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第二章高速铁路有砟、无砟轨道结构及精调第一节概述无砟轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构形式。
由于无碴轨道具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位能持久保持、维修工作量显著减少等特点，在各国铁路得到了迅速发展。
特别是高速铁路，一些国家已把无碴轨道作为轨道的主要结构形式进行全面推广，并取得了显著的经济效益和社会效益。
以下是无砟轨道的主要优势和缺点。
一、无砟轨道的优势主要有：1、轨道结构稳定、质量均衡、变形量小，利于高速行车；2、变形积累慢，养护维修工作量小；3、使用寿命长—设计使用寿命60年；二、无砟轨道的缺点主要有：1、轨道造价高：有砟180万/km，双块式350万，１型板式450万，2 型板式500万。
2、对基础要求高因而显著提高修建成本：有砟轨道可允许15cm工后沉降，无砟轨道允许3cm，由此引起的以桥代路及路基加固投资巨大。
3、振动噪声大：减振降噪型无砟轨道目前尚不成功，减振无砟轨道选型存在较大困难。
4、一旦损坏整治困难：尤其是连续式无砟轨道。
第二节无砟轨道结构一、国外铁路无碴轨道结构型式国外铁路无碴轨道的发展，数量上经历了由少到多、技术上经历了由浅到深、品种上经历了由单一到多样、铺设范围上经历了由桥梁、隧道到路基、道岔的过程。
无碴轨道已成为高速铁路的发展趋势。
1．日本日本是发展无碴轨道最早的国家之一。
早在20世纪60年代中期，日本就开始了无碴轨道的研究与试验并逐步推广应用，无碴轨道比例愈来愈大，成为高速铁路轨道结构的主要形式。
据统计，日本高速铁路无碴轨道比例，在20世纪70年代达到60%以上，而90 年代则达到80%以上。
日本从20世纪60年代中期开始进行板式无碴轨道的研究到目前大规模的推广应用，走过了近40年的历程。
对于最初提出的轨道结构方案，铁道综合技术研究所相继进行了设计、部件试验、实尺模型试验、设计修改、在营业线上试铺等工作。
从津田沼、日野土木试验所内的实尺模型试验到既有线、新干线的桥梁、隧道和路基上的各种形式无碴轨道结构的试铺，总共建立了20多处近30km的试验段，开展了大量的室内、营业线上动力测试和长期观测的试验研究工作，并在试验结果的基础上，不断的改进、完善结构设计参数和技术条件，最终将普通A 型（图4-3）、框架形（图4-4）等板式轨道结构作为标准定型，在山阳、东北、上越、北陆和九州新干线的桥梁、隧道和路基上大量使用。
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。
高速铁路桥梁构造型式高速铁路上的桥梁，应能在列车到达最高设计速度的条件下，满足行车平安和旅客乘坐的舒适度。
因而桥梁构造必须具有足够的强度、稳定性、刚度和耐久,并且保持桥上线路的平顺状态。
〔一〕桥梁构造体系 1.小跨度刚架桥的截面形式以现浇板梁为宜；简支梁与连续梁桥的截面以单箱单室箱梁为宜；板梁的截面推荐用日本高架桥的截面形状，箱梁截面推荐采用德国新干线标准设计截面。
钢桁架桥的桥面系以采用正交异性板为宜；组合梁桥也以箱形截面形状为宜。
2. 混凝土简支梁构造构造简单、技术成熟、架设快捷、更换方便，是我国既有铁路桥梁的主要型式，总数90%以上。
近年来，拼装式移动支架造桥机研制成功，使混凝土简支梁的跨度达56。
这就更加扩大了铁路混凝土简支梁的使用范围。
在特殊条件下，其它型式的混凝土简支梁，如槽形梁等，也可采用。
3. 混凝土连续梁70年代以来，在我国新线铁路上修建了大量混凝土连续梁，以扩大混凝土梁桥的使用范跨度多在40～80m之间，最大达84m，成为中等跨度铁路混凝土梁桥的主要型式。
作为一个实例，在小跨度范围内应用不多，钱塘江二桥的引桥，采用了7 ～9孔1联，共6孔跨度32 联47孔跨度32m等高度箱形截面双线铁路连续梁桥，是目前我国跨度最小的铁路预应力混凝土连续梁桥。
