【正文】 鐵和城市軌道交通修建技術 中重要的組成部分：無砟軌道技術，將會被大家高度重視，并應該被廣泛推廣和應用，這將為形成具有中國特色的無砟軌道技術打下良好的基礎。受到日本高速鐵路的影響，歐洲各國也開始了建設高速鐵路，到 2020 年，世界范圍內的高速鐵路運營總里程己超過 6000 公里（且主要集中于歐洲和日本）。受日本和法國高速鐵路的影響， 20 世紀 80年代末，歐洲各國也開始了對高速鐵路的研究和建設，德國、法國、瑞典等歐洲發(fā)達國家通過修建高速鐵路將國內的核心城市連接起來。據(jù)不完全統(tǒng)計，在此蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 3 段時間內，國外修建高速鐵路的總共里程已超過 3000 公里。隨著鄭西、武廣、京滬等客運專線的建成及通車，我國已經(jīng)成為世界上高速鐵路運營里程最多的國家。它的主要作用是引導車輛運行，直接承受荷載，然后再傳遞給路基或撟隧。無砟軌道是以混凝土或瀝青材料取代容易磨耗、粉化和破砟的道砟材料的一種軌道結構型式。 無砟軌道的主要優(yōu)點是：良好的穩(wěn)定性，幾何形位能持久保持，能減少養(yǎng)護維修工作量；長波不平順性好，可提升乘車舒適度；耐久性好，軌道使用壽命長；橫向阻力提 高，安全性高；結構高度低，自重輕，可降低隧道凈空，減少橋梁二期恒載；道床整潔蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 4 好看，從而解決了由于道砟飛濺所導致的很多問題；對渦流制動系統(tǒng)能夠更好的適應，從而提供充足的富余量為將來更快速的列車行駛。日本板式和德國博格板式是板式的典型代表。 Sonneville 型和Stedef 型以及 Sateba5312 型等是最常見的嵌入式無確軌道結構。 如圖 所示無砟軌道常見的分類： 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 圖 無砟軌道類型 第四節(jié) 各國無砟軌道發(fā)展概況 從上個世紀 60 年代以來，很多國家都開始投入力量進行研究和使用無砟軌道，包括室內試驗和現(xiàn)場鋪設以及其在高速鐵路上的推廣應用，經(jīng)過大約半個世紀的時間，逐步發(fā)展出了擁有各自特色的結構型式。 板式軌道是日本新干線無砟軌道的主要結構型式，其主要結構有普通 A 型板式軌道（圖 和圖 ） 和框架型軌道板 （圖 和圖 ） 。 (4)軌道板為預應力鋼筋混凝土結構，軌道板在工廠預制，可以保證較高的制造質量和精度，施工簡單、施工進度容易保證、質量和精度能較高保持。 下圖為兩種日本板式軌道結構圖形，由混凝土底座、凸形擋臺、板下乳化水泥瀝青砂漿墊層 (CA 砂漿 )、預應力鋼筋混凝土軌道板、扣件、鋼軌等組成。 在 1959— 1988年這一時期是德國無砟軌道的研發(fā)與試鋪期，共試鋪無砟軌道 36處，累計 。運營實踐表明，幾乎沒有其他維修工作，維修工作量很少，顯示出良好的質量與性能，已廣泛應用在土質路基上、隧道內和高架橋上，在德國高速鐵路上已鋪設 470km，韓國高速鐵路上鋪設 50多 千米 ，中國臺灣省高速鐵路的 96組道岔也為雷達軌枕埋入式無砟道岔。其結構如 圖 。 （ 4）保證軌面 施工精度的質量控制更為復雜；但是其施工進度快，成本相對雷達型低。 博格板式軌道吸收了日本的新干線板式無砟軌道在施工和制作方 面上的一些優(yōu)點，吸收了軌枕埋入式無砟軌道整體性好的優(yōu)勢。 博格板式無砟軌道系統(tǒng)及構造見 圖 ?？奂捎?Vossloh300。 2020 年德國聯(lián)邦鐵路管理局批準對 Getrac 型軌道進行設計完善工作，包括減少瀝青層寬度和厚度，優(yōu)化支承層變形模量，減少結構層數(shù)量。從 1969 年英國就已經(jīng)開始了對無砟軌道（ PACT 型）的研究和試鋪，直到在 1973 年無砟軌道得到了正式推廣應用，同時也打開了西班牙、加拿大、南非和荷蘭等國的國外市場。 四、 我國的無砟軌道 我國無砟軌道的研究與國外的研究幾乎同步，都是上個世紀 60 年代左右，但是由于當初我國的國情和周邊環(huán)境的影響，使我國的無砟軌道的研究研究進步緩慢。瀝青混凝土整體道床（由瀝青混凝土鋪裝層和寬枕組成的結構型式）曾在 1980 年初得到應用，它鋪設的長度有 10千米，并且全部鋪設應用在大型客站以及隧道內。 