铁道工程第四章 无砟轨道ppt课件.ppt

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、Bgl、 Zblin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） Bgl板式无砟轨道,一、无砟轨道的基本知识介绍,Bgl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。Bgl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） Zblin板式无砟轨道,一、无砟轨道的基本知识介绍,Zblin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。 Zblin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（Low vibration track）,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（Paved concrete track）,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（ 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)Bgl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.Zblin型无砟轨道 d.Bgl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： .整体结构 现浇混凝土型 预制板型 .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 RhedaBerlin HST V1型 RhedaBerlin HST V2型 Rheda-Berlin HST V3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. Zblin型无砟轨道,德国无砟轨道之二：Zblin（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。 Zblin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.Bgl型无砟轨道,德国无砟轨道之三：Bgl型无砟轨道系统 Bgl（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Bgl轨道，设计速度330km/h。,Bgl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，Bgl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。,Bgl板式轨道特点,三、无砟轨道的结构与形式,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) Bgl板式轨道在我国的应用,Bgl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，在地铁中得到了广泛的应用。 目前地铁地下线(隧道)大量采用短枕式整体道床,高架线(桥上)大量采用短枕承台式整体道床。,b. 整体道床无砟轨道,三、无砟轨道的结构与形式,c. 无砟轨道排水,地铁隧道内道床必须考虑排水问题，有两种排水沟设置方式，中心水沟和双侧水沟。北京地铁已建或在建的地下线多采用中心排水沟，仅机场线和亦庄线采用了双侧排水沟。上海、广州、深圳等城市的已建或在建的地下线多采用双侧排水沟。,三、无砟轨道的结构与形式,隧道内短枕式整体道床,中心水沟截面意图示,三、无砟轨道的结构与形式,隧道内短枕式整体道床（双侧水沟）截面示意图,三、无砟轨道的结构与形式,城市轨道交通中铺设的无砟轨道,三、无砟轨道的结构与形式,d. 桥上短枕承台式无砟轨道,三、无砟轨道的结构与形式,e. 弹性支撑块式整体道床,(1)弹性整体道床始于20世纪70年代，北京、广州上海地铁均已铺通运营多年，使用效果良好。国外有代表性的为法国VSB轨道，已铺设350公里；美国Sonneville公司的LVT轨道，已铺设260公里。 (2)弹性整体道床是在短枕外(或长轨枕端部)包一个具有竖向和横向弹性的橡胶套，橡胶套内短枕下(或长轨枕端部)设橡胶垫板。,三、无砟轨道的结构与形式,弹性支撑块式主要部件,独立混凝土枕,弹性橡胶垫,橡胶套靴,三、无砟轨道的结构与形式,f. 梯形轨枕无砟轨道,梯形轨枕为钢筋混凝土结构，预制梯形轨枕由2根混凝土纵梁及连接纵梁的3根钢管形成一个整体。梯形轨枕下设减振装置有板型、球型、角形等多种，分别适用不同条件，有很好的减振效果。,三、无砟轨道的结构与形式,g. 钢弹簧浮置板轨道,钢弹簧浮置板系统，即弹簧质量隔振系统，是将轨道固定在钢筋混凝土整体道床上，道床再放在主要由钢弹簧组成的隔振器上组成系统。是目前减振轨道系统中最先进的一种，适用于地铁中减振等级要求最高的地段。,三、无砟轨道的结构与形式,3. 