城市轨道交通轨道工程（第二版）课件：有砟轨道组成

重点：1.有砟轨道组成

2.轨道的几何尺寸有砟轨道

基本要求：理解轨道的组成(钢轨﹑轨枕﹑联结零件﹑道床、防爬设备和道岔)；并了解其作用；重点掌握线路爬行形成原因及防爬措施和轨道加强设备；重点掌握轨缝的计算。概述

轨道结构是列车行驶的基础，能引导列车运行，直接承受车轮的动压力，并传到路基上。铁路有碴轨道一般由钢轨、轨枕、道床、联结零件、防爬设备和道岔等部件组成。

钢轨一、钢轨的功用、性能和断面作用：1.引导机车车辆车轮前进，承受车轮的巨大压力并将该力传递到轨枕或其他支承上。2.为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。3.在电气化铁路或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路。钢轨断面采用抵抗弯曲最佳的“工”字形。断面分为轨头、轨腰和轨底三个部分。钢轨的性能车轮作用于钢轨上的力｛垂直力｝、横向水平力和纵向水平力。钢轨除承受基本弯曲应力外，还有接触应力、残余应力、局部应力和温度应力等，使钢轨产生压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨损、断裂等。因此要求钢轨要有足够的强度、韧性和耐磨性能。

二、钢轨类型按重量划分为75、60、50、43、38kg／m

铁路正线和新建的城市轨道大都采用60kg/m钢轨标准轨长度有25m和12.5m两种，以及新近生产的50m和100m标准轨。75kg／m钢轨，只有25m一种

标准缩短轨：

12.5m标准轨缩短量40、80、120㎜。

25m标准轨缩短量40、80、160㎜。三、钢轨轨缝及设置轨缝--普通线路上钢轨与钢轨之间留有一定的缝隙。随着轨温变化，钢轨将发生伸缩，由钢轨螺栓孔、夹板螺栓孔与螺栓杆之间的间隙来提供.在构造上能实现的轨端最大缝隙称为构造轨缝。如果轨缝超过构造轨缝，接头螺栓就要承受剪力。在铺轨施工时，如需要预留一定的轨缝(称为预留轨缝)，预留轨缝大小也要适当。预留轨缝的原则：

当轨温达到当地最高轨温Tmax；时，轨缝大于或等于零，即轨缝不顶严，以避免轨端受顶力和过大的温度压力引起线路胀轨跑道；当轨温达到当地最低轨温Tmin时，轨缝不超过构造轨缝，以保证接头螺栓不受剪力，并防止大轨缝造成过大的冲击力。《铁路线路维修规则》规定普通线路预留轨缝计算公式为：

——换轨或调整轨缝时的预留轨缝(mm)

a——钢轨钢线膨胀系数a=0.0118(mm/m·℃)

L——钢轨长度(m)

