5 关于我国客运专线无砟轨道结构类型
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无碴轨道概述根据我国《中长期铁路网规划》,到2020年我国铁路将建成“四纵四横”快速客运通道及三个区域城际快速客运系统。
高速度、高密度、长距离跨线运输是我国客运专线主要运营特点。
为满足行车安全、乘车舒适和准点行车的要求,铁路线路必须具有结构连续、平顺、稳定、耐久和少维修的性能。
无碴轨道在国外高速铁路已得到广泛应用,并已在上述性能方面显示出明显的优越性,取得了良好的技术和经济效益。
我国铁路对无碴轨道也进行了大量的研究与应用,特别是在桥上及隧道内已铺设过若干试验段,积累了一定的经验,这些都为在我国客运专线上继续研究、开发和推广无碴轨道打下了技术基础。
无碴轨道主要技术特点一、良好的结构连续性和平顺性有碴轨道采用均一性较差的天然道碴材料,在列车荷载作用下其道床肩宽、碴肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支承状态相对易于变化,并导致轨道几何形变。
无碴轨道的下部基础、底座、道床板(或CA砂浆调整层)均为现场工业化浇注;双块式轨枕、轨道板、微孔橡胶垫层、轨下胶垫、扣件、钢轨等均为工厂预制件或标准产品,可以保证其性能有较好的均一性。
由此组成的轨道整体结构与有碴轨道相比具有更好的结构连续性和弹性均匀性,为提高轨道的平顺性,改善乘车质量提供了有利条件。
二、良好的结构恒定性和稳定性无碴轨道结构中,作为无缝线路稳定性计算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依赖于材质和状态多变的有碴道床,其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更恒定的轨道纵、横向阻力,具有更好的耐久性和更长的使用寿命。
三、良好的结构耐久性和少维修性能无碴轨道维修工作量大大减少,被称为“省维修”轨道,为延长线路的维修周期以及客运专线列车的高密度、准点正常运行提供重要保证。
客运专线的行车速度高、密度大,所有线路地面检查、维修作业都必须在“天窗”时间内进行。
我国客运专线由于跨线列车多,自身的行车密度又大,不可能完全像国外高速铁路那样白天行车、夜间轨道维修作业。
无砟道床无砟道床无砟轨道是用整体混凝土结构代替传统有砟轨道中的轨枕和散粒体碎石道床的轨道结构。
无砟道床宜采用轨道板式、双块式轨枕等结构形式。
正线轨道有条件时,特大桥、大桥及长度大于1000m的隧道内,宜采用无砟道床。
根据运营需要和环境要求,经技术比选可采用减振无砟道床。
客运专线宜采取无砟轨道结构形式。
目前,客运专线正线无砟轨道道床结构形式主要有以下几种:CRTSI型双块式无砟轨道CRTSⅡ型双块式无砟轨道CRTSI型板式无砟轨道CRTSⅡ型板式无砟轨道CRTSⅢ型板式无砟轨道客运专线正线与站线、道岔区联结处无砟道床一般采用轨枕埋入式无砟轨道。
(一)正线无砟轨道1.CRTSI型板式无砟轨道、CRTSⅡ型板式无砟轨道、CRTSⅢ型板式无砟轨道CRTSI型板式无砟轨道:预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层,铺设在现场浇筑的具有凸形挡台的钢筋混凝土底座上,并适应ZPW一2000轨道电路的单元轨道板无砟轨道结构形式。
CRTSⅡ型板式无砟轨道(区别):铺设在现场摊铺的混凝土支承层或现场浇筑的钢筋混凝土底座(桥梁)上CRTSⅢ型板式无砟轨道(区别):预制轨道板通过自流平混凝土调整层,铺设在现场摊铺的混凝土支承层或现场浇筑的钢筋混凝土底座(桥梁)上2.CRTSI型双块式无砟轨道、CRTSⅡ型双块式无砟轨道CRTSI型双块式无砟轨道:将预制的双块式轨枕组装成轨排,以现场浇筑混凝土方式将轨枕浇人均匀连续的钢筋混凝土道床内CRTSⅡ型双块式无砟轨道:以现场浇筑混凝土方式,将预制的双块式轨枕通过机械振动法嵌入均匀连续的钢筋混凝土道床内(二)道岔区轨枕埋入式无砟轨道道岔区轨枕埋入式无砟轨道:将预制的混凝土岔(轨)枕组装成标准道岔轨排,现浇人混凝土形成均匀连续钢筋混凝土道床,并适应ZPW一2000轨道电路的无砟轨道结构。
高速铁路设备系列介绍之十七——无碴轨道工程技术和轨道结构等级:高速铁路是铁路现代化的重要标志。
与航空、公路相比,铁路发展经过一段低迷之后,近几年来,以它速度快、运能大、耗能少、安全舒适、污染小和占地少等优势,正受到越来越多的国家和地区的重视与关注,建设高速铁路已成为世界铁路发展的总趋势。
高速铁路涉及的面广,难度大。
作为铁路基础设施的铁道工程部分,在高速铁路的建设中占着极其重要的地位,因为线、桥、隧的质量状况,直接制约着列车的运行速度、安全和舒适度,同时,土建工程的投资比例约占总造价的7O%,也就是说,土建工程所需的费用在较大程度上决定着高速铁路工程的总造价,不仅如此,在运营过程中,其养护维修及折旧费用也占有相当大的比例。
