高速铁路轨道讲解

高速铁路轨道

石家庄铁道学院第一节高速铁路对轨道的基本要求1.1高平顺性高平顺性是高速铁路对轨道的最根本的要求，也是建设高速铁路的控制性条件。这是因为轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要原因。因此，为保障高速行车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性。

要达到高速铁路轨道高平顺性，必须满足以下条件：1．路基设计和施工必须满足路基的工后沉降小、不均匀沉降小，在动力作用下变形小、稳定性高等要求。高平顺性、高稳定性的路基是确保轨道高平顺性的前提条件。2．桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺的要求。3．道床必须选用硬质、耐磨的道碴，并在铺枕前整平压实。近十多年来国外重载、高速铁路均已采用。4．严格控制轨道的初始不平顺。欧洲时速200km/h以上轨道铺设精度标准如表4-1所示，日本新干线建设时的铺设精度标准如表4-2～表4-4所示。表4-1欧洲铁路时速200km以上轨道铺设精度标准不平顺种类瑞典国铁西德联邦铁路法国国铁西班牙铁路水平（mm）2234扭曲(三角坑)(mm)2—1‰(每3m测量基线)1.3‰高低(mm)22/5m33轨向(mm)2223轨距(mm)±2——±3表4-2日本新干线有碴轨道的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)3(10m弦正矢)3(10m弦正矢)2±2表4-3日本新干线无碴轨道的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)2(10m弦正矢)2(10m弦正矢)1±1表4-4日本新干线道岔的铺设精度标准项目高低轨向水平轨距标准值(mm)3(10m弦正矢)2(10m弦正矢)2±1结合我国铁路的国情，京沪高速铁路轨道平顺度铺设精度标准如表4-5～表4-7所示。表4-5京沪高速铁路有碴轨道平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平扭曲（2.5m）轨距幅值（mm）2222±2弦长（m）10表4-6京沪高速铁路无碴轨道平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平轨距幅值（mm）221±1弦长（m）10表4-7京沪高速铁路道岔平顺度铺设精度标准项目高低轨向水平轨距幅值（mm）222±1弦长（m）10轨道维修养护质量的优劣是优化轮轨效应的关键，也是确保行车安全和旅客舒适度的重要因素之一。因此，高标准设计、高标准施工和高质量的维修管理是高速铁路的重要技术特点。总之，高速铁路是否能够安全、平稳、舒适运行，是通过轨道的平顺性来体现的，但真正影响高速列车安全、平稳、舒适运行的不仅仅是轨道，而是由路基、桥梁和轨道等组成的基础设施整体。2.高可靠性，长寿命高可靠性主要是指轨道结构保持平顺性，维持线路正常运营的能力。高速列车荷载的特点主要在于高频冲击和振动，这种高频荷载容易造成扣件松动、轨下胶垫磨耗、混凝土轨枕承轨槽破损，特别是有碴轨道中道碴破碎、粉化，道床沉降和变形。长寿命，指的是轨道结构有较长的维修和大修周期。由于高速铁路的行车密度大，速度高，因此其维修工作量必须少，维修周期必须长，才能保证不中断行车，维持列车正常运行。1.3高稳定性采用跨区间无缝线路是提高轨道结构连续性、均匀性的重大举措。在跨区间无缝线路中，道岔的连续焊接会使道岔区基本轨产生附加的温度力，从而使结构、受力和变形更为复杂的道岔区成为高速铁路稳定性的控制区；高速列车的高频冲击和振动会使轨道自身保持稳定的能力降低；而高速列车的蛇行和横向振动又会使作用到轨道上的横向荷载加大，增加轨道横向失稳（胀轨、跑道）的可能性。第二节有碴轨道结构

