高速鐵路講義—工務(wù)—高速鐵路軌道

1、高速鐵路軌道,中南大學(xué) 曾志平Tel: 13203138358QQ: 61134963,1. 前言2. 主要無砟軌道結(jié)構(gòu)形式3. 有砟軌道,1. 前言,高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)從總體上分為兩大類： 有砟軌道、無砟軌道 國(guó)外運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明：兩類軌道結(jié)構(gòu)均可保證高速列車的安全運(yùn)營(yíng)，但兩類軌道結(jié)構(gòu)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面存在明顯差異。,隨著列車速度的不斷提高，有砟軌道結(jié)構(gòu)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，

2、道砟粉化及道床累積變形的速率隨之加快，必須通過一系列軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化措施（諸如：采用特級(jí)道砟，優(yōu)化道床尺寸，鋪設(shè)砟下膠墊、枕下膠墊等），來滿足高速鐵路對(duì)線路的高平順性、穩(wěn)定性、減少頻繁線路維修工作的要求。,自20世紀(jì)50年代開始，世界上很多國(guó)家在強(qiáng)化有砟軌道的同時(shí)，相繼研發(fā)以“高平順性”和“少維修”為主要目標(biāo)的多種型式無砟軌道結(jié)構(gòu)。 隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的不斷提高，無砟軌道目前已成為世界高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，其推廣應(yīng)用范圍愈

3、來愈廣，日本、德國(guó)、韓國(guó)、我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)等后期修建的高速鐵路，無砟軌道所占比例均在90%以上。,（1）線路靜態(tài)、動(dòng)態(tài)平順性高（2）線路維修工作量大幅減少（3）穩(wěn)定性和耐久性好，服務(wù)期長(zhǎng)（4）提供較大的縱、橫向阻力，線路穩(wěn)定性高。有利于無縫線路的穩(wěn)定，以及困難地段的線路平、縱斷面參數(shù)選擇。（5）避免了特級(jí)道砟資源的使用以及高速條件下的道砟飛濺（6）自重輕，減小橋梁的二期恒載（7）結(jié)構(gòu)高度低，改善高速鐵路隧道的通風(fēng)條件,無砟軌道的

4、主要優(yōu)點(diǎn),無砟軌道的主要優(yōu)點(diǎn),（1）軌道結(jié)構(gòu)本身的初期工程投資要大于有砟軌道。（2）無砟軌道的高低調(diào)整能力有限（主要通過扣件系統(tǒng)），特殊情況下，軌道結(jié)構(gòu)破損后的修復(fù)和整治困難。（3）無砟軌道彈性較差，輪軌噪聲相對(duì)較大。,無砟軌道的缺點(diǎn),2 主要無砟軌道結(jié)構(gòu)型式,部分高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)型式,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成,,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成-橫、縱斷面圖,預(yù)制混凝土軌道板

5、→ 普通鋼筋混凝土（RC）平板 → 雙向預(yù)應(yīng)力混凝土（PRC）平板 → 普通鋼筋混凝土（RC）框架板C50以上鋼筋混凝土，雙層配筋標(biāo)準(zhǔn)軌道板外形尺寸：4962mm×2400mm×190mm相鄰軌道板間隔縫：70mm2×8組扣件、扣件間距629mm,,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),－ 框架型軌道板的優(yōu)點(diǎn) －,降低軌道板的制造成本減少C

6、A砂漿的灌注量（約30％）減小由于日溫差引起的軌道板翹曲自重減小約15％～20％，減小二期恒載改善軌道板鋪設(shè)、維修更換的條件,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),扣件系統(tǒng),2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),WJ-7型扣件系統(tǒng) ：軌距：-12~12mm；高低：-4~26mm,水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度50mm、彈性模量100~300MPa、強(qiáng)度1.8~2

7、.5MPa。需要開發(fā)出不同使用條件的砂漿配方，如：適應(yīng)溫暖地區(qū)、寒冷地區(qū)用、沿海地區(qū)以及修補(bǔ)用的配方等。,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),水泥乳化瀝青（CA）砂漿,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),,,水泥乳化瀝青（CA）砂漿,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),凸形擋臺(tái)及周圍填充材料凸形擋臺(tái)采用C40鋼筋混凝土分圓形、半圓形（梁端處）半徑：260mm；高度：250mm填充材料采用強(qiáng)度高、彈性和抗凍性好的樹脂

8、材料。,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),充填式墊板為適應(yīng)線下基礎(chǔ)的沉降，研發(fā)了樹脂充填式無級(jí)調(diào)高墊板。,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),混凝土底座材料：C40鋼筋混凝土寬度：路基上 3.0m，橋上和隧道內(nèi) 2.8m；厚度：路基上 300mm，橋上和隧道內(nèi) 200mm；長(zhǎng)度：路基和隧道內(nèi) 20～25m，橋上 5～10m，伸縮縫20mm。,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),,,,2.1 CRTSⅠ型板式無砟

