作者：邓昌大 秦立朝
出版社：中国铁道出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
高速铁路无砟轨道试读：
前言
根据中国铁路中长期发展规划，全国新建高速铁路将在2020年超过2.0万km，同时武广高铁的开通，沪杭、宜万、包西、京沪等高铁陆续建设，将使中国高速铁路形成功能强大的铁路网。为了保证高速铁路能够高速、高效、安全、准时和舒适平稳地运行，必须要培养出一批掌握高速铁路建设、营运与维护等专业知识的工程技术人员。
根据形势需要，湖南高速铁路职业技术学院从2005年开始编写了高速铁路相关培训教材并对在职技术人员进行培训，在广泛收集国内外有关高速铁路技术资料和充分调研的基础上，结合高职学院教学特点，组织编写了高速铁路各专业系列教材，《高速铁路无砟轨道》正是其中的一本。《高速铁路无砟轨道》教材是根据目前高速铁路发展状况和学生的培养目标编写的，在确保基本理论和基本知识的前提下，更加注重现场的实用性、适应性和先进性。本书在对建成和在建高速铁路的研究基础上，介绍了高速铁路无砟轨道结构，对无砟轨道的施工及养护作了重点阐述。本书配有大量的图表，直观易学。
本书由湖南高速铁路职业技术学院邓昌大、秦立朝主编，秦立朝编写第1章和第3章，邓昌大编写第2章。全书由邓昌大统稿，广州铁路集团公司工务处薛双纲主审。
本书在编写过程中得到了高速铁路施工和养护企业的大力帮助，参考了大量的文件和资料。由于参考的文献和资料较多，只能就主要的文献列于书后。在此谨向所有参考过的文献、资料的作者们表示衷心的感谢。
本书可作为高职高专高速铁路工程技术、铁道工程技术、城市轨道工程技术专业教学用书，也可作为从事相关行业有关工程技术人员及管理人员参考用书。
本书涉及的内容为高速铁路无砟轨道的新技术，各方面的技术都处在不断发展之中，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正，以不断提高教材质量。
编 者2011年10月1无砟轨道结构1.1无砟轨道概述
从20世纪60年代开始，无砟轨道结构在世界各地得到发展并被广泛应用。经过40多年的发展，无砟轨道经历数量上由少到多，技术上有浅到深，类型上由单一到多种，铺设范围上由个别地段到全线铺设的发展历程。目前高速铁路比较发达的国家大都采用无砟轨道作为主要轨道的结构形式，具有代表性的有德国的Rheda、Zub-lin、Bogl；日本的板式轨道；中国的CRTS（China Railway Track System）Ⅰ、Ⅱ型板式轨道、Ⅲ型轨道及CRTSⅠ、Ⅱ型双块式轨道等。此外，意大利、法国、奥地利、荷兰、瑞士等国均根据自己国家的铁路特点选择无砟轨道形式，在铁路上有不同程度的应用。
1.1.1 国外无砟轨道发展
为适应列车高速运行需要、提高线路稳定性和耐久性、减少线路维修工作量，世界各国研究开发了多种结构形式的无砟轨道。如日本新干线的板式、德国高速铁路的雷达（Rheda）型、英国的PACT型等。
日本是发展无砟轨道较早、较快的国家。早在20世纪60年代的中期，日本就开始了无砟轨道的研究与实验，考虑到预制轨道板精度容易保持、板下可设置用于调整的缓冲垫层以及方便施工与维修，最终选择了板式轨道。板式轨道已成为日本新干线的主要轨道结构形式。此外，日本根据线路的实际运营情况，为了减小因温度差异而引起的轨道板翘曲、减小CA砂浆损坏、降低维修工作量，同时减少轨道板体积和自重及CA砂浆的用量、降低生产成本和运费、获得更好的经济性，又发展了框架型轨道板。为适应东北、上越新干线寒冷气候条件的要求，研制了双向预应力结构的轨道板，以确保预应力作用范围，特别是保证轨道端部的应力水平。
德国也是世界上发展无砟轨道较早的国家之一。德国采用自主研发、统一管理的模式，即由德铁制定统一的基本设计要求，由公司、企业自行研制开发无砟轨道。自1959年开始研究至今，德国先后在土质路基、高架桥上以及隧道内试铺了各种混凝土道床和沥青混凝土道床的无砟轨道。经过不断改进、优化和完善，形成了德国铁路的七大系列四十多种无砟轨道和比较成熟的技术规范和管理体系，研制了成套的施工机械设备和工程质量检测设备，为无砟轨道在德铁的推广应用创造了良好的条件。目前，应用较广的主要结构形式有Rheda、Zublin和Bogl。
英国采用的PACT型无砟轨道为现场灌筑的钢筋混凝土道床板，钢轨直接与道床板连接，轨底与混凝土道床板之间设连续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承，由于承轨部位现浇施工，精度保证比较困难。1969年开始研究和试铺，到1973年正式推广，并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国家重载和高速线的桥隧结构上应用。
