路基上板式无砟轨道设计及计算_毕业设计(编辑修改稿)

路基上板式无砟轨道设计及计算_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

各项性能试验；提出高架桥上无砟轨道施工方案、桥梁徐变上拱限值与控制措施；建立了桥上无砟轨道车线桥耦 合模型并进行了仿真计算，分析了高速铁路高架桥上无砟轨道的动力特性与车辆走行性能。 以上研究成果为我国新型无砟轨道结构的发展打下了坚实的基础。 1999 年在铁道部科技开发计划项目“秦沈客运专线桥上无砟轨道设计、施工技术条件的研究与编制”的有力推动下，秦沈客运专线选定了 3 座高架桥作为无砟轨道的试铺段。 其中，沙河特大桥铺设了长枕埋入式无砟轨道，狗河特大桥直线和双何特大桥曲线上铺设了板式无砟轨道。 综合实验结果表明，两种无砟轨道结构形式在结构受力、变形和振动方向都达到了设计要求。 随后，在西康线秦岭隧道、兰新线 乌鞘岭隧道和宜万隧道内都设计铺设了弹性支承块式无砟轨道，在渝怀线鱼嘴 2 号隧道铺设了长枕埋入式无砟轨道，在赣龙线枫树排隧道铺设了板式无砟轨道。 计划在线路开通后对隧道内的无砟轨道结构进行动力测试和长期观测。 我国新型无砟轨道结构的应用情况如表。 通过十年来无砟轨道的理论研究、室内模型试验、桥上和隧道内试验段铺设，我国在高速铁路无砟轨道方面取得了一下主要研究成果： （ 1） 无砟轨道的结构设计，包括普通 A 型板式轨道和长枕埋入式无砟轨道； （ 2） 制定两种无砟轨道部件的设计以及制造与验收技术条件； （ 3） 制定桥上和 隧道内无砟轨道工程施工技术细则与质量检验评定标准； （ 4） 小跨度简支箱梁（ 32m 以下）的变形限制以及设计与施工方面的控制措施； （ 5） 与无砟轨道相关的隧道设计技术要求； （ 6） 无砟与有砟轨道间过度段的主要技术要求； （ 7） 无砟轨道结构的动力测试与长期观测技术。 7 表 我国新型无砟轨道结构的应用情况 试铺段 无砟轨道结构型式 试铺段长度 备注 秦沈线 沙河特 长枕埋入式 692 直线， 24m 简支箱梁 狗河特 板式 741 直线， 24m 简支箱梁 双何特 板式 740 曲线， 32m 简支箱梁 赣龙 线 枫树排隧道 板式 719 直线 渝怀线 鱼嘴 2 号隧道 长枕埋入式 710 曲线 为进一步优化长枕埋入式无砟轨道结构，铁道科学研究院在铁道部高速办的指导下，提出了双块式无砟轨道，机构方案，并进行了相关的试验室试验。 我国铁路在无砟轨道研究方面已经做了一定的工作，在桥梁和隧道内都有了相应的无砟轨道结构试铺段。 特别是对整体式无砟轨道进行了一定的研究，对轨道板进行了先张法和后张法生产与试验， CA 砂浆试验结构达到了国外同类产品性能指标，编制了板式无砟轨道技术条件，研发了成套铺设设备。 国内无 砟轨道结构研究和工程实践为高速铁路无砟轨道结构运用提供了有力的技术支持。 总之，无砟轨道结构相对于有砟轨道结构具有显著的优点。 考虑到我国铁路运输运力、运能紧张局面，以及高速铁路一般处于经济发达地区，人员流动十分频繁，而且铁路作为一个网络，跨线列车的开行对高速铁路的运输组织将产生重要影响，从而形成了高无铁路列车运行高速度和高密度的特点，这就不仅要求线路具有高稳定性、高平顺性，还要求线路具有高使用率，造成维修与运行矛盾更加突出，因此积极采用无砟轨道结构具体有重要意义。 必须看到，无砟轨道结构的应用也只有 30 多年的 时间，中国发展无砟轨道结构，还存在很多问题需要研究解决。 板式无砟轨道的结构与类型 无砟轨道从诞生、发展，到目前为止，其结构型式种类繁多，技术上也各有特点。 目前，国际上并没有对无砟轨道的统一分类。 按照无砟轨道结构进行分类，可分为整体结构式和直接支承结构式，如表 所示。 整体结构式是指支承钢轨的混凝土块与混凝土基础浇注或预制成为一体，所以按照建造工艺又可分为现浇混凝土式和预制板式。 直 8 接支承结构式是指在基础上直接铺设无砟轨道的一种结构。 表 无砟轨道结构分类 整体结构式 直接支承结构 现浇 混凝土式 预制板式 轨枕或支承块 雷达 博格板式 ATD 旭普林 日本板式 GETRAC HEITKAMP BTD 弹性支承块式 SATO PACT 梯子形 WALTER 按照钢轨支承方式还可以分为：间断支承式和连续支承式。 ● 博格板式无砟轨道 系统组成 路基上博格板式轨道系统和构造见图 11 与图 12。 其层次构成依次为：级配碎石构成的防冻层（ FSS）、 30cm 厚的水硬性混凝土支承层（ HGT）、 3cm 厚的沥青水泥砂浆层、 20cm 厚的轨道板，在轨道板上安装扣件。 博格板式 轨道系统轨顶至水硬性混凝土顶面的距离为 474mm。 博格板式轨道的特点 博格板式轨道除了完全满足德国铁路对于轨道的技术要求外，还具有以下特点： （ 1）轨道板在工厂批量生产，进度不受施工现场条件制约。 （ 2）每块板上有 10 对承轨台，承轨台的精度用机械打磨并由计算机控制。 工地安装时，不需对每个轨道支撑点进行调节，使工地测量工作可大大减少。 （ 3）预制轨道板可用汽车在普通施工便道上运输，并通过龙门吊直接在线路上铺设，无需二次搬运。 （ 4）现场的主要工作是沥青水泥沙浆层的灌注，灌浆层在灌注 5~6h 后即可硬化。 （ 5）具有可修复性，除在每个钢轨支撑点处（轨道扣件）调高余量外，还可调整预制板本身的高度。 （ 6）博格板式轨道的缺点是制造工艺复杂，成本相对较高。 9 图 博格板式无砟轨道结构图 图 博格板式无砟轨道系统结构图 ● 雷达型无砟轨道 系统构成 雷达 2020 型无砟轨道系统结构如下：基础为水硬性混凝土支承层，厚度 300mm，强度不应低于 15N mm2。 B355W60M 型双块式轨枕按照 650mm 的间距排列，每组轨枕枕块下依靠两个钢筋木行架支撑，轨枕块精确定位后浇注混凝土，混凝土标号为 B35。 轨枕与轨道承载层整体相连，现浇轨道板厚 240mm，轨枕上安装 IOARV 高弹性胶垫，采用 Vossloh300 型扣件系统。 扣件螺栓锚在双块式轨枕内，使用 UIC60 钢轨。 无砟轨道的混凝土板（ B35）为钢筋混凝土结构。 配筋率为 %~%，从而将可能出现的裂缝宽度限制在 范围内，可防止连接钢筋受到腐蚀。 图 为雷达 2020 系统结构图。 图 雷达 2020 系统结构图 10 雷达 2020 型无砟轨道的特点 雷达 2020 型无砟轨道具有如下特点 ： （ 1）与雷达普通型轨道相比，轨顶到水硬性混凝土上表面 的距离减少到 473mm，轨道板各层的厚度累计减少了 177mm；在轨距不变的前提下，轨枕全长由 减少到，所用混凝土量大大减少。 （ 2）埋入长轨优化为短枕，后期浇注混凝土与轨枕之间的裂缝减少。 （ 3）对土质路基、桥梁、高架桥、隧道、道岔区段以及减振要求区段，可以采用统一结构类型，技术要求、标准相对单一，施工质量容易控制，更适应于高速铁路。 （ 4）槽形板的取消，使得轨道混凝土承载层的灌注混凝土的捣固作业质量易于保证。 （ 5）两轨枕块之间用钢筋桁梁连接，轨距保持 稳定。 （ 6）表面简洁、平整，美观漂亮。 ●旭普林型无砟轨道 系统构成 旭普林型无砟轨道系统 1974 年开发，在科隆 — 法兰克福高速铁路上成功铺设了21km。 旭普林无砟轨道系统与雷达型无砟轨道系统相似，都是在水硬性混凝土承载层上铺设双块式无砟轨道，但采用的施工工艺不同。 其特点是先灌注轨道板混凝土，然后将双块式轨枕安装就位，通过振动法将轨枕潜入压实的混凝土中，直至达到精确的位置。 图 为旭普林无砟轨道结构图。 旭普林无砟轨道的轨顶到水硬性混凝土上缘的距离为588mm。 图 旭普林无砟轨道结构图 11 ● 日本板式无砟轨道 系统组成 总体上说，日本板式轨道也是由轨道板（厚度 190~200mm）、沥青砂浆垫层（ 30mm）基础组成，在路基上轨道板的基础使用钢筋混凝土板。 日本板式轨道的厚度在不同部位有较大的差别，设计时需要根据不同环境和功能需要进行选择。 日本无砟轨道技术主要以新干线板式轨道结构为代表。 20 世纪 70 年代，板式轨道作为日本铁路建设的国家标准进行推广。 因此，日本的板式轨道的应用非常广泛，到目前位置，其板式轨道累计铺设历程已达到 2700 多延长公里。 目前常的有普通 A 型轨道板（见图 ）、框架型轨道板 （见图 ）、用于特殊减振区段的防振 G 型轨道板（见图）及早期用于路基上的 RA 型轨道板（见图 ）等。 图 普通 A型轨道板 图 框架型轨道板 12 图 用于特殊减振区段的防振 G 型轨道板 图 用于路基上的 RA 型轨道板 日本板式轨道型式及其基本特征 日本对各种型号的板式无砟轨道的开发是统一有序。 