4. 混凝土刚架桥是一种空间超静定构造，整体性好，具有较好的刚度和抗震性能。
在日本高速铁路高架桥中占有十分重要的地位。
刚架桥多为3 ～5 孔一联，跨度6 ～8 m 左右，联间以简支挂孔相连。
填土高度7～12 m，根底多采用打入桩和扩大根底型式。
与我国京沪高速铁路沪宁段的线路和地质情况相近，具有较好的参考价值。
〔二〕上部构造型式1. 别离式构造与整体式构造的比拟。
在双线并列的情况下，梁部构造可采用两单线桥的别离式构造，也可采用双线桥整体式构造，对于中等跨度混凝土连续梁构造，考虑到一般采用悬臂灌注法施工。
尤其重要的是，双线单箱整体式构造，虽不能有效降低桥梁的动力系数，但从车辆运动平稳性考虑，由于构造自重增大，旅客乘坐舒适度有进一步改善，是值得重视的。
5 高速铁路的桥梁5.1 概述高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性、高密度连续运营等特点对其土建工程提出严格的要求，由于速度大幅提高，高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁。
桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道的平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至影响列车的运行安全。
此外，为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形，这些都对高速铁路桥梁的刚度和整体性提出了严格要求。
各国高速铁路桥梁设计基本上遵循以下原则：（1）采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体联结。
双线桥梁一方面提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，竖向刚度比单线桥增大了一倍。
（2）除了小跨度桥梁外，大都采用双线单室箱形截面。
（3）增大梁高，欧洲各国高速铁路预应力混凝土简支梁高跨比一般在1/9～1/12之间。
（4）尽量选用刚度大的结构体系如简支梁、连续梁、连续刚构、斜拉桥、拱及组合结构等。
（5）桥梁跨度不宜过大。
按照不同的用途，高速铁路桥梁可分为以下三类：（1）高架桥——用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段、高架桥通常墩身不高，跨度较小，但桥梁很长，往往伸展达十余公里；（2）谷架桥——用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高；（3）跨越河流的一般桥梁。
概括起来，高速铁路桥梁具有以下特点：1．所占比例大、高架长桥多高速铁路由于采用全封闭行车模式，线路平纵面参数限制严格以及要求轨道高平顺性，导致桥梁比例明显增大。
尤其在人口稠密地区和地质不良地段，为了跨越既有交通路网、节省农田，避免高大路基阻挡视线和路基不均匀沉降，大量采用高架线路。
例如，日本近2000km的高速铁路中，高架桥占线路总长的36%，全部桥梁占线路总长的47%。
而我国普通铁路桥梁占线路全长的的平均比例仅为4%左右。
可见，桥梁比例大，高架桥且长桥多是高速铁路桥梁的主要特征，桥梁已成为高速铁路土建工程主要组成部分。
德国咼速铁路线上的桥梁结构型式1. 设计速度250 km/h、全长327 km的德国汉诺威一维尔茨堡和全长104 km的曼海姆一斯图加特两条新干线上，共有桥梁359座，总延长37 km。
在359座桥中，152座跨越公路，139座跨越铁路，其余68座为大型山谷桥和高架桥。
2. 从桥梁总长与线路总长之比来看，德国高速铁路上的桥梁数量远小于日本新干线和我国拟建的京沪高速铁路线。
3. 德国这两条新干线上的桥梁几乎全部是预应力混凝土和钢筋混凝土桥。
其原因一方面是混凝土桥养护维修方便、造价也较低，另一更主要的的原因则是混凝土桥在高速行车条件下的噪音远比钢桥低。