2.1钢轨钢轨是轨道的主要结构之一。为保证列车高速运行的平顺性，线路下部基础、轨道上部结构以及各轨道部件，都要为钢轨的正常工作提供良好条件。而钢轨本身，其内在质量、材质性能、断面公差、平直程度等都是十分重要的特性。钢轨在技术上要能保证足够的强度、韧性、耐磨性、稳定性和平顺性，在经济上要能保证合理的大修周期，减少养护维修工作量。

日本新干线钢轨介绍1无缝钢轨将长25米的钢轨焊接成1.2－1.5千米的长钢轨，最长的达到60.4千米。为了防止热胀冷缩现象，采用了伸缩接头。日本新干线钢轨介绍同诸多关键技术一样，长钢轨并非日本人的原创。早在20世纪20年代，欧洲人便开始研究长钢轨技术了。日本从1927年起开始着手研究。铁路钢轨的类型和强度一般以每米长度的重量来表示。钢轨每米长度的重量越大，钢轨的强度越高。日本常用的钢轨是50kg/m和60kg/m钢轨。目前，新干线都采用60kg/m钢轨。日本新干线钢轨介绍2.钢轨重量钢轨类型应根据轨道振动、轮轨冲击、轮轨接触和钢轨纵向力的计算来确定。60kg/m钢轨的横向、垂向刚度是可满足高速列车动弯应力的强度需求的。日本新干线、法国TGV和德国ICE高速铁路所采用的钢轨均为60kg/m钢轨。可见，京沪高速铁路选用60kg/m钢轨是适宜的。3．钢轨尺寸允许偏差及平直度要求法国、德国和日本等国高速铁路的研究和运营表明，高速铁路的轨道结构区别于普通线路的最重要的特点是对轨道不平顺的严格控制，体现在钢轨上则是对其表面尺寸质量、平直度、表面平整度和扭曲的严格要求。钢轨尺寸的精确和外形的平直是轨道平顺的基本保证之一。4.钢轨的化学成分高速铁路钢轨出现质量问题的主要形式是由于钢轨内部夹杂、缺陷所引起的疲劳折损。提高钢轨材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨的可靠性、延长其使用寿命的有力途径。钢轨的化学成分是影响其力学性能、焊接性能及其他使用性能的基本因素，也是钢轨材质纯净度的重要指标。

2.2轨枕

尽管在高速铁路的发展中无碴轨道所占的比例越来越大，在许多国家已成为轨道结构的首选，但有碴轨道仍然是高速铁路轨道结构的主要形式之一，混凝土枕的性能和质量仍是需要关注的重点。由于混凝土轨枕使用寿命长，维修工作量少，由混凝土制品厂生产的轨枕形状、尺寸、性能都比较标准、均一，为钢轨支撑的均匀性和轨面的动态平顺性提供了更可靠的条件，因而世界各国高速铁路有碴轨道均采用混凝土轨枕。我国既有铁路干线大部分铺设了混凝土枕，高速铁路则要求全部采用混凝土枕。新干线的有碴轨道高速三铁路三混凝三土轨三枕类三型大三部分三为整三体式三，如三德国三、意三大利三、西三班牙三和日三本等三国的三各类三轨枕三，法三国有三碴轨三道传三统的三轨枕三结构三是双三块式三，在三高速三铁路三中仍三然采三用双三块式三轨枕三，但三在有三碴桥三上因三设置三护轮三轨的三需要三，采三用了三整体三式轨三枕。世界三各国三客运三专线三和高三速铁三路有三碴轨三道的三技术三发展三表明三，整三体式三和双三块式三混凝三土轨三枕形三式都三可以三满足三高速三运行三在承三载能三力、三耐久三性和三稳定三性等三方面三的使三用要三求。三我国三高速三铁路三采用三整体三式混三凝土三轨枕三。京沪三高速三铁路三轨枕三的铺三设根三数，三因采三用跨三区间三无缝三线路三，轨三枕间三距按60三cm等间三距均三匀布三置，三可有三效的三降低三高频三冲击三力。《京沪三高速三铁路三设计三暂行三规定》中规三定“三应采三用时三速35三0公里三客运三专线三专用三混凝三土枕三，每三千米三铺设16三67根。三道岔三应铺三设混三凝土三道岔三”。2.三3扣件高速三铁路三的扣三件除三要求三具有三足够三的扣三压力三以确三保线三路的三纵、三横向三稳定三之外三，还三要求三弹性三好，三以保三证良三好的三减振三、降三噪性三能；三扣压三力保三持能三力好三，以三降低三日维三修工三作量三；绝三缘性三能好三，以三提高三轨道三电路三工作三的可三靠性三，延三长轨三道电三路长三度，三降低三轨道三电路三投资三。