高速铁路轨道结构

9
采用长定尺钢轨除可以减少焊接接头外，还对提高轨端 质量和整个钢轨质量具有重要意义。一根钢轨经过矫直机 矫直后，形成5个区域：在钢轨两端各形成一个非矫直区及 过渡区，中部为矫直变形区。各个区域的轨高、头宽尺寸 都有不同程度的变化。在正常情况下，高差为0.4mm，头 宽差为0.1mm。钢轨采用长定尺生产后，应用长尺矫直冷 锯定尺工艺，利用热轧头尾余量切除矫直区和过渡区，使 整根钢轨尺寸及高度一致，以提高钢轨整体的平顺度。
1.应采用特级碎石道砟，道砟的物理力学性能应符合有关规定。 道砟上道前应进行清洗，清洁度应满足有关要求。
2.道床顶面应低于轨枕承轨面不应小于 40mm，且不应高于轨 枕中部顶面。
3.路基地段单线道床顶面宽度 3.6m，道床厚度0.35m，道床边坡 1 :1.75，砟肩堆高0.15m。双线道床顶面宽度应分别按单线设计。石 质路堑地段应采用弹性轨枕或铺设砟下弹性垫层。
2. 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，轨枕摆置不方，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，以及道砟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。
层铺设、分层捣固、动力稳定的作业方式，一次稳定下沉
总量达8~10mm，相当于通过10万t的运量，以减少日后的
不均匀下沉。
后期缓慢下沉阶段是道床的正常工作阶段，这时道床
仍有少量下沉，下沉量与运量之间有直接关系。
24
六、钢轨伸缩调节器
钢轨伸缩调节器（简称调节器）是高速铁路重要的轨道部件之一。高 速铁路长大连续梁上铺设无缝线路，通常需要设置调节器。调节器的功能 是协调因温度引起的长大桥梁梁端伸缩位移和长钢轨伸缩位移之间的位移 差，使桥上长钢轨自动调整温度力，从而减小轨道及桥梁所承受的荷载。
11
（2）500m长钢轨运输 500m长钢轨普通平车运输采用梯形方案，
车组由36辆木地板平车组成，其中中部34辆车为13m 长60t平车（含平集共用车），两端2辆为15.4m长 61t平集共用车。各车间不得使用车钩缓冲停止器， 相邻车辆的车地板高度差不大于10mm。装载加固装 置包括座架72个，其中普通座架60个，锁定座架8个， 端部座架2个，次端座架2个，紧固装置8副，每副包 括紧固螺栓、紧固螺母、防松螺母、垫块、夹板； 安全防护门2个。
高速铁路对轨道结构的要求
导师：张鹏飞 主讲： 李兴晨 陈经纬 制作：聂林峰 吕安福 谌军辉 徐凯
华东交通大学软件学院
1
一、高速铁路对轨道结构的基本要求
(一) 高平顺性
1. 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。
弹条IV型扣件弹条安装要求
15
2、弹条V型扣件 弹条V型扣件为螺栓扣件，用于有砟轨道有挡肩混凝土轨枕。由螺
旋道钉、平垫圈、弹条、轨距挡板、轨下垫板和预埋套管组成，此外为 了钢轨高度调整的需要，还包括调高垫板。如图所示。
16
弹条分两种，即一般地段使用的W2型弹条和小阻力地段用X3型弹条 ，此外，作为备件的弹条I型扣件A型弹条可能用于钢轨接头处。轨下垫 板分一般地段使用的橡胶垫板RP5和小阻力地段用的复合垫板CRP5两种 。弹条应安装到位，弹条中部前端下颚刚好与钢轨接触为准，两者的间 隙不大于0.5mm，如图所示。在钢轨接头处，当在小号码轨距挡板上安装 W2型弹条或X3型弹条有困难时，应安装弹条I型扣件A型弹条。
挡肩混凝土轨枕。 每套扣件由两件弹条、两件预埋铁座、两件绝缘轨距块和 一件橡胶垫板组成，如图所示：
14
