【正文】 是直接承受列車荷載作用并引導列車運行的重要部分，因此軌道需要有足夠的強度和穩(wěn)定性。 研究結(jié)果：總結(jié)了荷載作用位置、扣件剛度、軌道板寬度、 CA 砂漿彈性模量、地基彈性系數(shù)等主要參數(shù)對軌道板、 CA 砂漿和底座的 受力影響規(guī)律，求得列車豎向荷載作用下軌道板和底座的最不利彎矩。 參考文獻 .................................................................................................................................. 50 1 1 緒論 無砟軌道概述 軌道是鐵路線路設(shè)備的基礎(chǔ)和重要組成部分，它直接承受著列車荷載的作用并引導列車的運行。 1964 年建成通車的日本東海道新干線，開創(chuàng)了鐵 路高速行車的實用化歷史。 傳統(tǒng)有砟軌道結(jié)構(gòu)自誕生之日起，就顯現(xiàn)出穩(wěn)定性差的缺點，其原因在于碎石道床在列車荷載長期作用下，產(chǎn)生變形及道砟的磨損和粉化。 日本于 20 世紀 70 年代率先開發(fā)和使用板式無砟軌道技術(shù)，至今，鋪設(shè)的板式軌道已占日本先干線的 60%以上。 無砟軌道的下部基礎(chǔ)、底座、道床板均為現(xiàn)場工業(yè)化澆注，雙塊式軌枕、軌道板、微孔橡膠墊 層、軌下膠墊、扣件、鋼軌等均為工廠預制件或標準產(chǎn)品，可以保證其性能有較好的均一性。 客運專線的行車速度高、密度大，所有線路地面檢查、維修作業(yè)都必須在“天窗”時間內(nèi)進行。 無砟軌道采用整體式軌下基礎(chǔ)。 ●免除高速條件下有砟軌道的道砟飛濺 我國秦沈客運專線在線路開通之前進行的行車試驗表明：行 車速度達到 250km?h1時，道心道砟出現(xiàn)飛砟現(xiàn)象，造成車輛轉(zhuǎn)向架部分的車軸、制動缸等被道砟打擊的現(xiàn)象。另外，在進行道床維修施工作業(yè)后，由于表層道砟松散，粉粒較多，也會產(chǎn)生飛砟，此時要求限速 170 km?h1行車。 ●減少客運專線特級道砟的需求 為了延緩客運專線有砟軌道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用為客運專線專門制定的特級道砟標準。軌道彈性的降低會增加軸重對軌道破壞、失效和軌道狀態(tài)惡化的影響，也會隨著軸重的增加加劇環(huán)境振動和噪聲。但無砟軌道結(jié)構(gòu)本身的工程費用高于有砟軌道，特別是在對振動和噪聲等環(huán)境要求較高的地段，用于減振降噪措施的費用比有砟軌道要高。在靠近人口居住區(qū)及諸如學校、醫(yī)院、辦公區(qū)、度假區(qū)等環(huán)保要求較高的地段，其減振降噪措施及相應的工程費用也會增加。 先期在雷達車站土質(zhì)路基上鋪設(shè)的無砟軌道運營已超過 30 年，通過總重達 4000 億噸，運營速度達 230km?h1，除了在運營初期出現(xiàn)過 4～ 6mm 的均勻沉降和在軌枕周邊與素混凝土之間出現(xiàn)過某些無害裂紋外，軌道結(jié)構(gòu)完好。日本板式軌道的營運是從橋梁和隧道開始的，在既有線和先干線上先后共鋪設(shè)了 20 多處近 30km 的試驗段。試驗中確定路基的最大下沉量限值為 30mm。 英國鐵路從 1960 年開始研究無砟軌道， 1966 年起開始試鋪各種型式的板式軌道。這種軌道也稱為 PACT 型無砟軌道。一期工程在光明車站和章上、花信、黃鶴 3 個隧道鋪設(shè)了 無砟軌道，主要采用德國普通雷達型無砟軌道。 80 年代曾試鋪過瀝青整體道床、由瀝青混凝土鋪裝層與寬枕組成的整體道床以及由瀝青關(guān)注的固化道床等，在大型客站和隧道內(nèi)試鋪，總長約 10km，但并為正式推廣。