城市轨道交通轨道结构.

1、城市轨道轨道结构 城市轨道交通概论 第五章 一、轨道组成概述 二、钢轨 三、轨枕 四、联结零件 五、轨下基础 六、线路防爬及曲线加强 七、轨道结构的合理配套 轨道（图）是由钢轨（图） 、轨枕（图） 、道床、 道岔（图）、联 结零件（图）及防爬设备（图）组成。 一、轨道组成概述 1 概念及作用 1）组成 2）作用 引导机车车辆运行，直接承受由车轮传来的荷载，并把它传布给路基 或桥隧建筑物。 2 组成及作用 1）钢轨 引导机车车辆前进，承受并传递车轮压力，兼做轨道电 路（电气化铁路或自 动闭赛区间）。 2）轨枕 轨枕承受钢轨的压力并传布于道床，有效地保持轨道的几何形位。 3）联结零件 有效地保证钢轨与钢轨、钢轨与轨枕间的可靠联结，尽可能保持钢轨的连续 性与整体性。阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常，并在机车车辆 的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能，延缓线路残余变形的积累。 4）防爬设备 有效地防止钢轨与轨枕之间发生纵向的相对移动，防止钢轨爬行。 5）道床 轨枕基础，增加轨道的弹性和纵横向移动的阻力，并便于排水和校正轨道的 平面和纵断面。 6）道岔 使机车车辆从一股轨道转入或越过另

2、一股轨道。 1 类型 钢轨类型以每米大致质量kg数表示。我国主要有75、60、50、43、38kg/m共 五种。 应与正线轨道类型相区别，正线轨道类型有：特重型、重型、次重型、中型 、轻型共五种。 二、钢轨（图） 钢轨断面 轨头宜肥而大，应具有和车轮踏面相适应的外形。 轨腰应有足够的厚度和高度。 轨底应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。 轨身高与轨底宽之间应有适当的比例，轨高与轨底宽之比一般为1.15 1.20。 2 断面设计原则 有Fe、C、Mn、Si、P、S等元素。 3 材质及机械性能 1）钢轨钢的化学成分 主要取决于钢轨的化学性能、物理力学性能、金属组织及热处理工 艺。 2）机械性能 重型化 随着高速、重载运输的要求，钢轨正向重型化发展，目前世界上最重型 的钢轨已达到77.5kg/m，线路上逐步铺设75kg/m钢轨。 3）钢轨的发展趋势 强韧化 在轮载和温度力的作用下，钢轨产生复杂的变形：压缩、伸长、弯曲、 扭转、压溃、磨耗等。为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨必须 保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。这就要求 钢轨具有足够的强度

3、、韧性和耐磨性能。 纯净化（材质） 淬火轨对材质纯净度的要求比普通钢轨更高，如果不提高钢轨的纯净 度，钢轨重型化及强韧化的优势也不能更好地发挥，因此材质纯净化是重 型化和强韧化的基础。例如钢轨中非金属夹杂、钢轨金属薄弱区的存在等 ，都是钢轨产生疲劳伤损的根源，以这些疲劳源为中心形成核伤，对行车 安全构成威胁。 钢轨重型化、强韧化和纯净化应 当有机地统一，才能获得最佳综合技 术经济效益。 标准轨长度：12.5 、25 和新近出厂的50m钢轨。 缩短轨 对应于12.5标准轨：12.46 m、12.42 m、12.38 。 对应于25标准轨：24.96 m、24.92 m、24.84 。 4 钢轨长度、接头及轨缝 1）钢轨长度 预留轨缝：铺轨施工时预留的轨缝称为预留轨缝。 构造轨缝：指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在 构造上能实现的轨 端最大缝隙值。 预留轨缝的计算 2）轨缝 普通线路预留轨缝计算公式 12.5m 钢轨在任何地区都能铺设，25m 长钢轨的允许铺设地区应满足(冬天 螺栓不受剪，夏天轨缝不顶严) 3）允许铺轨温度范围 对于60kg/m钢轨以下的25m长的普通线路， ag=18m

