单元板式轨道设计和施工技术.pdf

1客运专线单元板式无砟轨道设计与施工技术客运专线单元板式无砟轨道设计与施工技术中国铁道科学研究院中国铁道科学研究院2008年年03月月1江 成江 成2۩国外单元板式轨道研究与应用概况国外单元板式轨道研究与应用概况۩我国单元板式轨道系统的前期研究我国单元板式轨道系统的前期研究۩单元板式无砟轨道系统的设计单元板式无砟轨道系统的设计۩混凝土轨道板制造的主要技术要求混凝土轨道板制造的主要技术要求۩单元板式无砟轨道的施工技术与质量控制要点单元板式无砟轨道的施工技术与质量控制要点23一. 前 言一. 前 言一. 前 言一. 前 言高速铁路轨道结构从总体上可分为两类：高速铁路轨道结构从总体上可分为两类：۩ 以碎石道床、轨枕为基础的有砟轨道；以碎石道床、轨枕为基础的有砟轨道；۩ 以混凝土或沥青混合料为基础的无砟轨道实践表明：两种轨道结构均可保证线路的高平顺性、稳定性和高速列车的安全运营由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异，各国均根据自己的国情路情合理选用，以取得最佳的技术经济效益以混凝土或沥青混合料为基础的无砟轨道实践表明：两种轨道结构均可保证线路的高平顺性、稳定性和高速列车的安全运营由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异，各国均根据自己的国情路情合理选用，以取得最佳的技术经济效益。

4随着列车速度的不断提高，有砟轨道结构面临严峻的挑战：随着列车速度的不断提高，有砟轨道结构面临严峻的挑战：۩ 道砟粉化及道床累积变形的速率加快；道砟粉化及道床累积变形的速率加快；۩ 必须采取一系列必须采取一系列轨道结构强化措施轨道结构强化措施，诸如：铺设重型轨枕、优质道砟、弹性扣件、无缝线路，优化道床尺寸，铺设砟下胶垫、枕下胶垫等；，诸如：铺设重型轨枕、优质道砟、弹性扣件、无缝线路，优化道床尺寸，铺设砟下胶垫、枕下胶垫等；۩ 需要需要频繁的养护维修作业频繁的养护维修作业来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性的要求来满足高速铁路对线路的高平顺性、稳定性的要求一. 前 言一. 前 言一. 前 言一. 前 言5۩自上世纪自上世纪60年代开始，世界上很多国家在强化有砟轨道的同时，相继研发了以年代开始，世界上很多国家在强化有砟轨道的同时，相继研发了以“高平顺性高平顺性”和和“少维修少维修”为主要目标的多种型式无砟轨道结构，通过技术、经济性的不断完善，无砟轨道结构在高速客运专线上的推广应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾等后期修建的客运专线铁路无砟轨道所占比例均在为主要目标的多种型式无砟轨道结构，通过技术、经济性的不断完善，无砟轨道结构在高速客运专线上的推广应用范围愈来愈广，日本、德国、韩国、我国台湾等后期修建的客运专线铁路无砟轨道所占比例均在90%以上。

以上一. 前 言一. 前 言一. 前 言一. 前 言6۩ 线路平顺性高、钢轨支点支承均匀性好，提高旅客乘坐舒适性线路平顺性高、钢轨支点支承均匀性好，提高旅客乘坐舒适性۩ 消除了道床的累积变形，显著减少维修工作量和维修装备，延长维修周期，从而可大幅节省维修费用消除了道床的累积变形，显著减少维修工作量和维修装备，延长维修周期，从而可大幅节省维修费用۩ 耐久性好，服务期长（设计使用寿命耐久性好，服务期长（设计使用寿命60年）۩ 提供更高、更稳定的线路纵、横向阻力，保证无缝线路在恶劣气候、紧急制动条件下的稳定性在确保列车运行安全和舒适性的前提下，困难地段的选线设计参数有可能放宽，有利于适应地形选线，并可减少工程量提供更高、更稳定的线路纵、横向阻力，保证无缝线路在恶劣气候、紧急制动条件下的稳定性在确保列车运行安全和舒适性的前提下，困难地段的选线设计参数有可能放宽，有利于适应地形选线，并可减少工程量۩ 避免了高速铁路特级道砟资源的要求，道床整洁美观，避免高速条件下的道砟飞溅问题避免了高速铁路特级道砟资源的要求，道床整洁美观，避免高速条件下的道砟飞溅问题۩ 自重轻，可减轻桥梁二期恒载；结构高度低，可减小隧道开挖断面。

