铁路无砟轨道技术引进

铁路无砟轨道技术引进前言铁路客运专线无碴轨道技术引进，引进：德国博格板式轨道、雷达2000双块式、旭普林双块式轨道技术以及相应配套福斯罗扣件系统，其中旭普林双块式（配套中国新型WJ-8型扣件）同时也引进：日本单元板式无碴轨道及填充CA砂浆技术第2页,共48页，2024年2月25日，星期天前言铁路客运专线无碴轨道的道岔技术引进，与德国BWG建立合资，设计制造长枕埋入式无碴道床高速道岔京津城际铁路，应用博格板式轨道技术，试铺2组博格板道床道岔法国科吉富公司，设计技术转让，中国制造高速道岔第3页,共48页，2024年2月25日，星期天前言铁路客运专线钢轨扣件的技术引进，德国福斯罗钢轨扣件系统英国潘得路FC（有碴轨道）、SFC（无碴轨道）钢轨扣件系统国外轨道技术的引进，无异于：提高了我国铁路轨道技术，加快了铁路客运专线的建设速度。第4页,共48页，2024年2月25日，星期天主要内容1.无砟轨道的引进与技术2无砟轨道道岔的引进与技术3钢轨扣件的引进与技术4无砟轨道结构设计理念第5页,共48页，2024年2月25日，星期天1.无砟轨道的引进与技术1.1博格板式无砟轨道技术1.2旭普林双块式无砟轨道1.3雷达2000型无砟轨道结构1.4CRTSⅠ型板式轨道第6页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道及其应用博格板式无砟轨道主要铺设于路基、中小跨度桥梁和长大桥上；在路基上连续铺设；在桥上以单元板方式铺设，板下设限位槽，在路基与桥梁的连接部分设置端刺，以防连接板的纵向力传递至桥梁上。1.无砟轨道的引进与技术第7页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.1CRTSⅡ型板式轨道的由来：

1）CRTSⅡ型板式轨道是博格板式轨道为适应在京津城际铁路上铺设，经中外专家共同研究后而进行的设计改进，分为桥上CRTSⅡ型板式轨道和路基上CRTSⅡ型板式轨道

2）京津全线116.5公里，桥梁占86.7%，长大桥梁较多；全线桥梁采用连续铺设无砟轨道技术；线下基础与德国铁路不同，德国路基上铺设设计技术就很难于中国京津城际铁路应用。第8页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.2CRTSⅡ型板式轨道设计理念：

1）主要借鉴无缝钢轨的设计思路，全线混凝土轨道道床无一人为工作缝，将轨与梁的传统受力关系降低到相互影响的最低程度，避免桥梁上因梁轨相互作用需要采用钢轨伸缩调节器来缓解，从而改善轨道的平顺性。

2）采用强度较高的板与底座间填充层BZM砂浆，用轨下低刚度橡胶垫层获取轨道需要的弹性。第9页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.3CRTSⅡ型板式无砟轨道结构形式

1）CRTSⅡ板长宽高分别为为6450、2550、200mm，纵向每隔650mm设深80mm的沟槽，横向设预应力钢筋，纵向板宽两侧1/3部分各设3根钢筋，并用板间对销连接。

2）混凝土底座厚度190mm，底座与板间采用30mmBZM砂浆填充。

3）底座宽度2950mm，曲线超高由混凝土底座形成。第10页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.3CRTSⅡ型板式无砟轨道结构形式4）混凝土底座在梁固定端的梁面铺设1500+100+1500mm的泡沫塑料板。防止梁体转角与底座相互受损；泡沫板边设凿槽和锚固钢筋。5）梁与底座间采用两布一膜隔离，梁面和底座底各贴土工布（白色聚丙烯材料2.2mm），土工布防止梁和底座混凝土脱落；中间PE-HD聚乙烯高密薄膜（厚度1mm）；桥台板的底座下铺设摩擦板，底座与摩擦板间铺设土工布（摩擦系数控制在0.5-0.8之间）。第11页,共48页，2024年2月25日，星期天直线地段桥上Ⅱ型板式轨道设计横断面图第12页,共48页，2024年2月25日，星期天曲线地段桥上Ⅱ型板式轨道设计横断面图第13页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.4博格道岔板式轨道结构博格道岔板式轨道结构是由博格板（板下设矩形外露钢筋），混凝土底座、道床板，并由自流平混凝土灌注而成。自流平混凝土强度等级为C40，强度较高，灌注时，要对博格板采用扣压措施，否则在灌注时会造成博格板浮起；灌注自流平混凝土要高出博格板侧边15mm，才能表示板下灌满。自流平混凝土有相应物理力学措施，主要是含气量要求≤4%，采用试验检查没有问题，但监理旁站抽检如何取得是值得注意的地方。第14页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.5结构计算（桥上）1）CRTSⅡ型板，视为弹性地基连续梁，混凝土底座与梁面间两布一膜的滑动层，视为拉压杆件。对底座混凝土板的开裂宽度要进行限制，根据连续底座板施工方法，生成的微细裂纹，可补偿夏季由于升温产生的伸长。2）值得注意的是轨道板不是静力学构件，开裂宽度不受限制，板不是静力学上承重构件，静力学观点看，混凝土底座开裂后在动载作用下，宽枕会形成承动荷载。底座混凝土允许开裂宽度0.3mm。第15页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术