圖 秦沈線板式無砟軌道橫截面圖 我國臺灣省高速鐵路（臺北一高雄）的全線長度為 345 千米已經(jīng)投入使用，鋪設的無砟軌道的總長度達到了 155 千米 ,其中德國雷達 2020 型無砟軌道鋪設在 96組道岔區(qū)(總共 123 組）。通過在隧渝線上進行的有關無砟軌道的綜合試驗研究，創(chuàng)新 研究形成了我國的 CRTSⅠ 型無砟軌道結構型式。CRTSⅡ 型和 I 型一樣也是兩種類型。 一、 CRTSⅠ 型板式無砟軌道 CRTSⅠ 型軌道板采用 C60 混凝土預制而成，其中涉及到的有水泥、摻合料、外加劑、粗細骨料、鋼筋、預應力鋼棒、封錨砂漿等 14 種主要原材料。在這其中，扣件采用的標準是無擋肩彈性分開式扣件，要小心節(jié)點間距。必須要通過關于無砟軌道對 鋪設條件的評估，并且確定能夠達到軌道施工要求后，方才能夠進行灌注底座混凝土和凸型擋臺，將軌道板運輸?shù)骄€路上，進行鋪設后并且精確調整軌道板后，方能進行 CA 砂裝的灌注工作，進而鋪設無縫線路。 (三 )這種無砟軌道結構采用層次分明的層狀結構體系設計原理，維修或撤換比較方便。 CRTSⅠ 型板式無砟軌道的技術特點： (一 )能夠很好的保證鋪設的精度：首先在混凝土底座上直接“放置”已經(jīng)預制好的軌道板，然后通過在軌道板和底座中間填充水泥乳化瀝青砂漿來達到調整軌道板的目的。 (四 )具有很好的減振降噪能力以及抗震性能、同時也有較好的彈性。橋梁上由滑動層、鋼筋混凝土蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 15 底座、側向擋塊、調整層 (BMZ 砂漿 )、軌道板等組成，在隧道、路基地段自下而上由支承層、調整層 (BMZ 砂漿 )、軌道板等組成。 (二 )軌道板相互之間通過縱向精軋螺紋鋼筋連接，較好的解決了板端的變形問題，從而能夠改善軌道板施加于下面結構的受力，提高了行車舒適程度。 (六 )梁面設置滑動層，達到隔離橋梁和軌道間相互作用的目的，能夠減小由于橋梁蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 16 伸縮而引起的鋼軌以及板內縱向附加力，減少橋梁和軌道之間的相互影響，從而能夠實現(xiàn)在大跨度連續(xù)梁上取消伸縮調節(jié)器的目的。 (九 ) 在底座板兩側設置側向擋塊，進行橫向、豎向限位。 由此，各相關參研單位在總結我國既有無砟軌道研究與應用經(jīng)驗的基礎上，對無砟軌道理論研究、結構設計、建造技術、維修技術等開展了系統(tǒng)性的研究，獲得了比較豐碩的果實，創(chuàng)新研制了 CRTSⅢ 型板式無砟軌道，這是我國具有完全自主知識產(chǎn)權的、一種全新的無砟軌道結構體系。 (二 )建議加大軌道原材料方面的實驗研究，比如加大對自密實混凝土和路基軌道板的連接材料以及軌道間填充材料等方面的實驗研究。 圖 路基上 CRTSⅢ 型板式無砟軌道結構橫斷面圖 在《成都至都江堪鐵路 CRTSⅢ 型板式無砟軌道技術總結》中，西南交通大學對成灌鐵路上 CRTSⅢ 型無砟軌道結構進行了比較系統(tǒng)的理論方面的研究，提出了 “路基縱蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 18 連、橋上單元”的總體設計思路。 第七節(jié) 本文研究的意義、主要內容及方法 一、 本文研究的意義 我國的 CRTSⅢ 型板式無砟軌道最早出現(xiàn)在成灌線上。本論文的主要工作如下： 首先，通過收集并閱讀大量的資料來了解關于無砟軌道方面的各種研究信息，全面介紹國內外關于無砟軌道的研究和應用的相關情況，重點介紹我國自主研制的 CRTSⅢ型板式無砟軌道的研究水平及其應用情況。這是由于水硬性混凝土支承層（簡稱支承層）以及道床板（含軌枕）在厚度方向上蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 19 的長度尺寸都要遠遠小于其在長 度 和寬度方向上的尺寸；本文也沒對 CRTSⅢ 型建立的實體單元，是因為其計算時間很長，并且彎矩等主要參數(shù)也沒辦法直接求出，所以并沒有使用其來進行計算。這項技術對于我國的科技發(fā)展來說是一項完全的新技術，其首次在成灌線上鋪設，并且在國內首次使用新的材料、工裝、工藝以及成套設備等。底座上設置 兩個凸臺用來傳遞水平力及限位 。 