为作好客运专线技术准备工作.doc

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为作好客运专线技术准备工作.doc

为作好客运专线技术准备工作，迎接我国铁路客运专线建设高潮，2005年2月20日至3月3日，中国铁道建筑总公司组织部分集团公司的技术人员赴德国考察高速铁路施工技术。重点考察了德国高速铁路无碴轨道技术，同时了解德国高速铁路建设与目前现状。     考察团首先听取德铁公司副总裁介绍德国铁路目前的发展状况，了解了近年开通的科隆-法兰克福高速铁路的设计、施工、质量、采用的无碴轨道技术和交付运营情况，并在其安排下乘座了科隆-法兰克福客运高速列车。随后依次参观了弗莱德尔公司及正在应用Rheda2000无碴轨道技术三处施工工地，博格公司及博格板式轨枕生产车间、生产工艺和应用该技术的施工现场，运梁车生产厂家，柏林车站改造工程，荷兰至比利时高速铁路无碴轨道施工现场，并分别听取了报告。现将情况介绍如下：     一、科隆-法兰克福高速铁路简介     科隆法兰克福高速铁路位于德国最大的居民区和经济区之间，是德国第一条高速长途客运专线，长约180km。自1970年9月开始至1992年多次研究规划后确定，该线定名为科隆莱茵/美因高速新建线，原则上为客运专线，设有去莱茵/美因机场的连接线和直接连接威斯巴登和法兰克福（美因河畔）铁路总站的线路；设计时速300km/h；最大纵向坡度40；最小曲线半径3250m。轨道的标准结构型式采用无碴轨道。     （一）科隆法兰克福高速铁路线路标准及相关设计参数     1选线参数和标准     1.1平面选线参数     提高了超高和欠超高的上限，同时放宽了在选择曲线半径时设计回旋余地。把线路超高的设计数值规定为170mm，仅比EBO规定运营极限低10mm，欠超高150mm规定为上限。 在采用这些轨道参数的情况下，最高速度为300km/h时，无碴轨道的最小曲线半径确定为3320m，实际线路最小半径为3348m。     1.2纵面选线参数     除了确定平面线路走向的设计要素外，40的最大坡度也是科隆莱茵/美因高速线的基本规定值，在确定平面线路走向时，首先考虑的是安全性和舒适性问题，而最大纵向坡度以及较长区段上起决定作用的坡度有可能制约整个使用期限的行车管理，这是因为对机车车辆的传动制动功率的要求提高了。此外在运行试验过程中证明，信号安全系统能监控和保证列车所必需的制动距离，而且即使在信号系统部分或完全失灵的情况下仍然能保证行车安全。这些要求是通过改进列车运行自动控控制系统，配备适用于大线路坡度的软件以及在列车上安装涡流制动机实现的。     根据对防火防灾的新认识，由于烟囱效应，在隧道中应避免采用较大坡度的纵向坡度（即5以上）。另一方面隧道最小坡度还应确保停留能克服滚阻力而离开隧道，并且在发生火灾时起到处然排烟的作用。     2线路横断面尺寸     2.1建筑接近限界图     新建线路完全以UIC506说明中大型集装箱建筑接近限界图（GC）为基准。     2.2线间距     区间线路的最小线间距为4.00m，然而考虑到部分地段采用有碴轨道，线间距确定为4.5m，因为线间距较小时，渡线需要铺设搭接长轨枕，这对保持轨道状态和线路维修很不利（在使用捣固机时要封闭邻线）。     另外为速度300km/h、线间距4.5m的线路设计的92m2隧道断面，遵守了德国铁路股份有限公司对抗压列车规定的舒适性标准，列车以最高速度会车时，建筑物和机车车辆承受的空气动力学作用力在可承受程度之内。     2.3危险区域和安全空间     在德国铁路安全技术规程中，当列车运行速度达280km/h时，对停留在线路旁的人员来说，危险区域宽度为3.00m。     相邻安全空间0.80m（人员在此空间停留无危险之虞）。     2.4路基面宽度和道旁固定设备间距     科隆莱茵/美因线线间距从4.70m减小到4.50m，和危险区域宽度从3.5m减小到3.00m，使路基宽度从13.30m减小到了12.10m。     （二）科隆法兰克福高速铁路轨道结构     德国铁路于1994年决定：科隆莱茵/美因全线采用无碴轨道。     （三）列车     ICE3型列车，目前单电流制ICE3型座位数量为440个，四电流制ICE3型座位数量为430个。     （四）运营和运输     1997年6月，在最终设计文件的运营说明书部分，该线是按动车组运行的客运专线。在执行2006年运行图时，将第一次稳定地按图开行ICE列车，在该线将有4条ICE线路按小时节拍开行列车，其中一条线将采用多电流制列车。在法兰克福阿姆斯特丹/布鲁塞尔之间开行，其中只有一条开行ICE3长列车（2列单列车单元连持编组），其它开行8节编组的短列车。     