奥地利开发的OBB-PORR板式轨道，中间设有两矩形孔，便于充填砂浆和传递水平力。轨道板底部和矩形孔四周设有隔离层。充填砂浆的同时，可在矩形孔处形成一个锥形锚块，抵抗上拔力作用。
法国高速铁路主要采用有砟轨道，运营速度能够达到300km/h以上。但随着运营时间的增长，法国开始认识到无砟轨道的优越性，开始了对无砟轨道的研究与实验。在新建的地中海线，路基上铺设了2km、隧道内铺设了8km的双块式无砟轨道。
1.1.2 我国无砟轨道发展
我国无砟轨道的研究起于20世纪60年代，与国外的研究几乎同步。初期曾试铺过支承块式、短枕式、整体灌筑式及沥青道床等，形成通用图并推广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1km的隧道内铺设，累计达300km。20世纪80年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总长约为10km，但并未大量推广。此外铺设过由沥青灌注的固化道床；在京广线九江长江大桥引桥上还铺设过无砟无枕结构，长度约7km。
进入20世纪90年代以来，为了适应我国铁路提速以及高速铁路发展的需要，我国无砟轨道的研制工作步入了一个新阶段，在秦沈线上铺设板式无砟轨道，在渝怀线上鱼嘴2号隧道和圆梁山隧道内铺设长枕埋入式无砟轨道，在西康线秦岭隧道内铺设弹性支承块式无砟轨道。
为了研发具有自主知识产权的无砟轨道成套技术，积累成段铺设无砟轨道经验，2004年铁道部决定在遂渝线建设无砟轨道试验段，对板式轨道、双块式轨道、纵连式轨道以及岔区长枕埋入式无砟轨道进行了试验研究。此后，在引进消化吸收再创新的基础上，通过京津、武广、郑西、京沪等高速铁路的建设，我国高速铁路无砟轨道进入了快速发展时期。
京津高速铁路是我国第一条时速300～350km的高速铁路，除天津站和中间站到发线采用有砟轨道外，区间正线全部采用CRTSⅡ型无砟轨道，部分道岔区段采用轨枕埋入式和岔区板式无砟轨道。武广高速铁路全长1068.6km，正线无砟轨道955.7km，设计时速350km/h，大规模应用了CRTSⅠ型双块式轨道、CRTSⅠ型板式轨道、岔区板式和轨枕埋入式无砟轨道。武广高速铁路建设中，自主研发了时速350km18号无砟高速道岔，首次铺设了50号大号码板式无砟道岔。郑西高速铁路全长484km，全线铺设CRTSⅡ型双块式无砟轨道。京沪高速铁路全长1318km，是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，全线铺设无砟轨道，采用了CRTSⅠ型、CRTSⅡ型板式无砟轨道技术。
1.1.3 无砟轨道的特点
与有砟轨道相比，无砟轨道具有以下特点：
1.线路平顺性高
有砟轨道采用均一性较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支撑状态相对易于变化，并导致轨道几何形变。无砟轨道的下部结构均为现场工业化浇筑或厂预制件，可以保证其性能有较好的均一性，从而提高轨道的平顺性。
2.轨道稳定性好
无砟轨道结构中，作为无缝线路稳定性计算参数的轨道纵、横向阻力不再依赖于有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更稳定的轨道纵、横向阻力，具有更高的稳定性和更长的使用寿命。
3.线路养护维修工作量显著减少
无砟轨道采用整体式轨下基础，与采用散粒体结构的有砟道床相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化，相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，减少养护维修工作量。
4.耐久性好，服务期长
无砟轨道结构为整体混凝土结构，设计使用寿命为60年，由于该结构使得线路平顺性高，稳定性好，病害少，维修量少，使得其耐久性好，服务期长。
5.自重轻，结构高度低
由于无砟轨道道床板的厚度比有砟轨道道床厚度要小，所以无砟轨道自重轻，结构高度比有砟轨道低，降低跨线处结构设计高程，对于桥上无砟轨道结构可减轻桥梁二期恒载约40％，对于隧道内无砟轨道结构可以降低隧道净空。
6.初期投资相对较大与有砟轨道相比，尽管无砟轨道的结构具有高度低、自重轻、桥隧工程费用降低的特点，但无砟轨道结构本身的工程费用高于有砟轨道，特别是在对振动和噪声等环境要求较高的地段，用于减振降噪措施的费用比有砟轨道要高，总的来说，无砟轨道建设初期投资大于有砟轨道。
7.基础变形下沉修复困难