tz——当地中间轨温(℃)Tmax、Tmin——当地历史最高、最低轨温

——换轨或调整轨缝时的轨温，

ag——构造轨缝，38kg/m、43kg/m、50kg/m、60kg/m、75kg/m钢轨均采用ag＝18mm。

四、钢轨材质、热处理及力学性能钢轨的化学成分（Fe）为了使钢轨有足够的强度和韧性，及良好的耐磨性和硬度，坚固耐用，除了选用适当的钢轨类型外，在很大程度上还应注重钢轨的材质、生产工艺和热处理等方面的问题。含碳量高可提高其抗拉强度、硬度和耐磨性；锰可提高钢的强度和韧性；硅使钢轨材质致密；磷、硫都是有害成分。五、钢轨伤损的主要形式及其防治措施锈蚀；裂纹；折断（疲劳）；磨耗1.提高钢轨材质，防止出现气孔及夹杂等不良现象；2.改善线路质量，提高弹性和平顺性，减少动力和冲击；3.利用大型超声探伤列车或小型钢轨探伤车对钢轨进行探伤，及早发现核伤，及时治理。轨头核伤图轨头核伤钢轨磨耗及允许磨损限度图钢轨侧面磨耗(外轨)从养护维修的角度看，减少侧磨的途径有：采用耐磨轨(高硅轨、淬火轨等)；加强养护维修，设置合理超高、轨距，保持良好的轨底坡和方向，增加线路的弹性；曲线涂油。车载涂油，即在车尾放置涂油器，遇曲线则喷油，还有的在机车上安装涂油装置来喷油；地面涂油，即在曲线头上安装固定涂油器，列车通过时，车轮压在装有轨头侧面的油嘴上而喷出浓度较大的粘状油质，由车轮带给曲线钢轨侧面而达到涂油目的。波形磨耗图钢轨波形磨耗波形磨耗轨顶出现波浪状的不均匀磨耗，实质上是波浪压溃。波磨随波长不同而分为两种：一种为波纹磨耗，其波长为30～80mm，多发生在大半径曲线，甚至是直线上；一种为波浪磨耗，波长为80～600mm，甚至长达2m左右，多发生在小半径曲线上。目前国内外的打磨手段主要依靠大型钢轨打磨列车和小型钢轨打磨机具。直线上两股钢轨交替不均匀侧磨

侧磨是重载快速条件下出现的一种新病害，它使直线轨道平顺性指标恶化，导致某些机车车辆运行过程剧烈摇晃，基本特征是不均匀波形呈等间距，左右交替，磨耗波连续成群，磨耗量由小变大，再由大变小，在一股钢轨内侧形成一个连续的半波，其波长范围基本固定。整治，侧磨量大于8mm且添乘机车严重晃车的地段要及时调边进行起道整修，侧磨量小于8mm的要注意控制。钢轨磨耗及允许磨损限度按其轨头的磨耗程度【轻伤、重伤】见表磨耗指标【垂直磨耗、侧面磨耗、总磨耗】

钢轨头部磨耗重伤标准钢轨(kg/m)垂直磨耗(mm)侧面磨耗(mm)160km/h≥ν>140km/h正线140km/h≥ν>120km/h正线ν≤120km/h正线、到发线及其他站线160km/h≥ν>140km/h正线140km/h≥ν>120km/h正线ν≤120km/h正线、到发线及其他站线7510111212162175以下～6010111112161960以下～50101750以下～4391543以下813钢轨头部磨耗轻伤标准轨腰螺拴孔裂纹图轨腰螺栓孔裂纹为防止和减缓螺栓孔裂纹，采取措施：加强接头养护，防止接头出现错牙、鞍磨、低塌及道床板结螺栓孔周边倒棱，防止周边应力集中，延长裂纹萌生期；增加接头弹性，在接头处铺设枕下大胶垫或在枕上铺设高弹性胶垫。加大第一螺栓孔至轨端的距离，减小螺栓孔直径，可以减少螺栓孔应力的30%。内燃双头螺丝扳手

轨枕轨枕的功用保持钢轨的位置、方向和轨距并将它承受的钢轨力均匀地分布到道床上。要求：轨枕要有一定的坚固性、弹性和耐久性，便于固定钢轨，抵抗轨道框架的纵向和横向位移，具有价格低廉、制造简单、易于铺设养护的特点。

一、木枕木枕即为木制轨枕。木枕富于弹性，便于加工、运输和维修；有较好的电绝缘性能。但是，目前木材缺乏，价格很高，而且易腐朽、磨损，使用寿命短，不同种类木材的木枕弹性也不一致，造成轨道的动态不平顺。因此，在我国木枕巳逐渐被混凝土枕所代替。枕失效原因很多，其中主要是腐朽、机械磨损及裂缝。减少机械磨损的途径有

