轨道工程（第三版）课件：无砟轨道结构

无砟轨道结构目录CONTENTS3.1概述3.2无砟轨道联结部件3.3无砟轨道结构3.4我国高速铁路无砟轨道结构选型原则概述o1无砟轨道定义：无砟轨道是指采用混凝土等整体结构为轨下基础的轨道结构。—《铁路轨道设计规范（TB10082-2017）》无砟轨道优点：整体性强，稳定性好，外观整洁美观，坚固耐久刚度均匀性好，轨道几何形位易于保持其轨道变形很小，变形发展较慢，从而减少养护维修工作量减少隧道的开挖面积，增加隧道或桥梁净空（减轻重量）有利于铺设无缝线路无砟轨道缺点：整体道床工程投资费用高要求较高的施工精度和特殊的施工方法在运营过程中一旦出现病害，整治非常困难没有减振措施的无砟轨道振动噪声大于有砟轨道对扣件和垫层也有特殊要求无砟轨道类型：无砟轨道在世界范围内得到了广泛的推广应用并，日本是发展无砟轨道较早、较快的国家.应用情况见表所示。日本新干线高速铁路无砟轨道的应用情况德国是无砟轨道使用较多的国家，应用情况见下表所示。为适应高速行车的需要.德国铁路一直致力于无砟轨道的研发与试铺，以期逐步取代有砟轨道。德国高速铁路上的无砟轨道早在1934年和1939年，我国就在东北牡图线北老岭隧道和沈丹线福晋岭隧道内铺设了长木枕和短木枕式混凝土整体道床轨道。从1958年开始至1980年，我国铁路在无砟轨道等新型轨下基础的研制及推广应用中，经过了研发试铺期、筛选定型期及扩大推广期等过程.在成昆线、北京地铁的隧道和许多车站上研发试铺了整体道床轨道、普通钢筋混凝土板式轨道、宽轨枕、框架式轨枕及纵向轨枕轨道等多种结构形式。进人20世纪90年代，为适应我国铁路客运专线和高速运输的需要，经过引进、吸收、消化、再创新，我国已形成CRTSⅠ型、CRTSⅡ型无作轨道结构，目前具有我国完全自主知识产权的高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道已在成灌线、盘营专线、武汉四线等线路中成功应用。无砟轨道联结部件o2由于无砟轨道取消了有砟轨道中起弹性、减振和调整轨道变形作用的道砟层，所以轨道所需弹性和调整量主要由扣件提供。此外，在有减振降噪要求的地段，无砟轨道扣件系统还要考虑减振降噪的要求。因此，对无砟轨道扣件的要求比有砟轨道扣件要高得多。我国从20世纪60年代开始研究无砟轨道，研发了多种扣件，如秦岭隧道整体道床用弹性扣件、WJ-1型扣件、WJ-2型扣件等。除秦岭隧道整体道床采用不分开式扣件外。其他均为带铁垫板的弹性分开式扣件。为适应桥上要求，采用了增设小阻力扣件的措施。国内铁路无砟轨道扣件类型《铁路轨道设计规范（TB10082-2017）》一、铁路无砟轨道扣件由于列车运行速度高、密度大，除要求扣件具有保持轨距能力强、防爬阻力大、通用性好等基本功能外，对扣件的组装件、减振性能、绝缘性能、钢轨位置调整能力、扣压件与轨下垫层动态跟随性等提出了新的要求。由此可见，决定扣件结构形式的主要因素是扣件的合理刚度和钢轨高低、左右位置调整能力。扣压力、弹程、纵向阻力、横向抗力、绝缘性能等可在扣件基本形式确定后开展结构和工艺设计。1、日本铁路无砟轨道扣件(1)不分开式直结4型扣件该扣件采用蛋形弹片为扣压件，以扣压件的下肢扣压钢轨，拧紧螺母后扣压件上肢与钢轨接触，扣件的弹性良好。钢轨高低调整量为10mm,左右调整量为23mm。(2)直结系列分开式扣件日本常用的直结系列扣件中，直结5、直结8型扣件为较典型的分开式二阶弹性扣件。直结5型和直结8型采用蛋形弹片作为扣压件，直结7型采用S形弹片作为扣压件。右图为直结7型扣件的结构示意图。