在多年的试验研究实践中对不同等级的线路、不同自然条件、不同车速和不同要求开发出不同型号的板式无砟轨道。 ●弹性支承块式（ LVT 无砟轨道） 弹性支承块式无砟轨道是在双块式轨枕（或两个 独立支撑块）的下部及周围设橡胶套靴，在底块与套靴间设橡胶弹性垫层，而在双块轨枕周围及下部关注混凝土而成型，为减振型轨道。 13 图 VT 无砟轨道 弹性支承块式型无砟轨道有以下特点： （ 1）轨道结构的垂直弹性由轨下和块下双层弹性垫板提供，最大程度上模拟了弹性点支承传统碎石道床的结构承载特性，轨道纵向节点支承刚度趋于均匀一致，通过双层弹性垫板的刚度和阻尼的不同组合可获得优于有砟轨道的刚度和较好的减振效果。 （ 2）支承块外设橡胶套靴提供了轨道的纵横向弹性，使这种无砟轨道在 水平方向的承载、动力传递和振动能量吸收方面更接近于坚实均匀基础上碎石道床轨道，可以弥补无砟轨道侧向刚度过大的不足，有利于减缓钢轨的侧磨。 （ 3）通过双层弹性垫板的隔离，使轨道各部件的荷载传递频率得以降低，部件的损伤程度大大降低，几何形位可在长时间内得以保持，最大程度地减少了养护维修工作量。 （ 4）结构简单，施工相对容易，支承块为钢筋混凝土结构，可在工厂高精度预制，在现场只需将钢轨、扣件、带橡胶套靴的支承块加以组装、经各向准确定位后，就地灌注道床混凝土即可成型。 （ 5）可维修性比刚性整体道床大大提高，如果支承 块、块下垫板或橡胶套靴出现损伤，在损伤点的左右一段距离内松开扣件，抬高钢轨即可取出损伤的部件。 （ 6）由于采用橡胶套靴和块下橡胶垫板，初期投资比有砟轨道大。 但是在运营费方面，根据 SBB 运营统计和国内前期应用的估计，总运营费用较有砟轨道看节省约 50%。 （ 7）如果用于露天，其缺点是雨水容易渗入套靴，列车经过时会有污水挤出，污染道床，必须采用相应的措施。 ● GETRAC 直接支承式无砟轨道 GETRAC 型无砟轨道系统的最主要特征是使用沥青承载层为混凝土轨枕提供直接 14 支承。 轨枕通过特殊的混凝土锚块弹性地连接到沥青层 上，混凝土锚块将来自轨排的横向作用力传到沥青上。 沥青承载层上的宽轨枕是这个系统中不可缺少的部分，能够大大降低轨道的结构高度。 混凝土轨枕通过浇注的沥青固定到沥青支持层上并永久性地保持其安装位置。 其特点有 : （ 1）通过轨道板与沥青层的弹性连接保持稳定的轨道形状； （ 2）能够使用传统的道路和轨道施工设备； （ 3）所需的工作步骤少，施工时间短； （ 4）在生产工厂就可以将锚块和轨道扣件预先装配好； （ 5）既适用于道岔也适用于线路； （ 6）无障碍地排水。 ●PACT型无砟轨道（ Paved concrete track） 英国从 1969 年开始进行 PACT 无砟轨道的研究。 PACT 型轨道为就地灌筑钢筋混凝土道床，钢轨直接与道床连接，并连接支承在轨道板上的连续带状橡胶垫层上，在英国、新西兰、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 80 km。 ●梯子型轨道（ Ladder track） 梯子型轨道是日本开发的新型轨道结构。 该结构将两根预制的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，在日本的城市城市轨道交通中已开始使用。 梯子型无砟轨道具有自重轻、易维修、低造价等优点。 15 2 我国的板式无砟轨道 我国客运专线主要无砟轨道结构型式介绍 按照铁道部标准定义，目前国内客运专线所确定的无砟轨道结构主要包括 3 种板式结构型式和 2 种枕式结构型式： CRTSⅠ 型板式无砟轨道、 CRTSⅡ 型板式无砟轨道、CRTSⅢ 型板式无砟轨道与 CRTSⅠ 型双块式无砟轨道、 CRTSⅡ 型双块式无砟轨道。 另外还有岔区轨枕埋入式无砟轨道结构和岔区板式无砟轨道结构。 轨道结构类型 应用线路 CRTSⅠ 型板式 遂渝试验段、石太、广州新客站、广深港、广株、沪宁 城际等 CRTSⅡ 型板式 京津城际、京沪、京石、石武、津秦、沪杭、合蚌等 CRTSⅠ 型双块式 武广客专，合武、温福、福厦、襄渝、太中银等线路的长大隧道内 CRTSⅡ 型双块式。