铁道工程-第四章-无砟轨道

一、无砟轨道的基本知识介绍二、无砟轨道精度要求三、无砟轨道结构及形式四、无砟轨道的扣件及连接部分五、无砟轨道结构选型原则第四章无砟轨道内容提要一、无砟轨道的基本知识介绍1.有砟→无砟有砟之憾：2.无砟轨道的定义（1）易变形；（2）频修葺；故，无砟诞焉。无砟轨道又称混凝土整体道床，是一种在坚实基地上直接浇筑混凝土或沥青混凝土道床取代传统道砟层的轨下基础。常用于铁路隧道和地下铁道、无砟桥梁上以及有特殊需要、基础又经过适当处理的土质路基上。3.何处采用无砟轨道？基础变形相对较小的桥梁、隧道区段；地质条件好、基础坚实、工后沉降易于有效控制的路基区段；特殊减振区段；优质道砟资源短缺、人工成本高的地区。(高架/城轨/客/高铁)4.无砟之优缺点结构稳定、连续、平顺；耐久、整洁美观，寿命长；维修工作量少；减少工务养护、维修设施；减少客专特级道砟的需求；免除高行车下道砟的飞溅；隧道、地铁中减少开挖面积。优点：造价高；严格的施工技术和方法；对扣件和垫层也有特殊要求；一旦出现病害，整治非常困难；要求有坚实、稳定的基础。缺点：一、无砟轨道的基本知识介绍5.国外无砟轨道应用情况自20世纪60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砟的各类无砟轨道的研究。日本：板式轨道已在新干线大量铺设，新建铁路的无砟轨道已超过全线的90%，铺设总长度达2700km。德国：Rheda、Bögl、Züblin等无砟轨道已在新建的高速线上全面推广，无砟轨道占线路总长度的80%以上，铺设总长度达800km。（资料来源时间：2008年）在大多数国家，无砟轨道由于造价高等原因还处于研究试铺或短区段分散铺设的状况。一、无砟轨道的基本知识介绍5.国外无砟轨道应用情况（1）Rheda型无砟轨道一、无砟轨道的基本知识介绍Rheda型无砟轨道是将预制轨枕埋入连续浇筑的混凝土道床板中的无砟轨道结构，因此也被称之为“长枕埋入式”。Rheda型无砟轨道于1972年铺设于德国比勒菲尔德至哈姆线的Rheda线，经过近40年的优化和完善，从最初的Rheda传统型发展到现在的最新结构形式Rheda2000。Rheda型无砟轨道在德国得到了广泛应用，其铺设长度达到无砟轨道总长度的一半以上。5.国外无砟轨道应用情况（2）Bögl板式无砟轨道一、无砟轨道的基本知识介绍Bögl板式无砟轨道为预制轨道板结构，轨道板之间纵向连接，采用数控磨床加工预制轨道板上的承轨槽，采用高性能沥青水泥砂浆提供粘结和均匀的支承，并使用高精度、快速便捷的测量系统保证轨道施工精度，其施工机械化程度很高。Bögl无砟轨道为近年来新研制的一种轨道结构形式，获得了德国联邦铁路管理局颁发的许可证，并在德国纽伦堡至英戈施塔特的新建高速线上铺设了35km。5.国外无砟轨道应用情况（3）Züblin板式无砟轨道一、无砟轨道的基本知识介绍Züblin无砟轨道系统与Rheda型无砟轨道系统相似，都是在混凝土支承层上铺设的双块式轨枕无砟轨道，只是采用的施工工艺不同。施工中先灌注道床板混凝土，然后将安装好的双块式轨枕通过振动法嵌入压实的混凝土中，直到达到精确的位置。Züblin无砟轨道在科隆至法兰克福高速线上铺设了21km。5.国外无砟轨道应用情况（4）板式轨道（Slab）一、无砟轨道的基本知识介绍日本Slab轨道系统经历了由温暖地区向寒冷地区、普通轨道板向防振轨道板、坚实基础向土质路基上长达30多年的运营实践和不断完善，并形成了标准。日本最早使用的平板型板式无砟轨道，后为适应新干线沿线的环境，开发了防振型板式轨道。此外，为减少材料用料、降低造价，所开发的框架型板式轨道也得以应用。目前定型的结构形式主要包括A型、框架型、用于特殊减振区段的防振G型等，构成了适应各种不同使用范围的板式轨道系列。5.国外无砟轨道应用情况（5）弹性支承块式无砟轨道（Lowvibrationtrack）一、无砟轨道的基本知识介绍弹性支承块式无砟轨道为减振型轨道，通过在支撑块下设置橡胶弹性垫层和橡胶鞋套，为轨道结构提供良好的弹性。