4、m，应当在（tZ30）（tZ30）范 围内铺设或调整轨缝。 对于25m 钢轨，T101.7。允许铺 轨上下限： 1）钢轨磨耗种类 侧面磨耗 钢轨超常的侧面磨耗遍及全路各主要干线。京沪线泰安段，京广线广水段 、韶关段，陇海线三门峡段等，铺设在曲线上股的新轨少则10个月，多则1521 个月，就因磨耗超限而被迫更换，其它干线上钢轨侧磨的现象也很，特别是运煤 干线，磨耗速率更大。不少工务段迫于维修轨不足，往往采取调边使用的措施以 解燃煤之急。 5 钢轨磨耗与伤损 减少侧磨的途径： i) 采用耐磨轨，如高硅轨，淬火轨等。 ii) 加强曲线养护，设置合理超高、轨距，保持良好的轨底坡和方向，增加线 路的弹性。 减少15的曲线超高量、轨距减少2mm、把曲线里股轨底坡调成1/20，外轨 仍保持1/40等调整线路参数措施都可减缓曲线钢轨磨耗。但这些措施须与保持 曲线圆顺和加强轨道维修配合进行，方能起到应有的作用。 iii) 曲线涂油。包括车上涂油和地面涂油两种。 a 轮轨适量润滑对减轻磨耗有明显效果，但轮轨润滑并不是万能的。 它的效果只能通过采用优质钢轨才能充分发挥，即使在轮轨极好的润滑条 件下，普通碳素

5、轨也难以得到令人满意的效果，我国多年来坚持钢轨涂油工作 但效果并不明显就充分说明了这一点。 b 轮轨具有一定的磨耗速率是正常现象，否则钢轨的疲劳伤损将成为突出矛 盾。 据日本铁路的研究，钢轨涂油后接触疲劳伤损剧增，容易发生钢轨剥离。 应有控制地进行轮对润滑，即35d进行一次轮对润滑，然后15d不润滑，使钢轨 磨耗量保持在1.5mm/亿t通过总重的水平。 试验表明： 波浪形磨耗（实质上是波浪压溃） 在主要运煤干线，波浪磨耗成为钢轨使用寿命的控制因素。以石太线为 例，R300m的曲线上股钢轨，只铺用1012个月就因波磨而报废。 一般是正常的。随着总重的增加而增大，在曲线上由于超高设置不当而引起 。 垂直磨耗 第一阶段：钢轨踏面外形的变化 第二阶段：轨头表面金属的破坏 第一阶段：轨头接触疲劳的形成 2）钢轨接触疲劳伤损的形成过程 轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响 行车安全。 形成的内因：钢轨内部材质的缺陷。 形成的外因：外部荷载的作用。 3）轨头核伤 1）提高钢轨材质，防止出现气孔及夹碴等不良现象。 钢轨只有向重型化、强韧化、纯净化发展，才是解决钢轨伤损问题的

6、 根本途径。 2) 改善线路质量，提高弹性，减少动力冲击。 4）减缓伤损措施 轨枕可以按以下方法进行分类： 1）按使用目的划分：普通轨枕、岔枕、桥枕 2）按材料划分：木枕、混凝土枕、混凝土宽枕 3）按构造及铺设方法：横向轨枕、纵向轨枕、短枕 三、轨枕（图） 1 类型 1）优缺点 优点 富于弹性，便于加工、运输和维修，电绝缘性能好，与道碴间摩擦系数大 。 缺点 木材缺乏，价格贵，易腐朽，寿命短，不同种类轨枕弹性可能不一致。 2 木枕 普通木枕标准长度2.5m。 木岔枕2.6 4.85m，级差0.15m 2）长度 防腐处理（防腐油与煤焦油混合的油剂，即混合油），防裂，防水。 在木枕上铺设垫板，并预钻道钉孔。 严格控制木枕的含水量。 出现裂缝后立即采取补救措施。 3）延长木枕使用寿命的措施 1）类型 按使用部位：普通混凝土枕、混凝土岔枕、混凝土桥枕 按结构型式：整体式、组合式、半枕 按配筋方式：普通钢筋混凝土枕、预应力混凝土枕 2）尺寸 长度：2.32.7 之间，、型枕均采用2.5m。 3 混凝土枕 主要优点： 纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性，可以满足铁路高速度、大 运量小要求； 铺设

7、高弹性垫层可以保证有比较均匀的弹性； 使用寿命长，可以降低铁路轨道每年的修理费用。 4 我国混凝土枕现状 轨枕尺寸 1）型轨枕（还有相当比例） 缺点： 使用条件与承载能力不相匹配、结构薄弱、养护维修不便。 型混凝土枕的承载能力是按韶山型机车、轴重25t、最高速度120km/h 、铺设密度1840根/km设计的。包括1984年以后设计鉴定的S-2型（1998年3 月1日停产）、J-2型、YII-F型、TKG-II型等，从1985年后开始大量铺设于各 型轨道。 采用疲劳可靠性进行设计。 难以适应重型和特重型轨道的承载条件。 为我国目前的主型轨枕，基本适用于次重型、重型轨道。 2）型轨枕与新型轨枕（较前者有所改进，质量大22kg） YII轨枕 螺旋道钉孔 螺旋道钉 类型：分为无挡肩、有挡肩两种。 较II型轨枕加宽了枕底宽度，支承面积增加17，端部面积增加20，对 于提高道床的纵横向阻力和轨道稳定性十分有利。若以支承面积计，1600根III 型轨枕的底面积约与1840根II型枕相当。 因此，加长和加宽的III型轨枕可以减少每千米的轨枕配置根数。 3）型轨枕（设计中采用III级荷载） 主要特点：

