客运专线铁路轨道

高速铁路是世界铁路发展趋势日本新干线、法国TGV为代表的高速铁路投入运营以来，以安全可靠、技术创新、优质服务为铁路的发展带来了新的机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，促进了世界范围内高速铁路的建设高潮。高速铁路发展：日本高速铁路成就辉煌，从1964年新干线开来，未发生一起由于高速铁路的行车而造成的重大人身伤亡事故，是日本经济起飞的“脊梁骨”，开通7年即收回了成本，是世界上最成功的一条高速铁路。日本目前已有2047公里的高速铁路网，世界第一，轨道主要采用板式无碴轨道，机车主要采用动力分散型。法国对高速行车一直情有独钟，共创造了17次铁路行车世界记录，1990年TGV动车组创造了515.3km/h的轮轨系世界记录，主要采用有碴轨道。法国的V150型高速电气机车(TGV)在2007年4月3日的行驶试验中，以574.8公里的时速，刷新有轨铁路行驶速度世界纪录。德国高速列车为ICE系列，在1988年创造了406.9km/h的首次突破400km/h的世界记录。

ICE列车不但在高速线上行驶，也在未经改造的

既有线上行驶,轨道结构以无碴轨道为主。意大利是欧洲最早修建高速铁路的国家，主要以发展摆式列车为主，可节省线路改造费用。韩国高速铁路采用的是法国技术台湾高速铁路采用的是日本技术从世界各国高速铁路发展来看，均取得良好的经济和社会效益。2007年底，全世界已经建成高速铁路并投入运营的国家有9个，线路总长8702km。欧洲高速铁路规划：2020年将形成一个新建高速铁路10000km、改造既有线15000km、遍及全欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。我国铁路网规划到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，

主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均

达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。客运专线为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。“四纵四横”客运专线网“四纵”：京哈客运专线（1860公里）京沪高速铁路（1300公里）京广客运专线（2230公里）上海－宁波－深圳快速铁路（1700公里）；“四横”：徐州－郑州－兰州客运专线（1400公里）杭州－南昌－长沙客运专线（880公里）青岛－石家庄－太原客运专线（770公里）南京－武汉－重庆－成都客运专线（1900公里）京哈专线青太专线徐兰专线京沪专线宁汉蓉专线京广专线杭甬深专线杭长专线三个城际客运系统：环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区的城际客运系统，覆盖区域内主要城镇环渤海地区长江三角洲地区珠江三角洲地区高速铁路的特点高速国家增多、发展速度加快建设国家越来越多、建设周期越来越短新建改造结合、加速路网效应 国内、国际、洲际技术已经成熟、欧亚各有特点日、法、德速度稳中有升、提高竞争能力运营速度与设计速度目标值、经济指标密切相关客运专线和高速铁路是以高速行车为目的，行车速度已取代年通过总重作为运输条件的主要指标。因此只要是高速行车，在同一条线路

上均应采用相同标准的轨道结构，甚至在高

中速混运时，在高速车进入既有路网和返回

高速线的线路上也应采用高速铁路轨道结构。客运专线和高速铁路荷载列车-轨道系统——轮轨系统动力学荷载：垂直荷载横向水平荷载纵向荷载振动荷载客运专线和高速铁路荷载1、垂直荷载随着列车行车速度的提高，轮轨间的动力作用明显增大。世界各国都有自己的计算轨道所承受动轮重（设计轮重）的方法。对高速铁路来说，日本和德国铁路的计算方法具有代表性。客运专线和高速铁路荷载2、横向水平荷载进行轨道设计和检算以及列车运行安全性评估的重要数据。可分两类分析和运用：一类用来进行轨道设计、检算及评估列车脱轨危险的横向集中作用力Q;另一类用来评估轨道横向移动的位移阻力S，涉及轨道养护维修和无缝线路稳定性的参数。客运专线和高速铁路荷载3、纵向荷载列车的制动力和起动力我国在进行轨道计算时，通常只在计算钢轨应力时考虑列车起动力和制动力的影响，并将其引起的钢轨应力按10