4. 在德国的这两条新干线上，大部分桥为预应力混凝土简支梁和连续梁。
5. 简支梁的墩中心距基本上采用44 m及58 m两种，25 m的只有少数几跨。
墩中心距44 m的梁跨度为42 m，58 m的梁跨度55.75 m。
6. 为这两条新干线，德国联邦铁路管理中心组织力量制定了一套标准设计图（参考设计），标准设计均为单室单箱形截面预应力混凝土梁，桥面的横断面按《铁路新干线上桥梁的特殊规程》的56条办理，规定的横断面如图432所示。
432时速超过200.M线路上的铁路桥桥而横斷面（德国）（单位：in）7. 在标准设计中，箱梁底板宽 5.0 m，桥面板宽14.3 （道床部分9.1 m）。
跨度42 m 的梁高4.0 m，55.75 m的梁高5.0 m ;腹板与铅垂方向成15 0.6 m,支座处0.7m；底板的一般厚度为0.35 m，支座处0.6m;梁端还设有0.8 m厚的横隔板，横隔板设有可供维修人员及小车通行的洞。
迪陽舟it山圾桥（6）祭转勒Jt斯爭塔尔山谷桥图433痔国高速铁路桥梁的上部结构典型橫截面图（单位:cm）確国高速铁路桥彖时典型善敷表43.5法国高速铁路线上的高架桥1•运行TGV列车的法国大西洋高速铁路时速为300 km/h，总长263 km。
总共修建了10座双线高架桥，总长 3 523 m，单线高架桥3座，总长455 m，其数量相对说来非常少，这些高架桥的基本资料列于表436中蛙国夭西漁宫速鉄路肓架桥^U6从表436所反映的情况可见，绝大部分桥都采用预应力混凝土箱梁。
施工方法为顶推法施工。
由于数量少，因而无标准设计，各类尺寸都是变化的，跨度一般在25 m以上，最大跨度50 m，用等截面以便于顶推施工。
图439为预应力混凝土箱梁横截面示意图，两侧设有隔音墙。
综合德国与法国的情况看，高速铁路线上桥梁多采用单箱单室预应力混凝土简支或连续梁，跨度一般在25 m以上、60 m以下，施工方法以顶推和现场支架灌注法为主，梁高为跨度的1/10—1/15，箱底板宽5・0~ 5.5 m。
目前，修建高速铁路的国家有日本、法国、德国、意大利及西班牙等。
日本高速铁路基本以板式轨道（无碴轨道）为主，并采用接近其高速运营列车的P（N）荷载作为设计活载图式；其余国家（包括正在修建高速铁路的韩国）均以有碴轨道为主，采用UIC荷载作为设计活载图式。
板式轨道桥面二期恒载要比有碴轨道轻一半，前者约为9 t/m，后者为18 t/m （双线桥面），而且P荷载也仅为UIC荷载40%左右。
欧洲高速铁路采用UIC荷载主要原因是考虑施工及养路机械荷载大，可与其它欧洲铁路联网以及将来在高速铁路上有行走重型车辆的可能。
上述差别导致日本的桥梁截面略小于欧洲的桥梁，同时也限制使用重型施工荷载，日本桥梁施工主要采用在桥位上灌筑或用吊机在桥下将预制梁装吊就位。
不采用架桥机等重型设备。
预应力混凝土桥梁在高速铁路桥梁中占有绝对优势因为预应力混凝土与其它建桥材料相比，具有一系列适合高速铁路桥梁的优点，如刚度大、噪音低、温度引起的变形对线路位置影响小、养护工作量少、造价也较低等。
当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采用。
一、日本新干线上的桥梁\在日本的铁路新干线上，除东海道新干线设计速度为210 km/h夕卜，其余几条线的设计速度为260 km/h。
在这些线上，桥梁总延长所占线路长度比重较大，表 4.3.1为各条新干线上桥梁及高架桥所占比例。
由表431可见，日本新干线上高架桥的比率，在某些段几乎占了线路总长的一半。
由于有这样多的高架桥，因此日本新干线上的高架桥多采用标准设计。
日本高架桥标准设计的基本情况如表432，标准设计中桥面宽度按表433确定。
