高速铁路轨道

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2.3 扣件

高速铁路的扣件除要求具有足够的扣压力 以确保线路的纵、横向稳定之外，还要求 弹性好，以保证良好的减振、降噪性能； 扣压力保持能力好，以降低日维修工作量； 绝缘性能好，以提高轨道电路工作的可靠 性，延长轨道电路长度，降低轨道电路投 资。
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我国采用弹性扣件已有20多年历史，已成功的开 发了弹条Ⅰ扣件，弹条Ⅰ型调高扣件，弹条Ⅱ型 扣件及弹条Ⅲ型扣件等，以上扣件已全部通过部 级鉴定并推广使用。
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从20世纪80年代开始，德国铁路董事会开 始大力谋求新建铁路和扩建线路要尽量采 用少维修轨道，这项措施极大地推动了无 碴轨道的发展。 德国在修建高速铁路的初期，无碴轨道仅 占正线的30%以下，但1998年开通的柏林— 汉诺威高速铁路，无碴轨道已达80%以上。

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3．其他国家 一向坚持采用有碴轨道的法国，也在新建的地中海线的路 基上和隧道内分别铺设了2km、8km的双块式无碴轨道。 荷兰高速铁路土质不好，软土较多，但也积极采用无碴轨 道。 韩国在修建高速铁路时，也把无碴轨道作为重要工程内容。 总之，无碴轨道结构在高速铁路上的大量铺设已经成为发 展趋势。

要达到高速铁路轨道高平顺性，必须满足以下条件： 1．路基设计和施工必须满足路基的工后沉降小、不均匀 沉降小，在动力作用下变形小、稳定性高等要求。高平顺 性、高稳定性的路基是确保轨道高平顺性的前提条件。


2．桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺的要求。
3．道床必须选用硬质、耐磨的道碴，并在铺枕前整平压 实。近十多年来国外重载、高速铁路均已采用。
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最典型的直接支承方式的无碴轨道结构为ATD、GETRAC型，如图4-13、 图4-14所示，上部的轨枕或支承块直接置于钢筋混凝土/沥青混凝土 支承层上，成为一个独立的组成部分，在中部有多种方式设限位装 置，以限制轨排纵、横向移动。
图4-13 ATD型无碴轨道结构（单位：mm）
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图4-14 GETRAC型无碴轨道结构（单位：mm）
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Rheda型无碴轨道（图4-11）为钢筋混凝土底座上的整体结构型式之 一。Rheda型无碴轨道结构从1972年开始试铺的普通型（带槽形板、 埋入轨枕）到目前研发的2000型（无槽形板、埋入支承块）经历了近 30年的发展里程。
图4-11 普通Rheda 型无碴轨道
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最近开发的Rheda-2000型无碴轨道（图4-12）已投入商业 应用。其结构特点是：由2根桁架型配筋组成的特殊双块 式轨枕取代了原Rheda型中的整体轨枕；取消了原结构中 槽形板，统一了隧道、桥梁和路基上的形式；同时，轨道 结构高度从原来得650mm降低为472mm。Rheda-2000型中的 支承块只保留承轨和预埋扣件螺栓部位的预制混凝土，其 余为桁架式的钢筋骨架。
载加大，增加轨道横向失稳（胀轨、跑道）的可能性。
第二节 有碴轨道结构

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2.1 钢轨 钢轨是轨道的主要结构之一。为保证列车高速运 行的平顺性，线路下部基础、轨道上部结构以及 各轨道部件，都要为钢轨的正常工作提供良好条 件。而钢轨本身，其内在质量、材质性能、断面 公差、平直程度等都是十分重要的特性。钢轨在 技术上要能保证足够的强度、韧性、耐磨性、稳 定性和平顺性，在经济上要能保证合理的大修周 期，减少养护维修工作量。

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1.3 高稳定性
采用跨区间无缝线路是提高轨道结构连续性、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 区基本轨产生附加的温度力，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