可见,建设高速铁路必须充分综合分析对比选择,既考虑近期投资,也考虑远期技术指标、经济效益的关系,才能得出经济合理、高效优质的高速铁路线路的参数值。
由于高速铁路运营后,决定其成本与经济效益好坏的主要因素之一,是其线路包括线路的病害、养护及维修状况,而决定其养护维修工作量及费用的大小主要取决于轨道的结构形式,轨道的结构形式还直接关系到列车的运营质量和工程造价,所以,选择合适的轨道结构形式对高速铁路来说是十分重要的。
从国外高速铁路发展的状况可以看出,尽管无碴轨道初期造价比有碴轨道高,但由于其具有轨道平顺性好,整体性强,纵向、横向稳定性好,结构高度低,几何状态持久,以及低维修量,社会经济效益显著等优点,在国外越来越受到重视,越来越多的国家都在致力采用和发展无碴轨道工程技术,并取得了长足发展。
其采用范围已从隧道、桥梁发展到了土质路基和车站的道岔区,并且新的技术与新型结构在不断出现。
毫无疑问,无碴轨道工程技术在世界高速铁路上的大范围应用将是大势所趋。
CRTSⅡ型无砟轨道板是我国通过对国外无砟轨道板技术的引进吸收,研制开发的具有自主知识产权的、适应我国高速铁路运营的一种无砟轨道板。
CRTSⅡ型无砟轨道板优异的线路平顺性、稳定性、安全性、精确性都充分地满足了列车高速运行的需要,是目前国际上先进的高速铁路无砟轨道板生产技术。
目录一、概 述 (1)二、路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道 (3)(一)结构组成 (3)(二)形式尺寸及相关技术要求 (5)三、桥梁上CRTSⅡ型板式无砟轨道 (6)(一)结构组成 (6)(二)形式尺寸及相关技术要求 (8)四、隧道内CRTSⅡ型板式无砟轨道 (13)(一)结构组成 (13)(二)形式尺寸及相关技术要求 (13)五、岔区板式无砟轨道 (15)(一)结构组成 (15)(二)形式尺寸及相关技术要求 (17)六、过渡段设计技术 (19)(一)设计原则 (19)(二)技术措施 (19)一、概 述2005年,我国系统引进了德国博格板式无砟轨道设计、制造、施工、养护维修及工装、工艺等成套技术。
在铁道部“引进、消化、吸收、再创新”的战略部署下,通过京津城际铁路的工程实践,无砟轨道系统技术总结、系统技术再创新工作,已经形成了我国CRTSⅡ型板式无砟轨道系统成套技术。
图1.1 运营中的京津城际铁路目前,京沪高速铁路以及国内的大部分客运专线铁路均采用了CRTSⅡ型式无砟轨道,其主要结构特点如下:CRTSⅡ型板式无砟轨道与其他类型无砟轨道的明显区别在于全线轨道板和桥上底座板均为纵向连续结构,这是CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的主要特点。
1.轨道板采用工厂化预制,通过布板软件计算出轨道板布设、制作、打磨、铺设等工序所需的全部轨道几何数据,实现了设计、制造和施工的数据共享;2.轨道板相互之间通过纵向精轧螺纹钢筋连接,较好地解决了板端变形问题,提高了行车舒适度;3.轨道板采用数控机床打磨工艺,打磨精度可达0.1mm,通过高精度的测量和精调系统,轨道板铺设后即可获得高精度的轨道几何,最大限度的降低铺轨精调工作,大幅度提高综合施工进度。
4.桥上底座板不受桥跨的限制,为跨越梁缝的纵向连续结构, 桥上的轨道板与路基、隧道内的一致,均为标准轨道板,利于工厂化、标准化生产,便于质量控制,同时简化轨道板的安装和铺设;5.摩擦板、端刺结构是桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的锚固体系,通过摩擦板和端刺将温度力和制动力传递到路基;6.梁面设置设置滑动层,隔离桥梁与轨道间的相互作用,以减小桥梁伸缩引起的钢轨和板内纵向附加力,实现大跨连续梁上取消伸缩调节器;7.一般情况下,在桥梁固定支座上方,桥梁和底座板间设置剪力齿槽、预埋件,将制动力和温度力及时向墩台上传递;8.在梁缝处设置高强度挤塑板,减小梁端转角对无砟轨道结构的影响;9.在底座板两侧设置侧向挡块进行横向、竖向限位;10.支承层采用水硬性材料或素混凝土,不需要配筋,结构简单,施工方便,同时可减少工程投资。
无碴轨道工程技术(1)国外无碴道床结构型式传统有碴轨道具有铺设方便,造价低廉的特点。
随着重载、高速铁路运输的发展,道床累积变形的速率随之增长,为保持轨道平顺性要求,传统轨道维修趋于频繁,作业量大,维修费用上升。
自上世纪六十年代开始,世界各国铁路相继开展了以整体式或固化道床取代散粒体道碴的各类无碴道床的研究。
由无碴道床组成的轨道称为无碴轨道。
日本的无碴道床是一种轨道板结构,由此组成的轨道称为板式轨道。
至今,尽管大部分国家的无碴轨道由于造价高等原因还处于试铺或短区段分散铺设的状况;而日本的板式轨道已在新干线大量铺设,总长度达2700km。
德国铁路Rheda系、Züblin系等五种无碴轨道已批准正式使用,并在新建的高速线上全面推广,铺设总长度达660km(含80组道岔区)。