无砟轨道的永久变形可以通过扣件或CA砂浆进行调整，以恢复其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量非常有限或调整的工作困难，对于无砟轨道的变形，特别是由于线下工程的沉降所引起的轨道永久变形必须做出严格限制，无砟轨道结构属于整体结构，局部损坏对轨道整体影响较大，一旦出现病害修复困难。1.2我国无砟轨道类型
为了提高轨道在高速运行条件下的稳定性和耐久性。实现轨道少维修的目的，就必须考虑改变轨下基础结构形式。国外成功地开发了无砟轨道结构，主要有板式无砟轨道、雷达型无砟轨道、博格板式无砟轨道、旭普林无砟轨道、弹性支承块式无砟轨道等几种形式。我国无砟轨道结构类型主要有CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道和CRTSⅠ型、CRTSⅡ型双块式无砟轨道。无砟轨道类型见图1.1～1.5所示。
图1.1 CRTSⅠ型板式无砟轨道
图1.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道
图1.3 CRTSⅠ型双块式无砟轨道
图1.4 CRTSⅡ型双块式无砟轨道
图1.5 CRTSⅢ型无砟轨道1.3钢轨
钢轨是轨道结构的最重要部件，其主要功能是：直接承受车轮传递来的荷载，并将其传递、分配到轨枕或轨下基础上；引导车轮正常运行；为车轮提供光滑的运行踏面，通过黏着分配牵引力和制动力；传递信号电流。采用无砟轨道结构的高速铁路，为保证列车高速运行的平顺性，线路下部基础、轨道上部结构以及各轨道部件，都要为钢轨的正常工作提供良好条件。而钢轨内在的质量、材质性能、断面公差、平直度等都是钢轨正常使用的必要保证。
1.3.1 高速铁路钢轨特点
随着铁路的发展，列车运行速度和轴重不断增加，钢轨断面形状不断得到改进，尺寸也随之不断增大。为了使钢轨具有足够的刚度，要适当增加钢轨高度，以保证钢轨有较大的水平惯性矩，同时为使钢轨具有足够的稳定性，在设计轨底宽度时应尽量宽一些。为了使刚度和稳定性有最佳的匹配，通常在设计钢轨断面时应控制轨高与轨底之比，高速铁路通常将钢轨断面轨高与底宽之比控制在1.14～1.20（UIC60为1.14，CHN60为1.17）。
目前，国外高速铁路使用的钢轨除日本采用JIS 60kg/m钢轨断面外，法国、德国、西班牙、意大利以及韩国等都采用UIC60kg/m钢轨断面。中国使用CHN 60kg/m钢轨断面，即原有的60kg/m轨头形式，尺寸与UIC60E1钢轨没有实质性差异。钢轨的断面示意如图1.6所示。钢轨各部分的尺寸及特征见表1.1。
钢轨定尺长度不仅反映了一个国家的钢轨生产水平，而且也能反映钢轨使用部门的管理水平。我国钢轨的标准长度有12.5m、25m及100m。钢轨的焊接接头始终是线路上的薄弱环节，接头越少对行车越有利。对高速铁路而言，钢轨定尺长度越长，对确保高平顺性的轨道越有利。所以，高速铁路应采用符合相应技术标准的60kg/m的100m定尺钢轨焊接。
图1.6 钢轨断面示意图（单位：mm）
高速铁路要求钢轨安全使用性能好，几何尺寸精度高、平直度好。为此国外高速铁路较为发达国家均采用强度等级为800～880MPa的碳素热轧钢轨，并采用炉外精炼、真空脱气、大方坯连铸等先进技术进行钢轨的冶炼，我国新建的高速铁路均采用强度等级为880MPa级U71Mn钢轨。
表1.1 CHN60和UIC60钢轨断面尺寸及特性
续上表
1.3.2 高速铁路对钢轨的技术要求
高速铁路行车要求标准更高，其对钢轨的要求也就更高，主要包括钢质洁净、表面无缺陷、轨底残余拉应力低、韧塑性优良、焊接性能优良、平直度高、几何尺寸精度高，同时要求便于生产、质量稳定和可靠性高。
1.钢质洁净
材质内部高洁净，有利于提高其疲劳性能，是高速铁路钢轨的最基本要求。严格控制钢中的有害元素如P、S含量，要求P含量小于0.025％，S含量小于0.025％；严格控制钢中气体含量，氢、氧含量分别要求小于2.5×10 -4 ％和20×1 0-4 ％，钢轨成品氢含量要求小于2.0×1 0-4 ％；要求钢中残留元素Mo＜0.02％，Ni＜0.10％，Cr＜0.15％，Cu＜0.15％，i＜0.025％，Sb＜0.040％，Sn＜0.040％，Cu+10Sn＜0.35％，Cr+Mo+Ni+Cu＜0.35％；为了有效减少钢中的氧化铝夹杂，采用无铝脱氧，要求钢中铝含量≤0.004％。
2.表面无缺陷
钢轨表面无缺陷，不仅对保证钢轨安全使用有益，而且可以减少表面接触疲劳伤损的出现，延长钢轨的使用寿命。在热状态下形成的钢轨刮伤、磨痕、热刮伤、纵裂、氧化皮压入等的最大允许深度：钢轨踏面0.35mm，钢轨其他部位0.5mm。在冷状态下形成的钢轨纵向划痕最大允许深度：钢轨踏面和轨底下表面0.3mm；钢轨其他部位0.5mm。
3.低的轨底残余拉应力
