钢轨头部抬起扶正，避免将滚筒撞倒，碰伤轨道板。推送完成后，撤除滚筒，将钢

24、轨安放在已摆放铁垫板上，人工上螺栓和扣件。利用电动和手动扳手，按施工规范要求，达到扭力规定值要求。为防止螺杆锈蚀和提高绝缘性能，应在螺杆上涂以机油。42 1.7 100米定尺长钢轨施工the construction of 100 meters long rail43预留轨缝计算 rail gap原则最高轨温时不形成瞎缝最低轨温时不超过构造轨缝18mm计算公式取值：年轨温差小于85C的地区 ，再减小12mm算例：成都地区，最高轨温60.1C，最低轨温-5.9C，钢轨长25m，线膨胀系数0.0118mm/C,铺设时轨温25C。计算步骤：(1)中间轨温tz=27.1 C(2)计算轨缝a0=9.6m

25、m(3)设置轨缝a=8mm中间轨温时按构造轨缝一半设置钢轨按自由伸缩考虑，两轨各取一半升温时钢轨伸长，轨缝减小44预留轨缝计算允许铺设的年轨温差原则Tmax时轨缝amin0 Tmin时轨缝amaxag 考虑接头阻力对钢轨伸缩的限制值C，26mm计算公式公式推导：（1） Tmax时（2） Tmin时（3）两式相减，而得12.5m钢轨，T=149.125m钢轨：年轨温差大于85, T=101.7年轨温差小于85, T=88.1 不是所有地区均可铺设，年轨温差大于100地区，需单独设计45预留轨缝计算容许铺轨温度范围原则避免Tmax时轨缝为0避免Tmin时轨缝为ag 不考虑接头阻力对钢轨伸缩的限制计

26、算公式公式推导：（1）t0s时（2）t0 x时计算中按最不利情况考虑铺设与轨缝调整作业相同对于25m钢轨，上下限为中间轨温30 第二节 轨枕Sleeper/Tie一、The function and type of sleeper 轨枕的功用及类型承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向坚固、弹性、耐久性，扣件接口，抵抗水平位移 2.1轨枕的功用及类型 The function and type of sleeperSleeper types 轨枕的种类Divided by material按材质分：wooden sleeper木枕、concrete

27、 sleeper 混凝土枕、steel sleeper钢枕、resin sleeper树脂枕Divided by use purpose 按使用目的：normal sleeper普通轨枕、switch sleeper岔枕、bridge sleeper 桥枕47Divided by structure form按结构型式：integral type整体式；combined type组合式； half sleeper半枕；broad tie宽轨枕Divided by the structural and laying method 按构造及铺设方法：transverse sleeper横向轨枕、l

28、ongitudinal sleeper纵向轨枕及short tie短枕 2.1轨枕的功用及类型 The function and type of sleeper2.2 木枕 Sleeper/TieThe advantages of wooden sleeper 木枕优点：弹性好，可缓和列车的动力冲击作用；易加工、重量轻，运输、铺设、养护维修方便；与钢轨联结比较简单；有较好的绝缘性能等。 ，The disadvantages of wooden sleeper木枕缺点：消耗大量优质木材，资源有限，价格较贵；易腐朽、磨损，使用寿命短；强度、弹性不完全一致，在机车车辆作用下会形成轨道不平顺，增大了轮

29、轨动力作用。 49标准长度2.5m底宽22（20）cm顶宽16（15）cm高16（14.5）cm 2.2 木枕wooden sleeperWooden sleeper failure木枕失效腐朽机械磨损开裂Wooden sleeper treatment木枕处理防腐：最有效，水溶性防腐剂、油类防腐剂，密封蒸灌减磨：铁垫板防裂：控制含水量，改善干燥工艺，防腐浆膏掺麻筋填塞裂缝，钉钉或铁丝捆扎使裂缝愈合50生物作用过程列车作用+干湿变化2.3 混凝土枕concrete sleeper（一）the characteristics and types of concrete sleeper 混凝土枕特