无碴轨道最初一般都铺设在隧道内(或地下铁道),以后逐渐扩大到桥梁和路基上,如日本的板式轨道铺设在山阳(冈山~博多段)、东北、上越、北陆等新干线全部的桥、隧结构上。
而德铁的无碴轨道则首先解决了在土质路基上铺设的技术问题。
因此,除了桥、隧结构外,土质路基上也已铺设一定数量的无碴轨道。
以下是国外无碴道床的主要结构型式1)PACT型(Paved Concrete Track)PACT型无碴轨道为就地灌筑的钢筋混凝土道床(图2-35),钢轨直接与道床相连接,轨底与混凝土道床之间设连续带状橡胶垫板,钢轨为连续支承。
英国自1969年开始研究和试铺,到1973年正式推广,并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧结构上应用,铺设总长度约80km。
2)LVT型(Low Vibration Track)LVT型无碴轨道是在双块式轨枕(或两个独立支承块)的下部及周围设橡胶套靴,在块底与套靴间设橡胶弹性垫层,而在双块式轨枕周围及底下灌筑混凝土而成型,称为减振型轨道。
其最初由Roger Sonneville提出并开发。
瑞士国铁于1966年在隧道内首次试铺。
5 关于我国客运专线无砟轨道结构类型5.1 何谓无砟轨道所谓无砟轨道,就是用刚性混凝土道床替代弹性碎石道床,并且通过扣件系统直接的或支承体的与钢轨弹性联结起来的轨道结构。
5.2 世界有代表性的无砟轨道类型及其特征(表5.2.1)表5.2.1 无砟轨道类型及其特征注:相对比较〇-良好,□—一般,⨯-不良5.3 选型基本原则根据国内外对无砟轨道建造及运营的实践经验,无砟轨道的选型应符合施工性、维护性、动力性、适应性、经济性五大基本原则。
5.3.1 关于施工性(1)核心是施工速度。
(2)施工速度与轨道结构的复杂程度,怎样的高精度才能达到轨道少维修,土木工程完工后能否随时可铺设轨道,机械化施工程度及物流组织等因素密切相关。
(3)一般要求施工方法比较简单,施工速度现浇混凝土式无砟轨道不低于120m/d,预制板式无砟轨道不低于200m/d。
5.3.2 关于维护性(1)无砟轨道是否具有可维护性是非常重要的一件事。
(2)无维修的概念是不合情理的,少维修的理念是符合无砟轨道工程实际的。
(3)国内外的经验一再表明,无砟轨道的下部结构一旦发生严重变形,整治非常困难。
(4)因此,在选型时必须考虑随着线下工程变形所引起的轨道变形,但变形在一定程度上用扣件也是可以整正的,例如上下±30mm,左右±10mm。
5.3.3 关于动力性(1)国内外的研究表明,在高速动力荷载反复作用下,无砟轨道的强度是充分的、足够的。
(2)关键技术是轨道弹性,而轨道弹性又主要来自扣件系统。
(3)从抑制因轮载变动、钢轨波磨、高频振动等方面来考虑,无砟轨道应具有与有砟轨道同等程度的弹性水平。
(4)作为高速客运专线无砟轨道合理弹性的目标值,应以轮载下钢轨挠曲变形1.3~1.7mm为衡量标准,亦即要求轨道垂向合理刚度以55~80kN/mm为准绳。
5.3.4 关于适应性主要是指轨道工程与其它工程的接口和接口相互适应的问题。
(1)与路基、桥梁、隧道等下部结构连接的良好适应性。
双块式无砟轨道结构双块式无砟轨道结构是一种铁路轨道的建设技术,它与传统的石子轨道不同,采用了绑定式无砟轨道结构。
这种轨道结构由轨枕、轨道衬砟和钢轨三部分组成,具有耐久、低噪音、低维修成本等优点,被广泛应用于高速铁路、城市轨道交通等重要场所。
在双块式无砟轨道结构中,轨枕是起到承接和固定钢轨的作用。
常见的轨枕材料有聚合物、钢筋混凝土和复合材料等。
轨道衬砟则是起到承受轮对载荷和向下分散的作用,常用的材料有聚合物、橡胶等。
而钢轨则是供列车运行使用的轨道。
双块式无砟轨道结构相比传统的石子轨道,具有以下优点:1. 耐久性:双块式无砟轨道结构使用的轨枕和轨道衬砟材料具有较高的耐久性,能够承受列车的长期使用而不容易损坏,从而延长了轨道的使用寿命。
2. 低噪音:双块式无砟轨道结构中,通过减震装置和隔音材料的应用,能够有效减少列车运行时产生的噪音,对沿线居民的生活产生较小的干扰。
3. 低维修成本:双块式无砟轨道结构中,由于使用了较耐久的材料并采用先进的设计,使得维修和保养的成本降低,从而减少了轨道的维护费用。
4. 环保节能:双块式无砟轨道结构所使用的材料多为可回收利用的材料,如聚合物、橡胶等,从而减少了对自然资源的消耗。
同时,由于减少了摩擦阻力和冲击力,能够节省列车的能耗。
5. 适应性强:双块式无砟轨道结构可以适应不同的铁路线路和环境,不受地质和气候等因素的影响,能够满足不同场合的铁路建设需求。
双块式无砟轨道结构的相关参考内容包括:1. 《铁道工程手册》:该手册是中国铁路工程的权威参考书籍,其中包括了双块式无砟轨道结构的设计、施工、维护等方面的内容。
2. 《无砟轨道技术手册》:该手册是无砟轨道技术研究的成果总结,其中包括了双块式无砟轨道结构的原理、应用范围、设计要点等内容。
