高速鐵路軌道

石家莊鐵道學(xué)院第一節(jié)高速鐵路對(duì)軌道的基本要求1.1高平順性高平順性是高速鐵路對(duì)軌道的最根本的要求，也是建設(shè)高速鐵路的控制性條件。這是因?yàn)檐壍啦黄巾樖且鹆熊囌駝?dòng)、輪軌動(dòng)作用力增大的主要原因。因此，為保障高速行車的平穩(wěn)、安全和舒適，必須嚴(yán)格控制軌道的平順性。

要達(dá)到高速鐵路軌道高平順性，必須滿足以下條件：1．路基設(shè)計(jì)和施工必須滿足路基的工后沉降小、不均勻沉降小，在動(dòng)力作用下變形小、穩(wěn)定性高等要求。高平順性、高穩(wěn)定性的路基是確保軌道高平順性的前提條件。2．橋梁的動(dòng)撓度等變形必須滿足高平順的要求。3．道床必須選用硬質(zhì)、耐磨的道碴，并在鋪枕前整平壓實(shí)。近十多年來國外重載、高速鐵路均已采用。4．嚴(yán)格控制軌道的初始不平順。歐洲時(shí)速200km/h以上軌道鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)如表4-1所示，日本新干線建設(shè)時(shí)的鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)如表4-2～表4-4所示。表4-1歐洲鐵路時(shí)速200km以上軌道鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)不平順種類瑞典國鐵西德聯(lián)邦鐵路法國國鐵西班牙鐵路水平（mm）2234扭曲(三角坑)(mm)2—1‰(每3m測(cè)量基線)1.3‰高低(mm)22/5m33軌向(mm)2223軌距(mm)±2——±3表4-2日本新干線有碴軌道的鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平軌距標(biāo)準(zhǔn)值(mm)3(10m弦正矢)3(10m弦正矢)2±2表4-3日本新干線無碴軌道的鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平軌距標(biāo)準(zhǔn)值(mm)2(10m弦正矢)2(10m弦正矢)1±1表4-4日本新干線道岔的鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平軌距標(biāo)準(zhǔn)值(mm)3(10m弦正矢)2(10m弦正矢)2±1結(jié)合我國鐵路的國情，京滬高速鐵路軌道平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)如表4-5～表4-7所示。表4-5京滬高速鐵路有碴軌道平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平扭曲（2.5m）軌距幅值（mm）2222±2弦長（m）10表4-6京滬高速鐵路無碴軌道平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平軌距幅值（mm）221±1弦長（m）10表4-7京滬高速鐵路道岔平順度鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平軌距幅值（mm）222±1弦長（m）10軌道維修養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的優(yōu)劣是優(yōu)化輪軌效應(yīng)的關(guān)鍵，也是確保行車安全和旅客舒適度的重要因素之一。因此，高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、高標(biāo)準(zhǔn)施工和高質(zhì)量的維修管理是高速鐵路的重要技術(shù)特點(diǎn)。總之，高速鐵路是否能夠安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行，是通過軌道的平順性來體現(xiàn)的，但真正影響高速列車安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行的不僅僅是軌道，而是由路基、橋梁和軌道等組成的基礎(chǔ)設(shè)施整體。2.高可靠性，長壽命高可靠性主要是指軌道結(jié)構(gòu)保持平順性，維持線路正常運(yùn)營的能力。高速列車荷載的特點(diǎn)主要在于高頻沖擊和振動(dòng)，這種高頻荷載容易造成扣件松動(dòng)、軌下膠墊磨耗、混凝土軌枕承軌槽破損，特別是有碴軌道中道碴破碎、粉化，道床沉降和變形。長壽命，指的是軌道結(jié)構(gòu)有較長的維修和大修周期。由于高速鐵路的行車密度大，速度高，因此其維修工作量必須少，維修周期必須長，才能保證不中斷行車，維持列車正常運(yùn)行。1.3高穩(wěn)定性采用跨區(qū)間無縫線路是提高軌道結(jié)構(gòu)連續(xù)性、均勻性的重大舉措。在跨區(qū)間無縫線路中，道岔的連續(xù)焊接會(huì)使道岔區(qū)基本軌產(chǎn)生附加的溫度力，從而使結(jié)構(gòu)、受力和變形更為復(fù)雜的道岔區(qū)成為高速鐵路穩(wěn)定性的控制區(qū)；高速列車的高頻沖擊和振動(dòng)會(huì)使軌道自身保持穩(wěn)定的能力降低；而高速列車的蛇行和橫向振動(dòng)又會(huì)使作用到軌道上的橫向荷載加大，增加軌道橫向失穩(wěn)（脹軌、跑道）的可能性。第二節(jié)有碴軌道結(jié)構(gòu)