1.1.5结构计算（桥上）

3）混凝土底座采用无缝钢轨的受力原理，轨道板视为无限长、连续的结构，基本上使钢轨与梁轨相互作用降到最小，可以消除钢轨伸缩调节器，更利于轨道平顺性。简化钢轨扣件的结构，结构主要受温度力、收缩力，外加很小的制动力影响。在轨道结构内基本平衡，只有制动力作用于梁固定端底座锚固螺栓而传给墩台。

4）CRTSⅡ板式无砟轨道的设计，只有对板施加横向预应力，利用普通钢筋混凝土结构容许裂缝出现的设计理论，最不利情况下，动载作用下，结构以宽枕形式承担活载。第16页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.5京津城际铁路铺设CRTSⅡ型板式轨道在桥梁上铺设出现的一些技术问题

1）在铺设过程中出现了板与板联结处翘曲的现象，京津城际铁路全线检查后，仅发现一处。其原因是板缝在夏季高温时灌注封缝，冬季低温下形成开裂。若在低温时对此缝再行封闭，至高温时，温度力作用面发生顶翘。若低温不封，高温时可能消失，这要在设计说明中给予阐述；

2）博格板的设计理念是宽枕道床和普通钢筋不存在应力腐蚀病害，对裂缝具有适应能力，裂缝会使轨道板内的温度力缓解。翘曲后，板通过BZM砂浆作用到底座上的附加力500KN消失了；第17页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.5京津城际铁路铺设CRTSⅡ型板式轨道在桥梁上铺设出现的一些技术问题

3）底座板上的竖向限位挡块发生沿直角点向上45度裂纹，且普遍。此说明侧向限位挡块限位能力不足。对京沪CRTSⅡ板设计改为全部侧向挡块，该裂纹有消除的可能，至少是大幅降低；

4）钢轨扣件系统采用福斯罗扣件，其轨道挡板在螺纹道钉松动后，若不能及时拧紧，轨距挡板有窜入轨底的可能，从而危及行车安全。我国铁科院研究初期JW-8型钢轨扣件系统轨距挡板在力学试验时，轨距挡板就出现窜入轨底的现象；于是进行了改进，疲劳试验就不再发生类似现象。在德国没有发生过此类现象。这主要是修理方法不同，中国铁路修理拧栓较为频繁；第18页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.5京津城际铁路铺设CRTSⅡ型板式轨道在桥梁上铺设出现的一些技术问题

5）京沪高速铁路设计的CRTSⅡ板式轨道，对固定支座端的齿槽略有加宽，并将泡沫板长由1500mm改为1450mm，以提供空间；

6）对京沪高速铁路已铺架及制作完的梁，要对桥面加宽磨平，齿槽后做，限位块钢筋，都对桥面进行钻孔。第19页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.6京津城际铁路铺设CRTSⅡ型板式轨道在路基上铺设出现的一些技术问题：