自重轻，可减轻桥梁二期恒载；结构高度低，可减小隧道开挖断面无砟轨道的主要优点：无砟轨道的主要优点：7۩ 轨道结构本身的初期工程投资要大于有砟轨道轨道结构本身的初期工程投资要大于有砟轨道۩ 轨道必须建于坚实、稳定、不变形或有限变形的基础上，无砟轨道的高低调整能力有限（主要通过扣件系统），一旦下部基础残余变形超出扣件调整范围或导致轨道结构裂损，修复和整治困难轨道必须建于坚实、稳定、不变形或有限变形的基础上，无砟轨道的高低调整能力有限（主要通过扣件系统），一旦下部基础残余变形超出扣件调整范围或导致轨道结构裂损，修复和整治困难۩ 道床面相对平滑，轮轨产生的辐射噪声相对较大道床面相对平滑，轮轨产生的辐射噪声相对较大无砟轨道同样具有结构设计特点所带来的一些不足，几十年来，世界铁路技术人员针对这些不足，在无砟轨道设计、制造、施工等各个环节在不懈地努力克服无砟轨道同样具有结构设计特点所带来的一些不足，几十年来，世界铁路技术人员针对这些不足，在无砟轨道设计、制造、施工等各个环节在不懈地努力克服8适于无砟轨道铺设的范围适于无砟轨道铺设的范围۩ 基础变形相对较小的桥梁、隧道区段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۩ 特殊减振区段特殊减振区段۩ 优质道砟短缺、人工费用高的地区。

优质道砟短缺、人工费用高的地区9目前我国客运专线采用的无砟轨道结构型式目前我国客运专线采用的无砟轨道结构型式无 砟 轨 道 结 构 型 式无 砟 轨 道 结 构 型 式预制板式预制板式现浇混凝土式现浇混凝土式单元板式单元板式纵连板式纵连板式双块式双块式轨枕埋入式轨枕埋入式新广州站工程京津城际新广州站工程京津城际武广、郑西客专武广、郑西客专岔区岔区10۩ 日本为世界上铺设无砟轨道最多的国家，其无砟轨道结构型式主要为单元板式从日本为世界上铺设无砟轨道最多的国家，其无砟轨道结构型式主要为单元板式从1965年开始试验研究，目前累计铺设里程已达年开始试验研究，目前累计铺设里程已达2700多多km（其中新干线约（其中新干线约1600多多km））۩ 日本板式轨道的是从隧道、桥梁上开始的，以后逐渐扩大路基区段山阳、东北、上越、北陆、九州等新干线全部桥、隧及部分路基区段均铺设了板式轨道日本板式轨道的是从隧道、桥梁上开始的，以后逐渐扩大路基区段山阳、东北、上越、北陆、九州等新干线全部桥、隧及部分路基区段均铺设了板式轨道二. 国外单元板式轨道的研究与应用概况二. 国外单元板式轨道的研究与应用概况二. 国外单元板式轨道的研究与应用概况二. 国外单元板式轨道的研究与应用概况11日本新干线无砟轨道所占比例日本新干线无砟轨道所占比例东海道新干线 (东京～新大阪）山阳新干线 (新大阪～冈山）山阳新干线 (冈山～博多）东北新干线 (东京～盛冈）上越新干线 (大宫～新泻）北陆新干线 (高崎～长野）东海道新干线 (东京～新大阪）山阳新干线 (新大阪～冈山）山阳新干线 (冈山～博多）东北新干线 (东京～盛冈）上越新干线 (大宫～新泻）北陆新干线 (高崎～长野）0%20%40%60%80%100%有碴轨道无碴轨道直结轨道10095569311082849151585122.1 单元板式轨道的结构组成与设计特点单元板式轨道的结构组成与设计特点2.2 单元板式轨道结构型式的发展历程单元板式轨道结构型式的发展历程2.3 北陆新干线板式轨道施工录像北陆新干线板式轨道施工录像2.4 轨道板制造过程录像轨道板制造过程录像2.5 单元板式轨道的优缺点分析单元板式轨道的优缺点分析132.1 板式轨道的结构组成与设计特点板式轨道的结构组成与设计特点۩ 钢轨钢轨۩ 扣件（含充填式垫板）扣件（含充填式垫板）۩ 预制轨道板预制轨道板۩ 水泥沥青砂浆调整层水泥沥青砂浆调整层۩ 混凝土底座混凝土底座۩ 凸形挡台及周围填充树脂凸形挡台及周围填充树脂结构组成结构组成14۩ 明确的层状体系设计，方便维修，可修复性强明确的层状体系设计，方便维修，可修复性强۩ 传力明确水平荷载：凸形挡台垂向荷载：轨道板、底座传力明确水平荷载：凸形挡台垂向荷载：轨道板、底座۩ 轨道板工厂预制，道床结构现场拼装施工，施工效率高轨道板工厂预制，道床结构现场拼装施工，施工效率高۩ 轨道板下可设置弹性层，减轻对环境的影响轨道板下可设置弹性层，减轻对环境的影响设计特点设计特点152.2 板式轨道结构型式的发展历程板式轨道结构型式的发展历程日本单元板式轨道主要由铁道综合研究所集中研发，从日本单元板式轨道主要由铁道综合研究所集中研发，从60年代中期开始总共建立了年代中期开始总共建立了20多处近多处近30多公里的试验段，曾提出多种轨道结构设计方案，如多公里的试验段，曾提出多种轨道结构设计方案，如A型、型、M型、型、L型和型和RA型等，开展了大量的室内、运营线上动力测试和长期观测的试验研究工作，并在试验结果的基础上，不断地改进完善结构设计参数和技术条件。