30、点及类型混凝土轨枕为发展方向：材源多，尺寸精度高，轨道弹性均匀，提高了轨道稳定性；使用寿命长，可以降低轨道的养修费用；自重大、纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性；刚度较大，要求较好的轨道弹性51轨枕分类普通钢筋混凝土枕预应力混凝土枕先张法I型枕II型枕III型枕后张法（二）the shape and parameters of concrete sleeper 混凝土枕外形及尺寸 1.The stress characteristics of concrete sleeper 混凝土枕受力特点弹性基础上的短梁轨枕受力状况与道床支承条件有关中间不支承I型枕中间部分支承II型枕全支承III型枕5

31、22.3 混凝土枕concrete sleeper2. sleeper shape 轨枕形状轨枕形状：混凝土枕截面为梯形，上窄下宽：节省混凝土用量，减轻自重，便于脱模轨枕顶面宽度：轨枕抗弯强度、钢轨支承面积、轨下衬垫宽度、扣件尺寸等因素综合考虑承轨槽：轨枕顶面支承钢轨的部分，设置1:40轨底坡轨枕底面宽：减少道床压力、便于捣固II型枕：两端梯形，中间矩形，增大支承面积，使R、q重合，底面压花或凹槽，III型枕：增大支承面积53（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper3.sleeper length 轨枕长度轨枕长度与轨枕受

32、力状态有关长枕可减少枕中负弯矩，但增大轨下正弯矩以轨下正弯矩与枕中负弯矩保持一定比例确定轨枕长度混凝土枕长度一般在2.3-2.7m之间、型枕长度均为2.5mIII型枕长度有2.6m和2.5m两种国内外主要干线普遍采用2.6m长轨枕减小枕中负弯矩提高纵横向稳定性和整体刚度，改善道床、路基工作状态，利于铺设无缝线路，适当减少轨枕配置根数54（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper 4.The width of sleeper 轨枕高度轨下部位高、中间部分矮轨下截面正弯矩、枕中截面负弯矩直线配筋、各截面配筋相同轨下截面配筋重心应

33、在截面形心之下枕中截面配筋重心应在界面形心之上55（二）混凝土枕外形及尺寸the shape and parameters of concrete sleeper有利的偏心矩，防止受拉开裂（三）混凝土轨枕技术特点The technology characteristics of concrete sleeper轨枕设计承载弯矩逐渐增强提高混凝土强度等级增加预应力增加截面高度轨枕类型配筋混凝土等级截面高度底面宽度底面积质量长度轨下枕中端部轨下枕中I363C4820.216.529.4527.5256588251250II443410C58III10787.8C6023.018.532.030.0

34、28.077203202601.I型枕设计条件：轴重21t、速度85km/h，1840根/km不足：螺栓孔间纵裂、轨下正弯矩裂缝2.II型枕设计条件：轴重23t、速度120km/h，60kg/m钢轨，年运量60Mt，按疲劳可靠度设计承载能力：较I型枕，轨下正弯矩提高13%-25%，枕中负弯矩提高14%-41%,基本能适应次重型、重型轨道不足：安全储备不够，枕中顶面横向裂缝、沿螺栓孔纵裂、枕端龟裂、侧面纵向水平裂缝、挡肩斜裂等，难以适应重型和特重型轨道（三）混凝土轨枕技术特点The technology characteristics of concrete sleeper3.III型枕设计条件

35、：轴重23t，速度200km/h，轨枕配置1760根/kmIII型枕特点轨枕型式尺寸设计的优化：增加长度、加宽轨底，增大支承面积，提高线路稳定性提高轨枕设计承载能力型轨枕与先进的扣件相配套：有挡肩扣件、无挡肩扣件58（三）混凝土轨枕技术特点The technology characteristics of concrete sleeper小曲线III型枕的缺点IIIb型绝缘轨距块强度不足扣件无法调高弹条型扣件扣压力衰减速率快预埋铁座易锈蚀，且又无法更换IIIa型轨距挡板座易松脱混凝土枕挡肩破损严重新III型枕：改进挡肩及铁垫板结构（三）混凝土轨枕技术特点The technology chara

