城市轨道交通轨道结构

城市轨道轨道结构城市轨道交通概论第五章一、轨道组成概述二、钢轨三、轨枕四、联结零件五、轨下基础六、线路防爬及曲线加强七、轨道结构的合理配套轨道（图）是由钢轨（图）、轨枕（图）、道床、道岔（图）、联结零件（图）及防爬设备（图）组成。一、轨道组成概述1概念及作用1）组成2）作用引导机车车辆运行，直接承受由车轮传来的荷载，并把它传布给路基或桥隧建筑物。2组成及作用1）钢轨引导机车车辆前进，承受并传递车轮压力，兼做轨道电路（电气化铁路或自动闭赛区间）。2）轨枕轨枕承受钢轨的压力并传布于道床，有效地保持轨道的几何形位。3）联结零件有效地保证钢轨与钢轨、钢轨与轨枕间的可靠联结，尽可能保持钢轨的连续性与整体性。阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常，并在机车车辆的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能，延缓线路残余变形的积累。4）防爬设备有效地防止钢轨与轨枕之间发生纵向的相对移动，防止钢轨爬行。5）道床轨枕基础，增加轨道的弹性和纵横向移动的阻力，并便于排水和校正轨道的平面和纵断面。6）道岔使机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道。1类型钢轨类型以每米大致质量kg数表示。我国主要有75、60、50、43、38kg/m共五种。应与正线轨道类型相区别，正线轨道类型有：特重型、重型、次重型、中型、轻型共五种。二、钢轨（图）钢轨断面①轨头宜肥而大，应具有和车轮踏面相适应的外形。②轨腰应有足够的厚度和高度。③轨底应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。④轨身高与轨底宽之间应有适当的比例，轨高与轨底宽之比一般为1.15～1.20。2断面设计原则有Fe、C、Mn、Si、P、S等元素。3材质及机械性能1）钢轨钢的化学成分主要取决于钢轨的化学性能、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。2）机械性能①重型化随着高速、重载运输的要求，钢轨正向重型化发展，目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m，线路上逐步铺设75kg/m钢轨。3）钢轨的发展趋势②强韧化在轮载和温度力的作用下，钢轨产生复杂的变形：压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等。为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨必须保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性能。③纯净化（材质）淬火轨对材质纯净度的要求比普通钢轨更高，如果不提高钢轨的纯净度，钢轨重型化及强韧化的优势也不能更好地发挥，因此材质纯净化是重型化和强韧化的基础。例如钢轨中非金属夹杂、钢轨金属薄弱区的存在等，都是钢轨产生疲劳伤损的根源，以这些疲劳源为中心形成核伤，对行车安全构成威胁。钢轨重型化、强韧化和纯净化应当有机地统一，才能获得最佳综合技术经济效益。①标准轨长度：12.5ｍ、25ｍ和新近出厂的50m钢轨。②缩短轨对应于12.5ｍ标准轨：12.46m、12.42m、12.38ｍ。对应于25ｍ标准轨：24.96m、24.92m、24.84ｍ。4钢轨长度、接头及轨缝1）钢轨长度①预留轨缝：铺轨施工时预留的轨缝称为预留轨缝。构造轨缝：指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。001()2zgaLttaα②预留轨缝的计算2）轨缝普通线路预留轨缝计算公式限制钢轨伸缩量—接头阻力和基础阻力—　　　（℃）α允许铺轨年轨温差　　CLCaTg212.5m钢轨在任何地区都能铺设，25m长钢轨的允许铺设地区应满足(冬天螺栓不受剪，夏天轨缝不顶严)3）允许铺轨温度范围对于60kg/m钢轨以下的25m长的普通线路，ag=18mm，应当在（tZ－30℃）～（tZ＋30℃）范围内铺设或调整轨缝。