在秦嶺隧道一線、秦嶺隧道二線正式推廣使用，一、二線合計無砟軌道長度 ，并先后于 2020 年、 2020 年開通運營。 以上研究成果為我國新型無砟軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。 隨后，在西康線秦嶺隧道、蘭新線 烏鞘嶺隧道和宜萬隧道內(nèi)都設(shè)計鋪設(shè)了彈性支承塊式無砟軌道，在渝懷線魚嘴 2 號隧道鋪設(shè)了長枕埋入式無砟軌道，在贛龍線楓樹排隧道鋪設(shè)了板式無砟軌道。 7 表 我國新型無砟軌道結(jié)構(gòu)的應用情況 試鋪段 無砟軌道結(jié)構(gòu)型式 試鋪段長度 備注 秦沈線 沙河特 長枕埋入式 692 直線， 24m 簡支箱梁 狗河特 板式 741 直線， 24m 簡支箱梁 雙何特 板式 740 曲線， 32m 簡支箱梁 贛龍 線 楓樹排隧道 板式 719 直線 渝懷線 魚嘴 2 號隧道 長枕埋入式 710 曲線 為進一步優(yōu)化長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)，鐵道科學研究院在鐵道部高速辦的指導下，提出了雙塊式無砟軌道，機構(gòu)方案，并進行了相關(guān)的試驗室試驗。 總之，無砟軌道結(jié)構(gòu)相對于有砟軌道結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)點。 目前，國際上并沒有對無砟軌道的統(tǒng)一分類。 表 無砟軌道結(jié)構(gòu)分類 整體結(jié)構(gòu)式 直接支承結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆 混凝土式 預制板式 軌枕或支承塊 雷達 博格板式 ATD 旭普林 日本板式 GETRAC HEITKAMP BTD 彈性支承塊式 SATO PACT 梯子形 WALTER 按照鋼軌支承方式還可以分為：間斷支承式和連續(xù)支承式。 博格板式軌道的特點 博格板式軌道除了完全滿足德國鐵路對于軌道的技術(shù)要求外，還具有以下特點： （ 1）軌道板在工廠批量生產(chǎn)，進度不受施工現(xiàn)場條件制約。 （ 4）現(xiàn)場的主要工作是瀝青水泥沙漿層的灌注，灌漿層在灌注 5~6h 后即可硬化。 mm2。無砟軌道的混凝土板（ B35）為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 （ 2）埋入長軌優(yōu)化為短枕，后期澆注混凝土與軌枕之間的裂縫減少。 （ 6）表面簡潔、平整，美觀漂亮。圖 為旭普林無砟軌道結(jié)構(gòu)圖。 日本無砟軌道技術(shù)主要以新干線板式軌道結(jié)構(gòu)為代表。 圖 普通 A型軌道板 圖 框架型軌道板 12 圖 用于特殊減振區(qū)段的防振 G 型軌道板 圖 用于路基上的 RA 型軌道板 日本板式軌道型式及其基本特征 日本對各種型號的板式無砟軌道的開發(fā)是統(tǒng)一有序。 （ 2）支承塊外設(shè)橡膠套靴提供了軌道的縱橫向彈性，使這種無砟軌道在 水平方向的承載、動力傳遞和振動能量吸收方面更接近于堅實均勻基礎(chǔ)上碎石道床軌道，可以彌補無砟軌道側(cè)向剛度過大的不足，有利于減緩鋼軌的側(cè)磨。 （ 6）由于采用橡膠套靴和塊下橡膠墊板，初期投資比有砟軌道大。軌枕通過特殊的混凝土錨塊彈性地連接到瀝青層 上，混凝土錨塊將來自軌排的橫向作用力傳到瀝青上。 ●PACT型無砟軌道（ Paved concrete track） 英國從 1969 年開始進行 PACT 無砟軌道的研究。梯子型軌道已在試驗線上通過大軸重試驗，取得了成功，在日本的城市城市軌道交通中已開始使用 。 