由于该扣件的调整量较大，较适合于土质路基上的无砟轨道。直结7型扣件1-蛋形弹片；2-楔块；3-槽形铁垫板；4-绝缘垫板；5-垫圈；6-螺母；7-T形螺栓；8-调整垫片；9-弹性垫板；10-铁垫片；2、英国PANDROLFAST扣件PANDROLFAST扣件系统在轨枕厂就预先组装在轨枕上，ω形弹条被安置在预扣位置上，轨距块和弹性垫板被弹条固定就位。这种扣件系统的主要特征为：零部件均可在轨枕厂预组装；组装与拆卸均可实现机械化作业；不含带螺纹的部件，构件轻巧，坚固耐用；在钢轨下和铁垫板下均设置弹性垫板；扣件与钢轨及混凝土板体之间无任何直接接触，绝缘性能良好。目前该扣件已经被广泛应用于德国(DB­AG)、法国(SNCF)、日本(RTRI入澳大利亚(AS)及北美(AREA)等国家的铁路上。英国PANDROLFAST扣件3、德国VOSSLOH300型扣件这种扣件系统的主要特征为：结构简单，联结紧密，弹性优良，扣压力大，钢轨抗爬阻力高，可以在轨枕厂预组装，装卸方便，养护维修少，使用安全可靠，寿命较长。目前该扣件已经被广泛应用于德国ICE高速线的有砟轨道和无砟轨道上，另外通过改变轨距挡板型号可用于不同类型钢轨，还可以用于超高为180mm的曲线轨道地段。

VOSSLOH300型扣件4、我国铁路无砟轨道扣件（1）不分开式弹条Ⅰ型调高扣件弹条Ⅰ型调高扣件由Ⅰ型弹条、轨距挡板、挡板座、橡胶垫板、调高垫板及螺旋道钉等组成。钢轨高低调整量为20mm,而普通弹条Ⅰ型扣件的调高量仅为8~10mm。弹条Ⅰ型调高扣件用A型弹条，适用于60kg/m钢轨，具有扣压力强、调整量大等特点。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8—调高垫板弹条I型不分开式调高扣件（2）TF-Y型扣件TF-Y型扣件结构由中间弹条、接头扣板、塑料垫板、弹簧垫圈、樑形轨距块、调高垫板等组成，适用于50kg/m钢轨整体道床曲线地段。用楔形轨距块调整轨距，最大调整量为20mm。用调高垫板调整钢轨高低，最大调整量为20mm。我国隧道内整体道床上大量采用了该型扣件，但由于弹条的刚度偏大，列车的荷载及振动造成扣压力衰减较大，弹条横向约束不够，容易产生T形螺栓偏倒、弹条松动和脱落等病害，已逐渐被弹条Ⅰ型调高扣件代替。1—中间弹条2—接头扣板3—螺纹道钉4—轨卡螺栓及螺母5—铁垫板6—胶垫7—塑料垫板8—平垫圈9—弹簧垫圈10—楔形轨距块11—调高垫板TF-Y件型扣件（3)II、III型弹条分开式扣件II型弹条分开式扣件的结构由铁垫板、板下调高垫板、板下弹性垫板、轨距块、复合垫板、套管螺栓、弹簧垫圈、平垫圈、调距扣板等组成，曾在秦沈客运专线桥上板式轨道中使用。III型弹条分开式扣件的结构III型弹条、绝缘轨距块、橡胶垫板、板下衬垫、套管螺栓及调高垫板等组成，曾在秦沈客运专线桥上板式轨道过渡段上使用。(4)WJ-7型和WJ-8型扣件WJ-7型扣件系统由T形螺栓、螺母、平垫圈、弹条、绝缘块、铁垫板、绝缘缓冲垫板、轨下垫板、铀固螺栓、重型弹簧垫圈、平垫块和定位于混凝土轨枕或轨道板的预埋套管组成。钢轨高低调整时采用调高垫板（分轨下调高垫板和铁垫板下调高垫板）。扣件系统对轨枕或者轨道板接口的技术要求是轨枕或轨道板中预埋套管的埋设位置和精度，另外轨枕或轨道板不设轨底坡。WJ-7型扣件适用于轴重170KN(考虑轴重可能增加10%)，最高速度为350km/h的客运专线以及客车最大轴230kN(客运机车)；货车最高速度120km/h(最大轴重250kN)的最高速度250km/h的客运专线（兼顾货运）。