为了保证铁路的行车安全，对轨底残余拉应力作必要的限制是非常必要的，尤其对提速铁路钢轨更为重要。钢轨系列技术条件规定轨底最大纵向残余拉应力应小于等于250MPa。
4.好的韧塑性
韧塑性是高速铁路对钢轨的重要要求之一，钢轨中含碳量较低时，钢轨的韧塑性好，抗断能力强，焊接性能、抗擦伤性能以及抗打磨性能均较好。
5.高的几何尺寸精度和平直度
钢轨的几何尺寸精度高、平直度高是提速线路实现平顺运行的重要保证。高速铁路钢轨的几何尺寸公差以及钢轨端头和本体的平直度、扭曲等均要达到表1.2、表1.3的要求。
表1.2 钢轨尺寸允许偏差对比 （单位：mm）
表1.3 钢轨平直度要求 （单位：mm）1.4扣件
扣件是固定钢轨位置、保证钢轨稳定的主要设备，扣件系统是客运专线轨道结构成功铺设的关键技术之一，在无砟轨道结构中，扣件几乎是轨道弹性和调整能力的唯一提供者，其结构形式和性能直接关系到无砟轨道结构运用的成败。各国铁路针对具体的运营条件与线路条件，采用不同的扣件形式。我国铁路扣件系统的工程实践也有四十多年的历史，也采用过多种扣件形式。
1.4.1 国外无砟轨道扣件
1.日本无砟轨道扣件
日本是最早将高速铁路付诸实际运营的国家。日本研制了多种用于板式轨道的钢轨扣件：直结4型、直结5型、直结7型和直结8K型。（1）直结4型扣件
直结4型扣件为不带铁垫板的弹性不分开式扣件，适用于有挡肩轨下基础结构，采用弹片扣压件扣压钢轨，扣压件由螺栓紧固，钢轨轨底与基础间设置上表面粘贴不锈钢板的橡胶垫板以降低钢轨与胶垫的摩擦系数，钢轨高低位置调整量为10mm，通过胶垫下的可调衬垫进行无级调整，通过移动楔形座实现钢轨左右位置调整，单股钢轨左右位置的调整量为±3mm，轨距调整量为±6mm，轨下胶垫的静刚度为60kN/mm。直结4型扣件如图1.7所示。
图1.7 直结4型扣件（2）直结5型扣件
直结5型扣件为带铁垫板的弹性分开式扣件，其构造特点是铁垫板开设长圆状螺栓孔，以挪动铁垫板来调整钢轨的左右位置，即调整轨距和方向，轨距调整量为：±10mm。轨道板中预先埋设用于卡固T形螺栓的固定铁件和绝缘套管，用于紧固铁垫板的T型螺栓紧固力达60～80kN，靠摩擦力承受横向力。钢轨上下位置通过轨下胶垫下的可调衬垫可调整10mm，另外在铁垫板下垫入调高垫板可调整30mm，总调整量为40mm。由于相当多的板式轨道铺设在高架桥上，为减小无缝线路与桥梁的相互作用力，要求减小扣件阻力。该扣件设计初始扣压力较小，仅为3kN，同时在胶垫上表面粘贴1.5mm厚的不锈钢板，以降低钢轨与胶垫的摩擦系数。轨下胶垫静刚度同直结4型扣件，为60kN/mm。日本直结5型扣件如图1.8所示。
图1.8 日本直结5型扣件（3）直结8K型扣件
直结8K型扣件（图1.9）为最新研制的扣件，是直结8型扣件的改进型，同样为带铁垫板的弹性分开式扣件。其与直结8型扣件的差异是用锚固螺栓与预埋于轨道板的塑料套管配合紧固铁垫板，替代了原来的T形锚固螺栓（固定铁件和套管）。用这种方法紧固铁垫板更加牢靠。此外可调衬垫设在铁垫板下而不是在胶垫下，调整量仍为30mm。与直结5型扣件相比，扣压钢轨的弹片作了重大改进，在同样扣压力的情况下，大大增加了弹片扣压钢轨端的弹程。该扣件沿用直结5型扣件的构造特点，铁垫板仍开设长圆状螺栓孔，以挪动铁垫板来调整钢轨的左右位置，轨距调整量为：±10mm。
图1.9 直结8K型扣件
2.德国VOSSLOH无砟轨道扣件
德国VOSSLOH公司开发了多种用于无砟轨道的扣件系统，目前使用的主要有四种形式，即VOSSLOH 336型扣件、VOSSLOH 300型扣件、DFF 300型扣件，300型扣件适用于有挡肩轨下基础，其他类型的扣件适用于无挡肩轨下基础。（1）VOSSLOH 336型扣件
VOSSLOH 336型扣件结构属带铁垫板的弹性分开式扣件。扣压件采用圆形截面的SKL12弹条扣压钢轨，铁垫板上设有T形螺栓座，通过拧紧T形螺栓螺母紧固弹条。钢轨轨底与铁垫板间及铁垫板与基础间均设置弹性垫板，轨下垫板刚度很大，系统弹性主要由铁垫板下的弹性垫层提供。紧固铁垫板的螺栓采用黏结剂固定在基础的孔中。铁垫板螺栓孔与螺栓间设有绝缘缓冲套，通过高弹性弹簧垫圈紧固铁垫板，以延缓螺栓的松弛。这种扣件适用于混凝土和钢结构的无砟轨道，采用高弹性的铁垫板下弹性垫层可有效地减少振动。VOSSLOH 336型扣件如图1.10所示。
图1.10 VOSSLOH 336型扣件（2）VOSSLOH（福斯罗）300型扣件