3. 《城市轨道交通工程设计规范》:该规范是中国城市轨道交通工程设计的指导文件,其中包括了双块式无砟轨道结构在城市轨道交通中的应用要求、技术指标等内容。
客运专线无砟轨道适于无砟轨道铺设的范围1.基础变形相对较小的桥梁、隧道区段;2.地质条件好、基础坚实、工后沉降易于有效控制的路基区段;3.特殊减振区段;4.优质道砟资源短缺、人工成本高的地区。
主要讲以下内容一、客运专线无砟轨道类型二、CRTSⅠ型板和CRTSⅡ型板的制造(录像)三、客运专线轨道扣件系统CRTSⅠ型板式无砟轨道结构CRTSⅡ型板式无砟轨道结构CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构CRTSⅡ型双块式无砟轨道结构岔区轨枕埋入式无砟轨道结构岔区板式无砟轨道结构一、客运专线无砟轨道类型(一) CRTSⅠ型板式无砟轨道结构定义:预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层,铺设在现浇的具有凸形挡台的钢筋混凝土底座上,并适应zpw-2000轨道电路的单元轨道板无砟轨道结构型式。
特点:单元板,板与板之间不纵连,不设横向挡块。
引进日本无砟轨道技术。
CRTSⅠ型板式无砟轨道结构底座与凸形挡台的施工底座与凸形挡台均通过梁体预埋钢筋与桥梁相连底座为钢筋混凝土结构,在梁面、隧道仰拱回填层、路基基床表层上构筑;厚度不得小于100mm。
曲线超高在底座上设置沿线路方向,底座每隔一定长度横向伸缩缝底座的允许偏差:高程:+3/-10mm 中线:3mm 宽度:±10mmCRTSⅠ型板式无砟轨道结构优缺点(二)CRTSⅡ型板式无砟轨道结构定义:预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层,铺设在现场摊铺的混凝土支承层或现场浇注的钢筋混凝土底座(桥梁)上,并适应zpw-2000轨道电路的无砟轨道结构型式。
特点:板与板之间要纵连,设有横向挡块。
引进德国博格板技术。
(1)路基与隧道地段CRTSⅡ型板式轨道系统(三)CRTSⅠ型双块式无砟轨道定义: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枕浇入均匀连续的钢筋混凝土道床内,并适应zpw-2000轨道电路的无砟轨道结构型式。
特点:埋入式。
引进德国雷达2000(Rheda)无砟轨道技术。
CRTSⅠ型双块式无砟轨道(1)路基地段轨道结构高度:815 mm。
涨知识:高速铁路无砟轨道的结构、分类、应用及优缺点分析无砟轨道无砟轨道(nonballasted-track)是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构,又称作无碴轨道。
砟,就是岩石、煤等的碎片。
在铁路上,指作路基用的小块石头。
传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成,钢轨固定放在枕木上,之下为小碎石铺成的路砟。
路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助钢轨承重的作用,防止铁轨因压强太大而下陷到泥土里。
此外,路砟还有几个作用:减少噪音、吸热、减震、增加透水性等,这就是有砟轨道(下次我们会详细介绍,今天先不展开说)。
无砟轨道由钢轨、扣件、单元板组成,起减震、减压作用。
无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成,而路基也不用碎石,钢轨、轨枕直接铺在混凝土路上。
无砟轨道是当今世界先进的轨道技术,可以减少维护、降低粉尘、美化环境,比较舒适而且列车时速可以达到500公里以上。
我国的无砟轨道结构形式主要有长枕埋入式无砟轨道、板式无砟轨道、弹性支承块式无砟轨道。
无砟轨道对钢轨的要求1)具有较高的强度和承载能力,在车辆荷载及其他荷载作用下,不会发生伤损和破坏;2)具有良好的抗磨耗性能,在车辆荷载长期作用下,能保持良好的断面形状,维持轮轨良好的接触状态;3)具有良好的韧性,适应较高的动力作用,获得较长的疲劳寿命;4)具有良好的焊接性能,以便采用无缝线路;5)具有良好的道岔机加工性能,已获得良好的道岔质量;6)化学成分便于热处理,以提高钢轨的强韧性;7)严格的尺寸公差及高平直度,保持轨道结构高精度和平顺性。
无砟轨道对扣件的要求1)合理、均衡、稳定的弹性;2)足够的调高能力;3)足够的纵向节点阻力;4)足够的绝缘电阻;5)方便施工无砟轨道的分类目前,国内客运专线铁路无砟轨道技术大部分从国外引进,轨道结构形式可分为五大类。
一、CRTSⅠ型板式无砟轨道(日本板)二、CRTSⅡ型板式无砟轨道(德国博格板)三、CRTSⅠ型双块式无砟轨道(德国RHEDA2000型)四、CRTSⅡ型双块式无砟轨道(德国旭普林型)五、以及CRTSⅢ型板式无砟轨道(国产化研发)。
