【正文】 高速鐵路無砟軌道技術(shù) 中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所 z z z z z z 國內(nèi)外高速鐵路無砟軌道概況 無砟軌道技術(shù)特點與分類 CRTSⅠ 型板式無砟軌道技術(shù) CRTSⅡ 型板式無砟軌道技術(shù) 雙塊式無砟軌道技術(shù) 岔區(qū)板式無砟軌道 2/175 一 . 國內(nèi)外高速鐵路無砟軌道概況 ? 國內(nèi)外高速鐵路無砟軌道概況 ? 無砟軌道技術(shù)特點與分類 ? CRTSⅠ 型板式軌道技術(shù) ? CRTSⅡ 型板式軌道技術(shù) ? 雙塊式無砟軌道技術(shù) ? 岔區(qū)板式無砟軌道 ? 結(jié)束語 3/175 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 有砟軌道 國內(nèi)外運營實踐表明：兩類軌道結(jié)構(gòu)均可保證 高速列車的安全運營，但兩類軌道結(jié)構(gòu)在技術(shù)經(jīng)濟 性方面存在明顯差異。 4/175 隨著列車速度的不斷提高，有砟軌道結(jié)構(gòu)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，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)強化措施（諸如：采用特級道砟，優(yōu)化道床尺寸，鋪設砟下膠 墊、枕下膠墊等），來滿足高速鐵路對線路的高平順性、穩(wěn)定性 、減少頻繁線路維修工作的要求。 5/175 自上世紀 60年代開始，世界上很多國家在強化有砟軌道的同時 ，相繼研發(fā)以 高平順性 和 少維修 為主要目標的多種型式無砟軌 道結(jié)構(gòu)。 隨著技術(shù)經(jīng)濟性的不斷提高，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，其推廣應用范圍愈來愈廣，日本、德國、 韓國、我國臺灣地區(qū)等后期修建的高速鐵路，無砟軌道所占比例均 在 90%以上。 6/175 無砟軌道的主要優(yōu)點 （ 1）線路靜態(tài)、動態(tài)平順性高 （ 2）線路維修工作量大幅減少 （ 3）耐久性好，服務期長 （ 4）提供較大的縱、橫向阻力，線路穩(wěn)定性高。 （ 5）避免了特級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條件 7/175 無砟軌道的不足 （ 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)破損后的修復和整治困難。 （ 3）無砟軌道的道床面相對平滑，輪軌噪聲相對較大。 8/175 國外高速鐵路無砟軌道 日本新干線板式無砟軌道 德國高速鐵路無砟軌道 其他國家和地區(qū) 9/175 日本新干線板式無砟軌道 190。 日本新干線大量采用無砟軌道結(jié)構(gòu)。 其累計鋪設里程達 2700多 km（其中新干線約 1600多 km） 。 190。 無砟軌道由日本鐵路綜合技術(shù)研究所集中研發(fā)。 從 60年代開始理論和試驗研究，為新干線不同線下基礎(chǔ)上的 無砟軌道提供了統(tǒng)一的、標準的結(jié)構(gòu)設計。 190。 無砟軌道的應用從隧道、橋梁地段 ? 路基地段。 10/175 － 日本新干線無砟軌道所占比例 － 0% 20% 40% 60% 80% 100% 東海道新干線 山陽新干線 （新大阪～岡山） 山陽新干線 （岡山～博多） 東北新干線 上越新干線 北陸新干線 100 95 5 31 69 10 5 15 82 91 85 8 4 有碴軌道 無碴軌道 直結(jié)軌道 11/175 （ 1）日本新干線無砟軌道結(jié)構(gòu)型式 ) 針對其自然環(huán)境、地震頻發(fā)，人工成本高的國情、橋隧結(jié)構(gòu)多的路情， 日本新干線確定采用施工費用低、施工速度快、可修復性強的單元板式 無砟軌道結(jié)構(gòu)。 ) 在維持結(jié)構(gòu)型式不變的前提下，不斷優(yōu)化設計、制造和施工技術(shù)，提高 其技術(shù)經(jīng)濟性。 － 結(jié)構(gòu)組成－ ? 鋼軌（ JIS60） ? ? 扣件（直結(jié) 8型） 預制混凝土軌道板 ? 水泥乳化瀝青 (CA)砂漿調(diào)整層 ? 混凝土底座（設凸形擋臺） 12/175 （ 2）日本板式軌道各組成部分的技術(shù)發(fā)展 預制混凝土軌道板 ? 普通鋼筋混凝土（ RC）平板 ? 雙向預應力混凝土（ PRC）平板 ? 普通鋼筋混凝土（ RC）框架板 13/175 扣件系統(tǒng) ) 直結(jié) 2型、直結(jié) 4型不分開式（主要應用于隧道區(qū)間） ) 直結(jié) 5型、直結(jié) 6型、直結(jié) 7型 ?直結(jié) 8型分開式 ) 共同的技術(shù)特點： － 彈片式扣壓件 － 鋼軌高低、左右位置無級調(diào)整 直結(jié) 8型 直結(jié) 4型 14/175 水泥乳化瀝青（ CA）砂漿 ) CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料和其它添加劑等多種材料組成， 主要起施工調(diào)整、緩和沖擊等功能。 ) CA砂漿由專業(yè)化公司（東亞道路公司和日產(chǎn)化學公司）研發(fā)、生產(chǎn) 和施工。 ) 經(jīng)幾十年的研究和試鋪，先后開發(fā)出不同使用條件的 CA砂漿配方， 如：適應溫暖地區(qū)用的 、寒冷地區(qū)用的 、海岸線 和修補用的配方等。 15/175 凸形擋臺周圍填充材料 ) 凸形擋臺周圍的填充材料最初采用 CA砂漿，傷損較為嚴重，傷損 率平均達到 ％。 ) 從 1980年開始，研發(fā)強度高、彈性和耐久性好的樹脂材料進行替 代。 ) 在滿足性能要求的前提下，研發(fā)出價格低、性能好的新型聚氨酯 系樹脂材料，并自北陸新干線開始推廣應用。 充填式墊板 ) 為保證鋼軌支點剛度的均勻性，配套研發(fā)了樹脂充填式無級 調(diào)高墊板。 ) 早期采用 PV101型樹脂充填墊板，幾十年來對充填式墊板的 樹脂材料性能進行了不斷改進，從 PV201型、 PV301型發(fā)展 到目前的 PV401型。 17/175 德國高速鐵路無砟軌道 190。 德國目前鋪設無砟軌道延長里程約 800km。 190。 無砟軌道基于統(tǒng)一的基本技術(shù)要求，由立足于企業(yè)開發(fā)研發(fā)，結(jié)構(gòu)型 式繁多。 目前通過德鐵認證許可的無砟軌道結(jié)構(gòu)型式有 6種，即： Rheda、 Z252。blin、 B246。gl、 Rheda Berlin、 ATD、 Getrac 190。 無砟軌道的研究與應用從隧道、路基地段 ? 橋梁地段。 190。 任何無砟軌道新結(jié)構(gòu)在納入德鐵路網(wǎng)之前，必須獲得德鐵技術(shù)委員會 （ EBA）的批準。 EBA?認證試驗室綜合評價 ?有限長度的試鋪 ?5年的運營考驗。 18/175 19/175 線路 設計速度 線路長度 無砟軌道 （ km/h） （ km） （ km） 280 330 330 264 177 89 約 90 150 75 開通時間 柏林～漢諾威 科隆～法蘭克福 紐倫堡～英戈城 ? ? ? 2020 柏林～漢諾威： Rheda Classic、 Zublin 、 FFC、 ATD、 BTD型 科隆～法蘭克福： Rheda Classic、 Zublin、 Rheda Berlin型 紐倫堡～英戈斯塔特： Rheda20 B246。