（1）扩大垫板面积或在铁垫板下加胶垫，降低木枕表面单位面积的压力；（2）道钉孔应预先钻好，钻孔需经防腐处理；（3）最好采用分开式扣件。二、混凝土轨枕混凝土枕全称是预应力钢筋混凝土轨枕。混凝土枕的优点：重量大(约重200～500多公斤)、稳定性好，有利于无缝线路的稳定性；不受气候影响，使用寿命长(一般50年左右)；材源较多，能保证均匀的几何尺寸，轨道弹性均匀，平顺性好；扣件易于更换；设计、铺设的空间大，制造相对简单,可以满足铁路高速、大运量的要求。缺点：弹性差、绝缘性能低，更换较困难。按结构形式分

混凝土枕有整体式、短枕式和组合式（或双块式）图混凝土枕的结构形式混凝土枕的类型普通混凝土枕分为I、II、III型。II型混凝土枕的承载能力是按韶山型机车、轴重25t、最高速度120km/h、铺设密度1840根/km设计的。III型混凝土枕的承载能力是按机车(三轴)最大轴重25t、货车最大轴重23t设计的。III型混凝土枕分为有挡肩和无挡肩两种，前者适用于直线或R≥300m的曲线轨道，后者适用于直线或R≥350m的曲线轨道。2、混凝土轨枕外形尺寸混凝土枕断面为梯形，上窄下宽。

轨枕底面制有凹型花纹

图Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕的外形和截面尺寸(单位：mm)混凝土岔枕和有碴桥面混凝土枕

预应力混凝土岔枕具有稳定性高，易于保持轨道几何形位的特点，强化了轨道结构，适于高速和重载，特别是对无缝道岔的使用更具有积极的意义。图混凝土岔枕(单位:mm)图混凝土桥枕混凝土宽轨枕图混凝土宽枕单位：mm优点

支承面积比普通枕增加一倍，因而有效地降低了道床应力和变形，使线路更加稳定，行车平稳；因为是连续密排(每公里1760根)铺设，而且在宽枕之间用沥青之类的材料封闭，所以能持久、有效地保持道床清洁，延长了道床清筛周期，减少了维修工作量(为普通枕的1/3～1/2)；重量大，轨道框架相对稳定，道床阻力增加80%以上，有利于铺设无缝线路；外观整洁美观。适用于下列地段：

运输繁忙、行车密度大、列车间隔时间短的线路上铺设宽枕后，大大减少了维修工作量，缓和了维修与运输的矛盾。隧道内的线路维修条件差，铺设宽枕后可以有效地减少维修工作，尤其在一些地质条件差，不能铺设整体道床的隧道，更适合铺宽轨枕。大桥桥头、大型客站正线和到发线，为了减少养护工作，也宜采用宽轨枕。2．轨枕的布置图轨枕布置使用混凝土枕应遵守下列规定1.正线上的轨枕应使用混凝土枕；2.在不同类型轨枕的分界处，如遇普通钢轨接头，应保持同类型轨枕延伸至钢轨接头外5根以上；3.铺混凝土枕时，要成段铺设同类型轨枕，严禁插花更换，个别抽换失效轨枕时应更换为与两端同类型的轨枕；4.装、卸混凝土枕要使用机具，严禁摔、撞。轨枕的失效与伤损标准1．明显折断。2．纵向通裂：

(1)挡肩顶角处缝宽大于1.5mm;(2)纵向水平裂缝基本贯通(缝宽大于0.5mm)。3．横裂(或斜裂)接近环状裂纹(残余裂缝宽度超过0.5mm或长度超过2/3枕高)。4．挡肩破损，接近失去支承能力(破损长度超过挡肩长度的1/2)。5．严重掉块。混凝土枕严重伤损标准1．横裂裂缝长度为枕高的1/2~2/3。2．纵裂：

(1)两螺栓孔间纵裂(挡肩顶角处缝宽不大于1.5mm);(2)纵向水平裂缝基本贯通(缝宽不大于0.5mm)。3．挡肩破损长度为挡肩长度的1/3~1/2。4．严重网状龟裂和掉块。5．承轨槽压溃，深度超过2mm。6．钢筋(或钢丝)外露(钢筋未锈蚀，长度超过100mm)。7．斜裂长度为枕高的1/2~2/3。联接零件联接钢轨与钢轨的接头扣件联接钢轨与轨枕的中间扣件(简称扣件)。接头联结零件①作用：将相邻钢轨的头部联结起来，并满足热胀冷缩的要求。②组成：有夹板、螺栓、螺帽和垫圈等。③种类：普通接头、异型接头、绝缘接头、冻结接头、焊接接头。中间联结零件①作用：将钢轨固定在轨枕上。②