我国三采用三弹性三扣件三已有20多年三历史三，已三成功三的开三发了三弹条Ⅰ扣件三，弹三条Ⅰ型调三高扣三件，三弹条Ⅱ型扣三件及三弹条Ⅲ型扣三件等三，以三上扣三件已三全部三通过三部级三鉴定三并推三广使三用。弹条Ⅲ型扣三件（三图4-三3）是三为高三速重三载而三研制三的无三螺栓三式扣三件，三系利三用预三埋于三轨枕三中的三铁杆三来保三持轨三距，三承受三横向三力并三固定三弹条三，以三弹条三扣压三钢轨三，尼三龙块三作为三绝缘三部件三并用三于调三整轨三距。图4-三3弹条Ⅲ型扣三件2.三4道床道床三是轨三道结三构的三重要三组成三部分三。散三粒体三道床三不仅三要承三受轨三枕传三递的三各种三力的三作用三，保三持轨三道结三构的三稳定三性，三而且三要便三于进三行养三护。三对高三速铁三路而三言，三散粒三体道三床的三这些三作用三显得三尤为三重要三。第三三节无碴三轨道三结构无碴三轨道三是以三混凝三土或三沥青三混合三料等三取代三散粒三道碴三道床三而组三成的三轨道三结构三形式三。由三于无三碴轨三道具三有轨三道平三顺性三高、三刚度三均匀三性好三、轨三道几三何形三位能三持久三保持三、维三修工三作量三显著三减少三等特三点，三在各三国铁三路得三到了三迅速三发展三。特三别是三高速三铁路三，一三些国三家已三把无三碴轨三道作三为轨三道的三主要三结构三形式三进行三全面三推广三，并三取得三了显三著的三经济三效益三和社三会效三益。3.三1国外三铁路三无碴三轨道三结构三型式国外三铁路三无碴三轨道三的发三展，三数量三上经三历了三由少三到多三、技三术上三经历三了由三浅到三深、三品种三上经三历了三由单三一到三多样三、铺三设范三围上三经历三了由三桥梁三、隧三道到三路基三、道三岔的三过程三。无三碴轨三道已三成为三高速三铁路三的发三展趋三势。1．日三本日本三是发三展无三碴轨三道最三早的三国家三之一三。早三在20世纪60年代三中期三，日三本就三开始三了无三碴轨三道的三研究三与试三验并三逐步三推广三应用三，无三碴轨三道比三例愈三来愈三大，三成为三高速三铁路三轨道三结构三的主三要形三式。三据统三计，三日本三高速三铁路三无碴三轨道三比例三，在20世纪70年代三达到60三%以上三，而90年代三则达三到80三%以上三。日本三从20世纪60年代三中期三开始三进行三板式三无碴三轨道三的研三究到三目前三大规三模的三推广三应用三，走三过了三近40年的三历程三。图4-三6普通A型轨三道板三图4-三7框架三型轨三道板图4-三8防振G型轨三道日本三板式三轨道三结构三在土三质路三基上三的发三展与三桥上三、隧三上板三式轨三道是三同时三起步三的。19三68年提三出RA型板三式轨三道，三并在三铁道三技术三研究三所进三行性三能试三验。图4-三8土质三路基三上RA型板三式轨三道总之三，日三本定三型的三板式三轨道三包括A型、三框架三型轨三道板三，适三用于三土质三路基三上的RA型轨三道板三和特三殊减三振区三段用三的防三振G型轨三道板三，构三成了三适用三于不三同使三用范三围的三轨道三板系三列。三截止三到目三前，三板式三轨道三累计三铺设三里程三已达27三00多km。日本三在大三量铺三设板三式轨三道的三同时三，还三开发三了B型弹三性轨三枕直三结轨三道，三在东三北、三上越三新干三线上三都有三铺设三。另三外还三开发三了简三化结三构的D型弹三性轨三枕直三结轨三道（三图4-三10）图4-三10三D型弹三性轨三枕直三结轨三道2．德三国德国三也是三研究三无碴三轨道三较早三的国三家之三一。三德国三铁路三开展三无碴三轨道三的研三究始三于上三世纪60年代三末，19三72年首三次在Rh三ed三a车站三试铺三了无三碴轨三道结三构（三故称三“Rh三ed三a”型）三。德国三铁路三、高三校研三究所三以及三工业三界自20世纪70年代三一直三进行三无碴三轨道三的研三究，三目前三德国三有20多家三企业三参与三无碴三轨道三新结三构的三开发三，形三成了三市场三竞争三的局三面，三推进三了新三技术三的发三展，三其提三出的三结构三型式三多种三多样三。德国三曾试三铺过10余种三无碴三轨道三结构三，其三轨道三的基三础分三钢筋三混凝三土和三沥青三混凝三土两三类。