目前日本新干线板式轨道的标准结构型式：型等，开展了大量的室内、运营线上动力测试和长期观测的试验研究工作，并在试验结果的基础上，不断地改进完善结构设计参数和技术条件目前日本新干线板式轨道的标准结构型式：۩ A型（平板式）－型（平板式）－ RC 或或 PRC 型型۩ AF型（框架式） －型（框架式） － RC或或PRC型型۩ 减振减振G型16（（1）普通）普通A型板式轨道（型板式轨道（RC、、PRC））最初为普通混凝土（最初为普通混凝土（RC）平板结构，为应用于东北、上越新干线的寒冷地区，后来又研制出双向预应力结构（）平板结构，为应用于东北、上越新干线的寒冷地区，后来又研制出双向预应力结构（PRC）的轨道板，以防止轨道板混凝土开裂和冻胀的轨道板，以防止轨道板混凝土开裂和冻胀17（（2）框架（）框架（AF）型轨道板 －－适于温暖地区采用）型轨道板 －－适于温暖地区采用钢轨 扣件（含充填式垫板）钢轨 扣件（含充填式垫板）预制轨道板预制轨道板凸形挡台及 周围填充树脂凸形挡台及 周围填充树脂水泥沥青砂浆调整 层水泥沥青砂浆调整 层 (袋装灌注袋装灌注)现浇钢筋混凝土底座现浇钢筋混凝土底座18框架（框架（AF）型轨道板的主要优点：）型轨道板的主要优点：۩降低轨道板的制造成本；降低轨道板的制造成本；۩减少减少CA砂浆的灌注量；砂浆的灌注量；۩减小由于日温差引起的轨道板翘曲；减小由于日温差引起的轨道板翘曲；۩自重减小约自重减小约15％～％～20％，不仅减小了二期恒载，同时改善了轨道板的铺设、维修更换的条件；％，不仅减小了二期恒载，同时改善了轨道板的铺设、维修更换的条件；۩有利降低无砟轨道线路的噪声；有利降低无砟轨道线路的噪声；۩由于隔断了轨道板表面的部分水膜连通，在一定程度上可提高道床的漏泄电阻。

由于隔断了轨道板表面的部分水膜连通，在一定程度上可提高道床的漏泄电阻19۩ 框架式轨道板在露天区间应用时的中部排水问题排水处理除在轨道板端部预留排水通道外，应根据线路纵坡、超高情况具体设计，检查确保排水通畅框架式轨道板在露天区间应用时的中部排水问题排水处理除在轨道板端部预留排水通道外，应根据线路纵坡、超高情况具体设计，检查确保排水通畅۩ 严寒地区使用，轨道板中空部位积雪严寒地区使用，轨道板中空部位积雪框架板的主要缺点：框架板的主要缺点：20普通混凝土框架型（普通混凝土框架型（RC）轨道板的厂内制造）轨道板的厂内制造21预应力混凝土框架型（预应力混凝土框架型（PRC）轨道板的厂内制造）轨道板的厂内制造22（（3）减振）减振G型板式轨道型板式轨道为解决新干线的振动噪声问题，日本从为解决新干线的振动噪声问题，日本从70年代后期开始，在日野土木研究所、东北新干线上的年代后期开始，在日野土木研究所、东北新干线上的“小山试验线小山试验线”、北上地区、古河地区的高架桥上分别试铺了、北上地区、古河地区的高架桥上分别试铺了20多种型式的减振性。