36、cteristics of concrete sleeper2.4 轨枕间距sleeper spacing 轨枕间距与每公里配置的轨枕根数有关轨枕根数应根据运量、行车速度及线路设备条件确定，并和钢轨及道床等综合考虑，合理配套，以求在最经济的条件下，保证轨道具有足够的强度和稳定性。轨枕加密，可减小道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力，利于保持轨距、方向，保证高速行车安全轨枕过密，则不经济，净距过小，影响捣固质量60 2.4 轨枕间距 sleeper spacing 对木枕轨道，每公里最多为1920根，混凝土枕为1840根；每公里最少均为1440根，级差80根/km（1760、1840、1920）采

37、用跨区间无缝线路时，可按60cm等间距布置，即1667根/km轨枕加强R800m的曲线地段（含两端缓和曲线）坡度大于12的下坡制动地段长度大于等于300m的隧道内III型枕每公里增加40根，II型枕增加80根，木枕增加160根，条件重合时，只增加一次，但不能超过最大铺设数量 2.4 轨枕间距 sleeper spacing 接头处车轮的冲击动荷载大，轨枕的间距适当减小，且应有一个过渡间距每节钢轨下轨枕间距应当满足：abc。接头轨枕间距c一般是给定的：对于50kg/m及以上钢轨，木枕440mm，混凝土枕540mm622.5特种混凝土轨枕Special concrete sleepers（一）混凝

38、土宽枕 Concrete broad sleeper63 2.5.1混凝土宽枕Concrete broad sleeper The advantage of concrete broad sleeper 混凝土宽枕的优点轨枕与道床接触面上的摩阻力增大，提高了轨道的横向稳定性支承面积较混凝土枕大一倍，使道床的应力大为减少，可以减小道床的振动加速度，使道床的变形减小，残余变形积累过程延缓，轨道几何形位易于保持，整个轨道结构得到加强。密排铺设，枕间空隙用沥青混凝土封塞，有效地保持道床的整洁，延长道床的清筛周期宽轨枕轨道的维修养护工作量很少，仅为混凝土枕轨道的1/2-1/4宽轨枕轨道外观整洁美观642

39、.5.2 弹性轨枕 Elastic sleeper弹性轨枕轨道是指在轨枕底部设置弹性垫层以提高轨道弹性的轨枕，有些在轨枕侧面也设置弹性垫层，根据其使用目的不同，分有碴道床用弹性轨枕和无碴轨道用弹性轨枕。652.5.3国外轨枕类型 Foreign sleeper types66连接钢轨或连接钢轨和轨枕的部件保证钢轨间或钢轨与轨枕的可靠联接钢轨接头联结零件rail joint：把钢轨联结起来，使钢轨形成一个整体，抵抗弯曲和变形。中间联结零件fastening：实现钢轨与下部基础的联结。 第三节 联结零件 Connection components3.1钢轨接头联结零件 The connection

40、 components of rail jointComposition: splint, bolts, spring washers, etc. 组成：夹板、螺栓、弹簧垫圈等Function: connecting the rails at the joints to meet the requirements of traffic and rail expansion 作用：在接头处把钢轨连接起来，满足行车要求及钢轨伸缩的要求3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail joint1. Joint splint 接头夹板承受弯矩、传递纵向力、阻

41、止钢轨伸缩一定刚度及足够强度 斜坡支承双头对称型夹板（双头式夹板）斜坡楔入贴紧轨腰，磨耗后可再次拧紧使之贴紧螺栓孔圆形与长圆形相间，实现轨缝2. Joint bolts, nuts and spring washers 接头螺栓、螺母及弹簧垫圈夹紧夹板与钢轨69悬空式承垫式3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail joint70Compromise splint 异型夹板Compromise rail 异型钢轨Compromise joint 异形接头3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail j