2.1鋼軌鋼軌是軌道的主要結(jié)構(gòu)之一。為保證列車高速運(yùn)行的平順性，線路下部基礎(chǔ)、軌道上部結(jié)構(gòu)以及各軌道部件，都要為鋼軌的正常工作提供良好條件。而鋼軌本身，其內(nèi)在質(zhì)量、材質(zhì)性能、斷面公差、平直程度等都是十分重要的特性。鋼軌在技術(shù)上要能保證足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、穩(wěn)定性和平順性，在經(jīng)濟(jì)上要能保證合理的大修周期，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

日本新干線鋼軌介紹1無縫鋼軌將長25米的鋼軌焊接成1.2－1.5千米的長鋼軌，最長的達(dá)到60.4千米。為了防止熱脹冷縮現(xiàn)象，采用了伸縮接頭。日本新干線鋼軌介紹同諸多關(guān)鍵技術(shù)一樣，長鋼軌并非日本人的原創(chuàng)。早在20世紀(jì)20年代，歐洲人便開始研究長鋼軌技術(shù)了。日本從1927年起開始著手研究。鐵路鋼軌的類型和強(qiáng)度一般以每米長度的重量來表示。鋼軌每米長度的重量越大，鋼軌的強(qiáng)度越高。日本常用的鋼軌是50kg/m和60kg/m鋼軌。目前，新干線都采用60kg/m鋼軌。日本新干線鋼軌介紹2.鋼軌重量鋼軌類型應(yīng)根據(jù)軌道振動(dòng)、輪軌沖擊、輪軌接觸和鋼軌縱向力的計(jì)算來確定。60kg/m鋼軌的橫向、垂向剛度是可滿足高速列車動(dòng)彎應(yīng)力的強(qiáng)度需求的。日本新干線、法國TGV和德國ICE高速鐵路所采用的鋼軌均為60kg/m鋼軌?？梢姡咚勹F路選用60kg/m鋼軌是適宜的。3．鋼軌尺寸允許偏差及平直度要求法國、德國和日本等國高速鐵路的研究和運(yùn)營表明，高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)區(qū)別于普通線路的最重要的特點(diǎn)是對(duì)軌道不平順的嚴(yán)格控制，體現(xiàn)在鋼軌上則是對(duì)其表面尺寸質(zhì)量、平直度、表面平整度和扭曲的嚴(yán)格要求。鋼軌尺寸的精確和外形的平直是軌道平順的基本保證之一。4.鋼軌的化學(xué)成分高速鐵路鋼軌出現(xiàn)質(zhì)量問題的主要形式是由于鋼軌內(nèi)部夾雜、缺陷所引起的疲勞折損。提高鋼軌材質(zhì)的純凈度是減少鋼軌疲勞折損、提高鋼軌的可靠性、延長其使用壽命的有力途徑。鋼軌的化學(xué)成分是影響其力學(xué)性能、焊接性能及其他使用性能的基本因素，也是鋼軌材質(zhì)純凈度的重要指標(biāo)。

2.2軌枕

盡管在高速鐵路的發(fā)展中無碴軌道所占的比例越來越大，在許多國家已成為軌道結(jié)構(gòu)的首選，但有碴軌道仍然是高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要形式之一，混凝土枕的性能和質(zhì)量仍是需要關(guān)注的重點(diǎn)。由于混凝土軌枕使用壽命長，維修工作量少，由混凝土制品廠生產(chǎn)的軌枕形狀、尺寸、性能都比較標(biāo)準(zhǔn)、均一，為鋼軌支撐的均勻性和軌面的動(dòng)態(tài)平順性提供了更可靠的條件，因而世界各國高速鐵路有碴軌道均采用混凝土軌枕。我國既有鐵路干線大部分鋪設(shè)了混凝土枕，高速鐵路則要求全部采用混凝土枕。新干線的有碴軌道高速鐵路混凝土軌枕類型大部分為整體式，如德國、意大利、西班牙和日本等國的各類軌枕，法國有碴軌道傳統(tǒng)的軌枕結(jié)構(gòu)是雙塊式，在高速鐵路中仍然采用雙塊式軌枕，但在有碴橋上因設(shè)置護(hù)輪軌的需要，采用了整體式軌枕。世界各國客運(yùn)專線和高速鐵路有碴軌道的技術(shù)發(fā)展表明，整體式和雙塊式混凝土軌枕形式都可以滿足高速運(yùn)行在承載能力、耐久性和穩(wěn)定性等方面的使用要求。我國高速鐵路采用整體式混凝土軌枕。京滬高速鐵路軌枕的鋪設(shè)根數(shù)，因采用跨區(qū)間無縫線路，軌枕間距按60cm等間距均勻布置，可有效的降低高頻沖擊力?！毒咚勹F路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中規(guī)定“應(yīng)采用時(shí)速350公里客運(yùn)專線專用混凝土枕，每千米鋪設(shè)1667根。道岔應(yīng)鋪設(shè)混凝土道岔”。