东海道新千线桥宽10,9 m 轨道种类這雀轨道跨径布置J•I山阳新千线新衣阪二冈直11,5m這磴轨道冈山一博多lKOm 11.4 m板式轨道道喳轨這东北新千线东京一有壁1U xn 11,6 m有壁一盛冈（特姝设计）11,6 m 12,2 m板式轨道道链轨道(mX询柱02X0.7 鹿袈10X06谢也独立基5出卜」彗型士O*柱03X0.81DX0.7柱0.8X08鹿段 1.1X0.7柱舉嘖0.9X0 912X0.8柱昨 1.05X105 舷道囲：1.3X085 分除中司圖柱1J0X0.9 10X06濟12X0.8柱l.Ox 1D0.9X091.3X0.95梁 1.2X035独立基础整臨5出整佬础W; lAiMi 血3bQ0*5itI：60(Qt!9rMHNX>0VfMCL*->w IM)(>IIgo-ODD-亠HU MN)rr^1J 标亚设il 吟能式高Si 桥（克线媲俩廈7 m ）齣;KFbH 卜矗架式声駅播5|线检*岛團14 m ）1090024WX) LHMAM组成部分 东海道新千线山阳新千銭 飾S 腿垂取P山阳新干銭 （冈dj 至博多）东北新干线戟道中心间距 4.3 4.3 4,3 4,3 车辆限界（费:）3.4 3 43.43 4 凤压限界 (2X0.S) L616 1.61.6 检修通道安全用0.5 檢修用1.05100.5 0.70.5 1.0其它栏杆宽 (2X0.1) 0.2 隔音壁 (2X025) 0.5隔音壁(2X0.25) □25隔音壁 0.5 吸音板(2X0.15) 0.3隔音壁 0.5 吸音板(2X0.15) 03基翌海道高架桥1 勺几种标准设计形式如图1 4.3.1 所示。
11.0 113 116新干线标准高架桥桥寛C m ）.1b ・ -IV1我国高速铁路桥梁的结构型式装配式双向预应力混凝土T形简支梁桥T形简支梁由于其预制简单、架设方便，在我国普通铁路的中小跨度桥梁中被大量采用；但因为其整体性差、横向刚度弱，在高速铁路中，需要进行改进。
双向预应力结构体系具有良好的纵横向刚度和整体性，且构件重量轻，架设方便，因此在秦沈客运专线较小跨度桥梁中广泛采用了装配式双向预应力T形简支梁。
如用于16 m的简支梁桥，桥跨均采用双线4片式T梁，通过桥面板、横隔板及横向预应力钢筋组装而成。
梁高为116 m，T梁间距260 cm，梁端部和中部设横隔板，如图1所示。
mob蹈】四片式T勝邮中斷両（单位；mm）1112后张法预应力混凝土简支箱梁简支箱梁具有良好的力学性能，如整体性好、刚度大、抗扭性能好等，很适用于高速铁路桥梁。
秦沈客运专线中，简支箱梁的跨度有20 m、24 m和32 m几种，均采用后张法预应力混凝土结构。
截面型式分为双线单箱单室和单线单箱单室，双线箱梁采用斜腹板，单线采用直腹板，如图2所示。
简支箱梁均不设跨中横隔板；由于采用了整体内模，在结构允许的条件下尽量减小横隔板尺寸；单线箱梁为不对称结构，为控制梁体在施加预应力时发生斜向弯曲在桥面外悬臂板每隔 2 m处设置长度为0195 m的横向断缝，以调整有效截面的重心位置。
梁休中心线b）单红审梁跨中截lfli（单位：mm）图2箱梁截面型式2高速铁路桥梁的特点上面简单叙述了我国高速铁路桥梁上出现的一些常见的桥型以及其不同于公路桥梁的设计。
综合这些桥梁及特点，可以看出高速铁路桥梁有着不同于普通铁路及公路桥梁的特点。
211桥梁纵向刚度高速铁路采用的是跨区间无缝钢轨，因此对桥梁的纵向位移要求很严。
即高速铁路桥梁必须有足够的纵向刚度，在使用荷载作用下不产生过大的纵向位移。
相比之下，公路桥梁可以通过设置伸缩缝等措施，使桥梁在有较大纵向位移时仍能保持路面连续。
以斜拉桥为例，从受力体系来看，公路斜拉桥往往采用塔梁自由的纵向漂浮体系，这对结构受力有利；但高速铁路上的斜拉桥均采用塔梁固结，或设纵向弹性约束等措施来增强桥梁的纵向刚度。
212桥梁动力性能对于公路桥梁和普通铁路桥梁，桥梁设计的控制因素一般是结构强度要求。
但对于高速铁路桥梁，由于高速列车对桥梁的动力作用不可忽视，而桥梁的振动对列车也有很大影响，即车桥耦合振动的作用很明显，设计除考虑强度要求外，还必须考虑动力作用。
从分析计算的结果来看，控制高速铁路桥梁设计的关键问题已不再是强度，而是动力性能指标如脱轨系数、轮重减载率以及舒适性指标等。
这些指标与车辆、路线以及桥梁等均有关系。
反映到桥梁上，桥梁刚度的要求往往成为控制设计的关键。
因此，需要采用很多有效的措施来提高高速铁路桥梁的竖向及横向刚度，如增大梁高、采用双线整孔梁、钢桁加劲等等。