42、oint71Ordinary high-strength insulated joints普通高强绝缘接头Glued insulated joints 胶接绝缘接头Insulated joints 绝缘接头3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail joint72伸缩接头The connection components of rail joint一、钢轨接头联结零件 73Ordinary frozen joints 普通冻结接头Hacker Fasteners 哈克紧固件frozen joints 冻结接头3.1钢轨接头联结零件 The con

43、nection components of rail joint7474承越式接头：减小冲击导电接头：连通轨道电路3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail jointFlash contact welding 闪光接触焊Gas butt welding 气压焊Thermite welding 铝热焊75Welded joints 焊接接头76钢轨焊接*闪光接触焊根据电流的热效应原理，把钢轨加热到塑性状态，然后以极快的速度予以挤压而成优点：焊接速度快，焊接质量稳定，有现场大型移动式焊机缺点：焊机投资大，所需电源功率也较大 77钢轨焊接*气压焊用气

44、体（乙炔氧）燃烧的火焰加热钢轨端头至塑性状态，施加压力使两根钢轨挤压在一起优点：一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好 缺点：对接头断面的处理要求严格，无法纵移钢轨 =78钢轨焊接*铝热焊利用铝热焊剂剧烈化学反应产生的热量，把高温铁水浇铸于固定在轨缝处砂型内，将两根钢轨铸焊在一起优点：方法较为简单，对操作人员的要求相对较低，焊接时间短，可在钢轨固定的情况下进行焊接 缺点：焊接质量不如接触焊和气压焊 =3.1钢轨接头联结零件 The connection components of rail joint79Strengthen joints加强接头3.2钢轨与轨枕联接零件The c

45、onnection components between rail and sleeperIntermediate connection components (fasteners) 中间联接零件（扣件）能把钢轨牢固地固定在其支承体上能对支承体缓冲来自钢轨的冲击力作用，减轻振动，改善环境能抵抗来自钢轨的水平力、抵抗钢轨的小返和回转具有必要的钢轨垂向和横向的调整量在钢轨和支承体之间具有足够的绝缘性能构造简单，批量生产时成本低廉fasteners for wooden sleeper 木枕扣件fasteners for concrete sleepers 混凝土轨枕扣件fasteners for

46、ballastless track 无砟轨道扣件3.2.1木枕扣件 Wooden sleeper fastenersWooden sleeper fasteners: separate type (K type fastener) and the hybrid type 木枕扣件：分开式（K式扣件）、混合式。3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersEnough Buckle pressure (approximately 10kN) - Longitudinal resistance requirements 足够扣压力（约10kN）纵向阻力要求Appro

47、priate flexibility 适当弹性橡胶垫板+弹条满足轨道稳定与减振要求Larger adjustment amounts 较大调整量混凝土枕螺栓孔间距和承轨槽宽度一定曲线轨距加宽、钢轨磨耗、钢轨水平调整Insulation property 绝缘性能82混凝土枕扣件弹条I型II型III型弹片扣板3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenerstechnical parameters of fasteners 扣件技术参数扣件节点刚度扣压件前端刚度轨下胶垫刚度钢轨与轨下结构的联结方式轨下结构对钢轨的绝缘性能钢轨高度和平面位置的可调性能833.2.2 混凝

48、土枕扣件 Concrete sleeper fastenersBuckle plate fasteners 扣板式扣件3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type I 弹条I型扣件 85上爬3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type 弹条型扣件 86弹条型扣件 结构与弹条I型扣件相同 弹条材质60Si2CrVA，s和b分别提高了42%和36% 优点：扣压力大、强度安全储备大、残余变形小,适用于型或型混凝土枕的60kg/m钢轨线路 缺点：防锈与