无碴轨道结构—雷达2000与旭普林型无碴轨道无碴轨道类型目前国内各条客运专线正线铺设的无碴轨道主要有四种形式,道岔区采用轨枕埋入式;1、石太客专、武广试验段所采用的CRTS-Ⅰ型板式无碴轨道。
2、京津城际所采用的CRTS-Ⅱ型板式无碴轨道。
3、武广客专所采用的、武广客专所采用的CRTS-Ⅰ型双块式无碴轨道。
4、郑西客专所采用的、郑西客专所采用的CRTS-Ⅱ型双块式无砟轨道。
从上述发现,目前无碴轨道类型主要集中在两种类型上:预制板式无碴轨道及现浇混凝土式无碴轨道。
雷达2000型无碴轨雷达2000型无碴轨道基本组成:1、素混凝土垫层(路堤上)或者土建结构表面(如桥素混凝土垫层(路堤上)或者土建结构表面(梁或隧道)和轨枕直接相连的现浇混凝土层;梁或隧道)和轨枕直接相连的现浇混凝土层;2、带有弹性轨道紧固件的双块轨枕B355.3U-GB60M;3、RHEDA 2000系统桁架式轨枕现浇混凝土无碴道床,轨道铺设时以钢轨面作为基准面,使轨道铺设几何形位极为精确,以达到铺设施工误差近似于“零”。
其主要优点为:⑴系统施工简化,采用预制桁架式轨枕省去了承轨槽制作的浇注工序;同时采用专门的机械设备及调整定位装置精确的铺设技术;⑵桁架式轨枕采用自动的操作铺设工艺,提高了作业效率,利于降低成本;⑶桁架式轨枕与现浇道床混凝土共同形成道床板,提高了轨道结构的整体性,改善了结构受力。
由于桁架式轨枕与现浇道床混凝土为非预应力混凝土,最大的降低了混凝土体积收缩和温度应力形成的变形;⑷在减震降噪上,采用了减振降噪专用层,可降低4dB以上。
雷达2000型无碴轨道施工方法及施工工艺:⑴施工准备施工准备工作主要是对下承层的适应性进行检查和现场设置进路坡道(即爬坡道),以及其它一些技术工作等。
①下承层的适应性在进行HSB施工前,按照《铁路客运专线质量检查及验收标准》规定的项目,全面进行检查验收,确保满足铺设Rheda2000无碴轨道的要求。
客运专线双块式无砟轨道设计0.引言无砟轨道在国外高速铁路已经得到广泛应用,并已在许多方面显示出明显的优越性,取得了良好的技术和经济效益[1]。
从20世纪60年代开始,世界各国相继展开了各种类型无砟轨道结构的研究。
比如日本的无砟轨道,德国的Rheda、Bogl、Zublin等无砟轨道,英国的PACT型无砟轨道,瑞士、丹麦、葡萄牙、法国、比利时、美国等国家的铁路和地铁中有应用弹性支撑块式无砟轨道等等。
国外的无砟轨道技术总的趋向于成熟,各具特点并形成了自己的规模,而且各个国家仍在积极研究和实践。
我国铁路建设正处于高速发展的阶段,现在已建成或在建的遂渝无砟段、京津城际、武广客专、郑西客专、哈大客专、京沪高速铁路都大规模地铺设了无砟轨道结构[2]。
根据我国《中长期铁路网规划》,到2020年我国铁路将建成"四纵四横"快速客运通道及3个区域城际快速客运系统。
客运专线多以无砟轨道结构为主,双块式无砟轨道结构是无砟轨道结构的主要形式之一。
其中,CRTS I型双块式无砟轨道是将预制的双块式轨枕组成轨排,并将轨枕现场浇注入均匀连续的钢筋混凝土道床内的无砟轨道结构形式。
CRTS I 型双块式无砟轨道的施工工艺经济、实用,保证了工程的高标准、高质量要求。
目前,CITS I型双块式无砟轨道已在我国武广等多条客运专线上成功应用。
1.无砟轨道的结构设计无砟轨道是现代化轨道结构的主要发展方向,新建时速250km以上客运专线应在基础稳定的路基、桥梁及隧道地段推广采用无砟轨道。
通过对无砟轨道技术大量的研究与开发,我国已经掌握了成熟的无砟轨道建设技术[3]。
下面只介绍CRTS I型双块式无砟轨道结构设计,以期对在建的客运专线具有一定的指导和参考意义。
1.1级配碎石地段1)排水设计:直线地段路基无砟轨道轨道床表面向轨道外侧设0.7%的排水坡,两线之间设C25混凝土封面,其上设2%的人字坡,将水排到线路两侧的排水设施内。
无砟轨道简介一、定义板式无砟轨道是一种由混凝土底座、CA砂浆层、轨道板、扣件和钢轨等部分组成的一种新型的轨道结构。
二、简介板式无砟轨道取消了传统有砟轨道的轨枕和道床,采用预制的钢筋混凝土板直接支承钢轨,并且在轨道板与混凝土基础版之间填充CA砂浆垫层,是一种全新的全面支撑的板式轨道结构。
它具有以下优点:稳定性、平顺性良好;建筑高度低、自重轻,可减小桥梁二期荷载和降低隧道净空;轨道变形缓慢,耐久性好;不需要维修或者少维修且维修费用低。
无砟轨道对工程材料和基础土建工程的要求都非常高,因此初期建设费用高于有砟轨道,但是它的稳定性好、使用寿命长。
因此,在铁路客运专线中采用板式无砟轨道结构已成为现在高速铁路建设的主流模式和必然趋势。
三、种类我国目前采用的板式无砟轨道有三种结构形式:分别是从日本新干线板式轨道引进的CRTS I型板式无砟轨道和从德国博格板式轨道引进的CRTS II型板式无砟轨道以及CRTSⅢ。
