中国客运专线无砟轨道技术.doc

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1、中国客运专线无砟轨道技术西南交通大学 王其昌二七年五月四川成都目 录1. 我国铁路客运专线1.1发展规划1.1.1中长期铁路网规划1.1.2 “四纵”快速客运通道1.1.3 “四横”快速客运通道1.1.4 三个区域城际客运专线1.1.5工程特点1.1.6技术创新是客运专线成功建设的必由之路1.2运输特点1.2.1运输模式1.2.2 运营特点1.2.3 高速铁路三大要素2现代高速轨道系统2.1轨道系统的组成及其作用2.1.1轨道组成2.1.2轨道作用2.1.3相互关系2.1.4轨道系统与轮轨关系(图2.1)2.1.5高速轨道结构组成(表2.1)2.2高速轨道运营经验2.2.1有砟与无砟之争2.2

2、.2日本新干线运营经验2.2.3德国高速轨道运营经验2.2.4 法国高速轨道运营经验2.3有砟轨道与无砟轨道的技术经济比较2.3.1技术比较2.3.2经济比较2.3.3两种轨道综合比较2.3.4轨道选型基本结论2.4高速轨道系统技术路线2.4.1技术路线2.4.2增加轨道质量2.4.3降低轨道刚度2.4.4优选轨道阻尼2.4.5轨道参数合理匹配2.5高速轨道应具备的性能2.5.1高平顺性2.5.2高可靠性2.5.3高稳定性2.5.4高耐久性4. 无砟轨道的选型4.1 选型基本原则4.1.1 关于施工性4.1.2 关于维护性4.1.3 关于动力性4.1.4 关于适应性4.1.5 关于经济性4.2

3、 当今有代表性的无砟轨道4.2.1 世界有代表性的无砟轨道4.2.2 中国已铺设的无砟轨道4.3 再创新选型思考4.3.1 选型技术理念4.3.2 两类无砟轨道性能的对比分析4.3.3 选择长5m方案的理由 5. 无砟轨道系统再创新技术方案5.1 预制板式无砟轨道5.1.1 再创新技术内容（图5.1）5.1.2 再创新技术方案（表5.1）5.1.3 方案一：凸形挡台限位、低弹模CAM调整层5.1.4 方案二：凸形挡台限位、新型耐侯砂浆调整层5.1.5 方案三：锚固销钉限位、新型耐侯砂浆调整层5.1.6 方案四：锚固销钉纵连平板高弹模CAM调整层5.2 现浇混凝土式无砟轨道5.2.1 再创新技术

4、内容（图5.5）5.2.2 再创新技术方案（表5.6）5.2.3 主要创新点：5.2.4 结构优缺点（表5.7）5.3 无砟轨道结构选型建议5.3.1 武广客运专线综合试验段5.3.2 京沪客运专线5.3.3 哈大客运专线6. 客运专线扣件系统6.1 钢轨扣件的功能6.2 研发基本准则6.3 扣件系统的组成6.3.1 弹性扣压件6.3.2 弹性基板6.3.3 锚固联结件6.4 钢轨扣件的设计6.4.1 设计程序6.4.2 设计荷载6.4.3 设计参数6.4.4 扣件的锚固与支挡6.4.5 轨道响应及结构计算内容6.4.6 试制及室内试验6.4.7 现场试铺试验及标准化6.4.8 扣件剩余寿命的

5、估算方法6.5 我国客专扣件类型及适用条件（表6.1）6.6 弹条IV型扣件系统6.6.1 概述6.6.2 适用范围6.6.3 扣件系统组成6.6.4 主要技术参数（表6.2）6.6.5 扣件结构特征6.6.6 扣件零部件数量及材料（表6.3）6.6.7 配套轨枕接口技术要求6.7弹条V型扣件系统6.7.1概述6.7.2适用范围6.7.3扣件系统组成6.7.4主要技术参数（表6.4）6.7.5扣件结构特征6.7.6扣件零部件数量及材料（表6.5）6.7.7配套轨枕接口技术要求6.8 WJ-7型扣件系统6.8.1概述6.8.2适用范围6.8.3扣件组成6.8.4主要技术参数（表6.6）6.8.5