gl型 20/175 （ 1）德鐵無砟軌道設計的基本要求 ) 無砟軌道主要技術(shù)要求（ AKFF v4） － 軌道剛度： 64177。5（ kN/mm）。即在 20t軸重作用下鋼軌產(chǎn)生約 。據(jù)此要求扣件墊板剛度： 177。（ kN/mm）。 － 支點間距： ?650mm。 － 軌距： 1436177。2mm － 線路縱向阻力： ?14kN/m － 線路橫向阻力： ?25kN/m － 軌底坡： 1： 40 21/175 ) 德鐵無砟軌道扣件系統(tǒng)（ Vossloh 300型）主要技術(shù)要求 y 高低調(diào)整量：－ 4 / +26mm，特殊情況下＋ 56/－ 4mm。 y 軌距調(diào)整量： 177。16mm。 y 單個彈條扣壓力： 9kN y 膠墊靜剛度： 177。 kN/mm。 22/175 ) 德鐵無砟軌道對下部基礎(chǔ)的主要技術(shù)要求 對于不同的無砟軌道結(jié)構(gòu)，其下部基礎(chǔ)的要求都是 統(tǒng)一的。相應的規(guī)范： － 橋梁： DS804 － 路基： DS836 － 隧道： DS853 23/175 － 路基工后沉降要求－ y 長期運營中，必須小于等于扣件的調(diào)高量減去 5mm；（ 15mm） y 如在大于 20m范圍沉降較均勻，則為第 ① 項的 2倍； （ 30mm） y 路基工后沉降能按豎曲線 R＝ 2進行圓順； y 以下情況不應鋪設無砟軌道： － 預測工后沉降大于扣件調(diào)高量減去余量的 4倍（ 60mm） － 預測工后沉降無法進行圓順或難以預測的區(qū)段 － 地下水位高出鋼軌頂面以下 24/175 － 路基基床結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求 － y 基床結(jié)構(gòu)采用自上至下剛度逐步遞減的多層支承系統(tǒng)，包括： － 鋼筋混凝土 /瀝青混凝土承載層； － 水硬性支承層（ HGT）； － 防凍層（ FSS）等 y 各層的變形模量（ E v2）和壓實系數(shù)（ D pr）均有明確的規(guī)定。 25/175 － 橋上無砟軌道的基本要求 － y 無砟軌道設置在橋梁鋼筋混凝土保護層上，保護層作為傳力機構(gòu)傳 遞無碴軌道的水平力。出于構(gòu)造與靜力要求，最小厚度 110mm。 y 在保護層或道床板上形成能相互嵌入榫接的 凸起塊以傳遞縱、橫向 力。 y 道床板與保護層板間設隔離層（土工布），實現(xiàn)道床板可修復。 26/175 y 當鋼軌附加應力超出允許值（ 92MPa）時，要設置鋼軌伸縮 調(diào)節(jié)器。 y 梁端伸縮縫兩側(cè)鋼軌支點的豎向、橫向錯位不應超過 1mm。 y 對梁端轉(zhuǎn)角引起的軌道穩(wěn)定性、扣件抗拔力等進行檢算。 壓力 拉力 ?v ????27/175 （ 2） Rheda（雷達）型無砟軌道 ) 現(xiàn)澆混凝土道床板的 Rheda型是德鐵無砟軌道主要結(jié)構(gòu)型式，其 占德鐵無砟軌道一半以上。 ) 其成套技術(shù)較為成熟，在橋上、路基、隧道、道岔、伸縮調(diào)節(jié) 器區(qū)段均有工程實踐。 路基 橋上 道岔 28/175 ) 德國弗萊德爾（ Pfleiderer）公司 1999年開發(fā) Rheda2020系統(tǒng)； 2020年在紐倫堡～英戈斯塔特高速線上使用了該系統(tǒng)。 － 用鋼筋桁架組成的雙塊式軌枕取代了整體軌枕，減少了新、老混凝土 的結(jié)合面，提高了結(jié)構(gòu)的整體性 － 軌道結(jié)構(gòu)高度降低（ 650? 473mm）， 降低工程造價。 29/175 y 路基上、隧道內(nèi)、短橋上采用連續(xù)道床板結(jié)構(gòu) y 路基樁板結(jié)構(gòu)、長橋上采用分塊道床板結(jié)構(gòu)