49、防松工作量，不适用于高速弹条型扣件 弹条、预埋铁座、绝缘轨距块和橡胶垫板组成 弹条材质60Si2Mn，直径20mm，接头处18mm；轨距块调距、绝缘 优点：扣压力大、弹性好，保持轨距的能力强，养护工作量 少，无螺栓无挡肩扣件 是发展趋势 缺点：不能调高，小半径曲线上轨距块损坏严重3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type 弹条型扣件 87弹条型扣件 结构与弹条型扣件相同，应用于高速有砟轨道 对弹条的结构进一步优化，降低其工作应力，减小残余变形 橡胶垫板物理性能采用UIC标准与国际接轨为实现轨距的精确调整，绝缘轨距块号

50、码按1mm一级配置 3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type IV 弹条IV型扣件88弹条型扣件 在弹条型扣件基础上改进，应用于高速有砟轨道 弹条弹程由10mm增加至12mm，增加扣压力 轨距挡板与挡板座一体化，减少零部件预埋套管联结，环保，增大绝缘性能3.2.2 混凝土枕扣件 Concrete sleeper fastenersElastic fastener type V 弹条V型扣件89904、无砟轨道扣件WJ-7型扣件 分开式，锚固螺栓摩擦力抵抗横向力，T型螺栓扣紧弹条，高速无砟轨道缓冲垫板可提高水膜电阻弹

51、条为60Si2MnA，13mm调高调距能力强914、无砟轨道扣件WJ-8型扣件 不分开式，挡肩承受横向力，高速无砟轨道弹条弹程14mm，扣压力衰减小弹性好，绝缘性能好几何尺寸精度高3.2.3钢轨扣件的技术动向 Technology trends of rail fasteningAdapt to four basic criteria as high-speed, environmental protection, labor-saving and adjustable. 适应高速化、环保化、省力化和可调化四大基本准则The low stiffness, long life, low cost

52、 and their coordination of rail fastening is a major modern technology trends for rail fastenings. 钢轨扣件中的低刚度、长寿命、低成本及其相互协调是现代钢轨扣件的重大技术动向92轨道结构按道床类型分为：有砟(ballasted)、无砟(ballastless), 承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上；提供轨道的纵横向阻力，保持轨道的稳定。有砟还有排水、提高弹性、便于维修的作用。第四节 道床 Ballast bed4.1道床功能及对材质的要求The functions and material

53、requirements of ballast bed1. The functions of ballast bed道床功能：承受轨枕的压力并均匀地传递到下部基础提供纵横向阻力，保持轨道稳定提供弹性，减缓轮轨冲击和振动排水性能，提高路基的承载能力、减少基床病害便于轨道养护维修作业，校正线路的平纵断面。2. the material requirements of ballast bed 对道床材料的要求 质地坚韧，有弹性，不易压碎和捣碎；排水性能好，吸水性差；不易风化，不易被风吹动或被水冲走。道砟材料：碎石、天然级配卵石、筛选卵石、粗砂、中砂、熔炉矿砟4.1道床功能及对材质的要求The fun

54、ctions and material requirements of ballast bedTechnical conditions of ballast 道砟技术条件（1） Ballast grading 道砟分级特级、一级、二级技术参数材质参数：抗磨耗、抗冲击、抗压碎、渗水、抗风化、抗大气腐蚀质量参数：道砟粒径、级配颗粒形状、表面状态、清洁度特重型轨道、隧道内轨道及宽轨枕采用一级道砟重型力求一级道砟客专特级增强稳定，减少磨损、粉化和飞砟玄武岩道砟4.1道床功能及对材质的要求The functions and material requirements of ballast bed道砟技术