CRTS I型板式无砟轨道是由混凝土底座、CA砂浆层、轨道板、凸形挡台等部分组成,凸形挡台的作用是防止单元轨道板发生横向和纵向移动。
CRTS II型板式无砟轨道的轨道板是连续的,没有凸形挡台。
CRTSⅢ系统主要由钢轨、扣件系统、充填式垫板、轨道板、水泥沥青砂浆垫层、混凝土支承层(路基)或钢筋混凝土底座(桥梁)等部分组成。
四、应用CRTSⅠ型无砟轨道主要应用于哈大客专(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);CRTSⅡ型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)、津秦客专(天津至秦皇岛)、杭甬客专(杭州至宁波)、大西客专(原平至西安);CRTSⅢ型无砟轨道主要应用于成绵乐客专(成都至绵阳至乐山)、武汉城际(武汉至孝感、武汉至黄石、武汉至咸宁)、盘营客专(盘锦至营口)、成灌线(成都至都江堰)。
无砟轨道的结构组成
无砟轨道是一种新型的轨道结构,相比于传统的砟石轨道具有更好的耐久性、稳定性和减震效果。
无砟轨道的结构组成主要包括轨枕、轨道、固定装置和连接件等几个部分。
首先是轨枕部分,无砟轨道中采用的轨枕通常为塑料或复合材料制成,与传统的木质或混凝土轨枕相比,具有更好的耐久性和抗风化能力。
轨枕的形状和尺寸也需要根据轨道的设计要求进行调整,以确保轨道的稳定性和承载能力。
其次是轨道部分,无砟轨道中通常采用的轨道为钢轨,与传统的砟石轨道相比,钢轨具有更好的强度和耐磨性。
钢轨的长度和重量也需要根据轨道的设计要求进行调整,以确保轨道的稳定性和承载能力。
固定装置部分主要包括钉子、膨胀螺栓和垫片等,用于固定轨道和轨枕之间的连接。
这些固定装置需要具备一定的强度和耐磨性,以确保轨道的稳定性和安全性。
最后是连接件部分,用于连接轨道和轨枕之间的连接件有很多种,如夹板式和嵌入式等。
这些连接件需要具备一定的强度和耐磨性,以确保轨道的稳定性和安全性。
总的来说,无砟轨道的结构组成需要根据设计要求进行调整,以确保轨道的稳定性和承载能力。
随着无砟轨道技术的不断发展,其结构组成也将不断完善和改进。
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无砟轨道的组成一、无砟轨道的组成无砟轨道可是铁路轨道家族里超级酷的一员呢,那它到底是由啥组成的呢?且听我一一道来。
1. 钢轨钢轨就像是无砟轨道的脊梁骨一样重要。
它可是承受着火车巨大重量并且引导火车前进方向的关键部分。
钢轨必须得有足够的强度和硬度,这样才能在火车轰隆隆开过的时候稳稳当当的。
一般钢轨都是那种特制的钢材制成的,表面还得特别光滑,这样火车的车轮在上面跑起来才顺畅,就像我们在滑冰场上滑冰,冰面要是坑坑洼洼的,肯定就滑不利索了,钢轨也是这个道理。
2. 扣件扣件的作用可不能小瞧。
它就像是钢轨和下面结构的“小纽带”,把钢轨紧紧地固定住。
扣件可以调整钢轨的位置,保证钢轨之间的间距合适,这样火车跑起来才安全。
而且扣件还得有一定的弹性,就像给钢轨穿上了有弹性的鞋子,在火车通过的时候能够缓冲一下冲击力,减少钢轨和下面结构的磨损。
3. 轨道板轨道板就像是无砟轨道的大脚掌。
它的作用可大啦,一方面要把来自钢轨和扣件的力均匀地传递到下面的基础上,另一方面还得保证轨道的平整度。
轨道板的制作工艺很复杂呢,要精确控制它的尺寸、形状和质量,因为哪怕一点点的偏差,都可能影响到火车行驶的平稳性。
有的轨道板是用混凝土制成的,里面还会有一些特殊的配筋,就像给它加上了“钢筋铁骨”,让它更加坚固耐用。
4. 底座底座是无砟轨道的根基部分。
它要给上面的轨道板提供一个稳定的支撑,就像盖房子的地基一样重要。
底座一般也是用混凝土浇筑而成的,在施工的时候得特别小心,要保证它的平整度和强度。
如果底座不结实或者不平,那上面的轨道板和钢轨就会受到影响,火车跑起来就会像在颠簸的小路上开车一样,摇摇晃晃的。
5. 填充层填充层虽然看起来不太起眼,但它也有着自己的使命。
它填充在轨道板和底座之间,起到缓冲、调整高度和平整度的作用。
填充层的材料也是经过精心挑选的,要保证它有合适的弹性和稳定性,这样才能让整个无砟轨道系统更好地协同工作。
无砟轨道的这些组成部分就像一个团结的小团队,每个部分都发挥着自己独特的作用,缺了谁都不行,它们共同努力,才让火车能够又快又稳地行驶在铁路上呢。
5 关于我国客运专线无砟轨道结构类型5.1 何谓无砟轨道所谓无砟轨道,就是用刚性混凝土道床替代弹性碎石道床,并且通过扣件系统直接的或支承体的与钢轨弹性联结起来的轨道结构。
5.2 世界有代表性的无砟轨道类型及其特征(表5.2.1)表5.2.1 无砟轨道类型及其特征注:相对比较〇-良好,□—一般,⨯-不良5.3 选型基本原则根据国内外对无砟轨道建造及运营的实践经验,无砟轨道的选型应符合施工性、维护性、动力性、适应性、经济性五大基本原则。
5.3.1 关于施工性(1)核心是施工速度。