22goszgoxzattLattL允许铺轨轨温上限α允许铺轨轨温下限α对于25m钢轨，[ΔT]＝101.7℃。允许铺轨上下限：1）钢轨磨耗种类①侧面磨耗钢轨超常的侧面磨耗遍及全路各主要干线。京沪线泰安段，京广线广水段、韶关段，陇海线三门峡段等，铺设在曲线上股的新轨少则10个月，多则15～21个月，就因磨耗超限而被迫更换，其它干线上钢轨侧磨的现象也很，特别是运煤干线，磨耗速率更大。不少工务段迫于维修轨不足，往往采取调边使用的措施以解燃煤之急。5钢轨磨耗与伤损减少侧磨的途径：i)采用耐磨轨，如高硅轨，淬火轨等。ii)加强曲线养护，设置合理超高、轨距，保持良好的轨底坡和方向，增加线路的弹性。减少15％的曲线超高量、轨距减少2mm、把曲线里股轨底坡调成1/20，外轨仍保持1/40等调整线路参数措施都可减缓曲线钢轨磨耗。但这些措施须与保持曲线圆顺和加强轨道维修配合进行，方能起到应有的作用。iii)曲线涂油。包括车上涂油和地面涂油两种。a轮轨适量润滑对减轻磨耗有明显效果，但轮轨润滑并不是万能的。它的效果只能通过采用优质钢轨才能充分发挥，即使在轮轨极好的润滑条件下，普通碳素轨也难以得到令人满意的效果，我国多年来坚持钢轨涂油工作但效果并不明显就充分说明了这一点。b轮轨具有一定的磨耗速率是正常现象，否则钢轨的疲劳伤损将成为突出矛盾。据日本铁路的研究，钢轨涂油后接触疲劳伤损剧增，容易发生钢轨剥离。应有控制地进行轮对润滑，即35d进行一次轮对润滑，然后15d不润滑，使钢轨磨耗量保持在1.5mm/亿t通过总重的水平。试验表明：②波浪形磨耗（实质上是波浪压溃）3080mmmmm波长～:发生在大半径曲线或直线上波形磨耗波长80～600:最长达2，多发生在曲线上，在以货运为主的线路上，以波浪形磨耗为主。在主要运煤干线，波浪磨耗成为钢轨使用寿命的控制因素。以石太线为例，R≤300m的曲线上股钢轨，只铺用10～12个月就因波磨而报废。一般是正常的。随着总重的增加而增大，在曲线上由于超高设置不当而引起。③垂直磨耗第一阶段：钢轨踏面外形的变化第二阶段：轨头表面金属的破坏第一阶段：轨头接触疲劳的形成2）钢轨接触疲劳伤损的形成过程轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全。形成的内因：钢轨内部材质的缺陷。形成的外因：外部荷载的作用。3）轨头核伤1）提高钢轨材质，防止出现气孔及夹碴等不良现象。钢轨只有向重型化、强韧化、纯净化发展，才是解决钢轨伤损问题的根本途径。2)改善线路质量，提高弹性，减少动力冲击。4）减缓伤损措施轨枕可以按以下方法进行分类：1）按使用目的划分：普通轨枕、岔枕、桥枕2）按材料划分：木枕、混凝土枕、混凝土宽枕3）按构造及铺设方法：横向轨枕、纵向轨枕、短枕三、轨枕（图）1类型1）优缺点优点富于弹性，便于加工、运输和维修，电绝缘性能好，与道碴间摩擦系数大。缺点木材缺乏，价格贵，易腐朽，寿命短，不同种类轨枕弹性可能不一致。2木枕普通木枕标准长度2.5m。木岔枕2.6～4.85m，级差0.15m2）长度①防腐处理（防腐油与煤焦油混合的油剂，即混合油），防裂，防水。②在木枕上铺设垫板，并预钻道钉孔。③严格控制木枕的含水量。④出现裂缝后立即采取补救措施。3）延长木枕使用寿命的措施1）类型按使用部位：普通混凝土枕、混凝土岔枕、混凝土桥枕按结构型式：整体式、组合式、半枕按配筋方式：普通钢筋混凝土枕、预应力混凝土枕2）尺寸长度：2.3～2.7ｍ之间，Ｉ、Ⅱ型枕均采用2.5m。3混凝土枕主要优点：①纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性，可以满足铁路高速度、大运量小要求；②铺设高弹性垫层可以保证有比较均匀的弹性；③使用寿命长，可以降低铁路轨道每年的修理费用。4我国混凝土枕现状轨枕尺寸1）Ⅰ型轨枕（还有相当比例）缺点：使用条件与承载能力不相匹配、结构薄弱、养护维修不便。Ⅱ型混凝土枕的承载能力是按韶山型机车、轴重25t、最高速度120km/h、铺设密度1840根/km设计的。