WJ-8型扣件适用于轴重170KN(考虑轴重可能增加10%)最高速度为350km/h的客运专线以及CRTSⅡ型板式无砟轨道。二、城市轨道交通无砟轨道扣件1、WJ-2型扣件WJ-2型扣件不只用在城市轨道交通无砟轨道结构上，也用在普通铁路上。我国地铁和轻轨中大量使用了WJ-2型扣件。WJ-2型扣件结构类似于II型弹条分开式扣件，主要区别是弹条的形状和尺寸不同于II型弹条。2、科隆蛋扣件该类型扣件由德国于1978年研制，因其外观呈蛋形，故称为科隆蛋扣件。20世纪80年代，我国也研制出类似的扣件，称作减振器扣件，为全弹性分开式三阶减振扣件，适用于整体道床减振要求较高的地段。轨道减振器是轨道减振的新形式，能有效地减少振动和噪声，减振效果与浮置板轨道相当，但较浮置板轨道可减少隧道净空高度，节省造价，且施工和维修方便。由于减振器外形为椭圆形，且橡胶圈与承轨扳、底座硫化成为整体，可避免应力集中，延长其使用年限。因橡胶圈为锥形，能较充分利用橡胶剪切变形，具有良好的弹性。保持轨距能力较强，绝缘性能好。科隆蛋扣件（单位：mm)1—T形螺栓；2一弹条；3一上铁垫板；4一硫化橡胶；5—轨下衬垫；6一下铁垫板；7一垫板螺栓；8—垫板衬垫83、DT型系列扣件我国地铁和轻轨上研制使用的DT型系列扣件均为分开式二阶弹性扣件。应用较多的有DTⅠ、DTⅢ、DTⅣ、DTⅥ型等扣件。DTⅠ型扣件的结构如图所示，由橡胶垫板、T形螺栓、轨距块、铁垫板、塑料垫板、弹性扣板、螺母、弹簧垫圈等组成。北京地铁二期工程均采用了DTⅠ型扣件，经20多年使用和地铁运营实践，扣件状态良好。DTⅠ型扣件DTⅦ2型小阻力扣件DTVI2型分开式扣件4、先锋扣件潘得路先锋扣件与传统的扣件系统相比具有较低的垂直刚度，因此，允许钢轨有较大的垂直变形，但可控制钢轨过度的扭转变形，有利于保证轨道的稳定性；能有效地降低列车振动传输到道床及其地面，达到轨道高减振的需求。这种扣件结构简单，易于安装，适用于各种轨道结构。扣件特性非常适用于需要阻止钢轨振动传递到周围环境的地段，从而避免对线路沿线或上方建筑的干扰。传统扣件是扣紧钢轨轨脚，而潘得路先锋扣件则通过弹性支撑件扣紧钢轨上部。在载荷作用下，钢轨可在钢轨座下方间隙内向下变形，扣件弹性支撑组件横向扣压力将抑制钢轨的纵向移动。先锋扣件系统有两种基本结构：①嵌入型，这种结构扣件的基板可以直接预埋在混凝土轨枕或轨枕块中；②底板型，这种结构的底板可以利用螺纹道钉、一般道钉或螺栓固定到轨枕上。嵌入型Vanguard扣件系统底板型Vanguard扣件系统无砟轨道结构o33.3无砟轨道结构普通无砟轨道结构减振型无砟轨道结构3.3.1普通无砟轨道结构自20世纪60年代开始，许多国家相继开展了各类无砟轨道结构的研究与铺设，并得到了不同程度的发展，而一些国家已把无砟轨道作为高速铁路的主要结构形式进行全面推广应用，并取得了显著的社会和经济效益，其中以日本、德国最具代表性。（一）日本的无砟轨道日本无砟轨道技术主要以新干线板式轨道结构为代表。20世纪70年代，板式轨道作为日本铁路建设的国家标准进行推广。因此，日本的板式轨道应用非常广泛。1、结构组成及特点日本板式轨道主要由钢轨、扣件（扣件形式主要为直接型扣件）、轨道板、CA砂浆及底座等组成，如图所示。混凝土底座直结8型扣件CA砂浆用在A型轨道板轨道上作为垫层材料，CA砂浆由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成。CA砂浆具有足够的支承荷载的强度，也具有一定的弹性，且成本不太高。水泥砂浆虽有一定的强度和耐久性，但弹性差，而乳化沥青虽富于弹性，但强度和耐久性差，将两者结合起来成为CA砂浆，通过调整配合比例，可得到所需要的强度和弹性。板式轨道优点