(2)施工速度与轨道结构的复杂程度,怎样的高精度才能达到轨道少维修,土木工程完工后能否随时可铺设轨道,机械化施工程度及物流组织等因素密切相关。
(3)一般要求施工方法比较简单,施工速度现浇混凝土式无砟轨道不低于120m/d,预制板式无砟轨道不低于200m/d。
5.3.2 关于维护性(1)无砟轨道是否具有可维护性是非常重要的一件事。
(2)无维修的概念是不合情理的,少维修的理念是符合无砟轨道工程实际的。
(3)国内外的经验一再表明,无砟轨道的下部结构一旦发生严重变形,整治非常困难。
(4)因此,在选型时必须考虑随着线下工程变形所引起的轨道变形,但变形在一定程度上用扣件也是可以整正的,例如上下±30mm,左右±10mm。
5.3.3 关于动力性(1)国内外的研究表明,在高速动力荷载反复作用下,无砟轨道的强度是充分的、足够的。
(2)关键技术是轨道弹性,而轨道弹性又主要来自扣件系统。
(3)从抑制因轮载变动、钢轨波磨、高频振动等方面来考虑,无砟轨道应具有与有砟轨道同等程度的弹性水平。
(4)作为高速客运专线无砟轨道合理弹性的目标值,应以轮载下钢轨挠曲变形1.3~1.7mm为衡量标准,亦即要求轨道垂向合理刚度以55~80kN/mm为准绳。
5.3.4 关于适应性主要是指轨道工程与其它工程的接口和接口相互适应的问题。
(1)与路基、桥梁、隧道等下部结构连接的良好适应性。
(2)与ZPW2000无绝缘轨道电路的互动设计和良好适应性。
(3)与地域的地质、气候等条件的互动设计和良好适应性。
5.3.5 关于经济性(1)日本板式轨道造价,当初控制在有砟轨道的2 倍以内,现降至1.3~1.5 倍;板式轨道维护作业费,山阳新干线为有砟轨道的1/5,东北新干线为1/3。
(2)德国无砟轨道造价,当初为有砟轨道的3 倍,现降低到1.3~1.5倍。
维修作业费为有砟轨道的1/3~1/5。
(3)我国无砟轨道正处于发展阶段,根据遂渝线无砟轨道综合试验段的铺设业绩,平板式、框架板式、双块式无砟轨道造价分别为有砟轨道的2.6倍、2.4倍、2.0倍,因此无砟轨道的造价,当前应控制在有砟轨道的2.5倍以内为宜。
5.4 气候条件与无砟轨道5.4.1 中国气候条件简述(1)我国领土辽阔,地形复杂,气候十分多样。
从赤道到极地,从海洋到内陆的各种气候几乎都有,大部分地区位于北温带和亚热带,属于东亚季风气候,夏季普遍高温多雨,温差小,冬季寒冷干燥,南北温差大(可达40℃)。
(2)无砟轨道的结构、施工与伤损、维护都会受到气候条件的影响,为此有必要把气候条件与无砟轨道两者联系起来,考虑它的地域温度和相关技术等问题。
并建议在无砟轨道技术再创新中将我国按纬度区分为温暖、寒冷和严寒三个地域,采用不同类型的无砟轨道。
5.4.2 纬度区分(1)北纬35度以南,即黄河以南,属温暖地区。
(2)北纬35度~42度,即黄河以北,属寒冷地区。
(3)北纬42度以北,即沈阳以北,属严寒地区。
5.4.3 轨道选型按温暖、寒冷、严寒三个不同地区,选择不同类型的无砟轨道结构型式和相关技术条件。
5.4.4 铺设现状(1)秦沈客运专线(秦皇岛~沈阳)地处北纬40度~42度。
在狗河和双何特大桥上铺设的是寒冷地区Ⅰ型板式无砟轨道,沙河特大桥上铺设的长枕埋入式无砟轨道。
(2)武广客运专线(武汉~广州)地处黄河以南,北纬31度~23度。
特别是在广深港和武广线广州试验段及广珠城际客专铺设的是温暖地区低弹模CA砂浆CRTSⅠ型平板式和框架式板式无砟轨道,而武汉至广州铺设的是CRTSⅠ型双块式无砟轨道。
(3)郑西客运专线(郑州~西安)地处北纬35度~34度。
铺设的是CRTS Ⅱ型双块式无砟轨道。
(4)京津城际客运专线(北京~天津)地处黄河以北,约北纬40度,铺设的是高弹模CA砂浆CRTSⅡ型板式无砟轨道。
(5)京沪高速铁路(北京~徐州~上海)地处北纬40度~34度~32度。
北京~徐州属于黄河以北寒冷地区,徐州~上海属于黄河以南温暖地区,确定铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道。
(6)哈大客运专线,大连~沈阳地处沈阳以南,北纬39度~42度范围,属于寒冷地区,沈阳~哈尔滨地处沈阳以北,北纬42度~46度范围,属于严寒地区,确定铺设严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道。
5.5 客运专线无砟轨道5.5.1 两类无砟轨道综观国内外无砟轨道结构,大致可区分为预制板式无砟轨道和现浇混凝土道床式无砟轨道两大类。
我国铁路客运专线现已铺设的无砟轨道类型主要有:1)CRTSⅠ型板式无砟轨道2)CRTSⅡ型板式无砟轨道3)CRTSⅠ型双块式无砟轨道4)CRTSⅡ型双块式无砟轨道5)岔区枕式无砟轨道6)岔区板式无砟轨道5.5.2 CRTSⅠ型板式无砟轨道(1)Ⅰ型板式轨道结构Ⅰ型板式无砟轨道(图5.5.1)包括有平板型(图5.5.2)、框架型(图5.5.3)和减振型(图5.5.4),适用于桥上、隧道内和路基区段,主要由单元轨道板、CAM 层、限位凸形挡台及底座等组成。