軌道結(jié)構(gòu)類型 應用線路 CRTSⅠ 型板式 遂渝試驗段、石太、廣州新客站、廣深港、廣株、滬寧 城際等 CRTSⅡ 型板式 京津城際、京滬、京石、石武、津秦、滬杭、合蚌等 CRTSⅠ 型雙塊式 武廣客專，合武、溫福、福廈、襄渝、太中銀等線路的長大隧道內(nèi) CRTSⅡ 型雙塊式 鄭西客專 岔區(qū)無砟軌道 軌枕埋入式：京津城際、武廣客專、鄭西客專等 板式： 京津城際、武廣客專、京滬等 表 客運專線無砟軌道類型 CRTSⅠ型板式無砟軌道 CRTSⅠ 型板式無砟軌道是將預制軌道板通過水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場澆筑的具有凸形擋臺的鋼筋混凝土底座上，并適應 ZPW2020 軌道電路的單元軌道 板無砟軌道結(jié)構(gòu)型式。在線下基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定，通過無砟軌道鋪設(shè)條件評估達到軌道施工要求后，進行底座混凝土及凸形擋臺的灌注，利用運板車及龍門吊將軌道板運輸、并鋪設(shè)至線路上，再對軌道板進行精確調(diào)整后灌注 CA 砂漿，鋪設(shè)無縫線路。 CRTSⅡ 系統(tǒng)主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌道板、 CA 砂漿墊層、混凝土支承層（路基）或鋼筋混凝土底座（橋梁）、側(cè)向擋塊、隔離層等部分組成。制造過程中采用先進的數(shù)控磨床對預制軌道板承軌槽進行精加工，現(xiàn)場采用專用測量滑架進行軌道板的定位測量，使其精度容易滿足高速鐵路對軌道幾何尺寸的高要求。 CRTSⅢ型板式無砟軌道 CRTSⅢ 型板式無砟軌道是將預制軌道板通過水泥瀝青沙漿調(diào)整層 ,鋪設(shè)在現(xiàn)場攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土底座（橋梁）上 ,并適應 ZPW2020 軌道電路的連續(xù)軌道板結(jié)構(gòu)，且對每塊板限位的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。軌道板精確就位后灌注水泥瀝青砂漿，通過連接器進行縱向連接，再用彈性混凝土填縫，板兩端設(shè)置定位銷水平限位。 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道 CRTSⅠ 型雙塊式無砟軌道是將預制的雙塊式軌枕組裝成軌排 ,以現(xiàn)場澆筑混凝土方式將軌枕澆入均勻連續(xù)的鋼筋混凝土道床內(nèi) ， 并適應 ZPW2020 軌道電路的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。 圖 路基上雙塊式無砟軌道橫斷面 圖 橋上雙塊式無砟軌道橫斷面 21 圖 隧道內(nèi)雙塊式無砟軌道橫斷面 CRTSⅡ型雙塊式無砟軌道 CRTSⅡ 型雙塊式 無砟軌道是以現(xiàn)場澆筑混凝土方式，將預制的雙塊式軌枕通過機械振動法嵌入均勻連續(xù)的鋼筋混凝土道床內(nèi)，并適應 ZPW2020 軌道電路的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。 施工方法：自上至下施工，道岔和岔枕現(xiàn)場組裝、精調(diào)完成后，進行道床板混凝土的澆筑。由于瀝青材料的溫度敏感性高，耐久性相對較差，后用鋼筋混凝土替代了瀝青混凝土。每隔 2 個板單元設(shè) 1 個橫向伸縮縫，寬度為 20mm，用瀝青板填充。 隧道內(nèi)板式軌道 與路基、橋梁相比，隧道基礎(chǔ)為無砟軌 道應用提供了較好的承力層，除過渡段外，與路基上的 無砟 軌道相比要簡單得多。 