线路稳定性

刚度均匀性好线路平顺性、耐久性高并可显著减少线路的维修工作量在隧道内应用时可减小隧道的开挖断面2、主要类型适用于桥上和隧道内的A型和框架型轨道板A型板式轨道板（见下图)长度4900mm,轨道板的宽度一般为2340mm,轨道板厚度一般为190mm,用于隧道时，可减少到160mm。框架式轨道板长度一般为4900mm,宽度为2220mm。采用框架式轨道板的优点是：可以克服因温度变化引起的板的翘曲，防止CA砂浆损坏，减少维修量；减少板的体积和重量及CA砂浆用量，降低生产成本和运费，获得更好的经济性；改善施工性能，板下CA砂浆充填质量更加均匀。(2)

RA型和框架型轨道板该结构由钢轨、扣件、RA型轨道板、CA砂浆、沥青混凝土层、沥青稳定处理层、级配碎石层组成。板下皆为沥青材料，温度敏感性高，耐久性较差，且道床板比短，结构的整体性差。后统一为桥梁上、隧道内、路基上均采用A型轨道板。日本土质路基上的RA型轨道板1-钢轨；2-RA型钢筋混疑土轨道板；3–沥青层：4–沥青混凝土层；5-砾石；6-水泥砂浆层：7-轨下垫层（二）德国的无砟轨道德国的无砟轨道结构型式很多，大约有99种。主要有两大类：①整体结构—现浇混凝土型—预制板型②轨枕支承式结构1、Rheda2000型无砟轨道Rheda型无砟轨道于1972年铺设于德国比勒菲尔德至哈姆的一段线路上，以Rheda车站命名。Rheda型无砟轨道结构是德铁无砟轨道最主要的结构形式，在德铁铺设的无砟轨道中约占一半左右。（1）结构组成钢轨、高弹性扣件、改进的带有桁架钢筋的双块式轨枕、现浇混凝土板、下部支承体系。Rheda经典型Rheda—BerlinHSTV1型Rheda—BerlinHSTV2型Rheda-BerlinHSTV3型Rheda2000型优点：施工工艺，利于掌握；预制件的生产经验及生产设备利于掌握由于采用单根枕，平整度利于保证，避免了板式轨道需模型精细加工或车床加工等工序；预制件较小，运输吊装方便；轨道基本为混凝土构筑，耐久性保证概率高。缺点：新老混凝土结合面易产生裂纹，裂纹控制较困难；轨道结构宽度较板式轨道宽，自重大；现场混凝土施工量大；一旦发生变形，维修困难，可维修性低；采用工具轨施工，质量受工具轨、扣件的影响。工具轨的刚度、热膨胀形等影响轨道精度。2、Züblin型无砟轨道Züblin型无砟轨道与Rheda2000型无砟轨道结构形式基本相同，主要差异是在施工方式上。Züblin的施工方式是在现场混凝土道床板浇筑以后，通过振动方式将轨枕“振入”到新鲜的混凝土中，使轨枕和道床板成为一个整体结构。此时的混凝土必须具有一定的密度，以确保只能将轨枕“振入”其中，而不允许轨枕靠重力“沉入”其中。

优点：结构整体性强；新老混凝土的结合面连接强采用特殊的钢构架组装成段轨排，避免了钢轨变形等引起轨道位置偏移；道床板混凝土的密实度较好；施工机械化程度高、施工进度快。缺点：施工质量主要靠设备保证，对设备的加工、操作、保养及维护要求很严格；施工太专业，需有专业人员操作；造价较高。3、Bögl型无砟轨道Bögl型无砟轨道系统Bögl（博格）板式无砟轨道系统的前身是1977年铺设在德国卡尔斯费尔德－达豪的一种预制板式无砟轨道。2006年5月，投入运营的纽伦堡－英格施塔特线铺设了35公里（双线）的Bögl轨道，设计速度330km/h。京津城际桥上连续轨道系统技术方案是由博格轨道结构优化设计而来。Bögl板式轨道系统结构纵向连接锚固钢筋预设断裂位置轨道扣件调高螺杆灌浆孔用张拉锁件对预制板进行相互连接