铁路钢轨的类型和强度一般以每米长度的重量来
表示。钢轨每米长度的重量越大，钢轨的强度越
高。日本常用的钢轨是50kg/m和60kg/m钢轨。目
前，新干线都采用60kg/m钢轨。
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2.钢轨重量
钢轨类型应根据轨道振动、轮轨冲击、轮轨接触 和钢轨纵向力的计算来确定。60kg/m钢轨的横向、 垂向刚度是可满足高速列车动弯应力的强度需求 的。日本新干线、法国TGV和德国ICE高速铁路所 采用的钢轨均为60kg/m钢轨。可见，京沪高速铁 路选用60kg/m钢轨是适宜的。
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高速铁路混凝土轨枕类型大部分为整体式，如德国、 意大利、西班牙和日本等国的各类轨枕，法国有碴轨 道传统的轨枕结构是双块式，在高速铁路中仍然采用 双块式轨枕，但在有碴桥上因设置护轮轨的需要，采 用了整体式轨枕。 世界各国客运专线和高速铁路有碴轨道的技术发展表 明，整体式和双块式混凝土轨枕形式都可以满足高速 运行在承载能力、耐久性和稳定性等方面的使用要求。 我国高速铁路采用整体式混凝土轨枕。
项目
高低
轨向
水平
轨距
标准值(mm)
3(10m弦正矢)
2(10m弦正矢)
2
±1
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结合我国铁路的国情，京沪高速铁路轨道平顺度铺设精度 标准如表4-5～表4-7所示。
表4-5 京沪高速铁路有碴轨道平顺度铺设精度标准
项目
高低 2
轨向 2
水平 2
扭曲（2.5m） 2
轨距 ±2
幅值 （mm）
弦长 （m）
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高速铁路轨道
石家庄铁道学院
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第一节 高速铁路对轨道的基本要求

1.1 高平顺性
高平顺性是高速铁路对轨道的最根本的要求，也
是建设高速铁路的控制性条件。这是因为轨道不
平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要 原因。因此，为保障高速行车的平稳、安全和舒 适，必须严格控制轨道的平顺性。
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弹条Ⅲ型扣件（图4-3）是为高速重载而研制的无 螺栓式扣件，系利用预埋于轨枕中的铁杆来保持 轨距，承受横向力并固定弹条，以弹条扣压钢轨， 尼龙块作为绝缘部件并用于调整轨距。

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图4-3 弹条Ⅲ型扣件
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2.4 道床
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的各种力的作用，

由于混凝土轨枕使用寿命长，维修工作量少，由混凝土制 品厂生产的轨枕形状、尺寸、性能都比较标准、均一，为 钢轨支撑的均匀性和轨面的动态平顺性提供了更可靠的条 件，因而世界各国高速铁路有碴轨道均采用混凝土轨枕。 我国既有铁路干线大部分铺设了混凝土枕，高速铁路则要 求全部采用混凝土枕。
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新干线的有碴轨道
德国铁路、高校研究所以及工业界自20世纪70年 代一直进行无碴轨道的研究，目前德国有20多家 企业参与无碴轨道新结构的开发，形成了市场竞 争的局面，推进了新技术的发展，其提出的结构 型式多种多样。

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德国曾试铺过10余种无碴轨道结构，其轨 道的基础分钢筋混凝土和沥青混凝土两类。 无碴轨道的道床结构大体上可分为两大类， 一类为整体结构，另一类为直接支承方式， 表4-22列出了德国铁路目前批准可在路网 正式应用和可试铺进行运营考验的无碴轨 道结构类型。
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表4-2 日本新干线有碴轨道的铺设精度标准 项目 高低 轨向 水平 2 轨距 ±2
标准值(mm) 3(10m弦正矢) 3(10m弦正矢)
表4-3 日本新干线无碴轨道的铺设精度标准 高低 2(10m弦正矢) 轨向 2(10m弦正矢) 水平 1 轨距 ±1
项目 标准值(mm)
表4-4 日本新干线道岔的铺设精度标准

4．严格控制轨道的初始不平顺。
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欧洲时速200km/h以上轨道铺设精度标准如表4-1所示，日 本新干线建设时的铺设精度标准如表4-2～表4-4所示。
表4-1 欧洲铁路时速200km以上轨道铺设精度标准
不平顺种类 水平（mm） 扭曲(三角 坑)(mm) 高低(mm) 轨向(mm) 轨距(mm) 瑞典国铁 2 2 2 2 ±2 西德联邦 铁路 2 — 2/5m 2 — 法国国铁 3 1‰(每3m测量基 线) 3 2 — 西班牙铁路 4 1.3‰ 3 3 ±3
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1．日本 日本是发展无碴轨道最早的国家之一。早在20世 纪60年代中期，日本就开始了无碴轨道的研究与 试验并逐步推广应用，无碴轨道比例愈来愈大， 成为高速铁路轨道结构的主要形式。据统计，日 本高速铁路无碴轨道比例，在20世纪70年代达到 60%以上，而90年代则达到80%以上。