我国现有的轨道形式,通过引进国外技术，和再创新攻关，我国确定了以下几种高速铁路无砟轨道形式： CRTS型板式轨道板式轨道（秦沈） CRTS型板式轨道博格桥上纵连方案基础上的创新方案，带滑动层（京津） CRTS型板式轨道板式轨道（遂渝 ） CRTS型双块式轨道雷达2000（武广） CRTS型双块式轨道旭普林（郑西）,三、无砟轨道的结构与形式,三、无砟轨道的结构与形式,四、无砟轨道的扣件及连接部分,1、无砟轨道扣件的要求 2、客运专线上的无砟轨道扣件 3、城市轨道交通的无砟轨道扣件,四、无砟轨道的扣件及连接部分,1、无砟轨道扣件的要求,(1)由于无砟轨道取消了有砟轨道中起增弹减振和调整轨道变形的道砟层，轨道所需弹性和调整量几乎全部由扣件提供，在有减振降噪要求的地段，无砟轨道扣件系统还要考虑减振降噪的要求。因此，对无砟轨道扣件的要求比有砟轨道扣件要高得多。,(2)客运专线列车运行速度高、密度大，除要求扣件具有保持轨距能力强、防爬阻力大、通用性好等基本功能外，对扣件的组装件、减振性能、绝缘性能、钢轨位置调整能力、扣压件与轨下垫层动态跟随性等提出了新的要求。,四、无砟轨道的扣件及连接部分,2、客运专线上的无砟轨道扣件,(1)TF-Y型和弹条I型不分开式调高扣件 (2)日本直接系列扣件 (3)、型弹条分开式扣件 (4)WJ7 、WJ8型扣件 (5)英国PANDROL FAST (6)德国VOSSLOH,四、无砟轨道的扣件及连接部分,适用于轴重170KN(考虑轴重可能增加10%)，最高速度为350km/h的客运专线以及客车最大轴230kN(客运机车)；货车最高速度120km/h(最大轴重250kN)的最高速度250km/h的客运专线（兼顾货运）。,WJ-7型扣件,四、无砟轨道的扣件及连接部分,适用于轴重170KN(考虑轴重可能增加10%) 最高速度为350km/h的客运专线以及CRTS 型板式无砟轨道。,WJ-8型扣件,五、无砟轨道结构选型原则,1. 根据国内外对无砟轨道建造及运营的实践经验，无砟轨道的选型应符合以下五大基本原则： （1）施工性 （2）维护性 （3）动力性 （4）适应性 （5）经济性,高速铁路无砟轨道结构选型原则,五、无砟轨道结构选型原则,2. 我国高速铁路的无砟轨道选型,高速铁路无砟轨道结构选型原则,目前世界上高速铁路无砟轨道结构类型的发展方向可分为两类，即：预制混凝土板式轨道和带轨枕或支承块的现浇混凝土式无砟轨道。其中预制混凝土板式轨道又分为单元板式（如日本板式轨道）和纵向连续板式（如博格板式轨道）。,五、无砟轨道结构选型原则,高速铁路无砟轨道结构选型原则,（1）轨道板变形后只能靠充填垫板调整。 （2）凸形挡台处砂浆容易破坏。 （3）轨道板易产生翘曲变形。 （4）相对于德国雷达轨道，其造价较高,单元板式轨道的缺点,（1）采用后张法，避免了先张法的预应力自由锚固区，减小了板的宽度，降低了轨道结构自重。 （2）单元式轨道板，便于维护。 （3）充填式垫板解决了轨道高低调整及轨道板翘曲引起的变形。 （4）生产、铺设方法简单、可靠。,单元板式轨道的优点,五、无砟轨道结构选型原则,高速铁路无砟轨道结构选型原则,（1）新老混凝土结合面易产生裂纹，裂纹控制较困难； （2）轨道结构宽度较板式轨道宽，自重大； （3）现场混凝土施工量大； （4）轨道结构一旦发生变形，维修困难，可维修性低； （5）采用工具轨施工，质量受工具轨、扣件的影响。工具轨的刚度、热膨胀形等影响轨道精度。,Rheda2000的缺点,（1）施工工艺，利于掌握； （2）预制件的生产经验及生产设备利于掌握 （3）由于采用单根枕，平整度利于保证，避免了板式轨道需模型 精细加工或车床加工等工序； （4）预制件较小，运输吊装方便； （5）轨道基本为混凝土构筑，耐久性保证概率高。,Rheda2000的优点,五、无砟轨道结构选型原则,高速铁路无砟轨道结构选型原则,（1）施工质量主要靠设备保证，对设备的加工、操作、保养及维护要求很严格；（2）施工太专业，需有专业人员操作；（3）造价较高。,Zblin轨道的缺点,（1）结构整体性强；（2）轨枕采用振动方式压入混凝土中，避免了灌注过程中的振捣不密实，加强了新老混凝土的结合面的连接；（3）采用特殊的钢构架组装成段轨排，避免了钢轨变形等引起轨道位置偏移；（4）所有机械及机具均特殊加工，定位功能强，刚度大，减低外力干扰，利于质量保证；（5）施工机械化程度高、施工进度快。,Zblin轨道的优点,五、无砟轨道结构选型原则,高速铁路无砟轨道结构选型原则,（1）曲线上每块板的承轨槽打磨加工不同，在实际施工线位上是唯一的定位板，施工不灵活，通用性差。（2）轨道维修时需切割进行。 （3）造价相对较高。 （4）桥上纵连方案结构和受力机理复杂，设计、施工难度大,博格板式轨道的缺点,（1）路基地段和隧道地段博格轨道系统结构高度低、现场混凝土浇注量少、施工进度快；（2）数控车床打磨，铺轨后轨道状态调整工作量小；（3）纵向联结，取消凸形挡台；（4）桥上纵连方案整体性和纵向连续性较好，能够避免设置钢轨伸缩调节。,博格板式轨道的优点,五、无砟轨道结构选型原则,针对我国客运专线的工程特点，无砟轨道的选型原 则以及无砟轨道结构技术特点，我国的无砟轨道选 型可参考以下结果： （1）桥梁、隧道区段建议采用单元板式无砟轨道结构 。 （2）路基区段建议采用双块式无砟轨道结构 纵连结构在经过京津线验证后可全面推广使用。,高速铁路无砟轨道结构选型经验,第四章作业,1. 总结阐述无砟轨道的结构特征；2. 总结阐述无砟轨道的分类及其各自的结构组成部件；3. 总结阐述无砟轨道的技术特征；4. 总结阐述无砟轨道的关键技术。,第四章知识点归纳,1. 无砟轨道的概念及其相对于有砟轨道的特征；2. 无砟轨道结构组成及部件；3. 无砟轨道的选型原则和应用情况；4. 无砟轨道结构部件的特点及功用。,