8、 结构合理，强化了轨道结构。 轨下和中间截面的设计承载能力较高。 采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定。 5.1 混凝土宽枕 1）优点 使道床的应力大为减少。(支承面积比普通枕增加一倍) 轨道结构得到加强。 有利于铺设无缝线路。（重量大，阻力大） 延长道床的清筛周期。（封闭） 维修养护工作量少，适合于繁忙干线和车站。 宽轨枕轨道整洁美观。 5 特种混凝土枕 混凝土宽枕尺寸 宽轨枕铺设 2）类型 主要有弦76 、筋76 、弦82 、筋82 1）优点 提高了道岔的稳定性，轨距、水平、方向等几何尺寸容易保持，并消除 了导曲线反超高及道岔爬行等病害，减少维修工作量约1/3。目前，全路铺设 岔枕10000组，对强化道岔的结构，保证行车安全起到了积极的作用。 5.2 混凝土岔枕 2）问题 混凝土岔枕比混凝土枕受力更复杂，在辙叉等特殊部位由于承受冲击力大 ，更容易发生裂纹；岔枕螺栓的固定方式是预埋尼龙套管，螺栓拧在套管中， 在列车振动作用下容易松动，特别是尼龙套管容易积水，使螺栓锈蚀；扣件零 配件型号繁多，通用性差。 在管理工作中，混凝土岔枕的供应是成组发运，以50kg/m钢轨12号单开道 岔为例，

9、每组岔枕共有26种长度、81种规格的有挡肩岔枕92根，当个别岔枕损 坏后，很难配备更换，另外，随着运量的增加，轨型发生变化，而由于不同轨 型的混凝土岔枕不能通用，致使混凝土岔枕大量拆除下道，不能充分发挥混凝 土岔枕使用寿命长的作用。 它就是在混凝土枕的混凝土中掺入一定量的钢纤维，以提高轨枕的抗冲 击韧性和抗裂、抗拉、抗剪、抗弯、抗疲劳强度。其研制工作是铁科院铁建所 和太原轨枕厂承担的，经过设计、试验、试制和试铺，取得了比较满意的结果 。 5.3 钢纤维混凝土枕 5.4 混凝土桥枕 混凝土桥枕枕中部分应保持浮碴，既不能掏空，也不能进行捣固。 1）每公里轨枕数（级差80根/km） 木枕线路：1440 1920 根/ 公里 混凝土枕线路：1440 1840 根/ 公里 6 轨枕间距 式中 L标准轨长，并考虑轨缝8mm； n 一节钢轨下轨枕的根数，由每公里铺设的 轨枕数换算过来； a中间轨枕间距； b过渡轨枕间距； c接头轨枕间距。 固定：50kg/m 及以上钢轨，木枕取440mm、混凝土枕取540mm。 2）轨枕布置（确定a、b、c） 计算a： 注意：b应取最终计算值， 假设值b=(a+c)/2不可使用 。 以上的计算结果不一定能够满足使用要求，还需要对a、b、c的取值 进行如下判断。 i) abc(首先尽量满足)（有时可能满足不了）。 ii)a宜取mm整倍数。 3） 计算结果要求 4） 实例 某普通线路采用50kg/m钢轨L=10.5m，轨缝取8mm，每公里铺设PC枕1680根 ，求其轨枕布置的中间间距a，及过渡间距b（接头间距c=540mm）。 解： ，取18根。 中间轨枕间距： ，取590mm。 计算轨枕根数： 过渡轨枕间距： ，故可取满足 1 钢轨接头联结形式 1）按左右股钢轨接头位置划分 相对式(对接)、相互式(错接) 我国采用相对式。 2）按钢轨接头与轨枕相对位置划分 悬接式、单枕承垫式、双枕承垫式 我国采用悬接式。 3）按接头用途及工作性能划分 普通接头、导电接头、异形接头、绝缘接头、尖轨 接头、冻结接头、胶 结接头及焊接接头

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