23 圖 隧道內(nèi)板式軌道橫斷面（單位： mm） 隧道內(nèi)板式軌道底座混凝土伸縮縫的設(shè)置：洞內(nèi)每 3 個軌道板單元處（約 15m）設(shè)置一個；洞口向內(nèi)延伸 200m 范圍內(nèi)，約每 5m 處設(shè)置 1 個。圖 為橋上板式軌道。 ● 底座每隔 1 個板單元設(shè) 1 個橫向伸縮縫。軌道板的寬度首先要滿足結(jié)構(gòu)及制造工藝要求，其次要考慮傳遞列車荷載的有效范圍，并盡可能減少傳遞到板下結(jié)構(gòu)的荷載應力及作用在板上的彎矩。為了減少軌道板類型，橋上無砟軌道板長度可確定為 4853mm，相應的扣件節(jié)點間距為 617mm。 考慮到方便鋪設(shè)及維修，在板兩端的中部設(shè)置半圓形缺口，以便配合設(shè)在底座上的凸形擋臺。由于緩和曲線地段的超高是逐漸變化的，每個底座單元的高度應根據(jù)超高變化合理設(shè)置。 根據(jù)我國板式軌道的設(shè)計經(jīng)驗，要求底座的最小厚度為 100mm，特別是曲線地段的內(nèi)軌一側(cè)，由于下部基礎(chǔ)的施工偏差，為保證 CA 砂漿調(diào)整層的厚度，很容易造成底座厚度的不足。凸形擋臺頂面應與大板頂面基本保持同一高度，既能保證板端面受力均勻，又不凸出過高，凸形擋臺高度取 250mm。1mm 2） 高低調(diào)整量： 4mm～ 26mm 3）絕緣性能滿足軌道電路技術(shù)要求 4）扣件縱向阻力應滿足無縫線路設(shè)計要求 板式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 無砟軌道的受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與有砟軌道不同，以據(jù)無砟軌道的受力特點，將無砟軌道簡化成合理的板狀結(jié)構(gòu)或梁狀結(jié)構(gòu)進行計算。 道床板R 1R 2 R 2a ak 圖 當量彈性地基梁模型 而在軌道橫向，是將相鄰扣件中間截取的道床板單元作為簡支懸臂梁處理。 鋼軌軌道板軌下膠墊CA M層底座地基基礎(chǔ) 圖 梁－板－板彈性支承模型 梁－板－體彈性支承彎曲理論 它是把鋼軌視為彈性點支承梁，扣件系統(tǒng)用彈簧模擬，軌道板、 CAM 層與底座視為板體單元支承在彈性地基上的板式軌道有限元應力分析模型。它的適用領(lǐng)域非常廣泛，例如鋼筋混凝土橋梁 ： 板型橋梁、剛架橋梁、預應力橋梁 。 地下結(jié)構(gòu) ：地鐵、通信電纜管道、上下水處理設(shè)施、隧道 。彈性地基梁板模型符合無砟軌道結(jié)構(gòu)的受力特點，能夠有效地反映承載層的空間彎曲變形；在該模型的鋼軌上施加輪載可直接得到無砟軌道各承載層的縱、橫向彎矩，既克服了彈性地基疊合梁模型忽略無砟軌道縱、橫向變形協(xié)調(diào)條件，將縱、橫向彎矩分開計算而造成的較大計算誤差的缺點，也克服了彈性地基梁體模型層間約束強且計算繁瑣的缺點。 模型的建立 在模型中，鋼軌采用彈性點支承梁模擬； 扣件及軌下膠墊以線性彈簧模擬，計算時取動剛度，軌道板 (或道床板 )與底座板 (或支承層 )采用板殼單元模擬，兩層之間的彈性層 CA 砂漿可以用實體模擬，也可以用線性彈簧模擬。 板式軌道結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)如表 所列。于此同時，還應該考慮結(jié)構(gòu)自重 的影響，因此對結(jié)構(gòu)整體添加自重。m/m 軌道板縱向負彎矩 kNm/m 底座縱向負彎矩 kNm 鋼軌負彎矩 kNm/m) 軌道板縱向正彎矩 (kNm/m) 底座縱向正彎矩 (kN 表 不同 CA 砂漿彈性模量下的彎矩、位移結(jié)果 砂漿層彈性模量 (MPa) 100MPa 300MPa 500MPa 1000MPa 軌道板縱向正彎矩 (kNm/m) 底座縱向正彎矩 (kNm/m) 鋼軌正彎矩 (kNm/m) 軌道板縱向負彎矩 (kN