55、条件（2）Ballast gradation 道砟级配道砟中颗粒的分布，影响道床物理力学性能和养护维修工作量一级道碴宽级配曲线特级道碴窄级配曲线4.1道床功能及对材质的要求The functions and material requirements of ballast bed道砟技术条件（3)Ballast particle shape and cleanliness 道砟颗粒形状及清洁度表面形状影响自身强度和轨道纵横向阻力针状指数：长度大于颗粒平均粒径1.8倍片状指数：厚度小于颗粒平均粒径0.6倍宽级配：针状指数、片状指数不大于50%窄级配：针状指数、片状指数不大于20%清洁度：控制土团

56、、粉末或其他杂质土团泡水后软化，丧失强度粉末脏污道床，加速板结，影响排水土团及杂质含量不大于0.5%，粉末含量不大于1%法国高速铁路道砟4.2 道床断面 Ballast bed section道床断面主要特征：道床厚度、顶面宽度及边坡坡度。道床厚度：直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。与道床弹性、脏污增长力、垫砟层和路基面承载能力有关道床顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽有关，道床顶面宽度主要决定于道床肩宽，道床宽出轨枕两端的部分称为道床肩宽，适当肩宽有利于保持轨道稳定。道床边坡坡度：在取决于道砟材料内摩擦角和黏聚力和道床肩宽，在肩部承载能力相同的情况下，一般趋向于采用较大的肩

57、宽和较陡的边坡，但应考虑散粒体自然坡脚和列车振动影响，我国铁路规定正线区间道床边坡坡度均为1:1.75。Ballast bed section in straight location直线地段道床断面4.3道床的变形 Deformation of the track bed道床变形：道床作为散粒体结构，本身具有弹、塑性，弹性变形可以恢复，而塑性变形部分则成为永久变形，或称残余变形，残余变形累积后将引起轨道下沉。残余变形原因道砟颗粒相互错位、重新排列颗粒破碎、粉化道床的下沉阶段：初期急剧下沉和后期缓慢下沉两个阶段。 Page 99道床下沉曲线颗粒位置重排、棱角破碎等：道砟材质、粒径、级配、捣固及

58、夯拍密实状况、轴重枕底道砟挤入枕盒、头、道砟磨损及破碎、边坡溜塌：运量4.4 碎石道床在高速铁路中的问题The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railway碎石道床是轨道弹性的主要来源道砟粉化现象严重道床飞砟现象飞道砟成为法国钢轨表面伤损的主要原因；飞砟还会撞击列车底部，损坏高速列车冰块下落引起道砟飞散列车风达到50m/s以上下雪或大机捣固以后，道砟颗粒间的摩擦系数及咬合力降低。100国外高速铁路中所采用的防治对策有：采用洒水、加热器、特殊涂料等融雪措施；停车时铲除落雪；加高轨枕，使轨枕高出道床面100mm；采用道

59、砟网、道砟屏栅或合成树脂等措施。日本高铁采用了道砟防护垫101Ballast protection pad 道砟防护垫4.4 碎石道床在高速铁路中的问题The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railway 4.4 碎石道床在高速铁路中的问题The problem of crashed stone ballast bed in the high-speed railwayBallast liquefaction of ballasted track on bridge 桥上有砟轨道结构道砟液化现象出现液化现象主要是列

60、车以一定速度（不一定是最高速度）通过桥梁引起的垂向加速度超过0.70.8g引起的；当梁体与道砟间铺设弹性垫层（称为道砟垫）后，将增加道床的加速度，结果会使液化现象更加严重；另外，具有按规则和重复分布的轮对以一定速度运行时，将与梁体可能产生共振现象，也是产生液化现象的主要根源。102Ballast pad 道砟垫103Ballast glue 道砟胶在道砟中掺入化学粘接剂，将散粒道砟粘接起来，可以提高道床支承刚度。同时还可起到如下作用：防止列车落雪或冰块造成道砟飞散；提高铁道的稳定性，同时又保证了排水的要求；承受更快的速度，更大的车轴负载，特别是在一些空间受到限制的地方；帮助维持横向和垂直公差，