钢轨三的支三承方三式多三为分三散支三承（三即点三支承三），三连续三支承三方式三仍处三在试三铺阶三段，三未在三路网三上正三式使三用。对于三分散三支承三方式三的无三碴轨三道，三其道三床结三构大三体上三可分三为两三大类三，一三类为三整体三结构三，另三一类三为直三接支三承方三式，三表4-三22列出三了德三国铁三路目三前批三准可三在路三网正三式应三用和三可试三铺进三行运三营考三验的三无碴三轨道三结构三类型三。表4-三22德国三铁路三无碴三轨道三的结三构类三型整体结构直接支承结构现浇混凝土（含轨枕或支承块）现浇混凝土（不含轨枕或支承块）预制板轨枕或支承块RHEDA*FFCBöGL*ATD*ZüBLIN*BESGETRAC*BERLIN*BTEBTDHEITKAMPHOCHETIEFSATORESENGLEISWALTERRh三ed三a型无三碴轨三道（三图4-三11）为三钢筋三混凝三土底三座上三的整三体结三构型三式之三一。Rh三ed三a型无三碴轨三道结三构从19三72年开三始试三铺的三普通三型（三带槽三形板三、埋三入轨三枕）三到目三前研三发的20三00型（三无槽三形板三、埋三入支三承块三）经三历了三近30年的三发展三里程三。图4-三11普通Rh三ed三a型无三碴轨三道最近三开发三的Rh三ed三a-三20三00型无三碴轨三道（三图4-三12）已三投入三商业三应用三。其三结构三特点三是：三由2根桁三架型三配筋三组成三的特三殊双三块式三轨枕三取代三了原Rh三ed三a型中三的整三体轨三枕；三取消三了原三结构三中槽三形板三，统三一了三隧道三、桥三梁和三路基三上的三形式三；同三时，三轨道三结构三高度三从原三来得65三0m三m降低三为47三2m三m。Rh三ed三a-三20三00型中三的支三承块三只保三留承三轨和三预埋三扣件三螺栓三部位三的预三制混三凝土三，其三余为三桁架三式的三钢筋三骨架三。最典三型的三直接三支承三方式三的无三碴轨三道结三构为AT三D、GE三TR三AC型，三如图4-三13、图4-三14所示三，上三部的三轨枕三或支三承块三直接三置于三钢筋三混凝三土/沥青三混凝三土支三承层三上，三成为三一个三独立三的组三成部三分，三在中三部有三多种三方式三设限三位装三置，三以限三制轨三排纵三、横三向移三动。图4-三13三AT三D型无三碴轨三道结三构（三单位三：mm）图4-三14三GE三TR三AC型无三碴轨三道结三构（三单位三：mm）从20世纪80年代三开始三，德三国铁三路实三施私三有化三计划三，即三新建三和扩三建铁三路由三联邦三拨款三，而三养护三维修三则由三德国三铁路三出资三时，三德国三铁路三董事三会开三始大三力谋三求新三建铁三路和三扩建三线路三要尽三量采三用少三维修三轨道三，这三项措三施极三大地三推动三了无三碴轨三道的三发展三。德国三在修三建高三速铁三路的三初期三，无三碴轨三道仅三占正三线的30三%以下三，但19三98年开三通的三柏林—汉诺三威高三速铁三路，三无碴三轨道三已达80三%以上三。3．其三他国三家一向三坚持三采用三有碴三轨道三的法三国，三也在三新建三的地三中海三线的三路基三上和三隧道三内分三别铺三设了2k三m、8k三m的双三块式三无碴三轨道三。荷兰三高速三铁路三土质三不好三，软三土较三多，三但也三积极三采用三无碴三轨道三。韩国三在修三建高三速铁三路时三，也三把无三碴轨三道作三为重三要工三程内三容。总之三，无三碴轨三道结三构在三高速三铁路三上的三大量三铺设三已经三成为三发展三趋势三。3.三2国内三无碴三轨道三结构国内三对无三碴轨三道的三研究三始于20世纪60年代三，与三国外三的研三究几三乎同三时起三步。我国三初期三曾试三铺设三过支三承块三式、三短木三枕式三、整三体灌三筑式三等整三体道三床以三及框三架式三沥青三道床三等几三种形三式，三但正三式推三广应三用的三仅有三支承三块式三整体三道床三。19三94年以三后，三随着三京沪三高速三铁路三可行三性研三究的三进程三，无三碴轨三道在三我国三重新三被关三注。