路基基床表层桥梁保护层隧底填充层C40C50钢轨176扣件41轨道板190CAM层50底座300(路)200(桥隧仰) 757(路)657(桥隧仰)815(隧无仰)24003000(路)2800(桥隧)I型板式无碴轨道横断面图358(隧无仰)图5.5.1 Ⅰ型板式无砟轨道横断面图图5.5.2 平板式板式无砟轨道C60图5.5.3 框架式板式无砟轨道图5.5.4 非隧道区间内的防震型轨道板(2)轨道板外形尺寸1)标准板长×宽×高=4962×2400×190mm2)异形板长×宽×高=3685×2400×190mm长×宽×高=4856×2400×190mm3)轨道板半圆缺口直径260mm(3)CAM 调整层1)标准厚度50mm2)最小厚度40mm3)最大厚度100mm(4)钢筋混凝土底座1)路基上长×宽×高=20108×3000×300mm2)桥上长×宽×高=5012×2800×200mm3)隧道内有仰拱10044×2800×200mm无仰拱10044×2800×358mm(5)凸形挡台全圆形半圆形(用于梁端及隧道出口)高度250mm半径260mm(6)轨道部件技术参数1)钢轨U71Mn(k)60kg/m 无孔热轧新轨抗拉强度σb=880Mpa,屈服强度σs =457Mpa定尺长100m,焊接成无缝线路2)扣件WJ-7B 型轨下胶垫静刚度20~30kN/mm节点间距:路、隧、32m梁a=629mm24m梁a中=617mm,a端=637mm一般a≯650mm,否则要检算调距量±12mm调高量30mm绝缘性能满足轨道电路技术要求纵向阻力满足无缝线路设计要求,桥上采用小阻力扣件3)轨道板设计荷载,轨道纵向17.5 kN.m/m,轨道横向23.0 kN.m/m。
后张法双层双向预应力平板。
采用预应力钢棒、环氧树脂涂层钢筋、HRB335、HPB235 钢筋和低碳冷拔钢丝。
混凝土强度等级C60。
每块板重约6t。
4)CAM 调整层功能是填充、调整、承力、传力。
将制备的水泥沥青砂浆注入砂浆袋中而成。
弹性模量100~300Mpa。
抗压强度≥1.8Mpa。
5)钢筋混凝土底座功能是承载作用。
钢筋用HRB335、HPB235,不做绝缘处理。
混凝土强度等级C40。
底座分别构筑在路基基床表层、桥梁桥面和隧道底板上。
底座分段构筑主要是为防止混凝土因干缩、温缩产生裂缝。
分段长度路基上是每隔4 块轨道板、桥上是每块板之间、隧道内是每隔2 块板设置一处宽为20mm 的伸缩缝。
超高设置在底座上,并采用外轨抬高方式。
6)凸形挡台功能是限制轨道板的纵横向移位。
凸形挡台生根于底座上。
挡台顶面中心可作测标用。
钢筋用HRB335、HPB235,不做绝缘处理。
混凝土强度C40。
(7)轨道部件技术参数轨道结构高度(表5.5.1)表5.5.1 轨道结构高度(mm)(8)轨道板配板1)路基、隧道标准板4962mm板缝70mm2)桥上24m 梁异形板4856mm板缝80mm5×4856+4×80=24600mm32m 梁标准板4962mm异形板3685mm板缝70mm5×4962+2×3685+6×70=32600mm5.5.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道(1)Ⅱ型板式轨道结构Ⅱ型板式无砟轨道(图5.5.5和图5.5.6)目前主要用在桥上,主要由纵连轨道板、CAM层、底座及其下设滑动层等组成。
路基基床表层桥梁保护层隧底填充层C40(底座)C50钢轨176扣件40轨道板200CAM层30支承层或底座300(路隧)200(桥) 774(路隧)25502950承台28C20(支承层)674(桥)图5.5.5 Ⅱ型板式无砟轨道横断面图图5.5.6 Ⅱ型板式无砟轨道系统的结构图C55(2)轨道板长×宽×高=6450×2550×200mm混凝土强度等级C50横向预应力,纵向无预应力板与板之间通过宽接缝处伸出的纵向钢筋连接传递纵向力(3)钢轨扣件扣件类型为V ossloh300型有挡肩弹条扣件调整范围高低+26mm, -4mm轨距5mm=22.5±2.5 kN/mm弹性垫板静刚度C静动刚度C动≤40kN/mm(3)CAM 调整层标准厚度30mm(4)钢筋混凝土底座(桥上)宽度2950mm厚度200mm混凝土强度等级C30(5)支承层(路基)顶宽2950mm,底宽3250mm厚度300mm5.5.4 双块式无砟轨道(1)轨道结构双块式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、支承层/底座组成。
路基、桥梁和隧道双块式无砟轨道典型横断面分别见图5.5.7、图5.5.8和图5.5.9。
图5.5.7 路基上双块式无砟轨道横断面图图5.5.8 桥上双块式无砟轨道横断面图图5.5.9 隧道内双块式无砟轨道横断面图(2)双块式轨枕钢筋桁架双块式轨枕结构见图5.5.10和图5.5.11。