高速铁路概论 第2版 课件 项目二 任务3高速铁路轨道

项目二

高速铁路线路

高速铁路概论【项目描述】

高速铁路线路是高速铁路运输的重要技术设备之一，线路任何一个组成部分都应保证良好的状态，才能保证高速列车安全、平稳、舒适地运行。高速铁路车站是旅客集散的场所，其主要作用是完成旅客输送任务，生产活动主要包括客运作业、行车技术作业。本项目主要介绍高速铁路线路平面和纵断面、高速铁路线路的路基与桥隧建筑物、高速铁路轨道结构及高速铁路车站。

通过本项目的学习，培养学生具有不怕困难、不畏艰险、勇于胜利的艰苦创业精神；尊重科学，依靠科学的创新精神。任务三

高速铁路轨道结构

【能力目标】

能掌握高速铁路轨道的组成、轨道结构类型及轨道结构部件。【知识目标】

掌握高速铁路轨道的技术参数要求。任务三

高速铁路轨道结构

【相关知识】

为保证动车组列车能高速、安全、平稳和不间断地运行，以及确保旅客乘坐舒适，高速铁路的轨道结构应具有高平顺性、高稳定性，并具有足够的强度、良好的质量、减少养护维修工作量。

一、高速铁路轨道的类型

高速铁路的轨道分为有砟轨道和无砟轨道两种类型。有砟轨道包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、轨道加强设备和道岔等主要部件。无砟轨道包括钢轨、整体道床、联结零件、道岔等主要部件。

（一）有砟轨道

1.轨枕

轨枕安装在钢轨下面，承受钢轨传来的作用力，并将重量压力传递到道床上，有效地保持轨距、方向等轨道形位。高速铁路轨枕采用与扣件系统相匹配的的预应力混凝土轨枕，轨枕间距按60cm等间距均匀铺设，每千米铺设1667根。道岔区段铺设混凝土岔枕。

2.道床

道床是轨道的重要组成部分，碎石道床是指铺设在路基之上，钢轨、轨枕之下的碎石层，其主要作用是支撑轨枕，将来自轨枕上部的压力均匀地分布到路基面上；依靠自身和轨枕之间的摩擦来固定轨枕，防止其纵向或者横向移动；缓和车辆轮对对钢轨的冲击。

（1）高速铁路采用特级碎石道砟，站线可采用一级碎石道砟。

（2）有砟轨道的道床要有足够的厚度，一般采用双层道床，为了使道床的水能够迅速下渗，防止翻浆，垫层底部要加设用塑料和沥青等材料制作的各种形式的封闭层。

（3）道床顶面低于轨枕承轨面不应小于40mm，且不应高于轨枕中部顶面。

有砟轨道图2-3-1所示。图2-3-1有砟轨道基本组成

（二）无砟轨道

无砟轨道是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础的轨道，主要包括CRTSI型、CRTSII型、CRTSIII型板式无砟轨道，双块式无砟轨道，岔区长枕埋入式无砟轨道。

1.CRTSI型板式无砟轨道

CRTSI型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、混凝土底座、凸形挡台及其周围填充树脂等组成。

2.CRTSII型板式无砟轨道

CRTSII型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、底座、侧向挡块等组成。CRTSII型板式无砟轨道的轨道板为单向预应力混凝土结构，横向设置预应力，采用先张法生产工艺；纵向通过6根Φ20的精轧螺纹钢筋连接。每块标准轨道板上设10对扣件，扣件节点间距0.65m，相邻扣件节点间的板顶面设置深度为40mm的预裂缝，相邻预裂缝距离为0.65m。

3.CRTSIII型板式无砟轨道

CRTSIII型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、轨道板、现浇钢筋混凝土底座、自密实混凝土层等组成。

轨道板和底座板之间设置自密实混凝土层，是CRTSIII型板式无砟轨道的关键组成部分，其性能的好坏直接影响轨道系统的耐久性和日后的养护维修工作量。自密实混凝土层的主要功能是与轨道板形成复合板，通过与底座间设置的凹凸槽对轨道板进行纵横向限位，同时还具有施工调整等功能。自密实混凝土材料应具有良好的力学性能、耐久性能和可施土性。

板式无砟轨道结构如图2-3-2所示。（a）CRTS1型板式无砟轨道

（b）CRTS2型板式无砟轨道

（c）CRTS2型板式无砟轨道

图2-3-2板式无砟轨道结构

4.双块式无砟轨道

双块式无砟轨道道床板采用钢筋混凝土结构，现场浇筑成型，混凝土强度等级为C40，是支撑块工厂预制成型的钢筋混凝土结构。

5.道岔区轨枕埋入式无砟轨道

轨枕埋入式无砟轨道主要由道岔钢轨件、弹性扣件、岔枕、道床板和底座等组成。道床板和底座之间可设置隔离层，使道床板可以更换或修复。隔离层上可以设置弹性垫层以增加轨道整体弹性（如图2-3-3所示）。图2-3-3轨枕埋入式无砟轨道