参照三国外三经验三及结三构型三式，三提出三了板三式、三长枕三埋入三式、三弹性三支承三块式三三种三结构三形式三的无三碴轨三道及三其设三计参三数。在秦三沈客三运专三线选三定了三三座三特大三桥作三为无三碴轨三道的三试铺三段。三其中三，沙三河特三大桥三（直三线、三长69三2m）试三铺长三枕埋三入式三无碴三轨道三；狗三河特三大桥三（直三线、三长74三1m）和三双河三特大三桥（三曲线三、长74三0m）试三铺板三式轨三道。三之前三，我三国最三长的三西康三县秦三岭隧三道（三长度三为18三.5三km）内三采用三了弹三性支三承块三式无三碴轨三道，三已于20三01年正三式开三通运三营。1．长三枕埋三入式三（图4-三17）长枕三埋入三式无三碴轨三道由三预应三力混三凝土三轨枕三、混三凝土三道床三板和三混凝三土底三座组三成。三其结三构内三没有三易受三环境三或温三度影三响的三橡胶三、乳三化沥三青等三材料三，结三构整三体性三和耐三用性三较好三。混三凝土三枕制三造和三现场三灌注三混凝三土的三技术三和设三备均三是成三熟、三配套三的。图4-三17桥上三长枕三埋入三式无三碴轨三道结三构（三单位三：mm）2．板三式（三图4-三18）板式三无碴三轨道三由预三制的三轨道三板、CA砂浆三填充三层、三混凝三土底三座和三轨道三板之三间的三凸形三挡台三组成三。其三轨道三结构三高度三低，三自重三轻，三可减三小桥三梁的三二期三恒载三。图4-三18桥上三板式三无碴三轨道三结构三（单三位：mm）轨道三板为三预制三件，三质量三容易三控制三。现三场的三施工三量少三，施三工进三度较三快，CA砂浆三的灌三注日三进度三可达20三0m。对三需要三减振三的地三段，三采用三减振三型轨三道板三，因三在工三厂已三完成三板下三弹性三垫层三的粘三贴，三故不三增加三现场三的作三业量三和难三度。三道床三外表三美观三，轨三道稳三定、三维修三工作三量小三。3．弹三性支三承块三式（三图4-三19）弹性三支承三块式三无碴三轨道三由弹三性支三承块三（混三凝土三支承三块、三块下三弹性三垫层三和橡三胶靴三套）三、混三凝土三道床三板、三混凝三土底三座等三组成三。弹性三支承三块的三现场三混凝三土施三工量三大，三进度三较慢三。故三一般三将其三限制三在隧三道内三使用三。1．无三碴轨三道与三有碴三轨道三维修三费用三比较19三95年，三日本三对运三营了20年的三山阳三新干三线板三式轨三道历三年各三项作三业的三维修三费用三进行三了统三计，三并与三有碴三轨道三作了三比较三，如三图4-三20。由三于板三式轨三道线三路的三维修三项目三减少三，且三轨道三几何三状态三稳定三，故三维修三作业三量明三显减三少，三为高三速运三输提三供了三安全三可靠三、平三顺高三质量三的轨三道，三实现三了少三维修三和维三修费三用大三幅度三降低三的目三标。4.三3无碴三轨道三的技三术经三济性图4-三20山阳三新干三线历三年维三修费三用德国三铁路三采用三轨道三质量三指数Q值来三综合三评价三轨道三高低三、水三平、三方向三等的三平顺三状态三。新三线的三轨道三质量三指数Q值应三在30以下三，而三在运三营线三上，三质量三指数Q值超三过10三0就必三须进三行修三理。三德国三的资三料表三明，三无碴三轨道三的质三量指三数Q值在三五年三内均三保持三在良三好水三平，三且变三化很三小，三实现三了线三路少三维修三。2．无三碴轨三道与三有碴三轨道三经济三比较无碴三轨道三的造三价高三于有三碴轨三道，三但由三于无三碴轨三道结三构具三有高三度低三、每三延米三重量三轻的三特点三，可三使桥三梁、三隧道三结构三物的三建设三费用三降低三。（1）日三本板三式轨三道日本三板式三轨道三初期三造价三基本三上控三制在三有碴三轨道三的2倍以三内，三大规三模应三用后三，其三造价三明显三下降三，约三为有三碴轨三道的1.三3～1.三5倍，三但维三修费三用明三显减三少。三据有三关部三门统三计，三山阳三新干三线16年的三平均三维修三费用三为有三碴轨三道的33三%。无三碴轨三道多三投资三的差三额约三在10年（三桥隧三结构三上）三～12年（三土质三路基三上）三内可三得到三偿还三（不三计对三运营三的影三