日本从20世纪60年代中期开始进行板式无碴轨道 的研究到目前大规模的推广应用，走过了近40年 的历程。
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。
第三节 无碴轨道结构
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无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道
碴道床而组成的轨道结构形式。由于无碴轨道具 有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位
能持久保持、维修工作量显著减少等特点，在各
国铁路得到了迅速发展。特别是高速铁路，一些
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3．钢轨尺寸允许偏差及平直度要求
高速铁路的轨道结构区别于普通线路的最 重要的特点是对轨道不平顺的严格控制， 体现在钢轨上则是对其表面尺寸质量、平 直度、表面平整度和扭曲的严格要求。钢 轨尺寸的精确和外形的平直是轨道平顺的 基本保证之一。
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4.钢轨的化学成分
高速铁路钢轨出现质量问题的主要形式是由于钢
轨内部夹杂、缺陷所引起的疲劳折损。提高钢轨
材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨的
可靠性、延长其使用寿命的有力途径。

钢轨的化学成分是影响其力学性能、焊接性能及 其他使用性能的基本因素，也是钢轨材质纯净度 的重要指标。
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2.2 轨枕

尽管在高速铁路的发展中无碴轨道所占的比例越来越大， 在许多国家已成为轨道结构的首选，但有碴轨道仍然是高 速铁路轨道结构的主要形式之一，混凝土枕的性能和质量 仍是需要关注的重点。
国家已把无碴轨道作为轨道的主要结构形式进行
全面推广，并取得了显著的经济效益和社会效益。
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3.1 国外铁路无碴轨道结构型式
国外铁路无碴轨道的发展，数量上经历了 由少到多、技术上经历了由浅到深、品种 上经历了由单一到多样、铺设范围上经历 了由桥梁、隧道到路基、道岔的过程。无 碴轨道已成为高速铁路的发展趋势。

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表4-22 德国铁路无碴轨道的结构类型
整体结构 现浇混凝土 （含轨枕或支承 块）
RHEDA* ZüBLIN* BERLIN* HEITKAMP
直接支承结构
预制板 轨枕或支承块 ATD* GETRAC* BöGL* BTD SATO WALTER
现浇混凝土 （不含轨枕或支 承块）
FFC BES BTE HOCHETIEF RESENGLEIS
日本新干线钢轨介绍

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1无缝钢轨 将长25米的钢轨焊接成1.2－1.5千米的长钢轨， 最长的达到60.4千米。为了防止热胀冷缩现象， 采用了伸缩接头。
日本新干线钢轨介绍
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日本新干线钢轨介绍

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同诸多关键技术一样，长钢轨并非日本人的原创。 早在20世纪20年代，欧洲人便开始研究长钢轨技 术了。日本从1927年起开始着手研究。
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图4-6 普通A型轨道板
图4-7 框架型轨道板
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图4-8 防振G型轨道
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日本板式轨道结构在土质路基上的发展与桥上、隧上板式 轨道是同时起步的。1968年提出RA型板式轨道，并在铁道 技术研究所进行性能试验。
图4-8 土质路基上RA型板式轨道
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2．德国
德国也是研究无碴轨道较早的国家之一。德国铁 路开展无碴轨道的研究始于上世纪60年代末， 1972年首次在Rheda车站试铺了无碴轨道结构（故 称“Rheda”型）。
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表4-6 京沪高速铁路无碴轨道平顺度铺设精度标准 项目 幅值（mm） 弦长（m） 高 低 2 10 表4-7 京沪高速铁路道岔平顺度铺设精度标准 项目 幅值（mm） 高 低 2 轨向 2 水平 2 轨距 ±1 轨向 2 水平 1 轨距 ±1
弦长（m）
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2. 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。 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，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。