底座板在每塊軌道板范圍內設置兩個限位臺（凹槽結構），底座板與自平流混凝土層間設置中間隔離 層。因底座和軌道板之間的填充、調整層用自平流混凝土代替了 CA 砂漿，板底需預留門形鋼筋，以確保軌道板和砂漿層結合良好，防止單元板在環(huán)境溫度變化和行車重量變化時板端的翹起變形。為了能夠保證軌道結構擁有高平順性，在曲線地段上扣件應能夠預留一些設置充填式墊板的條件。自密實混凝土層采用 C40 混凝土，并在兩端設置向下的凸臺與底座板相連 。而在路基上鋪設的是縱連板式結構，從而提高了線路的平順性。 (四 )自密實混凝土經(jīng)過軌道板下面預留“門”形鋼筋從而能夠可靠連接而變成了一種復合結構。通常板長有這兩種： 5350mm 和 4856mm,而板的寬度均為 2500mm，板厚度為 190mm。 支承層材料有下面兩種：水硬性混和料和低塑性水泥混凝土。 圖 為 凹槽處彈性墊層示意圖 。 圖 軌道板立面布置圖 自密實混凝土層在直線地段上的寬度為 2700 毫米，然而在曲線地段上寬度為 2600 毫米，自密實混凝土的厚度為 90 毫米，然而其長度是和軌道板一致的。對軌道板采用板殼單元模擬以便于得到計算參數(shù)彎矩，對支承層也采用板殼單元來得到其彎矩參數(shù)。在分析模型時，不僅需要對結構本身的參數(shù)及類型進行考慮，而且對機車車輛以及鐵路下部結構也要有著充分合理的考慮，對軌道結構應力及位移方面的分析來對軌道板進行配筋，實際問題需要考慮很多復雜的因素，但是我們研究的是軌道板在輪對荷載作用下的受力和位移的情況。本文通過選用大型通用的有限元軟件 ANSYS 來進行 CRTSⅢ 型板式無砟軌道模型的建立，目的是為了能夠對軌道系統(tǒng)各部件之間的連接關系進行更好的反映。建立模型時我們采用COMBIN14 單元對其進行模擬。 （五）支承層 由于其自身的結構特點，建模時我們仍然采用的是 SHELL63 板殼單元對其進行模擬。根據(jù)輪重作用位置的不同，本文采用以一輪對的輪重均為 300kN 來模擬豎向的荷載情況。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 29 圖 鋼軌位移 圖 軌道板 X軸彎矩 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 30 圖 軌道板 Z軸彎矩 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 31 圖 混凝土支承層 X軸彎矩 圖 混凝土支承層 Z軸彎矩 對 整 個軌道結構組成部分的計算結果匯總如 表 。 mm 610? 支承層 橫軸彎矩 N178。溫度梯度應力要求分別計算 “ 上熱下冷 ” 和 “ 上冷下熱 ”的兩種情況。 溫度梯度引起的翹曲應力在折算成彎矩時應乘以折減系數(shù) ，并加入荷載引起的彎矩來進行配筋設計，計算結果 見表 。 第二節(jié) 軌道板設計荷載彎矩值的確定 可以將軌道板的設計彎矩值近似的等于有限元軟件 ANSYS模型模擬軌道板計算 得到的彎矩值加上溫度梯度引起的彎矩。 二、 軌道板預應力筋的配筋 已知： sdf = 280 N/mm2 ， cdf = N/mm2 ， pdf = 650 N/mm2 ， pkf =540 N/mm2 ； 假設 sa =60mm， c =40mm 則 ??? sahh0 190–60=130mm 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 34 取 ??? 0hbx ? ? 130= mm 取 con? ? ， pkf ??? N/mm2 1? %30%30 ????? c o n? N/mm2 pe sah ?? 2/ = 190/260=35 mm xAA? = 2500? 190 = 475000 mm2 xx AbhI ??? 23 xh12/ ）（ =? 109 mm4 ??? )2//( hIWW xx ? 106 mm3 軌道板的縱向預應力鋼筋應力應滿足： )1( WeAWMNpspe?? 式中 peN — 使用階段預應力鋼筋永存應力的合力； sM — 按作用（或荷載）短期效應組合計算的彎矩值； A 、 W — 構件混凝土全截面和對抗裂邊緣的彈性抵抗矩； pe — 預應力鋼筋的合力作用點至混凝土截面重心軸的距離。 并且要求軌道板截面對稱配筋，所以軌道板采用雙筋，上下層的配筋方