1）轨道结构沉降变形滞后于线下基础。此滞后对列车通过时，轨道结构不构成威胁，对列车舒适度影响很小，通过一定总重或一段时间后，滞后会消除；

2）轨道板、BZM砂浆，混凝土底座间相对离缝，缝宽极微小，尚未达到对列车运行影响的程度。

3）京津城际铁路路基段，按规范要求应有至少6个月的预沉期，但实际仅3个月时就开始铺设板式轨道。沉降没有到达完全的程度，就铺设无砟轨道也是沉降滞后的一个很重要的原因。第20页,共48页，2024年2月25日，星期天1.1博格板式无砟轨道技术1.1.7小结德国博格板式轨道设计，是以无砟轨道理论做为设计理念，以混凝土结构容许裂纹出现做为设计思维；缓解了连续铺设博格板式轨道中的温度力和收缩力，从而保持轨道几何形位在容许范围。设计充分利用宽枕铺设结构作为博格板式轨道最终结构，提供列车运行安全的基础结构。设计、铺设全过程，说明博格板的设计理念在铁路轨道中得到了充分的运用。第21页,共48页，2024年2月25日，星期天1.2旭普林双块式无砟轨道1.2.1旭普林双块式无砟轨道结构1）旭普林双块式无砟轨道是雷达2000的中间产品，其枕块是全枕混凝土断面；雷达2000型为半枕混凝土断面。前者还保存双块枕完全形状与混凝土道床形成道床，后者双块枕的一半钢筋与混凝土道床形成一体，加上半枕形成道床板。2）结构是由双块式枕、混凝土道床、隔离层（土工布）、混凝土底座构成。第22页,共48页，2024年2月25日，星期天旭普林双块式无砟轨道横断面图第23页,共48页，2024年2月25日，星期天1.2旭普林双块式无砟轨道1.2.2旭普林双块式无砟轨道特点：

1）道床板完全连续浇筑，混凝土底座每隔5m设伸缩缝一处。

2）枕盘通过振动振入道床混凝土加大了混凝土的密实度。

3）旭普林双块式轨枕制造与雷达2000相仿，主筋为HRB550钢筋，直径12mm；用Q235，直径14mm的钢筋在下料阶段冷拉到12mm，并形成肋螺纹，从而降低成本。模型移动采用感应对位下料，振动台采用降噪措施。

4）钢轨扣件系统采用铁科院研制的WJ-8型扣件系统。第24页,共48页，2024年2月25日，星期天1.2旭普林双块式无砟轨道1.2.3旭普林双块式无砟轨道在我国应用中存在的问题及解决措施：

1）在郑西客运专线铺设后，混凝土道床板侧面底座假缝处出现向上裂纹，严重者贯通；沿块枕边出现离缝；根据德国专家意见，枕底座假缝间距缩短至3.27m（5个节点间距）后缝没有得到限制，但缝宽缩小。底座假缝间距越小，道床板面裂缝越宽，反之裂缝越窄。郑西线对此在道床面设假缝，裂缝有所缓解，但效果并不明显。裂缝问题在旭普林双块式无砟轨道上十分明显。

2）道床板侧面向上裂缝较多。这与侧面部分混凝土保护达100多毫米有关。从左侧旭普林双块式轨道的横断面结构分析，裂纹出现已是旭普林双块式的一大特点；这一问题把枕盘振动入道床混凝土加大道床密实度的优点大幅度降低了。

第25页,共48页，2024年2月25日，星期天1.2旭普林双块式无砟轨道1.2.3旭普林双块式无砟轨道在我国应用中存在的问题及解决措施：

3）裂纹出现的一项重要，也是主要的原因是结构的混凝土保护层最少50mm，最厚的达130多mm。在其道床混凝土施工过程中枕间混凝土受温度力、收缩力作用，形成了裂纹，一般在20天之内已形成。

4）混凝土结构出现裂缝是容许的，但旭普林结构裂纹相对较多，普通混凝土保护层过厚，是设计上的不足。小结：此无砟轨道继续采用的前景困难。第26页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道

1.3.1雷达2000型无砟轨道结构

1）在我国称为双块式CRTSⅠ型无砟轨道，结构类似旭普林双块式，但枕块混凝土仅为旭普林的一半；

2）枕下存在桁架主筋，道床几乎与双块为一体。道床配设骨架筋网，保护层30-35mm，除个别沿枕块有离缝外，裂纹很少。

3）其配套的钢轨扣件系统为W300-1型扣件。第27页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道1.3.2雷达2000型无砟轨道结构特点：

1）原雷达2000型施工采用传统框架定位，其刚度大；两侧设枕底坡可调，浇筑后，轨距保持较好。现武广客运专线采用的是螺杆调整定位，刚度小，又设轨底坡，在支承时钢轨自重引起钢轨向内的倾斜，浇筑后，轨距偏小；此为中间连接钢筋弯变所致。在采用螺杆调整系统同时，加设轨距杆等措施可使此现象缓解。

2）在路基上是连续铺设的，每5m在底座上设一处限位矩形凹槽；每5m设一处假缝用于底座的伸缩；混凝土道床配筋足够骨架构造钢筋。

3）雷达2000型无砟轨道在桥上铺设每5m在底座上设凸形限位器一处，隧道与路基上一样处理。只是因隧道结构的关系，在板间要填充混凝土，又称为填充层。第28页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道1.3.2雷达2000型无砟轨道结构特点：