二、钢轨

钢轨与列车车轮直接接触，为车轮提供平顺的滚动表面。高速铁路钢轨具有高纯净、高平直、高精度和长定尺的技术特点。

（一）钢轨作用

1.承受列车的重力及列车运行过程中产生的冲击力，并将其传递给轨枕。

2.引导车轮运行，控制列车运行方向。

3.兼作轨道电路。

（二）钢轨截面

钢轨质量好坏直接影响行车的安全性和平稳性，高速铁路常用60kg/m100m定尺长的无螺栓孔钢轨。钢轨的截面呈工字形，由轨头、轨腰、轨底三部分组成（如图2-3-4所示）。图2-3-4钢轨截面示意图

钢轨头部呈弧形以适合轮轨的接触，为了耐磨和抵抗压溃，应具有足够的面积和厚度；钢轨的腰部应有足够的高度，以提高钢轨抵抗挠曲的能力；钢轨底部应有足够的厚度和宽度，以保证稳定性。

三、扣件系统

扣件是指轨道上用于联结钢轨和轨枕的零件。

（一）高速铁路扣件系统要求

1.具有足够的扣压力以确保线路的纵、横向稳定。

2.弹性好，保证良好的减振、降噪性能。

3.扣压力保持能力好，降低维修工作量。

4.绝缘性能好，提高轨道电路工作的可靠性，延长轨道电路长度，降低轨道电路投资。

（二）有砟轨道扣件系统

有砟轨道主要采用弹条Ⅳ型、弹条V型和FC型三种类型扣件，按轨下基础形式分为有挡肩和无挡肩扣件。弹条Ⅳ型和FC型扣件配套无挡肩轨枕，弹条V型扣件配套有挡肩轨枕。

1.弹条Ⅳ型扣件系统弹条Ⅳ型扣件系统主要由弹条、绝缘轨距块、橡胶垫板和定位于预应力混凝土无挡肩轨枕的预埋铁座组成，其结构特征如下。

(1)在制作混凝土轨枕时预先埋设预埋铁座，弹条通过插入预埋铁座扣压钢轨，无需螺栓紧固。

(2)预埋铁座与钢轨间设置绝缘轨距块用以调整轨距并起绝缘作用，通过更换不同号码的绝缘轨距块调整钢轨左右位置。

(3)钢轨与混凝土轨枕承轨面间设橡胶垫板起绝缘缓冲和减振作用。

弹条Ⅳ型扣件系统组成如图2-3-5所示。图2-3-5弹条Ⅳ型扣件系统组成

2.弹条V型扣件系统

弹条V型扣件系统由弹条、螺旋道钉、平垫圈、轨距挡板、橡胶垫板（轨下垫板）、调高垫板和定位于预应力混凝土有挡肩轨枕的预埋套管组成，其结构特征如下。

(1)采用螺旋道钉与预埋套管配合紧固弹条，提高了扣件的绝缘性能。

(2）既可安装大扣压力弹条，也可安装小扣压力弹条。配合不同摩擦系数的橡胶垫板（轨下垫板），满足不同线路阻力的要求。

(3)利用工程塑料制造的轨距挡板调整轨距并起绝缘作用。

(4)通过在橡胶垫板（轨下垫板）与轨枕承轨面间垫入调高垫板调整钢轨高低。

弹条V型扣件系统组成如图2-3-6所示。图2-3-6弹条V型扣件系统组成

（三）无砟轨道扣件系统

无砟轨道扣件系统主要采用WJ-7型、WJ-８型、W300-1型和SFC型扣件，按无砟道床形式分为有挡肩和无挡肩扣件。WJ-7型和SFC型为无挡肩扣件，WJ-８型和W300-1型为有挡肩扣件。

1.WJ-7型扣件系统

WJ-7型扣件系统主要由锚固螺栓、螺母、平垫圈、重型弹簧垫圈、平垫块、铁垫板、绝缘缓冲垫板、弹条、绝缘块、橡胶垫板、T形螺栓、轨下调高垫板、铁垫板下调高垫板、预埋套管等组成，其主要结构特征如下。

(1)铁垫板通过锚固螺栓与预埋套管配合紧固于轨道板中。

(2）钢轨轨底与铁垫板间设置橡胶垫板，通过搭配不同扣压力的弹条及轨下调高垫板获得不同的钢轨纵向阻力。

WJ-7型扣件系统组成如图2-3-7所示。图2-3-7WJ-7型扣件系统组成

2.WJ-8型扣件系统

WJ-8型扣件系统由绝缘块、橡胶垫板、弹条、轨距挡板、铁垫板下弹性垫板、预埋套管、螺旋道钉、平垫圈、微调垫板、铁垫板、铁垫板下调高垫板等组成，其主要结构特征如下。(1)铁垫板上的挡肩与钢轨之间设置绝缘块，可以缓冲钢轨对铁垫板的冲击，还可提高扣件的绝缘性能。(2)轨枕或轨道板设承轨槽挡肩，钢轨传来的横向载荷通过铁垫板和轨距挡板，最后传至轨枕挡肩，降低了横向载荷对轨枕的作用。(3)通过不同规格尺寸的轨距挡板保持、调整轨距。WJ-8型扣件系统组成如图2-3-8所示。图2-3-8WJ-8型扣件系统组成