MPa计。桥上无缝线路加速和制动荷载按静轴重的10％取值，双线桥上仅用单线制动和牵引。钢轨承受的温度力考虑无缝线路钢轨内积聚的温度力作用。客运专线和高速铁路荷载4、振动荷载高速列车引起的振动荷载，其振动频率较高，多在50～200Hz之间。测试表明：随着行车速度的提高，高频振动的峰增多；振动荷载的量级增大；同样条件下，无砟轨道的振动较有碴轨道为大。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构1.概述轨道结构是庞大的系统工程，轨道结构基础（桥梁、路基）的状态和性能对轨道结构有决定性影响。因此，作为客运专线和高速铁路的轨道结构，具备良好的基础并在正常受力条件下安全运营就显得特别重要。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构1.1路基路基是轨道的基础，其变形是制约列车速度的重要因素。为确保高速铁路的高平顺性，不仅要求路基强度高、刚度大、纵向刚度均匀，还要求路基沉降小、长久稳定。因此，控制沉降和纵向刚度均匀性变化是高速铁路路基的关键问题。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构日本日本第一条高速铁路——东海道新干线，路基病害成为影响线路行车的重要因素。据有关资料，日本修建高速铁路初期拟定的工后总沉降为10cm，年沉降量为3cm。后来修建高速铁路时，工后总沉降已按3cm控制，对采用连续梁和无碴轨道的地段，工后沉降控制更为严格。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构法国法国修建高速铁路时，对既有铁路路基调查表明：道床下增加一定厚度的“垫层”对防止路基病害有重要作用。因此，在制定TGV线路技术标准时，明确了强化基床表层的措施。在修建高速铁路时要求工后总沉降应小于2cm，并在最后一次捣固和运行第一列高速列车之前，沉降应完全稳定。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构德国德国既有线实践提出消除基床病害的有效措施：在路基面设置保护层。修建高速铁路时，采用了较高的路基标准，认为在列车开始运行后，路基工后总沉降不应大于1cm，年沉降速率不应超过2mm，并应避免短距离内的不均匀沉降，在桥台附近不应有任何不均匀沉降。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构1.2桥梁高速铁路行车速度高，采用全封闭行车模式导致桥梁比例明显增加，接近线路总长的50%。桥梁比例大、高架桥多、长桥数量大是高速铁路桥梁的重要特点，桥梁已成为高速铁路土建工程的主要组成部分。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构桥梁功能要求梁体具有足够刚度、限制梁体变形，以保证线路 的高平顺性和避免不良的车、桥动力响应。桥梁墩台应有足够大的纵向刚度，保证桥上无缝 线路的稳定和平顺。桥型的选择应避免增设钢轨温度调节器。桥梁结构及构造布置应耐久，且便于检查和维修。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构桥梁梁型选择梁型的选择对保证桥梁的功能十分重要。

连续梁作为一种超静定结构，具有结构刚度大、弯矩分布均匀、跨中挠度小、抗震性能好、在支点处连续、桥面连接处折角小等优点，有利于高速行车。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构高速铁路轨道结构方案选择轨道结构等级客运专线以旅客运输为主，要求极高的安全性、可靠性和旅客乘车舒适度。在轨道结构方面，除了传统轨道不允许存在的长波不平顺以外，还对短波不平顺作出了严格的限制。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构欧洲AGC提出的线桥设备同一标准：采用60kg/m钢轨、长度2.6m轨枕、弹性扣件、硬 质道碴的轨道结构。利用标准列车计算桥梁荷载。规定统一的列车速度和轴重。全部采用立体交叉。采用大号码道岔。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构2.2轨道结构类型有碴轨道和无碴轨道。有碴轨道是铁路的传统结构。具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特定好等优点。但随着行车速度的提高，其缺点也逐渐显现。由

于有碴轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严重，轨道破损和变形加剧，从而使维修

工作量显著增加，维修周期明显缩短。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构无碴轨道有关资料分析表明：有碴轨道维修费用为无碴轨道的2倍多。基于此，从经济角度和维修管理角度看，高速铁路应采用无碴轨道。特别是在桥隧结构上，由于无碴轨道减少了二期恒载和建筑高度，采用无碴轨道更为有利。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构无碴轨道除此之外，无碴轨道具有使用寿命长、线路状况良好、不易胀轨跑道、高速行车时不会有石碴飞溅等特点。因此，在国内外高速铁路建设中，无碴轨道得到越来越广泛应用。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构2.3无缝线路无缝线路具有行车平稳、旅客舒适、节省接头材料、降低维修费用、延长线路设备和机车车

辆使用寿命等优点，是铁路轨道结构发展的方向。高速铁路必须采用无缝线路，且应采用一次性铺设无缝线路技术方案。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构3.各国客运专线和高速铁路轨道结构客运专线和高速铁路轨道结构除应具有比重载轨道结构更高的可靠性和稳定性以外，最大的区别在于它应具有极高的平顺性。法国、德国为提高行车速度在轨道方面采取了许多技术措施，其中大部分是围绕提高和保持轨道平顺性而进行的。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构3.1法国

轨道结构：UIC60钢轨、双块式混凝土枕、NABLA弹性扣件组成的有碴轨道结构。采用铝热焊焊接长钢轨，铺设跨区间无缝线路。枕下道碴最小厚度30cm。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构实践经验：1983年开通的巴黎—里昂TGV东南线，尽管轴重较小，但是线路大修周期短。钢轨需定期进行打磨，否则会增加线路大修工作量。线路大修会造成道碴损坏，需预铺道碴、且需提升接触网高度。高速线道碴使用寿命仅为普通线路的25%。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构3.2德国有碴轨道结构：UIC60钢轨、B70型混凝土枕、ω弹条扣件组成的有碴轨道结构。采用铝热焊焊接长钢轨，铺设跨区间无缝线路。枕下道碴最小厚度30cm。由于有碴轨道结构存在种种不足，因此新建高速线路正大力推广并采用无碴轨道结构。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构3.3日本有碴轨道结构不足：轨道结构薄弱。轨道弹性不良。世界各国客运专线和高速铁路轨道结构无碴轨道（板式轨道）结构特点：由轨道板和钢轨组成，轨道板由CA砂浆层支承。轨道板为钢筋混凝土或预应力混凝土结构，一般 轨道板标准长度为5m。为限制轨道板纵横向移动，设置凸形挡台。轨道的高低、轨向误差可通过扣件系统和轨道板 调节。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求轨道结构应保证机车车辆在规定的最大载重和最高速度下运行时，具有足够的强度、稳定性和合理的修理周期。与其他工程结构物不同，轨道具有荷载的随机性和重复性、结构的组合性和散体性（有碴轨道）、修理工作的经常性和周期性。轨道结构的组合性和散体性轨道横截面：传统轨道自上而下由钢轨、轨枕、碎石道床等力学性能不同的材料组成，钢轨和轨枕