弹条分C4型、JA型和JB型三种。一般地段安装C4型弹条，钢轨接头 处安装JA和JB型弹条。弹条应保持足够扣压力且安装到位，弹条就位以 其小圆弧内侧与预埋铁座端部相距8~10mm为准，不得顶紧或距离过大 ，如图所示。同时，应注意使用该扣件时不得在轨下安设调高垫板，进 行调高作业，以免造成弹条残余变形甚至折断。
12
三、轨 枕
目前，客运专线III型枕主要有客运专线预应力混 凝土有挡肩枕（简称为IIIc型枕）、与IV型扣件配套的III 型预应力混泥土无挡肩枕（简称为IIIb型枕）、客运专线 预应力混凝土桥枕（简称为IIIqc型桥枕）。
13
四、扣件
1、弹条IV型 弹条IV型扣件为无螺栓扣件，用于有砟轨道的无
26
铁垫板总成下图所示，其零部件包括基本轨和尖轨轨撑、 轨撑螺栓副、轨距调整片、铁垫板、弹性垫板及调高垫板、 垫板螺栓等。
27
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合武高速铁路时速250km钢轨伸缩调节器
28
武广高速铁路时速350km单向钢轨伸缩调节器
7
8
（三）钢轨定尺及运输
1.定尺长度 钢轨定尺长度对轨道的平顺性有直接影响。作为现代
化铁路的标志之一，无缝线路是实现轨道平顺性的重要措 施。尽管现代焊接技术取得重大进展，但焊接接头仍是轨 道的薄弱环节，增加钢轨定尺长度、减少焊接接头数量是 高速铁路钢轨发展的必然趋势。目前，日本(NSC、NKK工 厂)出厂钢轨定尺长度为50m，法国(哈亚士)为80m，德国 (蒂森)、奥地利(奥钢联)为60m和120m。
23
急剧下沉是道床的密实阶段，在列车荷载的作用下，
道砟被压实，孔隙率减小，或一些道床棱角被磨碎，使道
床纵、横断面发生变化，轨道产生不平顺。该阶段轨道的
下沉量和持续时间与道砟材质、粒径、级配、捣固和道砟
的密实作业、轴重、速度等有关系，一般数百万吨通过总
重之内可以完成道床的密实阶段。
在新建高速铁路一次铺成无缝线路时，要采用道砟分
长寿命，指的是轨道结构有较长的维修和大修周期。
4
（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，高速铁路的轨道结构必须保证最高程度的稳定。
振动，避免过大的动作用力传到路基等下部结构； 4.排水：道床所使用的透水性材料，可提供良好的排水性能，对减轻
轨道冻害及提高路基的承载能力有着重要的作用； 5.方便维修养护：轨道在行车中产生的不平顺及方向不良可以通过捣
固枕下碎石道床中的石砟加以整治。
20
（二）碎石道床横断面 道床是轨道结构的重要组成部分。散粒体道床不仅要承受轨枕传递
19
五、道 床
（一）道床功用 道床是轨道框架的基础，它主要有五大功用： 1.分压作用：将轨枕下的作用分散并传于路基、使路基面的应力均匀
并小于其容许强度； 2.约束轨道框架：提供道床阻力以及约束轨道框架，保持轨道的方向、
高低等几何行位； 3.增弹减震：提供轨道所需要的弹性和阻尼，衰减列车通过时产生的
4.桥上道床标准应与路基地段相同，应采用弹性轨枕或铺设砟下 弹性垫层。砟肩至挡砟墙之间以道砟填平。
5.隧道内道床标准应与路基地段相同，应采用弹性轨枕或铺设砟 下弹性垫层。砟肩至边墙（或高侧水沟）间以道砟填平。
6.线路开通前，道床密度不应小于 1.75g/cm3，轨枕支承刚度不应 小于120kN/mm，纵向阻力不应小于14kN/枕，横向阻力不应小于12kN/
高速铁路钢轨伸缩调节器左右股对称，按伸缩方向分为单向调节器和 双向调节器两种类型，按轨下基础类型可分为无砟轨道用和有砟轨道用两 种类型。
25
我国高速铁路钢轨伸缩调节器包括时速250km客运专线有砟轨道（兼 顾货运）钢轨伸缩调节器、时速350km高速铁路无砟轨道钢轨伸缩调节 器两种型号（如下图）。单向调节器由基本轨、尖轨、铁垫板总成、轨 枕或轨道板组成；长度约是同类型单向调节器长度的2倍。调节器尖轨 工作边提供轨距线，其基本轨伸缩、尖轨锁定。