二、弗莱德尔公司与Rheda2000制作安装技术     （一）弗莱德尔公司简介     1弗莱德尔公司     弗莱德尔公司下设工程木材公司和基础设施技术公司两大分公司，年营业额10亿欧元，总雇员5200人。著名的弗莱德尔轨道公司为其子公司，年营业额1.3亿欧元，雇员819人。     2弗莱德尔轨道公司     轨道公司的业务分四个方面：一是砼轨枕；二是轨道系统技术开发与施工；三是生产厂（提供设备和生产）；四是磁悬浮轨道。轨道公司在欧洲的业务分布及轨枕生产厂有五个生产基地；在亚洲的业务分布主要是参与了台湾高速铁路的施工，建立了移动式的轨枕生产基地，参与了韩国高速铁路的招投标、参与了中国高速铁路的招投标、在马来西亚有一个专利生产基地（授权与技术转让）、与印度合资铁路进行试验段测试与施工。     （二）Rheda2000制作安装技术     1、Rheda2000无碴轨道系统概况     1.1Rheda2000无碴轨道系统组成     Rheda2000型有轨枕现浇砼无碴道床系统是在著名并且成功应用的Rheda系统基础之上开发的，该系统主要由以下部分组成（图1、图2、图3所示）： <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211559376.jpg" border=0>图1  路基地段无碴轨道断面结构图<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211600811.jpg" border=0>图2  桥梁地段无碴轨道断面结构图<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211601884.jpg" border=0>图3  隧道内的无碴轨道断面结构图    （1）轨道混凝土层      轨道混凝土层由现浇钢筋混凝土和双块轨枕一次成型，其中预制双块式砼轨枕型号为B355.3 U-GB60M，轨枕铺设间距650mm。轨枕宽度286mm，高度248mm 。     该轨枕带有两层格构钢筋梁（20），并在轨枕的两端和底面凸露出来。进行轨道现浇层施工时安装纵向和横向钢筋，提高了轨道砼层的同质性及整体性，并防止收缩和温度应力形成砼的收缩，保证了轨道层和钢轨之间不会出现相对运动（配筋率89），轨枕结构见图4。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211601875.jpg" border=0> 图4  B355.3 U-GB60M型双块轨枕    （2）扣件:( Vossloh 300-1型钢轨紧固系统)     每个混凝土轨枕的Vossloh 300-1系统由下述各件组成:       轨枕螺栓Ss36N (包括垫片，扭距200±10% Nm)      弹性垫板Zwp104 NT22.5      基板Grp21      垫板Zw692 (标准厚度6 mm,用于补偿212 mm)      弹条Skl15      导向板Wfp15N      塑料套管Sdu26l <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211602718.jpg" border=0>图5钢轨紧固系统Vossloh 300-1    此系统的特点表现在：在刚性轨道上部结构中，弹性垫板（Zwp）起着如同传统铁路道碴给轨道提供了弹性的作用。具体技术指标为：Zwp静态弹性Cs =22.5±2.5kN/mm2动态弹性系数cdyn= 40 kN/mm2。     高度和水平向补偿。使用不同厚度的轨道垫板获得高度补偿。该垫板厚度以1mm为一级。如果要求补偿高度大于15mm，必须使用经过适当改进的角型支承板和轨枕道钉。可能的高度补偿范围为-4+26mm。水平方向补偿通过增减以1mm为一级的导向板来实现。水平方向补偿量±5mm。     （3）GB60钢轨     长100m， 60kg/m无螺栓孔新钢轨，标准轨距1435mm。     （4）素砼垫层（HBL）     对路基地段，在基床表层上浇注30cm厚素砼垫层，每5m切一道深10cm的缝。对桥梁地段，在桥面铺装层上浇注此层，若有超高还需要将超高调整层与之一起浇注。      2、Rheda2000无碴轨道系统的优点     （1）简化系统施工。     主要是通过消除砼沟槽以及沟槽和现浇砼之间的纵逢，省去了槽内回填砼的工序，同时采用专业调整设备简化和量化了轨道安装技术。     （2）样式统一，结构高度低。     