四、道岔

道岔是使列车从一股轨道进入另一股轨道的线路设备，是轨道的重要组成部分。道岔是线路上的薄弱环节，是限制列车运行速度的关键。

（一）高速铁路道岔的特点

高速铁路道岔要具有足够的强度和稳定性，保证列车运行的平稳安全及旅客乘坐的舒适。

1.道岔种类较为单一，以单开道岔为主。

2.道岔号码较大，一般在18号以上。

3.辙叉普遍采用可动心轨辙叉。

4.道岔适用于跨区间无缝线路。

5.电务转换采用外锁闭装置。

6.轨下基础采用混凝土长岔枕，并与道床相匹配。

7.道岔要具有监测系统，用于严寒地区的道岔要具有融雪装置。

8.具有较高的制造、组装、铺设精度。

（二）高速铁路道岔的结构

1.转辙部分

高速道岔采用与区间线路钢轨材质及断面相同的类型。

（1）尖轨的平面形式采用曲线型尖轨，能获得较好的侧向运行平顺性和较高的过岔速度。

（2）高速道岔采用矮型特种断面钢轨，尖轨无需刨切基本轨轨底或抬高尖轨轨面标高，既加强基本轨，又消除了水平不平顺，还为弹性可弯尖轨提供了强度条件。

（3）尖轨尖端采用藏尖式结构，使尖轨尖端最薄弱的部分受到基本轨的庇护，免除被车轮轧伤，并增强了竖向稳定性。

（4）尖轨跟端采用弹性可弯式结构，具有构造简单、坚固可靠、稳定性好、使用方便等优点。

2.可动心轨部分

可动心轨主体结构采用长翼轨、钢轨拼装式可动心轨辙叉结构。

（1）可动心轨辙叉采用钢轨组合型，长、短心轨采用60D40钢轨制造，翼轨用轧制的特种断面钢轨（简称TY轨）制造。

（2）可动心轨辙叉侧线设置防磨护轨。护轨为分开式，采用33kg/m槽型钢制造，护轨高出基本轨顶面12mm，护轨基本轨内侧采用弹性夹扣压。

（3）心轨采用防跳间隔铁、防跳卡铁、防跳顶铁结构。高速铁路可动心轨道岔的结构如图2-3-10所示。图2-3-10

可动心轨道岔示意图

五、轨道几何尺寸

1.轨距

轨距为两股钢轨头部顶面内侧向下16mm范围内两作用边之间的最小距离。因为钢轨铺设在线路上是向内倾斜的，车轮轮缘与钢轨侧面接触点在钢轨顶面下10～16mm之间，所以规定轨距测量部位在钢轨顶面下16mm处（如图2-3-11所示）。轨距分为直线轨距和曲线轨距。图2-3-11轨距量取示意图轨距分为标准轨距、宽轨距和窄轨距三种。国际标准轨距尺寸为1435mm，我国采用的是国际标准轨距。

2．轨向

轨向是指钢轨头部内侧面沿钢轨方向的横向凹凸不平顺，既直线上轨道是否直，曲线上轨道是否圆顺。如果直线不直，曲线不圆顺，势必加剧车辆左右摇摆振动，增加横向水平推力，产生车轮、钢轨的不正常磨耗，破坏轨距，对高速行车尤为不利。

为保证行车安全，必须定期检测轨向并及时校正。直线轨向必须目视顺直，用10m弦绳沿钢轨头部内侧测量，轨向如图2-3-12所示。图2-3-12轨向

3．水平

在线路同一断面处左、右两股钢轨顶面的高度差简称“水平”。为使两股钢轨受力均匀，直线地段两股钢轨顶面应保持在同一水平，但要求保持绝对同一水平则很不现实。因此直线地段的水平允许有一定的高差，其允许高差见表2-3-1。表2-3-1正线轨道静态铺设精度标准序号项目容许偏差备注1轨距无砟轨道±1mm有砟轨道±2mm相对于标准轨距1435mm2轨向2mm弦长10m3高低2mm弦长10m4水平2mm不包含曲线、缓和曲线上的超高值

4．高低

轨道上一股钢轨顶面纵向凹凸不平的现象叫做轨道前后高低，简称“高低”。钢轨顶面要目视平顺，前后高低差用10m弦绳量最大矢度，高低如图2-3-13所