VOSSLOH 300型扣件主要应用于高速铁路的无砟轨道。扣件系统由弹条、轨距挡板、螺纹道钉、轨下弹性垫板、铁垫板、铁垫板下弹性垫板及预埋于混凝土轨枕中的塑料套管组成，如图1.11所示。该系统的主要结构特征及设计参数：①结构为带铁垫板的弹性不分开式扣件。②混凝土轨枕设混凝土挡肩，以承受钢轨传来的横向荷载。③轨距挡板用于保持轨距，更换不同号码的轨距挡板可实现钢轨左右位置即轨距调整，单股钢轨左右位置调整量±8mm，轨距调整量±16mm，为有级调整。④扣压件采用Skl15型弹条，单个弹条设计扣压力9kN，弹程15mm，桥上为满足铺设无缝线路的需要，采用特殊的小扣压力Skl15B型弹条（扣压力5～7kN），可提供单股钢轨大约7kN的防爬阻力。⑤扣件系统钢轨高低调整量30mm（-4～+26mm），通过更换不同厚度轨下垫板实现-4～+6mm的调整量，通过在混凝土轨枕承轨槽内垫入大厚度的调高垫板实现更大的调整量。特殊情况下采用在混凝土轨枕承轨槽内垫入大厚度的钢垫板可实现-4～+56mm的调整量。⑥系统绝缘靠具有绝缘性能的轨下弹性垫板、轨距挡板和塑料套管部件实现。⑦钢轨与铁垫板和铁垫板与混凝土轨枕间均设置弹性垫层，轨下垫板刚度很大，基本不提供弹性，主要起缓冲作用，弹性主要由铁垫板下的弹性垫层提供，垫板静刚度为20～25kN/mm。
图1.11 VOSSLOH 300型扣件
图1.12 VOSSLOHDFF300型扣件（3）VOSSLOHDFF300型扣件
为在无砟无枕混凝土桥梁上使用VOSSLOH 300型扣件，VOSSLOH公司开发了DFF 300型扣件，该扣件也用于无砟轨道地段的紧急补修。如图1.12所示，其结构是在300型扣件基础上改进的，其上部结构与300型扣件相同，下部设有类似混凝土枕挡肩的铁垫板并设置板下缓冲垫板，铁垫板由螺纹道钉与预埋于混凝土基础中的塑料套管配合紧固。铁垫板上设置为螺栓孔，移动铁垫板可增大钢轨左右位置的调整量，总轨距调整量可达46mm。另外铁垫板下可垫入塑料垫板提高钢轨高低位置调整能力，总调高量可达60mm。DFF 300扣件的其他设计参数和性能与300型扣件基本相同。DFF 300型扣件也同样可安装SKL15B型小阻力弹条，以满足桥上铺设无缝线路的要求。
当进行修补或者复原时，把DFF 300扣件放置于两个失效或者损坏的承轨台之间，代替原来扣件起作用。
3.英国PANDROL扣件（1）σ型PANDROL扣件
σ型PANDROL扣件是一种无螺栓、无挡肩、零部件少，并能快捷紧固钢轨的弹条扣件系统，如图1.13所示。这种扣件系统是用铸造挡肩承受横向推力并保持轨距，以线性弹条作为扣压件把钢轨扣着在轨下支承体上，以尼龙块作为绝缘部件。通过对固定弹条的预埋铸造挡肩的形状和位置的改变，基本上可适用于各种轨道结构。平时保持有一定的扣压力，即使松弛也无需紧固作业，可以节省养护维修工作量，但无法调整钢轨扣压力，调整轨距也难，要求有严格的制造公差、组装公差和较高的弹性。
图1.13 σ型PANDROL扣件（2）ω型PANDROL扣件
英国PANDROL公司开发了无砟轨道用FAST弹性分开式扣件系统，如图1.14所示，其铁垫板上部结构采用FAST弹条扣压钢轨，为无螺栓扣压方式，其单个弹条扣压力为12kN。钢轨轨底与铁垫板间及铁垫板与基础间均设置弹性垫板，起双重减振作用，系统刚度可降低，铁垫板也由FAST弹条扣件紧固。该系统优点是无需任何维修，属少维修结构，缺陷是系统不能进行钢轨高低位置的调整。这种扣件在新加坡轻轨交通系统中得到应用。
图1.14 ω型PANDROL FAST无砟轨道扣件
1.4.2 我国无砟轨道扣件
我国从20世纪60年代开始进行无砟轨道的研究，采用过多种扣件形式。目前，我国高速铁路无砟轨道主要采用WJ-7、WJ-8型扣件。
1.WJ-7型扣件
WJ-7型扣件是适用于无挡肩无砟轨道，在总结秦沈高铁铺设WJ-2型扣件的成功实践基础上进行优化设计的，适应无砟轨道的铺设要求，结构如图1.15所示，主要由弹条、绝缘块、铁垫板、T形螺栓、螺母、平垫圈、轨下垫板、绝缘缓冲垫板、锚固螺栓、重型弹簧垫圈、平垫块以及预埋于混凝土枕或轨道板的绝缘套管等部分组成。扣件适用于铺设60kg/m钢轨的无砟轨道，是带铁垫板的有螺栓无挡肩弹性分开式扣件，铁垫板上设置1∶40轨底坡，设有T形螺栓插入座和钢轨挡肩，通过拧紧T形螺栓螺母紧固弹条。铁垫板上钢轨挡肩与钢轨间设有绝缘块，可有效地提高扣件系统的绝缘性能。铁垫板与钢轨轨底间设减震垫层，实现系统弹性。钢轨左右位置调整通过移动带有长圆孔的铁垫板来实现，为连续无级调整，单股钢轨左右位置调整量为-6～+6mm，轨距调整量-12～+12mm。钢轨高低位置调整量大，在轨下垫板下垫入充填式垫板可实现高低的无级调整，调整量达30mm。
图1.15 WJ-7型扣件结构组合
2.WJ-8型扣件