轨道高度由931mm降到793mm，节约了材料，降低轨枕重量，降低运输成本，提高效率。     （3）把轨枕内钢筋与现浇砼的钢筋结合在一起，提高了轨道砼层的同质性及整体性，并防止收缩和温度应力形成砼的收缩，保证了轨道层和钢轨之间不会出现相对运动。     （4）降低噪音排放，通过噪音专用吸收屏，降低噪音4dB或更多。     3、雷达2000整体道床系统的道岔技术     为使整个轨道系统实现相互衔接的一致性，将雷达2000应用于道岔并进行了优化设计，以降低轨床高度，见图6。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211602930.jpg" border=0>图6  雷达2000整体道床系统的道岔技术    4雷达2000轨道安装工艺     （1）轨枕在工厂内生产，然后及时运输到轨道施工现场     （2）采用人工或特制起吊机械对雷达2000双块式轨枕定位（一次五根或多根）。     （3）钢筋铺设并预先架设施工轨道。     （4）进行接地安装。     （5）利用安装在轨枕末端的螺杆对轨道进行超高或垂直调整，利用安装在轨枕中间的螺旋调整器进行水平调整与固定。     （6）进行测量，粗调、粗精调、精调到位。     （7）利用轮胎移动式砼浇注泵车浇注无碴轨道砼，人工用插入式振捣器捣固，人工收面。     （8）砼凝固后取出螺杆，并进行养护。     （9）拆除施工轨，铺设无缝钢轨。     5雷达2000道岔安装工艺     （1）道岔在工厂生产出来后分五段运至工地进行安装。     （2）用专用汽车吊将预组装的道岔区段进行定位，见图7 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211603875.jpg" border=0>图7  预组装道岔区段的定位    （3）安装道岔区钢筋。     （4）利用螺杆对轨道进行超高或垂直调整，利用螺旋调整器进行水平调整与固定，见图8。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211603979.jpg" border=0>图8  调整道岔    （5）利用砼泵车浇注砼。     6雷达2000的应用     （1）荷比高速铁路     因为荷-比高速铁路为岸边软基，基础为钻孔桩，桩顶为中间层砼，再上为雷达2000无碴轨道系统，轨枕板与中间层之间增设道钉，每一段利用三组13个道钉，道钉埋入下层30cm，深入轨枕承载层20 cm，以增加连接性，见图9。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211604753.jpg" border=0>图9  荷兰高速铁路HSL Zuid项目中的纵段面    （2）台湾高速铁路桥上增设单凸槽，见图10<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211605837.jpg" border=0>图10  台湾高速铁路项目纵段面    （3）印度项目中的应用     夯实路基、稳压层、其上为雷达2000。     （4）无碴轨道-过渡雷达2000-有碴轨道     增加护轨（有碴区15.6m，无碴区5.2m），分界区设钢筋砼横梁以消除应力传递，见图11。  <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211605962.jpg" border=0>图11  雷达2000系统与有碴轨道过渡区段    （5）预制噪音吸收器元件BETA 。     （6）带防脱轨器的雷达2000，用于曲线段、桥上、桥隧入口段。     7、施工现场参观     （1）纽约堡到因戈斯坦高速铁路中间段     雷达2000施工35km，参观的桥梁、隧道、路基、道岔区段，有正在施工的无碴轨道系统和已施工完成的雷达2000无碴轨道系统。工程去年四月份开工，今年五月份完工，工期一年，冬天也在施工，全部为搭棚送暖风方式进行（工期不紧时，一般不施工）     （2）雷达2000施工难点     一是测量定位、调整固定难。     二是砼浇注的质量，包括砼配比控制等。     （3）设备     一种是雷达2000固定梁，单人单拆移动，荷比高速铁路使用的是先进的移动式固定梁。     三、博格公司及博格板预制与安装施工技术     （一）博格公司及博格板式轨道系统简介     1、博格公司     博格公司是德国比较大的一个综合性施工企业，在铁路方面，有专业部门负责，主要从事整体道床、隧道和桥梁的施工和维修保养。