高速铁路的轨道结构新技术

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1、第三篇!高速铁路轨道及铺架工程施工新技术应用与关键质量控制第一章!高速铁路的轨道结构新技术铁路线路是列车运行的基础!轨道是线路与列车相互作用的直接载体!线路上"路基#桥梁#隧道$的各种特征将通过轮轨介面直接反映给车体!并影响列车在线路上的走行性能!对于高速列车!首先是影响乘车的舒适性!更有甚者!将影响列车走行的平稳性和安全性%轨道的质量在很大程度上依赖于作为轨道基础的路基#桥涵和隧道的质量!轨道的病害除了与轨道本身的因素有关外!很多情况下还与轨道基础的因素有关%在下面我们谈到高速铁路轨道结构应具备的主要性能时!实际上也包含着对轨道基础提出了相应的

2、要求%例如!对高速铁路轨道至关重要的轨道的平顺性!就特别依赖于路基的稳定性和路基结构!弹性的均匀性!以及路桥#路涵#路隧#路堤路堑过渡段的平缓性!也与桥梁结构的刚度"挠跨比$!自振频率等有关%但下面论讨的内容将集中在轨道结构方面!其它的内容将在相关部分论述%第一节!高速铁路轨道结构应具备的主要性能及国外主要高速铁路的轨道结构形式一!高速铁路轨道结构应具备的主要性能"一$高平顺性&#"!&影响行车质量的轨道平顺性将包括静态几何平顺性及在列车的作用下由于轨道的垂向!横向变形所形成的动态平顺性"静态的轨道几何不平顺主要取决于钢轨轧制的几何质量及养路的轨

3、道静态几何质量#而动态的几何质量则和轨道结构$更确切地说是线路结构%沿线路纵向的连续性#均一性及轨道$线路%弹性沿线路纵向的均匀性及其过渡的平缓性有关"因此#提高轨道平顺性的主要措施有&$!%提高钢轨的平直性!轨面的平顺性及钢轨焊接接头的平直性"要通过提高钢轨轧制质量#接头焊接质量和钢轨打磨质量来消除这些属轮轨接触面上的短波不平顺"$"%避免由于轨道结构的连续性!均一性遭到破坏而引起的中!长波不平顺"钢轨接头!道岔是轨道连续性遭到破坏的典型部位#轨枕间距不匀#轨枕位置不正#轨枕种类!型号改变#扣件型号!拧紧状态变化#道床肩宽!边坡不标准#以及道碴

4、材质变化都是轨道结构连续性遭到破坏的典型现象"必须在轨道的设计!铺设和养护维修的各个环节上严格把关#才能提高在中!长波范围内轨道的平顺性"$#%提高轨道弹性的均匀性"防止由于路基!道床!轨下胶垫弹性不匀所引起的长波不平顺"路基软弱!沉陷#道床脏污!翻浆!板结#轨下胶垫老化!失效是造成轨下基础弹性不匀的主要因素#随着行车速度的提高#这种长波不平顺所造成的影响和破坏就愈加严重而必须加强管理"$二%高可靠性#长寿命高可靠性主要是指轨道结构保持平顺性#维持线路正常运营的能力"高速列车的轴重较轻#在高平顺性条件下所产生的轮轨动力附加荷载也较小#因而轨道各部

5、件的静强度指标通常易于得到满足"高速列车荷载的特点主要在于高频冲击和振动#这种高频荷载容易造成扣件松动#轨下胶垫磨耗#混凝土轨枕承轨槽破损#特别是有碴轨道中道碴破碎!粉化#道床沉降和变形"所有上述现象都会导致轨道结构不均!轨道弹性不匀#并最终引起轨道中!长波不平顺#导致轨道平顺性破坏#影响线路的正常运营"提高轨道的弹性#提高轨道对高频冲击!振动荷载的减振!隔离和承受能力#是高速铁路轨道结构追求的主要目标之一"长寿命#指的是轨道结构有较长的维修和大修周期"由于高速铁路的行车密度大#速度高#在行车间隔中人员不可能上道#只能利用天窗时间进行轨道的检查和

6、维修"因此其维修工作量必须少#维修周期必须长#才能保证不中断行车#维持列车正常运行"大修要求的天窗时间更长#天窗次数更多#更应尽量延长其周期#减少大修次数"$三%高稳定性采用跨区间无缝线路是提高轨道结构的连续性#均匀性的重大举措"在跨区间无缝线路中道岔的连续焊接#会使道岔区基本轨产生附加温度力#从而使结构受力和变形更为复杂的道岔区成为高速铁路稳定性的控制区"高速列车的高频冲击和振动#会使轨道结构的纵!横向阻力#即轨道自身保持稳定的能力降低#而高速列车的蛇行和横向振动又会使作用到轨道上的横向荷载加大#增加轨道横向失稳$胀轨!跑道%的可能性#因此#高

7、速铁路轨道结构的稳定性仍然是值得特别关注的课题"’#$"’二!国外主要高速铁路轨道结构的基本形式当前国外高速铁路的轨道有两种基本形式!即以法国$%&线路!日本东海道新干线及德国既有’()为代表的有碴轨道和以日本山阳"东北"上越新干线及德国新建科隆一法兰克福高速铁路为代表的无碴轨道结构#$一%有碴轨道结构有碴轨道结构是常规铁路的传统结构形式!即在填筑$路堤%或开挖$路堑%而成的岩土路基上!按规定标准铺设碎石道床!道床上再铺设轨枕及钢轨!形成轨道#隧道内及混凝土桥梁上轨道结构也大致相同!但在钢桥上则多将轨道铺设在纵梁上#日本东海道新干线大部分线路为有

8、碴轨道结构!最初采用*+,-&.焊接长钢轨!每公里!/"+根预应力混凝土轨枕!道床碎石及垫碴层共厚*+0.#这条铁路建成通车后!多处路基