种类及组成：木枕扣件：道钉和垫板，垫板上设1∶40的轨底坡，以保证钢轨中部受力，并可防止蛇形运动；水泥枕扣件：扣板式、

弹片式、弹条式三种。

联结零件减振器扣件WJ-2扣件DJK5-1扣件夹板钢轨接头扣件钢轨接头的类型按左右股钢轨接头相互位置来分，有相对式(轨缝对接)和相互式(轨缝错接)两种图相对式和相互式按钢轨接头和轨枕相对位置分：悬接式、单枕承垫式和双枕承垫式

图单枕承垫式、双枕承垫式和悬接式按接头联接的用途及工作性能来分，有普通接头、导电接头、绝缘接头、异型接头、尖轨接头、冻结接头、胶结接头及焊接接头。

图异型接头图绝缘接头图导电接头图尖轨接头下列位置不应有钢轨接头，否则应将其焊接、冻结或胶接：①明桥面小桥的全桥范围；②钢梁端部、拱桥温度伸缩缝和拱顶等处前后各2m范围内；③设有温度调节器的钢梁的温度跨度范围内；④钢梁的横梁顶上；⑤平交道口铺面范围。接头联结结构

作用：保持轨线的连续性，并传递和承受弯矩和横向力，还要满足钢轨伸缩的要求。

组成：由接头夹板(又称鱼尾板)、接头螺栓、螺母、垫圈等。图双头式夹板（单位：mm）图接头螺栓外形和夹板接头联结零件的使用条件夹板伤损达到下列标准时，应及时更换：

1折断。

2中央裂纹(中间两螺栓孔范围内)：正线、到发线有裂纹；其他站线平直及异型夹板超过5mm，双头及鱼尾形夹板超过15mm。

3其他部位裂纹发展到螺栓孔。螺栓及垫圈伤损达到下列标准时，应及时更换螺栓折断、严重锈蚀、丝扣损坏或杆径磨耗超过3mm不能保持规定的扭力矩。垫圈折断或失去弹性。中间扣件简称扣件作用：具有足够的扣压力，将钢轨固定在轨枕的稳固位置上，保持正确的轨距；具有足够的阻力阻止钢轨的纵、横向位移，这在无缝线路上尤为重要；具有绝缘性能(在混凝土枕和钢枕线路上)；具有足够的强度、耐久性；具有一定的弹性，能起到缓冲减振作用；还应具备零件少，便于装卸、维修的条件；必要时具有调节轨距和轨面高度的能力。木枕扣件

按扣件联结钢轨、垫板与轨枕三者之间的关系混合式分开式

图木枕混合式扣件（单位：mm）图木枕分开式扣件1-螺纹道钉；2-扣轨夹板；3-底脚螺栓；4-垫板；5-木垫板；6-弹簧垫圈混凝土枕扣件按钢轨与轨枕联结形式不分开式、半分开式和分开式三种。按轨枕上有无挡肩可分有挡肩(挡肩承受并传递水平力)

无挡肩(靠扣件承受和传递水平力)扣件。按扣件的弹性性能可分全弹性扣件(垂直和水平方向都有一定的弹性)、半弹性(仅垂直向有弹性)

刚性扣件。I型弹条扣件：强度储备小弹条易断裂扣压力不足疲劳强度低

图混凝土枕I型弹条扣件1-螺纹道钉；2-螺母；3-平垫圈；4-弹条；5-轨距挡板；6-挡板座；7-橡胶垫板II型弹条扣件扣件针对I型弹条的不足，我国又开发了II型弹条扣件，除弹条采用新材料(优质弹簧钢60Si2CrVA)重新设计外，其余部件与I型弹条扣件通用