另外，参加赛车场项目，例如参与了中国F1赛车场、参与了上海磁悬浮建设，从事工程项目众多。     2、博格板式轨道     （1）系统简介     博格集团公司从1996年开始，自主研制开发了博格板式轨道系统。博格板式轨道系统衍生于一种德国的板式轨道系统，此系统早在1977年就已铺设在德国卡尔斯菲尔德，至今无需任何维修，该系统在生产及安装方面考虑的很周全，使其在经济方面也有一定的竞争力。与其他整体轨道系统相比，博格板式轨道系统具有明显的优点：由于大部分工作都在预制工厂进行，保证了产品的高质量和高精度，机械化程度高。     博格板式轨道系统由预制轨道板组成，见图12，在轨道板的横向施加了预应力，板与板之间进行了传力连接，具有以下几个特点：     轨道的均匀性好，耐久性强。     横向与纵向的抗滑移阻力非常高。     标准板可以应用路基、框架桥、隧道，特殊预制板可以应用于长桥。     大大减少了工地测量工作。     符合用于高速、高性能铁路系统的无碴轨道系统的设计原则。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211606455.jpg" border=0>图12  博格板式轨道    （2）系统应用     该系统应用于路基上应铺设一层级配碎石防冻层，再铺设一层30cm水硬性砼承载层，再安装预制轨道板。在隧道和明洞里，底板砼取代水硬性砼承载层，厚度20 cm，在桥梁上采用非预应力特殊预制轨道板，厚度30 cm。     成功应用实例主要有：     德国法兰克福至科隆高速铁路部分路段，该段已在运营，速度可达到330km/h。     德国新建高速铁路纽伦堡至因戈尔斯塔特35 km路段。     （二）博格板预制与安装技术     1、博格板预制     博格板预制是预应力台座上生产的，砼强度为C45/55，可以采用普通砼或钢纤维砼，在砼收缩和徐变完成后用数控磨床对承轨台进行机械加工成型。其生产过程基本在厂房内进行，大部分工序采用专用机械作业，每1.5h内可完成28块预制板，生产流程为：     （1）利用清扫机械对模板进行清洁，见图13。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211606659.jpg" border=0>图13  清扫后的预制板模板    （2）铺放第一层非预应力钢筋。     （3）铺放预应力钢筋。     （4）安装侧模及预埋件。     （5）张拉预应力钢筋。     （6）铺放第二层非预应力钢筋，以上过程见图14。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211607287.jpg" border=0>图14  机械安放制作好的钢筋网片    （7）浇注砼，见图15<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211608262.jpg" border=0>图15   机械均匀灌注砼    （8）表面刷毛、养护16小时。     （9）切割机械切断预应力钢筋     （10）用真空吸力机械吊出轨道板毛坯并存放30-60天。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211609345.jpg" border=0>图16  存放预制板毛坯    （11）翻转后传送回车间，利用自动监控打磨仪器检查预制板并磨削成线路几何尺寸，见图17。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211609298.jpg" border=0>图17  数控磨床机械按照几何尺寸打磨预制板    （12）在工厂人工安装轨道扣件，机械拧紧螺杆。     （13）存放成品或运到工地     2、博格板现场安装（以路基为例）     （1）铺设水硬性混凝土支承层，见图18，在其上根据设计位置标出轨道轴线和接缝位置。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211610678.jpg" border=0>图18   带自动控制仪的摊铺机械铺设支承层    （2）采用汽车将预制轨道板成品运到安装现场，人工配合吊车安装，见图19。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211611608.jpg" border=0>图19  汽车运到现场用移动吊车安放    （3）安装时首先使用调高装置对轨道板进行高度调整和粗定位，后进行测量并精确定位，见图20。<IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211611920.jpg" border=0>图20  安装对位    （4）将轨道板与支承层之间的间隙进行密封处理，再利用灌浆孔灌注3cm厚的灌浆层，并封闭灌浆孔。     （5）进行轨道板的连接，先在窄接缝里灌浆，然后把张拉锁件和螺母套在预制轨道板两端的螺纹钢筋上对其进行张拉连接，最后在宽接缝处浇注砼。     （6）铺设长钢轨，采用焊轨机焊接，锁定轨温22-35。      3、轨道扣件系统     扣件系统同雷达2000，均为Vossloh300-1。     4、现场参观     （1）主要参观了生产车间及工厂规划以及预制板生产过程。     （2）参观了纽伦堡到因戈尔斯塔特高速铁路中间段路基上及隧道内铺设的轨道板（已经铺轨）     5、博格生产与施工难点     一是不能生产道岔，二是在曲线半径较小地段及斜交涵洞地段顶面需要预制非规则轨道板。     四、雷达2000轨道系统与博格板式轨道系统的比较      （一）施工特点比较     雷达2000：可精确轨道定位，由于采用了预制轨枕元件，重要区域接触平整（钢轨接触面），可生产出高质量的不会开裂的轨道支撑点，工厂工作量小，现场作业工作量大。但两次浇注的砼相接处可能会产生裂纹。     博格板式：施工整体性相对要好，工厂化程度高，加工精度高，质量稳定，不需要现场制模和浇注工作，现场作业工作量小，主要是连接处需要花费较大时间调整，施工受外界环境影响较小，当轨道位置发生较大变化而扣件的调高余量已经不能满足调高要求时，可采用相应的轨道校正方案。但无道岔解决方案，需要大型昂贵的或专用设备进行大板的生产、储运和安装。      （二）技术经济比较     通过对两种轨道系统实际运营情况的了解，速度都能达到320 km/h，在满足施工技术条件的情况下，结合这两种轨道系统目前在德国高速铁路的应用和施工生产情况，初步分析其经济性，对比情况见表1。     表1  经济对比情况表     项目    博格板式    雷达2000    备注     材料    贵    便宜    两者差别不大     人工    便宜    贵    但如在中国，人工费用低，则贵不了多少     物流、运输    贵、贵    便宜、便宜         施工设备    贵    便宜         总评价    贵    便宜         （三）认识与建议     1、雷达2000与博格板式无碴轨道技术，均能满足高速铁路要求，但对沉降控制非常严格，必须对地基进行必要的处理。     2、两种系统从设计到施工各有其优点与特点。总的看，雷达2000工厂化生产比较容易、简单，适应能力强但现场工序多，工作量大，冬节施工需要采取防冻措施；博格板施工生产自动化程度高，现场施工简单，受外界条件影响较小，但前期建厂资金投入量相对较大，需要较多类型施工生产机械。     3、Vossloh300-扣件系统与道岔，目前，国内高速铁路施工基本上需要进口，由于使用量很大，应争取加快国产化研究与生产，以降低成本，减小工程造价。     4、无碴轨道施工的专用设备，有些如调平、吊装铺设设备、打磨设备等为国外各公司专利和独有设备，国内应在客运专线建设的基础上加快研究与开发，力争生产自己的专用设备，有些设备是可通用的，如运轨车、吊车、砼运输与泵车等适当改装后均可应用与无碴轨道的施工上。     5、通过几条客运专线试验段的设计与施工，无碴轨道整套技术国内施工施工企业是应该可以掌握的，无碴轨道系统可变成更适合中国实际的设计与施工系统技术。     6、本次考察期间，没有看到雷达2000轨枕生产车间与工艺流程与博格板现场安装施工技术，在有机会的情况下，建议应优先安排实际考察这两项。     7、施工机械设备上，运梁车与架桥机目前主要靠进口，国内生产的质量与技术还达不到高速铁路建设的需要，应加快研究与生产，降低成本与造价。     五、柏林中央铁路枢纽改造工程（南北通道连接线） 本次柏林中央铁路枢纽改造工程考察由德国海特坎普铁路工程公司安排，首先在其现场听取了改造情况介绍，之后现场考察了柏林中央铁路枢纽改造工程的南北通道连接线隧道入口（见图21）至波斯坦广场车站间的整体道床无碴轨道系统。 <IMG src="/jslw/UploadFiles_2553/200612/20061220211612422.jpg" border=0>图21    （一）海特坎普铁路工程公司简介

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