WJ-8型扣件是为适应有挡肩无砟轨道，满足高速铁路扣件系统的技术要求而研发的一种无砟轨道扣件系统，结构如图1.16所示，扣件系统由螺旋道钉、平垫圈、弹条、绝缘块、轨距挡板、轨下垫板、铁垫板、铁垫板下弹性垫板和定位于混凝土枕或轨道板的绝缘套管等部分组成。扣件适用于铺设60kg/m钢轨的无砟轨道，扣件系统为带铁垫板的有螺栓有挡肩弹性不分开式扣件，铁垫板上设置1∶40轨底坡，混凝土轨枕或轨道板承轨槽设混凝土挡肩。铁垫板上设挡肩，挡肩与钢轨之间设置工程塑料制成的绝缘块，不仅可以缓冲冲击，还可提高扣件的绝缘性能。铁垫板与混凝土挡肩间设置工程塑料制成的轨距挡板，用以保持和调整轨距，同时起到绝缘作用，单股钢轨左右位置调整量为-5～+5mm，轨距调整量-10～+10mm。铁垫板下设用于保持弹性的弹性垫层和用于调整钢轨高低的调高垫板，钢轨高低位置调整量达30mm。
图1.16 WJ-8型扣件结构组合
1.4.3 高速无砟轨道扣件系统技术要求
由于高速无砟轨道列车运行速度高、密度大，对扣件系统有更高的技术要求。其应具有以下主要性能。
1.保持轨距能力
扣件系统应保持由钢轨和混凝土轨枕（或混凝土轨道板）组成的轨道框架几何特征稳定，即保持轨距和防止轨距扩大，同时增强轨道框架的弯曲和扭转刚度，以保证轨道框架的稳定性。
2.防爬阻力
扣件系统应防止钢轨相对于轨枕的纵向位移，即防止钢轨爬行，这就需要扣压件有足够的扣压力并且控制扣压力衰减。
桥上轨道结构的设计必须要考虑桥上无缝线路由于温度变化或列车荷载等作用下梁轨间发生相对位移而产生的相互作用力，而梁轨间相互作用力的大小与线路纵向阻力值密切相关，线路纵向阻力如果太大，将会相应增加线路传递到桥梁墩台的纵向力和钢轨本身的应力；如果太小，可能导致钢轨爬行或在冬季发生断轨时断缝过大而影响行车安全。因而桥上扣件系统设计还应考虑这些影响，扣件阻力应满足无缝线路的铺设要求。扣件纵向阻力的大小与扣压件扣压力、轨底与轨下垫层的摩擦系数密切相关。同时为保证扣件受力均匀，桥上扣件的布置不应采用松紧相间的形式，而应根据桥上无缝线路设计要求的线路纵向阻力，调整扣件的扣压力值，以保证在全桥一定范围内扣件螺栓松紧程度一致。另外扣件系统防爬阻力还应满足板式无砟轨道凸形挡台的受力要求。
3.零部件和维修工作量
客运专线轨道维修只能在很短的封锁点内进行，因而要求扣件系统零部件少和养护维修工作量少。这就要求扣件各部件有足够的强度，在期望的使用寿命周期内扣件各部件不产生疲劳伤损和显著的残余变形；同时要求扣件有更好的性能，当扣压件和轨下弹性垫层产生磨耗和残余变形时，扣件阻力减小不会太大，扣件螺栓无需经常进行复拧。
4.平顺性
扣件系统应保证钢轨具有更好的平顺性。良好的平顺性可以降低由于轨道不平顺引起的激振，减小列车通过时的振动，从而提高乘客舒适度。这就要求扣件系统能精细调整钢轨的高低和左右位置。
5.减振性能
轨道的动力效应与行车速度有直接的关系，高速列车通过时，轨道动力效应将急剧增大。因而要求扣件系统有良好的减振性能，即要求采用弹性更好的缓冲垫板。不少国家高速铁路用扣件系统基本与普通线路用扣件系统相同，但毫无例外都采用了高弹性的减振垫层。
与有砟轨道相比，无砟轨道结构由于取消了提供线路弹性的道砟层，从而要求具有比有砟轨道更好的弹性，以最大限度地降低轨道的振动，减缓轮轨间的冲击。对于高速铁路无砟轨道来说，要求扣件系统各节点刚度一致，以减小动力不平顺。
6.绝缘性能
为保证行车绝对安全，要求扣件系统有良好的绝缘性能，保证轨道电路的正常工作，满足信号系统要求。
7.钢轨高低与左右位置调整能力
由于无砟轨道结构中的扣件系统直接将钢轨与混凝土道床连接在一起，受施工误差和混凝土基础变化等因素的影响，钢轨高低和轨向的变化不能像有砟轨道那样进行起道和拨道作业，只能通过扣件进行调整，因此，无砟轨道结构要求其所用扣件系统具有一定的调高和调整轨向（即钢轨左右位置）的能力。对于桥上无砟轨道来说，受梁体收缩徐变、上拱，墩台沉降等因素的影响，钢轨高低的变化更大，因此要求其所用扣件系统具有更大的钢轨高低调整能力。复习思考题
1.我国无砟轨道的类型有哪些？
2.无砟轨道具有哪些特点？
3.高速铁路钢轨有哪些具体要求？
4.简述我国高速铁路无砟轨道WJ-7型扣件特点。
5.简述我国高速铁路无砟轨道WJ-8型扣件特点。
6.简述高速铁路无砟轨道扣件系统技术性能。2无砟轨道施工2.1CRTSⅠ型板式无砟轨道施工
2.1.1 CRTSⅠ型板式无砟轨道道床结构组成及特点
CRTSⅠ型板式无砟轨道是将预制轨道板通过水泥沥青砂浆充填层，铺设在现场浇注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形式。
1.结构组成
CRTSⅠ型板式无砟轨道由钢轨、扣件系统、充填式垫板、轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、混凝土底座、凸形挡台及周围填充树脂等组成。其中，扣件采用无挡肩弹性分开式扣件，扣件节点间距一般为629mm，不宜大于650mm，特殊情况下间距大于650mm时应进行特殊检算。板式无砟轨道分为平板型无砟轨道和框架板式无砟轨道，CRTSⅠ型板式无砟轨道结构示意图如图2.1所示。