9、軌道系統(tǒng),站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋進(jìn)行絕緣處理軌道板內(nèi)設(shè)綜合接地鋼筋和接地端子混凝土底座不作絕緣處理。,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),主要施工設(shè)備：水泥乳化瀝青砂漿灌注車運(yùn)板車、鋪板車凸形擋臺(tái)樹脂灌注設(shè)備充填式墊板施工設(shè)備軌道板狀態(tài)調(diào)整及固定裝置,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),主要施工工序：軌道板預(yù)制底座及凸形擋臺(tái)施工軌道板鋪設(shè)CA灌注砂漿凸形擋臺(tái)處樹脂灌注長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)無縫線路施工

10、充填式墊板施工,2.1 CRTSⅠ型板式無砟軌道系統(tǒng),（1）路基和隧道內(nèi)CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結(jié)構(gòu),2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),預(yù)制混凝土軌道板C50以上混凝土，雙層配筋，縱向?yàn)槠胀ㄤ摻?、橫向?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋（先張法）；標(biāo)準(zhǔn)軌道板尺寸：6450mm×2550mm×200mm ；軌道板結(jié)構(gòu)按650mm寬的預(yù)應(yīng)力軌枕設(shè)計(jì)；軌道板間通過6根20mm的精軋螺紋鋼筋縱向連接；軌道板上設(shè)2

11、5;10組扣件，間距650mm；軌道板每隔650mm預(yù)設(shè)橫向假縫。,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),－ 軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－,軌道板通過底部刷毛處理，板下調(diào)整層采用高強(qiáng)度的水泥乳化瀝青砂漿，給軌道結(jié)構(gòu)提供橫向抗力；軌道板脫模28天后，利用數(shù)控磨床對(duì)承軌槽進(jìn)行高精度（0.1mm）打磨處理，打磨參數(shù)由布板設(shè)計(jì)軟件根據(jù)線路平面和縱斷面參數(shù)預(yù)先計(jì)算確定；每塊軌道板在線路的位置是固定的，出廠前進(jìn)行編號(hào)對(duì)應(yīng)。,2.2 CRTSⅡ型板式無

12、砟軌道系統(tǒng),－ 軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),（a）板間連接,（b）封填寬接縫(C55),－ 軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),打磨工序完全按照軌道幾何要求,－ 軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),－ 軌道板設(shè)計(jì)特點(diǎn)－,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),扣件系統(tǒng),2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),WJ-8型扣件系統(tǒng)：軌距：-10~10mm；高低：

13、-4~26mm,水泥乳化瀝青（CA）砂漿CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種材料組成。厚度30mm、彈性模量7000~10000MPa、強(qiáng)度15MPa以上。,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),支承層厚度300mm，寬度2950×3250mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構(gòu)成，表面拉毛處理。,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),,,,,鋼軌彈性不分開式扣件預(yù)制軌道板

14、 －200mm水泥瀝青砂漿層 －30mm連續(xù)底座板 －190mm硬泡沫塑料板 －50mm（梁縫兩側(cè)）滑動(dòng)層（兩布一膜） －粘貼在梁面?zhèn)认驌鯄K －軌道板及底座限位,（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道——三層連續(xù)結(jié)構(gòu),2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成示圖（1）,（2）橋梁上CRTSⅡ型板式軌道,2.2 CRTSⅡ型板式

15、無砟軌道系統(tǒng),,,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成示圖（2）,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),預(yù)制軌道板 －橫向施加預(yù)應(yīng)力 －板間縱向連接,,底座板側(cè)向擋塊,,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成示圖（3）,,縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(1) 梁面和底座板間設(shè)置錨固區(qū)域和“兩布一膜”滑動(dòng)層，兩者間縱向力的傳遞通過錨固區(qū)域傳遞，減小橋梁伸縮對(duì)底座板受力的影響。,48,2.2 CRTSⅡ

16、型板式無砟軌道系統(tǒng),,采用“端刺+摩擦板”的方案，解決底座板自橋梁至路基過渡的問題，使底座板縱向力在該區(qū)域傳遞至路基，不影響端刺以外路基上的軌道結(jié)構(gòu)。,49,縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(2),2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),縱向力的傳遞設(shè)計(jì)(2),通過側(cè)向擋塊將軌道結(jié)構(gòu)橫向力傳遞至橋梁。通過側(cè)向擋塊的扣壓作用，保證軌道結(jié)構(gòu)的壓屈穩(wěn)定性。,,51,橫向力的傳遞設(shè)計(jì),2.2 CRT

17、SⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),軌道板和底座板在橋上為跨過梁縫的連續(xù)結(jié)構(gòu)，預(yù)制軌道板結(jié)構(gòu)型式與路基、隧道內(nèi)統(tǒng)一。在橋梁與底座板間設(shè)置滑動(dòng)層，以減小橋梁溫度伸縮對(duì)無砟軌道的影響，可避免大跨橋上伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置。底座板在每孔橋梁的固定支座上方，通過在梁體預(yù)設(shè)固結(jié)機(jī)構(gòu)（錨固銷釘和抗剪齒槽）與梁體固結(jié)，將縱向力傳遞至橋梁基礎(chǔ)。,－ 橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道技術(shù)特點(diǎn) －,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),通過在梁縫處約3.1m范圍的梁面鋪