包括1984年以后设计鉴定的S-2型（1998年3月1日停产）、J-2型、YII-F型、TKG-II型等，从1985年后开始大量铺设于各型轨道。①采用疲劳可靠性进行设计。②难以适应重型和特重型轨道的承载条件。③为我国目前的主型轨枕，基本适用于次重型、重型轨道。2）Ⅱ型轨枕与新Ⅱ型轨枕（较前者有所改进，质量大22kg）YII轨枕螺旋道钉孔螺旋道钉类型：分为无挡肩、有挡肩两种。较II型轨枕加宽了枕底宽度，支承面积增加17％，端部面积增加20％，对于提高道床的纵横向阻力和轨道稳定性十分有利。若以支承面积计，1600根III型轨枕的底面积约与1840根II型枕相当。因此，加长和加宽的III型轨枕可以减少每千米的轨枕配置根数。3）Ⅲ型轨枕（设计中采用III级荷载）主要特点：①结构合理，强化了轨道结构。②轨下和中间截面的设计承载能力较高。③采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定。5.1混凝土宽枕1）优点①使道床的应力大为减少。(支承面积比普通枕增加一倍)②轨道结构得到加强。③有利于铺设无缝线路。（重量大，阻力大）④延长道床的清筛周期。（封闭）⑤维修养护工作量少，适合于繁忙干线和车站。⑥宽轨枕轨道整洁美观。5特种混凝土枕混凝土宽枕尺寸宽轨枕铺设2）类型主要有弦76、筋76、弦82、筋821）优点提高了道岔的稳定性，轨距、水平、方向等几何尺寸容易保持，并消除了导曲线反超高及道岔爬行等病害，减少维修工作量约1/3。目前，全路铺设岔枕10000组，对强化道岔的结构，保证行车安全起到了积极的作用。5.2混凝土岔枕2）问题混凝土岔枕比混凝土枕受力更复杂，在辙叉等特殊部位由于承受冲击力大，更容易发生裂纹；岔枕螺栓的固定方式是预埋尼龙套管，螺栓拧在套管中，在列车振动作用下容易松动，特别是尼龙套管容易积水，使螺栓锈蚀；扣件零配件型号繁多，通用性差。在管理工作中，混凝土岔枕的供应是成组发运，以50kg/m钢轨12号单开道岔为例，每组岔枕共有26种长度、81种规格的有挡肩岔枕92根，当个别岔枕损坏后，很难配备更换，另外，随着运量的增加，轨型发生变化，而由于不同轨型的混凝土岔枕不能通用，致使混凝土岔枕大量拆除下道，不能充分发挥混凝土岔枕使用寿命长的作用。它就是在混凝土枕的混凝土中掺入一定量的钢纤维，以提高轨枕的抗冲击韧性和抗裂、抗拉、抗剪、抗弯、抗疲劳强度。其研制工作是铁科院铁建所和太原轨枕厂承担的，经过设计、试验、试制和试铺，取得了比较满意的结果。5.3钢纤维混凝土枕5.4混凝土桥枕混凝土桥枕枕中部分应保持浮碴，既不能掏空，也不能进行捣固。1）每公里轨枕数（级差80根/km）木枕线路：1440～1920根/公里混凝土枕线路：1440～1840根/公里6轨枕间距32nbcLa2)3(222ancLbncLacab　　　　　于是有　　　　　代入上式：设式中L——标准轨长，并考虑轨缝8mm；n——一节钢轨下轨枕的根数，由每公里铺设的轨枕数换算过来；a——中间轨枕间距；b——过渡轨枕间距；c——接头轨枕间距。①Ｃ固定：50kg/m及以上钢轨，木枕取440mm、混凝土枕取540mm。2）轨枕布置（确定a、b、c）②计算a：注意：b应取最终计算值，假设值b=(a+c)/2不可使用。以上的计算结果不一定能够满足使用要求，还需要对a、b、c的取值进行如下判断。i)abc(首先尽量满足)（有时可能满足不了）。ii)a宜取５mm整倍数。3）计算结果要求4）实例某普通线路采用50kg/m钢轨L=10.5m，轨缝取8mm，每公里铺设PC枕1680根，求其轨枕布置的中间间距a，及过渡间距b（接头间距c=540mm）。168010.50817.6410001000NLn25.58921854021050822ncLa解：，取18根。中间轨枕间距：，取590mm。计算轨枕根数：过渡轨枕间距：(3)210508540(183)5902559mmLcnab，故可取cba590mm559mm540mmabc满足1钢轨接头联结形式1）按左右股钢轨接头位置划分相对式(对接)、相互式(错接)我国采用相对式。2）按钢轨接头与轨枕相对位置划分悬接式、单枕承垫式、双枕承垫式我国采用悬接式。3）按接头用途及工作性能划分普通接头、导电接头、异形接头、绝缘接头、尖轨接头、冻