图2.1 CRTSⅠ板式无砟轨道结构示意图
2.结构特点
轨道板采用工厂化生产，并提前预制存储。在线下基础沉降稳定后，进行底座混凝土及凸形挡台的灌筑，利用运板车及龙门吊将轨道板运输并铺设至线路上，再对轨道板进行精确调整后灌注CA砂浆，铺设无缝线路。
CRTSⅠ型板式无砟轨道具有以下技术特点：（1）具有良好的施工性能。轨道板采用工厂高精度批量生产，现场组装铺设，施工简便快速，可最大限度地减少现场工作量，提高机械化作业水平，加快施工进度。（2）铺设精度易控制。将预制好的轨道板直接“放置”在混凝土底座上，通过轨道板与底座之间充填水泥乳化沥青砂浆调整轨道板，确保铺设精度。轨道几何形位不仅可以通过扣件进行调整，也可以通过调整水泥沥青砂浆和凸形挡台树脂厚度适应线下基础垂向和横向变形，可调整性强。（3）具有良好的可修复性。采用单元板式结构，在轨道板发生损坏或线下基础发生变形时，可通过更换轨道板及重新灌注砂浆来进行快速修复，对线路运营的干扰相对较小。（4）具有较好的弹性，同时具有良好的减振降噪能力和抗震性能。（5）轨道板预制必须配备专用制造设备和运输机具，施工中要配备水泥乳化沥青砂浆现场配置、运输和灌注等成套设施，施工机械化程度要求较高，初期投资大。
2.1.2 CRTSⅠ型板式无砟轨道道床主要结构及技术要求
1.轨道板
轨道板有三种形式：预应力混凝土平板（P）、预应力混凝土框架板（PF）和钢筋混凝土框架板（RF），轨道板类型根据环境条件和下部基础合理选用，不同类型轨道板适应范围见表2.1。轨道板的形式尺寸既要考虑轨道受力均匀，又要兼顾轨道板在制造、装载运输及施工时的可操作性。板长主要有4962mm、3685mm、4856mm等，板宽为2400mm，板厚为190mm。路基和隧道区段轨道板的标准长度为4962mm，相邻轨道板的间隙为70mm。
表2.1 不同类型轨道板适应范围
配合设在底座上的圆形或半圆形凸形挡台，轨道板两端设置半圆形缺口，缺口半径为300mm。
图2.2 圆形和半圆形凸形挡台
2.凸形挡台及周围填充树脂
凸形挡台形状分圆形和半圆形，如图2.2所示。半圆形挡台一般设在桥梁的端部或板式轨道的末端。凸形挡台作为板式轨道的一个重要组成部分，按固定于混凝土底座上的悬臂构件设计，其主要功能是限制轨道板的纵、横向位移，同时可为轨道板铺设提供测量基准。作用于凸形挡台上的力包括温度力（长钢轨纵向力、轨道板伸缩产生的纵向力）、轨道抵抗钢轨压屈的横向抗力、制动或牵引力、轮轨横向力等。
凸形挡台半径R=260mm，高度为250mm，按每单元板间隔设置。凸形挡台与轨道板半圆形缺口相匹配，间隙一般为40mm，应充填弹性好、强度高的树脂材料，以缓冲轨道对凸形挡台的作用。
3.水泥乳化沥青砂浆充垫层
水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）主要由水泥、砂、乳化沥青等材料经特殊工艺制配而成，作为板式无砟轨道轨道板和基础之间的充填调整垫层，其主要功能是施工调整、协调板端翘曲变形、阻断底座反射裂纹、缓和轨道振动冲击。水泥乳化沥青砂浆充填层是CRTSⅠ型板式无砟轨道的关键组成部分，其性能的好坏直接影响轨道系统的耐久性和今后的养护维修工作量。CA砂浆具有良好的力学性能、施工性和耐久性，并采用袋装灌注法进行施工。CA砂浆厚度为50mm，对于减振型板式轨道，厚度为40mm，弹性模量为100～300MPa。
4.混凝土底座
混凝土底座是板式轨道的支承基础，通过底座可以修正在无砟轨道施工前下部基础的变形（如桥梁上拱、路基沉降）与施工偏差，实现曲线地段板式轨道的超高设置。底座宽度的设计应在保证结构强度的前提下，考虑板式轨道的施工设备和机具的使用；其厚度和配筋应根据下部基础的支承条件和预测变形（如桥梁的跨中挠度、路基承载力及不均匀沉降等）条件计算确定。混凝土底座分段设置，路基地段2～4块轨道板设置一道底座伸缩缝，桥梁地段每块轨道板设置独立混凝土底座，隧道地段一般2块轨道板设置一道底座伸缩缝，遇隧道沉降缝应设置对应伸缩缝。
底座采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C40。路基直线地段底座宽3000mm，高300mm；桥梁和隧道直线地段底座宽2800mm，高200mm；曲线地段底座内侧厚度不应小于100mm。
曲线超高在底座上设置，超高设置以内轨顶面为基准，采用外轨抬高方式，并在缓和曲线范围内线性过渡。
5.路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道