优点：路基地段和隧道地段博格轨道系统结构高度低、现场混凝土浇注量少、施工进度快。数控车床打磨，铺轨后轨道状态调整工作量小。纵向联结，取消凸形挡台。桥上纵连方案整体性和纵向连续性较好，避免设置钢轨伸缩调节器。缺点：曲线上每块板的承轨槽打磨加工不同，在实际施工线位上是唯一的定位板，施工不灵活，通用性差。轨道维修时需切割进行。造价相对较高。桥上纵连方案结构和受力机理复杂，设计、施工难度大（三）其他国家和地区无砟轨道法国TGV高速铁路Marseille隧道内铺设的Sateba型无砟轨道英吉利海峡隧道LVT型无砟轨道（四）我国的无砟轨道CRTSI板式无砟轨道CRTSII型板式无砟轨道CRTSIII板式无砟轨道CRTS双块式无砟轨道1、CRTSI型板式无砟轨道CRTSI型板式无砟轨道是将预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层铺设在现场浇注的具有凸形挡台的钢筋混凝土底座上，适应ZPW-2000轨道电路的单元轨道板无砟轨道结构型式。CRTSI型无砟轨道主要应用于哈大高速铁路（哈尔滨至大连）、沪宁城际（上海至南京）、海南东环、哈齐客专（哈尔滨至齐齐哈尔）。2、CRTSII型板式无砟轨道CRTSII型板式无砟轨道技术是我国对博格板式无砟轨道系统技术消化、吸收、再创新，形成的中国特色板式无砟轨道技术，结构如图所示。CRTSII型板式无砟轨道主要应用于京津城际（北京至天津）、京沪（北京至上海）、京石武（北京至石家庄至武汉）、宁杭客专（南京至杭州）、合蚌客专（合肥至蚌埠汃津秦客专（天津至秦皇岛汃杭甫客专（杭州至宁波）杭长客专（杭州至长沙）。3.CRTSIII板式无砟轨道CRTSIII型板式无砟轨道是具有我国完全自主知识产权的一种无砟轨道结构形式。《高速铁路Ⅲ型板式无砟轨道系统技术及应用》获2020年度国家科学技术进步奖CRTSⅢ型板式无砟轨道CRTSⅠ型板式无砟轨道由预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）层、凸形挡台和混凝土底座组成；CRTSⅡ型板式无砟轨道由预制轨道板、CA砂浆层、支承层或混凝土底座组成；CRTSⅢ型板式无砟轨道总体结构方案为带挡肩的新型单元板式无砟轨道结构，主要由钢轨、扣件、预制轨道板、配筋的自密实混凝土（自流平混凝土调整层）、限位挡台、中间隔离层（土工布）和钢筋混凝土底座等部分组成。技术特点：(1)预制轨道板与现浇自密实混凝土层形成“复合板”结构。(2)沿线路纵向，复合板与混凝土底座为单元结构。复合板与设置凹槽、顶面设隔离层的混凝土底座形成凹凸结构，为轨道提供水平限位和特殊情况下的修复便捷性。预制轨道板提供与轨道电路、综合接地的接口。

由于复合板的自密实混凝土下部设置了隔离层，使得复合板与底座板间相互独立，为后期可能出现的轨道板换板维修工作提供了可能，这使得CRTSIII型板式无砟轨道与其他形式无砟轨道相比，更加易于维修。CRTSIII型无砟轨道主要应用于成绵乐客专（成都至绵阳至乐山）、武汉城市圈（武汉至孝感、武汉至黄石、武汉至咸宁汃盘营客专（盘锦至营口）、成灌线（成都至都江堰）、沈丹客专（沈阳至丹东）、京沈客专（北京至沈阳）等。CRTSIII板式无砟轨道3D打印成品4、CRTS双块式无砟轨道CRTS双块式无砟轨道是将预制的双块式轨枕组装成轨排，以现场浇注混凝土方式将轨