4）雷达2000型无砟轨道在桥上铺设时道床按桥跨采用三种尺寸，长度在5140mm-7150mm之间，梁面上不设混凝土底座，设混凝土保护层，厚度130mm以上。保护层设钢筋骨架网，与防撞墙钢筋相连传递水平力。在每块道床板板下设三个凸形抗剪挡台，铺设土工隔离层，道床板用C40混凝土浇筑。凸型挡台周边设塑胶缓冲层。

5）在梁的固定端处，列车通过时的转角使扣件螺栓抗拔力不足。此处设计为道岔扣件，螺栓不采用尼龙套管，采用钻孔螺母锚固方法。

6）桥上采用直径13mm的弹条，即小阻力扣件；在梁缝两扣件节点处采用大阻力扣件。

7）道岔无砟轨道在混凝土底座设矩形钢筋抗剪器，使道床板与底座联结在一起，不采用隔离层。第29页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道

1.3.3雷达2000型无砟轨道在我国的应用：1）雷达2000型双块式无砟轨道目前在我国武广客运专线上进行了铺设，一段位于湖南省岳阳市境内计1500m，直线，纵坡4.5‰，路基-桥梁-路基，由中铁一局施工；2）另一段位于株洲市境内，计1321.398m，特大桥、大山湾特大桥上，纵断面5‰-0‰.四院设计，睿铁公司审核，基本上是德国雷达2000原型。3）在我国台湾高速铁路上也进行了铺设（如下图所示）。4）BWG公司的长枕埋入式道岔无砟轨道，于京津城际铁路上铺设也获得了初步成功（如图所示）。

第30页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3.2桥上铺设

（台湾高速铁路雷达2000型铺设图）第31页,共48页，2024年2月25日，星期天

此道岔无砟轨道已在武广客运专线上进行了铺设。道岔板式无砟轨道是由板下设刚性传剪器及自流平混凝土底座构成的不设隔离层的混凝土道床。第32页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道1.3.4雷达2000型无砟轨道在我国的应用中所遇到的问题及解决措施：

1）雷达2000型无砟轨道沿枕块周边出现离缝现象；因底座混凝土伸缩道床板侧面在假缝处向上出现裂纹；这些通过将枕块角处改成圆弧及施工工艺的改进，已有缓解。

2）雷达2000型双块式枕块为桁架形骨架筋与混凝土枕块组成，枕块为半枕高度。运输、搬运时，均使枕端沿外侧承轨槽挡肩边沟处开裂。本次德国设计将承轨槽两侧沟槽中间封死，以缓解裂纹的出现。同时对雷达2000的承轨槽型式进行了改动。

3）轨距挡板外侧下设置相应的凹槽，但此措施使JW-8不能通用。

4）梁面保护层采用梁体预埋传剪器钢筋孔，使保护层与梁体联结，设凹槽限位抗剪，致使梁面水不会通过隔离层，此为中国应用上的创新。第33页,共48页，2024年2月25日，星期天1.3雷达2000型无砟轨道1.3.5小结

1）雷达2000型在德国高速铁路铺设技术相对旭普林和博格板式无砟轨道较为成熟。

2）雷达2000型的结构筋相对CRTS双块Ⅰ型的配筋要大，整体结构刚度大，铺设时不易变形。

3）由于道床板是断开的，钢轨扣件系统采用小阻力扣件，但较我国的扣件阻力大，根据温度跨度设计铺设钢轨伸缩调节器。曲线处超高由混凝土底座形成。第34页,共48页，2024年2月25日，星期天1.4CRTSⅠ型板式轨道1.4.1CRTSⅠ型板式轨道的结构与应用：

1）轨道结构类似日本板式轨道，已在我国秦沈客运专线狗河、双河特大桥铺设，至今六年多的使用历史。

2）在日本高速铁路上铺设也有近四十年的历史。从技术看已经是相当成熟的。

3）CRTSⅠ型板由预应力混凝土结构和普通的钢筋混凝土结构两种；预应力混凝土板采用无粘接后张法预制；普通钢筋混凝土结构多为框架型式。第35页,共48页，2024年2月25日，星期天1.4CRTSⅠ型板式轨道1.4.2CRTSⅠ型板式轨道应用中的一些问题：

1）板式轨道结构从设计、铺设、使用上相对比较成熟，CRTSⅠ型、Ⅱ型板的关键技术在CA砂浆的灌注。至今其质量难予控制。

2）我国采用先张法制作的CRTSⅠ型板于哈大客运专线成高子试验段时，为解决板的绝缘问题，撤去了板的结构钢筋，从而避免了钢筋的直接交叉联结，不构成钢筋闭合回路，设计者还认为可降低钢筋的配置量，“节省投资”。