路基地段底座在基床表层上分段设置，每4块轨道板长度底座设置20mm伸缩缝，伸缩缝对应凸形挡台中心并绕过凸形挡台。线间排水应结合线路纵坡、桥涵等线路条件和环境条件具体设计。采用集水井方式时，集水井设置间隔应根据汇水面积和当地气象条件计算确定。严寒地区线间排水设计应考虑防冻措施。线路两侧及线间路基面应进行防水处理。
路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面如图2.3所示。
图2.3 路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面图（单位：mm）
6.桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道
桥梁地段底座在梁面构筑并分段设置，每块轨道板长度底座设置20mm横向伸缩缝，伸缩缝对应凸形挡台中心并绕过凸形挡台。桥上扣件纵向阻力及梁端扣件结构形式应根据计算确定。
底座范围内梁面不设防水层和保护层，轨道中心线2.8m范围内梁面应进行拉毛处理，梁体用预埋套筒植筋或预埋钢筋的方式与底座连接。桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面如图2.4所示。
7.隧道地段CRTSⅠ型板式无砟轨道
有仰拱隧道内，底座在仰拱回填层上构筑。沿线路纵向，底座每两块轨道板长，对应凸形挡台中心位置，应设置横向伸缩缝。底座在隧道沉降缝位置，应设置伸缩缝。底座宽度范围内，仰拱回填层表面应进行拉毛或凿毛处理。隧道地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面如图2.5、图2.6所示。
图2.4 桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面图（单位：mm）
图2.5 有仰拱隧道地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面图（单位：mm）
图2.6 无仰拱隧道地段CRTSⅠ型板式无砟轨道横断面图（单位：mm）
无仰拱隧道内，底座与隧道底板应合并设置并连续铺设。当位于曲线地段时，超高一般在底座面上设置。
距隧道洞口100m范围，仰拱回填层应设置钢筋与底座连接。
8.过渡段设计
在路桥、路隧等线下基础过渡处应设置无砟轨道过渡段，宜在桥台处设置搭板结构，保持轨道结构的连续性。
无砟轨道与有砟轨道应在同一线下基础上过渡，并设置辅助轨，过渡段无砟轨道应采用过渡段专用板，有砟轨道道砟应采用分级黏结。
为保证无砟轨道结构与梁体的可靠连接，实现梁体与无砟轨道结构的变形协调，在混凝土底座范围内的桥面应预埋一定数量的连接套筒或预埋钢筋，其数量应根据无缝线路纵向力的大小计算确定。
2.1.3 CRTSⅠ型轨道板的预制
1.轨道板制造工艺流程
CRTSⅠ型轨道板制造工艺流程如图2.7所示。
2.主要设备
轨道板制造的主要设备及工装：龙门吊、搅拌站、钢筋加工设备、轨道板模型、灰斗等。
轨道板生产采用台座式生产，将钢模放置在预制工作基坑基础上，振动器直接安装在钢模底模上，由底模附着式振动器进行振动密实，轨道板表面再用小型振动器进行面振，保证产品表面光滑、美观。
3.主要工艺及质量要求
1）模板安装
轨道板模型采用钢模，按规格可分为标准板模型和异形板模型，标准版模型按轨道板长度分为4962mm型、4856mm型、3685mm型。轨道板模型由底台、侧模、锁紧系统、定位系统和震动系统组成。模型安装及拆除的步骤主要有以下几步：①检查模型承轨台是否水平，基础支撑层是否完好，模型板面是否平整、光洁，并清除模板上的灰渣；然后用软质钢丝球将残留在模型表面上的混凝土痕迹擦拭干净，最后用抹布或毛巾将模型表面混凝土清除干净。②在模板与混凝土接触面上涂上脱模剂，脱模剂分两次涂刷，首先将脱模剂均匀涂敷在模型表面，涂刷时不得有漏涂现象，然后用干净抹布将脱模剂均匀涂刷在模型上。③安装定位销和标志牌，并检查预埋件是否安装齐备，定位销是否松动，模型接缝是否严密，标志牌是否正确无误。④安装锚垫板，安装完成预埋套筒必须保持其垂直，安装过程中不得采用榔头或其他硬物直接敲击预埋套筒，必须加软质垫层或用橡胶锤头慢慢排入。⑤脱模、顶板装置回位。脱模时禁止生拉硬撬，以免造成模型局部变形或者损坏板体混凝土。⑥两侧模同步滑移就位，侧模锁紧。⑦端模同步就位。⑧端模锁紧。⑨预紧PC钢棒。⑩模型安装完成。模板安装如图2.8所示。
图2.7 CRTSⅠ型轨道板制造工艺流程图
2）钢筋笼安装（1）钢筋加工
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]