用扣件联结成轨排浮铺于道床上。轨道平面：钢轨与钢轨用接头联结零件联结，在站场还有用于列车换线的道岔。轨道结构是非常长大的工程结构物，跨越各种地理环境，受环境影响因素多。轨道荷载的重复性和随机性荷载的重复性表现在两个方面：一是指不同的列车通过时荷载的反复作用；二是指每列车通过时每个车轮荷载的反复作用。列车垂向荷载实测波形列车横向荷载实测波形相对轨道某一断面而言，车轮由远处而来、接近、离开，将车辆自重传递给钢轨及轨下基础，使线路发生沉陷、变形，形成一条以车轮与钢轨

的接触点为中心的位移变形曲线，钢轨及轨下基

础承受由小到大再变小的荷载作用，并激起线路

各部分振动。列车车轮依次通过该断面，轮群对

线路该断面的荷载还具有周期性，轨道在列车轮

群周期性荷载作用下强迫振动。荷载的随机性列车在轨道上运行时，由于客观存在的轨道不平顺、车轮不园顺、车辆的蛇行运动等，使轮轨系统产生冲击和振动。轮轨不平顺是轮轨系统的激振源，不

平顺的波长、波深、出现的位置都有很大的不确定性，因此振动及振动产生的荷载是随机的。由于轨道荷载的重复性和随机性，轨道及各部件长期处于交变应力状态。交变应力产生于轮轨系统振动引起的和每通过一个车轮的一次应力循环。轨道维修的经常性和周期性轨道是边运营、边维修、边工作的工程结构。轨道结构是一种以“破坏”为前提的特殊结构物。所谓“破坏”是指轨道结构在列车荷载反复作用下，逐渐改变轨道的几何形位，形成轨道不平顺。轨道不平顺会影响行车平稳和旅客舒适，甚至会造成脱轨等，影响安全运行，并反过来加剧轮轨系统的振动和加速轨道状况变坏。当轨道变形超过了轨道几何尺寸允许限度值，或者难于通过维修保持轨道变形小于允许限度，则认为轨道结构已不能满足应有的承载能力，为了完成其使命必须进行大规模的维修。导致轨道破坏的主要原因是轨道及各部件长期受振动和交变应力作用。在交变应力作用下部件的破坏称疲劳破坏，其破坏形式与静荷载下发生的强度破坏截然不同。轨道各部件的破坏主要表现为疲劳破坏，是交变应力作用下损伤逐渐积累的结果。此外，振动使道碴颗粒间的摩擦系数减少，加速道床下沉，所以振动加速度也是造成轨道破坏的原因之一。60kg/m钢轨II型混凝土轨枕轨道客运专线和高速铁路对轨道结构的要求客运专线和高速铁路有碴轨道在结构上与普通铁路有碴轨道相比没有本质的区别，只是在部件性能、技术水平和养护维修等方面标准更高、要求更严。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求1.稳定的轨道结构在高速客运专线条件下，轨道各部件的静力强度已不是对轨道整体结构承载能力起控制作用的因素。对客运专线和高速铁路的轨道结构，必须保证最高程度的稳定。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求由60kg/m强韧化钢轨、重型预应力混凝土轨枕、优质弹性钢轨扣件和硬质道碴道床组成的重型轨道，不仅可以使轨道变形小、结构稳定、使用可靠、轨面平顺，而且可以起到减少振动的作用。从客运专线和高速铁路轨道承受的荷载看，采用重型轨道结构不仅可以减少线路的垂直下沉，而且可以增大轨道横向推移阻力，保持线路的方向顺直。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求2.平顺的运行表面为保证运行表面的平顺，主要从钢轨和轨下基础两方面提出要求。钢轨：客运专线和高速铁路必须采用无缝线路。轨下基础：有碴轨道基础（道床）；无碴轨道基础（整体道床）。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求2.平顺的运行表面是否能够实现高平顺性的标准是高速铁路建设成败的核心问题。设计、施工、监理、养修各个环节都应该十分重视高速铁路的平顺性问题。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求良好的轨道弹性轨道具有良好的弹性包括两方面的意义：为高速行车引起的振动起到“吸振”作用的足够 的弹性；沿轨道纵向弹性的均匀性。客运专线和高速铁路对轨道结构的要求3.良好的轨道弹性有碴轨道的弹性主要由散粒道碴道床和轨下垫层提供；无碴