3）先张法板制作技术，为CRTSⅠ型板提供了一种板的施制方法。但采用先张法降低配筋率，减少构造的配置，既无理论根据，也无实践依据，有可能使板发生粉碎性伤损。第36页,共48页，2024年2月25日，星期天1.4CRTSⅠ型板式轨道1.4.2CRTSⅠ型板式轨道应用中的一些问题：

4）现行混凝土结构设计规范，尚没有对结构物的构造按先张法和后张法进行配置研究。对先张法构件，存在有锚固压，应在钢筋端部加设箍筋，使锚固压预应力值逐步增加。构造筋的配置不是根据预应力施加方法，而是根据混凝土构件抗裂和抗剪要求而配置。

5）建筑研究院专家认为加大预应力可缓解构件构造不足的问题。应用后加剧了混凝土结构裂纹的出现，预应力过大，在外荷载还未施加时，预应力作用使混凝土结构内砂石骨料形成微裂；待外荷载施加后使裂纹发展到表面上。加大预应力法可行，后张法也可以使用加大预应力。

第37页,共48页，2024年2月25日，星期天1.4CRTSⅠ型板式轨道

1.4.2CRTSⅠ型板式轨道应用中的一些问题：

6）预应力混凝土结构使用已有百年历史，全世界尚没有得出采用先张法可较后张法降低构造筋配置的理论。目前规范存在问题，应予以修改。从这个角度看，采用先张法可降低构造配置的作法难以让混凝土结构工作者接受。

7）哈大客运专线成高子站试验段的先张板下裂纹出现，就是一个有力的证明。后张法板的裂纹出现在锚具周边，而不是受力部分的下缘。

第38页,共48页，2024年2月25日，星期天主要内容1.无砟轨道的引进与技术2无砟轨道道岔的引进与技术3钢轨扣件的引进与技术4无砟轨道结构设计理念第39页,共48页，2024年2月25日，星期天2.无砟轨道道岔的引进与技术2.1无砟轨道道岔技术的引进：目前客运专线道岔技术引进主要有

1）山海关桥梁厂与德国BWG公司合资建立道岔企业；

2）宝鸡桥梁厂引进法国道岔设计制造技术；

3）株洲桥梁厂从英国购置设备，建立道岔制造工厂。第40页,共48页，2024年2月25日，星期天2.2无砟轨道道岔技术引进后的特点：1)BWG公司道岔技术，采用多机多点的尖轨、心轨牵引方式，分动外锁，适用于无砟和有砟轨道；此道岔结构与我国铁路既有线采用的结构型式及转换方式是一致的。京津城际铁路运营实践证明该道岔适应高速铁路运营要求。2)法国科吉富尔公司的道岔技术，采用一机多点的尖轨、心轨牵引方式；只有一处电转机有外锁，其它采用机械拐肘导管，导管拐肘设在一个固定枕端托板上。3）株洲桥梁厂仅做了设备采购，但该厂对岔枕、钢轨扣件、道岔等均可同时供应，并为厂内组装铺设测试提供了有利条件。2.无砟轨道道岔的引进与技术第41页,共48页，2024年2月25日，星期天2.3技术引进后的一些问题及思考：1）在合肥至南京客运专线铺设法国道岔后，尖轨转动时带动枕上托板发生移动，致使信号不能正常显示。2）道岔用的钢轨扣件较为复杂，分开式扣件的铁垫板采用4根螺栓锚固联结，内侧采用月牙铁式螺栓辅助，托板采用4根锚固螺栓，混凝土岔枕一端最多10个预埋孔。3）混凝土岔枕沿螺栓纵裂普通。法国岔枕也有此类病害，但较少。针对以上不足，研究后，把托板固定一枕端改为固定在两枕端，螺栓距离拉大，通过设螺旋筋，轨枕增加箍筋的方法进行加固。上述分析说明，法国的道岔技术与我国客运专线尚存在适应的问题，需要深入研究。2.无砟轨道道岔的引进与技术第42页,共48页，2024年2月25日，星期天主要内容1无砟轨道的引进与技术2无砟轨道道岔的引进与技术3钢轨扣件的引进与技术4无砟轨道结构设计理念第43页,共48页，2024年2月25日，星期天3.

钢轨扣件的引进与技术3.2各类扣件在无砟轨道中的应用：1）伴随着德国博格板式轨道、雷达2000型双块式无砟轨道的引进，福斯路钢轨扣件、W300-1扣件，W14型