客运专线无碴轨道设计与施工技术.ppt
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高速客运专线高速客运专线无碴轨道的设计与施工技术无碴轨道的设计与施工技术1.前言前言2.国外无碴轨道应用现状国外无碴轨道应用现状3.国内无碴轨道发展概况国内无碴轨道发展概况4.无碴轨道设计技术要求无碴轨道设计技术要求5.无碴轨道施工技术要点无碴轨道施工技术要点6.结束语结束语高速客运专线轨道结构从总体上可分为两类:
一类是以碎石道床、轨枕为基础的有碴轨道,另一类是以混凝土或沥青混合料为基础的无碴轨道,实践表明,两种轨道结构均可保证高速列车的安全运营。
但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、铁路的特点合理选用,以取得最佳的技术经济效益。
1.前前言言无碴轨道的定义无碴轨道的定义无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒体道碴道床而组成的轨道结构型式。
无碴轨道的特点无碴轨道的特点
(一)
(一)轨道稳定性好,线路养护维修工作量显著减少,从而减小对列车运营的干扰,线路利用率高;轨道几何形位能持久保持,提高列车运行的安全性;平顺性及刚度均匀性好;耐久性好,服务期长;避免优质道碴的使用及环境破坏,无高速运行时的道碴飞溅;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。
轨道必须建于坚实、稳定、不变形或有限变形的基础上,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;初期投资相对较大;振动、噪声相对较大。
无碴轨道的特点无碴轨道的特点
(二)
(二)无碴轨道线路的修复无碴轨道线路的修复无碴轨道线路的减振措施无碴轨道线路的减振措施无碴轨道线路的降噪措施无碴轨道线路的降噪措施适于无碴轨道铺设的范围适于无碴轨道铺设的范围基础变形相对较小、维修作业困难的长大桥梁、隧道区段;地质条件好、基础坚实、工后沉降易易于于有有效效控控制制的路基、道岔区段;优质道碴短缺、人工费用高的地区。
自上世纪60年代中期开始,世界各国铁路相继开展各类无碴轨道结构的研究,一些国家已把无碴轨道作为高速铁路的主要结构型式全面推广应用。
在高速铁路上推广应用无碴轨道的国家和地区主要是日日本本、德德国国、荷荷兰兰、意意大大利、韩国、我国台湾省利、韩国、我国台湾省等。
2.国外无碴轨道的应用现状国外无碴轨道的应用现状无碴轨道结构型式的分类无碴轨道结构型式的分类2.1日本新干线板式轨道日本新干线板式轨道(普通(普通A型、框架型、减振型、框架型、减振G型等)型等)2.2德国高速铁路无碴轨道德国高速铁路无碴轨道(Rheda型、型、Zublin型、型、Bogl型等)型等)2.3其它国家和地区的无碴轨道其它国家和地区的无碴轨道2.1日本新干线板式轨道日本新干线板式轨道从60年代开始试验研究,目前其累计铺设里程已达2700多km(其中新干线约1600多km),为世界上铺设无碴轨道最多的国家。
板式轨道最初铺设在隧道内,以后逐渐扩大到桥梁和路基上。
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。
日本日本新干线新干线无碴无碴轨道轨道所占所占比例比例东海道新干线东海道新干线(东京东京新大阪)新大阪)山阳新干线山阳新干线(新大阪新大阪冈冈山山)山阳新干线山阳新干线(冈山冈山博多)博多)东北新干线东北新干线(东京东京盛冈)盛冈)上越新干线上越新干线(大宫大宫新泻)新泻)北陆新干线北陆新干线(高崎高崎长野)长野)1001009595556969313110108282884491915515158585板式轨道的结构组成板式轨道的结构组成板式轨道由钢轨、扣件、预制轨道板、CA砂浆调整层、混凝土底座、轨道板间的凸形挡台等组成。
日本板式轨道在研发过程中,曾提出多种结构设计方案,如A型、M型、L型和RA型等,目前日本板式轨道的标准结构型式:
普通A型(平板式)RC或PRC型框架式RC型减振G型PRC型普通普通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的轨道板,防止开裂和冻胀。
桥上板式轨道(含伸缩调节器区段桥上板式轨道(含伸缩调节器区段)框架式板式轨道框架式板式轨道为节省板式轨道的建设成本,减小轨道板的翘曲,在标准A型轨道板的基础上,研制出框架式轨道板,并推广应用。
预制的框架式轨道板预制的框架式轨道板框架式板式轨道的应用框架式板式轨道的应用隧道内隧道内露天区间露天区间日本板式轨道在土质路基上的应用日本板式轨道在土质路基上的应用板式轨道在土质路基的应用从80年代开始研究,90年代初开始试铺;北陆新干线应用前,确定路基沉降目标值为30mm,在铺设60m试验段后,观测下沉6.2mm,1993年在北陆新干线铺设了10.8km,占土质路基上的的1/4;在软弱路基上慎用。
土质路基上板式轨道土质路基上板式轨道减振减振G型板式轨道型板式轨道为使高速列车运行满足社会环保对振动、噪声的要求,在特殊要求区段铺设减振型板式轨道。
减振减振G型轨道板底橡胶垫层的厂内粘贴型轨道板底橡胶垫层的厂内粘贴减振减振G型板式轨道在车站高架桥上的应用型板式轨道在车站高架桥上的应用橡胶垫层橡胶垫层CA砂浆砂浆2.2德国高速铁路无碴轨道德国高速铁路无碴轨道德铁无碴轨道从理论分析、室内试验、运营线上短区段试铺到目前大规模铺设经过近40年的发展历程。
尽管由于初期技术不成熟,造价相对较高而引起了较多的批评,但随着高速线有碴轨道道碴磨损速率加快,维修工作量增大,以及无碴轨道技术的逐渐成熟、区段试铺无碴轨道的良好效果,自上世纪90年代后,决定在时速250km/h以上的新建高速线全面推广应用无碴轨道结构。
2.2.1德铁高速线无碴轨道的应用德铁高速线无碴轨道的应用柏林汉诺威:
RhedaClassic、Zublin、FFC、ATD、BTD型科隆法兰克福:
RhedaClassic、Zublin、RhedaBerlin型纽伦堡英戈城:
Rheda2000、Bgl型2.2.2德铁无碴轨道的结构型式德铁无碴轨道的结构型式德国无碴轨道结构型式繁多,基于统一的设计基本要求,立足于企业开发研制。
尽管德铁的无碴轨道结构型式多种多样,但对扣件系统、下部结构物(土质路基、桥梁和隧道)的技术要求都是统一的。
任何无碴轨道新结构在纳入德铁路网之前,必须获得德铁技术委员会(EBA)的批准。
EBA认证试验室综合评价有限长度的试铺5年的运营考验。
德铁无碴轨道扣件系统(德铁无碴轨道扣件系统(Vossloh300型)型)调高量:
4/+26mm调距量:
16mm节点刚度:
22.5kN/mm德铁通过运营考验的无碴轨道结构德铁通过运营考验的无碴轨道结构RhedaZublinBerlinATDGetracBgl
(1)Rheda系列无碴轨道系列无碴轨道因1972年在德铁Rheda车站铺设而得名;轨道结构组成:
钢轨、300型扣件、道床板(含预制混凝土轨枕或双块式轨枕)、槽形板(可选)等;德国Pfleiderer公司1999年开发出无槽形板的Rheda2000系统;德国正在建设中的纽伦堡英戈城的高速线上使用了Rheda2000系统。
Rheda型无碴轨道的发展历程型无碴轨道的发展历程普通普通Rheda型型无碴轨道横断面无碴轨道横断面(韩国高速铁路三座隧道内应用了这种结构型式)桥上普通桥上普通Rheda型无碴轨道横断面型无碴轨道横断面桥上普通桥上普通Rheda型无碴轨道型无碴轨道土质路基上普通土质路基上普通Rheda型无碴轨道型无碴轨道道岔区无碴轨道道岔区无碴轨道伸缩调节器区段无碴轨道伸缩调节器区段无碴轨道Rheda-2000型的主要特点型的主要特点用钢筋桁架组成的双块式轨枕取代了普通Rheda型中的预应力轨枕,减少了新、老混凝土的结合面,提高了结构的整体性;轨道建筑高度降低(650473mm),降低工程造价。
Rheda-2000型型横断面横断面Rheda-2000型的型的轨道排架轨道排架Rheda-2000型型无碴轨道无碴轨道软基上的软基上的Rheda2000型无碴轨道(荷兰高速铁路)型无碴轨道(荷兰高速铁路)桥上无碴轨道横断面(台湾高速铁路)桥上无碴轨道横断面(台湾高速铁路)