3、具有良好的韧性，适应较高的动力作用，获得较长的疲劳寿命； 4、具有良好的焊接性能，以便采用无缝线路； 5、具有良好的道岔及加工性能，以获得良好的道岔质量； 6、化学成分便于热处理，以提高钢轨的强韧性； 7、严格的尺寸公差及高平直度，保持轨道结构高精度和平顺性。
6
（二）钢轨品种和性能
我国高速铁路相关标准规定，200km/h及以上高 速客运专线铁路应选用U71MnG钢轨，200~250km/h高速客 货混运铁路应选用U75VG钢轨。其中U代表钢轨钢；75代表 化学成分中碳平均含量为0.75%；V代表钒元素；Mn代表锰 元素；G代表高速铁路（2011年前为K，代表客运专线）。 U71MnG和U75VG钢轨的化学成分及力学性能分别见表3-1和 表3-2所示。
的各种力的作用，保持轨道结构的稳定性，而且要便于进行养护。对高速 铁路而言，散粒体道床的这些作用显得尤为重要。下图分别为我国高速铁 路双线及单线路段的线路横断面。
高速铁路双线有砟轨道道床断面（单位：m）
21
根据《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）要求， 道床设计应符合下列规定：
22
枕。
（三）.道床变形 道床变形是轨道变形的主要因素，轨道变形是轨道
破坏的主要形式之一。轨道变形分永久变形和弹性变形，一 定的弹性变形能起到缓冲列车对轨道的动力作用，而永久变 形是随着列车荷载的重复次数增加而逐渐积累的，不均匀的 永久变形引起轨道的不平顺，增加了轨道列车的动力作用， 尤其是在速度高的时候，动力作用会增大。轨道变形的主要 表现是道床永久变形—下沉，占轨道总下沉的90%以上。道床 下沉有一定的规律，当道床新铺或清筛后，随着列车的通过， 道床的下沉可分为急剧下沉和后期缓慢下沉两个阶段。
10
2.钢轨运输 高速钢轨运输主要有：从钢厂出厂的100m定尺
钢轨运输和从焊轨基地出厂的500m长钢轨运输两种。 （1）100m长定尺钢轨运输
100m长钢轨运输有6种定尺方案（包含3种梯形 方案和3种矩形方案）和4种混装方案（包含3种梯形 方案和1种矩形方案）。梯形方案装载50根钢轨，分 为4层，每层14根。 按照不同的普通平车车辆长度分为8辆一组和7辆一组 两种装载方式。两端车上各有1个专用座架，中间车 上各有2个专用座架，中间的座架有4个锁定座架，每 个锁定座架只锁定一层钢轨。95m、96m、99m短尺 钢轨装载时需要增加1个混装座架。
3. 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。
3
(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。
如遇到钢轨高低和水平有少量不平顺时，可考虑放入调高垫板，放入 的调高垫板总厚度不得大于10mm，数量不得超过两块。
17
3、FC型扣件
FC型扣件为无螺栓扣件，用于有砟轨道的无挡肩混凝土轨枕。 每套扣件由两件弹条（带绝缘帽）、两件预埋底座、两件绝缘轨 距挡板和一件橡胶垫板组成，如图所示。
18
弹条分FC1504型、FC1502型、FC1306型三种。其中，FC1504型和 FC1306型弹条分别配用8494和12133型绝缘帽，且出厂时已将绝缘帽 装配在相应的弹条上，FC1502型弹条不安装绝缘帽。一般地段安装 FC1504型弹条，钢轨绝缘接头处安装FC1502型弹条，小纵向阻力地段 安装FC1306型弹条。弹条应保持足够扣压力且安装到位，弹条就位如 图3-12所示。使用该扣件不得进行调高作业。
5
二、钢轨
（一）高速铁路对钢轨的要求
钢轨在极其复杂的受力条件下工作，钢轨的状态又直接 影响行车安全和平稳，因此，对钢轨提出以下要求：
1、具有较高的强度和承载能力，在车辆荷载及其他荷载作用下，不 会发生伤损和破坏；
2、具有良好的抗磨耗性能，在车辆荷载长期作用下，能保持良好的 断面形状，维持轮轨良好的接触状态；