III型弹条扣件III型弹条扣件是无螺栓、无挡肩的弹性扣件，图混凝土III型弹条扣件件1-弹条；2-预埋铁座；3-绝缘轨距块；4-橡胶垫板；III型弹条一端套人预埋在轨枕中的铁座上(铸铁挡肩)，另一端通过绝缘轨距块扣压在钢轨轨底顶面。目前我国的秦沈客运专线、提速线路的一些区段、道岔以及一些轻轨线路都在大量使用III型扣件。III型弹条扣件的扣庄力大(不小于11kN)，弹性好，保持轨距能力强。由于取消了螺栓联结，易于更换，养护维修工作量小。特别适用于高速、重载和高密度的运输条件。扣板扣件扣板扣件是通过扣板扣住钢轨的，属于刚性扣件，弹性差。扣板可以调整钢轨的位置，即一个扣板翻边使用，就可以调整2个数值的轨距。铁座的作用是支承扣板并传递横向水平力，分普通铁座和加宽铁座。图扣板扣件调高扣件需要用调高扣件来调节钢轨的水平，需用比普通扣件调高量更大的调高扣件。

图1-28调高扣件1一中间弹条；2一接头扣板；3一螺纹道钉；4一轨卡螺栓及螺母；5一铁垫板；6一胶垫；7一塑料垫板；8一平垫圈；9一弹簧垫圈；10一楔形轨距块；11一调高垫板。扣件的使用条件

1.钢轨接头处安装JA和JB型弹条弹条IV型扣件组装铺设φ18mmφ18mmJA型弹条JB型弹条2.清除两预埋铁座间轨枕承轨面的泥污和预埋铁座孔内的砂浆。清除轨底的泥污。

弹条IV型扣件铺设和养护维修要求清除两预埋铁座间轨枕承轨面的泥污清除预埋铁座孔内的砂浆步骤2:铺设钢轨

弹条IV型扣件铺设和养护维修要求步骤3:安装轨距块

安设9号和11号轨距块，轨距块的边耳应扣住预埋铁座。若因钢轨、轨枕和轨距块的制造偏差，安设规定号码的轨距块不能满足轨距要求或轨距块不能安装入位时，可根据实际情况予以调换，不得猛烈敲击使其入位。

特别提示：钢轨接头处应使用接头轨距块G4J。

弹条IV型扣件铺设和养护维修要求接头轨距块G4J安装弹条时应采用专用工具。

弹条IV型扣件铺设和养护维修要求

如遇到个别弹条就位困难时，在使用安装工具的同时可用小锤轻敲弹条尾部，使其就位。

弹条IV型扣件铺设和养护维修要求3弹条就位以其小圆弧内侧与预埋铁座端部相距8～10mm为准。弹条IV型扣件铺设和养护维修要求距离为8～10mm不得顶紧或距离过大。

4安装调整检查轨距，如有不适，须用专用工具（同安装工具）将弹条卸下。弹条IV型扣件铺设和养护维修要求道床功用:1．传递由钢轨、轨枕传来的机车车辆动荷载，使之均匀地分布在路基基床面上，且不超过路基基床面的允许应力；2．提供抵抗轨道框架纵、横向位移的阻力，保持轨道稳定和正确的几何形位，保证行车安全；3．提供排水能力，使基床面干燥，有足够的强度，防止翻浆冒泥及轨道下沉；4．提供轨道弹性，起到缓冲、减振降噪的作用；5．调节轨道框架的水平和方向，保持良好的线路平纵断面，为轨道几何尺寸超限的维修保养提供便利条件。道床材料具有质地坚硬，有弹性，不易压碎和捣碎，排水性能好，吸水性能差，不易风化和被风吹动或被水冲走等特点。道碴材料有碎石(花岗岩、大理石、石灰岩)、筛选级配卵石