弹性支撑块式无砟轨道自瑞士国有铁路1966年首次采用以来，在很多国家（如英国、丹麦、葡萄牙、法国、比利时、美国等）的铁路和地铁中得到应用，铺设长度达到360km。5.国外无砟轨道应用情况（6）PACT型无砟轨道（Pavedconcretetrack）一、无砟轨道的基本知识介绍英国从1969年开始进行了PACT型无砟轨道的研究。PACT型轨道为就地灌注钢筋混凝土道床，钢轨直接与道床相连接，并连续支承在轨道板上的连续带状橡胶垫层上，在英国、新西兰、西班牙、加拿大和荷兰等国铁路及轴重30t的重载线上应用，铺设总长度约80km。5.国外无砟轨道应用情况一、无砟轨道的基本知识介绍（7）梯子型轨道（Laddertrack）梯子型轨道是日本开发的新型轨道结构。该结构将两根预制纵向轨枕通过横向连接形成轨枕框架，既能用于有砟轨道，也能与基础结合在一起成为无砟轨道。梯子型轨道已在试验线上通过大轴重试验，取得了成功，在日本的城市轨道交通中已开始应用。无砟梯子型轨道具有自重轻、易维修、造价低等优点。6.国内无砟轨道应用情况一、无砟轨道的基本知识介绍我国从20世纪60年代就开始整体道床的研究，到1984年累计铺设各种形式的整体道床300km以上，国内前期无砟轨道，结构形式以混凝土支撑块式为主，也有短木枕式、整体灌注式、板式轨道、宽轨枕沥青道床等结构形式，主要用在隧道内、站场和城市地铁中，而在铁路桥上，无砟轨道采用的结构形式为无砟无枕结构。在此20多年期间，我国在无砟轨道结构的设计、施工等方面累积了宝贵的经验，为发展无砟轨道新技术打下了基础。6.国内无砟轨道应用情况一、无砟轨道的基本知识介绍进入20世纪90年代后，适应于客运专线的无砟轨道的研究进入了新一轮高潮，先后在陇海线、安康线、秦沈线、渝怀线、赣龙线等试验工点开展了弹性支承块式、长枕埋入式和板式无砟轨道的铺设试验，2004年又确定在遂渝线开展城区段铺设无砟轨道的综合性试验研究。在遂渝线无砟桂爱东试验段上铺设的无砟轨道主要有板式、双块式、纵连板式和轨枕埋入式无砟轨道。遂渝线无砟轨道试验段是我国首次城区段铺设无砟轨道的线路，通过综合试验段工程建设和试验研究，在无砟轨道结构、无砟轨道绝缘处理措施和ZPW-2000轨道电路传输性能、路基沉降控制、测量控制、扣件、道岔、施工工艺、施工装备等方面取得了比较系统的研究成果，对我国客运专线无砟轨道工程建设具有重要的意义。7.无砟轨道的类型一、无砟轨道的基本知识介绍二、无砟轨道精度要求三、无砟轨道的结构与形式1.高速铁路和客运专线上的无砟轨道结构(1)日本的无砟轨道(2)德国的无砟轨道(3)Bögl板无砟轨道在我国的应用2.城市轨道交通中的无砟轨道结构3.我国现有的轨道形势三、无砟轨道的结构与形式(1)日本的无砟轨道a.新干线板式轨道结构组成b.RA型板式轨道c.普通A型d.板式凸形挡台结构e.框架型和它的优点f.防振G型g.板式轨道的关键因素三、无砟轨道的结构与形式a.新干线板式轨道结构组成标准定型——普通A型、框架型、防振G型结构组成：钢轨、直结型扣件、预制轨道板、乳化沥青（CA）砂浆、凸型挡台、底座板。b.RA型板式轨道早期土质路基上的RA型板下皆为沥青材料，温度敏感性高，耐久性较差，且道床板比较短，结构的整体性差。后统一为桥梁上、隧道内、路基上均采用A型轨道板。RA型板式轨道三、无砟轨道的结构与形式c.普通A型三、无砟轨道的结构与形式d.板式轨道凸型挡台结构三、无砟轨道的结构与形式e.框架型优点：(1)克服因温度变化引起的板的翘曲。(2)减少板的体积和重量及CA砂浆用量。(3)改善施工性能，板下CA砂浆充填质量更加均匀。三、无砟轨道的结构与形式f.防振G型A型轨道板下粘贴橡胶材料的轨道三、无砟轨道的结构与形式g.板式轨道的关键因素—CA砂浆CA砂浆具有足够的支承荷载的强度，也具有一定的弹性，且成本不太高。水泥砂浆虽然有一定的强度和耐久性，但弹性差，而乳化沥青虽富于弹性，但强度和耐久性差，将两者结合起来成为CA砂浆，通过调整配合比例，可得到所需要的强度和弹性。CA砂桨由水泥、沥青乳剂、细砂、膨胀剂和速凝剂等组成。三、无砟轨道的结构与形式(2)德国的无砟轨道a.