(2)Zblin型无碴轨道型无碴轨道主要特点:
主要特点:
双块式轨枕;采用特殊施工设备,用固定架替代钢轨支撑架,将轨排振入预先浇筑的混凝土中。
Zublin型无碴轨道施工
(一)型无碴轨道施工
(一)Zublin型无碴轨道施工
(二)型无碴轨道施工
(二)Zublin型无碴轨道施工(三)型无碴轨道施工(三)隧道内的隧道内的Zblin型无碴轨道型无碴轨道桥上桥上Zblin型无碴轨道型无碴轨道(3)BGL(博格)型板式轨道博格)型板式轨道钢轨、300型扣件;轨道板(64502550200mm);(横向先张预应力,纵向非预应力)乳化沥青水泥砂浆调整层;混凝土底座(长桥上设)。
BGL板式轨道的组成
(二)板式轨道的组成
(二)
(1)级配碎石层(防冻层)
(2)水硬性胶结层(3)CA砂浆层(4)Bogl轨道板(5)伸缩缝(6)承轨台(7)支撑螺栓孔(8)CA砂浆灌注孔(9)连接钢筋长桥(长桥(L25m)上的上的BGL轨道板轨道板(非预应力结构、无伸缩缝)非预应力结构、无伸缩缝)长桥(长桥(L25m)上的上的BGL板式轨道板式轨道BGL型板式轨道的优点型板式轨道的优点由于线路设计与轨道板承轨台设计相结合,轨道板铺设完成后的轨道状态调整工作量少,轨道铺设精度高。
轨道板可与高弹性的Vossloh扣件相匹配,轨道弹性好;现场混凝土灌注工作量少,施工速度较快;轨道可修复性较好。
BGL型板式轨道的缺点型板式轨道的缺点桥上与路基上BGL轨道板的结构型式不统一,轨道板在线路上的位置固定,通用性较差。
轨道板需要在工厂进行机械加工,成本较高;道岔区BGL型板式轨道仍在研制开发阶段。
BGL轨道板的厂内制造轨道板的厂内制造轨道板横向施加预应力(先张法)纵向为普通钢筋。
轨道板承轨台部分的数控机床打磨轨道板承轨台部分的数控机床打磨由于轨道板在线路上的位置是固定的。
对于曲线上的轨道板的正矢、缓和曲线上的超高变化,需要在轨道板制造过程中通过数控机床对承轨台进行高精度的磨削。
磨削后的轨道板承轨台磨削后的轨道板承轨台路基上路基上BGL板式轨道的主要施工工序板式轨道的主要施工工序a)防冻层(渗透率10-5m/s10-4m/s,EV2120N/mm2)b)水硬性胶结层(HGT)(厚度300mm)c)轨道板铺设d)轨道板精确定位e)CA砂浆灌注f)封填窄接缝g)板间连接h)封填宽接缝i)长钢轨铺设(aa)防冻层防冻层(b)HGT层层(30cm)(cc)轨道板铺设轨道板铺设(dd)轨道板精确定位轨道板精确定位(ee)板底板底填充填充CA砂浆砂浆(ff)板间窄接缝封填板间窄接缝封填(gg)板间连接板间连接(hh)封填宽接缝封填宽接缝(ii)长钢轨铺设长钢轨铺设(jj)轨道竣工轨道竣工(4)ATD与与GETRAC型无碴轨道型无碴轨道ATD型型GETRAC型型由于德国全境的地质条件较好,德铁最开始主要针对土质路基和隧道区段的无碴轨道开展研究,以后逐步扩大到预应力混凝土桥上,为全区间推广应用无碴轨道创造了条件。
对于不同的无碴轨道结构,其下部基础的要求都是统一的。
相应的规范:
桥梁:
DS804;路基:
DS836;隧道:
DS8532.2.3德铁无碴轨道对下部基础的要求德铁无碴轨道对下部基础的要求路基工后沉降要求路基工后沉降要求长期运营中的路基残余变形量必须小于等于扣件的调高量减去5mm(为列车荷载产生变形所留出的余量);如在长度大于20m的线路范围产生较均匀的轨道下沉,则路基残余变形量影响达到第项的2倍;路基的下沉能按竖曲线R0.4v2(v为线路的设计速度)进行圆顺;如路基残余变形量大于扣件调高量减去余量的4倍或变形量无法进行圆顺的路基上不能铺设无碴轨道。
对对于于使使路路基基产产生生不不可可预预测测的的残残余余变变形形区区段段、地地下下水水位位高高出出钢轨顶面以下钢轨顶面以下1.5m的路基区段均不应铺设无碴轨道。
的路基区段均不应铺设无碴轨道。
路基结构要求路基结构要求路基结构采用自下至上刚度逐步提高的多层支承系统,包括
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