2.3扣件高速鐵路的扣件除要求具有足夠的扣壓力以確保線路的縱、橫向穩(wěn)定之外，還要求彈性好，以保證良好的減振、降噪性能；扣壓力保持能力好，以降低日維修工作量；絕緣性能好，以提高軌道電路工作的可靠性，延長軌道電路長度，降低軌道電路投資。我國采用彈性扣件已有20多年歷史，已成功的開發(fā)了彈條Ⅰ扣件，彈條Ⅰ型調(diào)高扣件，彈條Ⅱ型扣件及彈條Ⅲ型扣件等，以上扣件已全部通過部級(jí)鑒定并推廣使用。彈條Ⅲ型扣件（圖4-3）是為高速重載而研制的無螺栓式扣件，系利用預(yù)埋于軌枕中的鐵桿來保持軌距，承受橫向力并固定彈條，以彈條扣壓鋼軌，尼龍塊作為絕緣部件并用于調(diào)整軌距。圖4-3彈條Ⅲ型扣件2.4道床道床是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分。散粒體道床不僅要承受軌枕傳遞的各種力的作用，保持軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且要便于進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)高速鐵路而言，散粒體道床的這些作用顯得尤為重要。第三節(jié)無碴軌道結(jié)構(gòu)

無碴軌道是以混凝土或?yàn)r青混合料等取代散粒道碴道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)形式。由于無碴軌道具有軌道平順性高、剛度均勻性好、軌道幾何形位能持久保持、維修工作量顯著減少等特點(diǎn)，在各國鐵路得到了迅速發(fā)展。特別是高速鐵路，一些國家已把無碴軌道作為軌道的主要結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行全面推廣，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.1國外鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)型式國外鐵路無碴軌道的發(fā)展，數(shù)量上經(jīng)歷了由少到多、技術(shù)上經(jīng)歷了由淺到深、品種上經(jīng)歷了由單一到多樣、鋪設(shè)范圍上經(jīng)歷了由橋梁、隧道到路基、道岔的過程。無碴軌道已成為高速鐵路的發(fā)展趨勢(shì)。

1．日本日本是發(fā)展無碴軌道最早的國家之一。早在20世紀(jì)60年代中期，日本就開始了無碴軌道的研究與試驗(yàn)并逐步推廣應(yīng)用，無碴軌道比例愈來愈大，成為高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本高速鐵路無碴軌道比例，在20世紀(jì)70年代達(dá)到60%以上，而90年代則達(dá)到80%以上。日本從20世紀(jì)60年代中期開始進(jìn)行板式無碴軌道的研究到目前大規(guī)模的推廣應(yīng)用，走過了近40年的歷程。圖4-6普通A型軌道板圖4-7框架型軌道板圖4-8防振G型軌道日本板式軌道結(jié)構(gòu)在土質(zhì)路基上的發(fā)展與橋上、隧上板式軌道是同時(shí)起步的。1968年提出RA型板式軌道，并在鐵道技術(shù)研究所進(jìn)行性能試驗(yàn)。

圖4-8土質(zhì)路基上RA型板式軌道總之，日本定型的板式軌道包括A型、框架型軌道板，適用于土質(zhì)路基上的RA型軌道板和特殊減振區(qū)段用的防振G型軌道板，構(gòu)成了適用于不同使用范圍的軌道板系列。截止到目前，板式軌道累計(jì)鋪設(shè)里程已達(dá)2700多km。

日本在大量鋪設(shè)板式軌道的同時(shí)，還開發(fā)了B型彈性軌枕直結(jié)軌道，在東北、上越新干線上都有鋪設(shè)。另外還開發(fā)了簡化結(jié)構(gòu)的D型彈性軌枕直結(jié)軌道（圖4-10）

圖4-10D型彈性軌枕直結(jié)軌道2．德國德國也是研究無碴軌道較早的國家之一。德國鐵路開展無碴軌道的研究始于上世紀(jì)60年代末，1972年首次在Rheda車站試鋪了無碴軌道結(jié)構(gòu)（故稱“Rheda”型）。德國鐵路、高校研究所以及工業(yè)界自20世紀(jì)70年代一直進(jìn)行無碴軌道的研究，目前德國有20多家企業(yè)參與無碴