德国无砟轨道结构b.Rheda2000型无砟轨道、组成、发展c.Züblin型无砟轨道d.Bögl型无砟轨道、组成、特点三、无砟轨道的结构与形式a.德国的无砟轨道结构德国的无砟轨道结构型式很多，大约有99种。主要有两大类：①.整体结构—现浇混凝土型—预制板型②.轨枕支承式结构三、无砟轨道的结构与形式b.Rheda2000型无砟轨道Rheda经典型Rheda—BerlinHSTV1型Rheda—BerlinHSTV2型Rheda-BerlinHSTV3型Rheda2000型Rheda2000无砟轨道系统组成：钢轨、高弹性扣件、改进的带有桁架钢筋的双块式轨枕、现浇混凝土板、下部支承体系。三、无砟轨道的结构与形式Rheda-2000型（施工机械）施工中的Rheda2000轨道三、无砟轨道的结构与形式c.Züblin型无砟轨道德国无砟轨道之二：Züblin（旭普林）型无砟轨道于1974年开发。与Rheda2000型无砟轨道结构形式基本相同，主要差异是在施工方式上。Züblin的施工方式是在现场混凝土道床板浇筑以后，通过振动方式将轨枕“振入”到新鲜的混凝土中，使轨枕和道床板成为一个整体结构。此时的混凝土必须具有一定的密度，以确保只能将轨枕“振入”其中，而不允许轨枕靠重力“沉入”其中。研发初衷：寻求一种高度机械化的施工方法，以解决Rheda型轨枕埋入式无砟轨道传统手工施工带来的进度慢、成本高的问题。三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式d.Bögl型无砟轨道德国无砟轨道之三：Bögl型无砟轨道系统Bögl（博格）板式无砟轨道系统的前身是1977年铺设在德国卡尔斯费尔德－达豪的一种预制板式无砟轨道。2006年5月，投入运营的纽伦堡－英格施塔特线铺设了35公里（双线）的Bögl轨道，设计速度330km/h。Bögl板式轨道吸收了日本板式轨道使用的预制轨道板，制作和施工方便快捷的优点；同时吸收了轨枕埋入式轨道结构整体性好的优点，改善了单块轨道板板端翘曲的问题。与日本板式轨道不同，Bögl板式轨道中的沥青-水泥-砂浆调整层为半刚性材料。日本板式轨道中的CA砂浆可视为弹性材料。Bögl板式轨道特点三、无砟轨道的结构与形式纵向连接锚固钢筋预设断裂位置轨道扣件调高螺杆灌浆孔三、无砟轨道的结构与形式用张拉锁件对预制板进行相互连接三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式(3)Bögl板式轨道在我国的应用Bögl板式轨道主要运营经验以路基上使用为主。京津城际桥上连续轨道系统技术方案是由博格轨道结构优化设计而来。轨道系统组成：60kg/m钢轨；Vossloh300-1型弹性扣件；预制轨道板；砂浆调整层；连续底座板；滑动层；侧向挡块；梁缝处设置硬泡沫塑料板；台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板。京津城际桥上纵连板轨道方案三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式京津纵连板结构组成三、无砟轨道的结构与形式最大特点：轨道板和底座板连续，梁缝处不间断三、无砟轨道的结构与形式两布一膜滑动层：隔离桥梁纵向变形对轨道系统的影响三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式三、无砟轨道的结构与形式梁逢处设置硬泡沫塑料板三、无砟轨道的结构与形式2.城市轨道交通中的无砟轨道结构a.常见的几种形式介绍b.整体道床无砟轨道c.城市轨道交通中的无砟轨道排水d.桥上短枕承台式无砟轨道e.弹性支撑块式整体道床无砟轨道f.梯形轨枕无砟轨道g.钢弹簧浮置板三、无砟轨道的结构与形式a.常见的几种形式城市轨道交通中常见无砟轨道结构形式包括：整体道床式轨道、弹性支撑块式轨道、梯形轨枕、钢弹簧浮置板轨道等。其中后几种主要用于减振降噪要求较高的地段。整体道床具有设计、施工技术成熟，结构简单，造价较低，现场施工作业灵活等特点，在地