18、設(shè)50mm厚硬泡沫塑料板，減小由梁端轉(zhuǎn)角對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)的影響。底座板與梁面為滑動(dòng)狀態(tài)，設(shè)置普通側(cè)向擋塊對(duì)底座板橫向限位；設(shè)置扣壓型擋塊，保證底座板的壓屈穩(wěn)定性。通過在臺(tái)后路基上設(shè)置摩擦板、端刺等結(jié)構(gòu)，使橋梁縱向力不影響路基段軌道結(jié)構(gòu)。,－ 橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道技術(shù)特點(diǎn) －,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),（3）與站后工程的接口軌道板內(nèi)普通鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行絕緣處理，軌道板張拉鎖件與螺紋鋼筋間進(jìn)行絕緣處理。軌道板內(nèi)設(shè)綜

19、合接地鋼筋和接地端子。橋上混凝土底座板不作絕緣處理。,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),主要施工工序：軌道板預(yù)制水硬性支承層/底座（橋梁地段）施工軌道板鋪設(shè)軌道板調(diào)整板下砂漿灌注軌道板縱聯(lián)長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)無縫線路施工,2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng),（1）路基上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),雙塊式軌枕,要求：承載力高、耐久性強(qiáng)、防腐性能好C50以上混凝土、CRB550級(jí)

20、鋼筋（冷軋帶肋鋼筋）,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),雙塊式軌枕,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),道床板厚度260mm，寬度2800mm，由連續(xù)澆筑的C40鋼筋混凝土構(gòu)成。,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),道床板,支承層厚度300mm，寬度3400mm，由連續(xù)澆筑的水硬性支承層或C15素混凝土構(gòu)成，表面拉毛處理，每隔5m左右設(shè)置假縫。,2.3 CRTSⅠ型雙塊

21、式無砟軌道系統(tǒng),2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)的研究成果,支承層,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)的研究成果,支承層,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),軌枕——C60混凝土道床板——C40混凝土支承層——C10-C15混凝土防凍層——級(jí)配碎石,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),（2）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,（2）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),（2

22、）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),（2）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)的研究成果,（1）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,2.3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)的研究成果,（1）橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,－ 橋上CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況 －,橋上混凝土道床板分塊設(shè)置，橋上道床板長(zhǎng)度5～7m。

23、道床板之間設(shè)最小寬度為100mm的橫向斷縫。 道床板與底座或保護(hù)層間設(shè)隔離層，以實(shí)現(xiàn)特殊情況下的道床板可修復(fù)。,（3）與站后工程的接口道床板內(nèi)的鋼筋交叉點(diǎn)進(jìn)行絕緣處理道床板內(nèi)設(shè)綜合接地鋼筋和接地端子橋上混凝土底座不作絕緣處理,散枕裝置,粗調(diào)機(jī)組,模板安裝機(jī),組合螺桿調(diào)節(jié)器,（4）主要施工設(shè)備,縱、橫向模板,精調(diào)檢測(cè)小車,縱、橫向模板組合式拆洗機(jī),（5）主要施工工藝,雙塊式軌枕預(yù)制底座/支承層施工軌枕布設(shè)鋪設(shè)工具軌、組裝軌

24、排、安裝調(diào)節(jié)器鋼軌托盤軌道粗調(diào)道床板鋼筋綁扎道床板模板安裝軌道精調(diào)道床混凝土澆筑拆卸模板、調(diào)節(jié)器和工具軌混凝土抹面及養(yǎng)生無縫線路鋪設(shè),2.4 CRTSⅡ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),（1）結(jié)構(gòu)組成與CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道設(shè)計(jì)上無本質(zhì)區(qū)別。其系統(tǒng)研發(fā)的出發(fā)點(diǎn)是：改變傳統(tǒng)的施工方法，提高現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率。,（2）區(qū)別為適應(yīng)其施工方法，雙塊式軌枕外形和配筋不同為適應(yīng)其振動(dòng)壓入式施工方法，混凝土配合比要求：水灰比較

25、大。,2.4 CRTSⅡ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),（2）區(qū)別采用專用施工成套設(shè)備，用固定架替代鋼軌支撐架，將軌排振動(dòng)壓入預(yù)先澆筑的混凝土中，其施工機(jī)械化程度高。施工不需組裝軌排，受環(huán)境影響小。,2.4 CRTSⅡ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng),2.5 不同類型無砟軌道優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比,結(jié)構(gòu)組成,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)組成,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),施工流程,2.

26、6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),底座模板安裝,底座混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù),施工流程,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),隔離層、彈性橡膠墊板安裝,施工流程,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),自密實(shí)混凝土鋼筋網(wǎng)片施工,施工流程,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),軌道板初鋪,施工流程,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),軌道板精調(diào),施工流程,2.6 CRTSⅢ型板式無砟軌道系統(tǒng),模板壓緊裝置,施工流程,2.6 CRTS