6、结构特征6.8.6 扣件零部件数量及材料表（表6.7）6.8.7 配套轨枕或轨道板接口技术要求6.9 WJ-8型扣件系统6.9.1概述6.9.2 适用范围6.9.3扣件系统组成6.9.4 主要技术参数（表6.8）6.9.5 结构特征6.9.6 扣件零部件数量及材料表（表6.9）6.9.7配套轨枕或轨道板接口技术要求7. 客运专线无砟轨道设计原理7.1 曾用过的设计方法7.1.1 弹性地基梁弯曲理论7.1.2 梁板弹性支承弯曲理论7.2 现提出的设计方法7.2.1 弹性地基梁理论7.2.2 弹性地基叠合梁理论7.2.3 梁板板弹性支承弯曲理论7.2.4 梁板体弹性支承弯曲理论7.3 拟选用的设计

7、方法7.3.1 选用的基本原则7.3.2 拟选用的方法7.4 设计计算结果及分析7.4.1 计算模型7.4.2 计算参数7.4.3 板式轨道计算结果7.4.4 双块式无砟轨道计算结果7.4.5 纵连板式无砟轨道计算结果7.4.6 叠合梁模型与梁板模型计算结果的对比8. 无砟轨道刚度及过渡段设计基本原理8.1 轨道垂向刚度8.2 钢轨支点综合刚度KZ的确定8.3 应用算例8.4 无砟轨道刚度设计理念8.5 轨道过渡段设计基本原理8.6 模型方法8.7 简易方法8.8 过渡段长度8.9 过渡段工程措施9. 无砟轨道弹性地基叠合梁力学行为分析9.1 分析方法9.2 轨道纵向力学行为9.2.1 力学模

8、型9.2.2 挠曲微分方程及其解9.2.3 最大钢轨压力9.2.4 纵向最大板底应力9.2.5 纵向最大底座下应力9.3 轨道横向力学行为9.3.1 力学模型9.3.2 微分方程及其解9.4 工程设计应用10. 无砟轨道结构梁板板有限元分析方法10.1 有限元法的基本思想10.2 无砟轨道结构的梁板板模型10.3 无砟轨道结构有限元模型中的单元类型11. 无砟轨道结构动力学理论11.1 列车无碴轨道耦合动力学模型11.2 无碴轨道动力学方程11.3 动力学方程数值积分方法11. 4 轮轨系统激励11. 5 无碴轨道动力学性能评价指标11. 6 列车无碴轨道耦合动力学仿真软件12. 无砟轨道尚须

9、深入研究的技术问题12.1 降低列车运行噪声12.2 改善填充层材料的温度适应性12.3 扩大适用范围12.4 提高低抗水平力的可靠性12.5 轨道板形状尺寸的优化12.6 改善轨道板与CAM层的接触条件12.7 扩大支承填充层的选择范围12.8 提高更换作业效率12.9 双块式无砟轨道结构的改善与优化12.10 混凝土道床裂缝的成因及其控制13. 关于桥上选用板底凹槽式单元板无凸台板式轨道的研究13.1 轨道结构13.2 技术创新点13.3 轨道板板底凹槽尺寸计算图示(图13.2)13.4 凹槽宽度l1的计算13.4.1纵向力荷载13.4.2温度荷载13.5 凹槽长度l2的计算13.6 凹槽

10、布置图(图13.4)13.7 试验验证14. 高速道岔技术14.1 高速道岔类型14.2 高速道岔结构特征14.2.1 转辙器14.2.2 辙叉及护轨14.2.3 道岔导曲线14.2.4 其他方面14.3 限制高速侧向过岔速度的因素14.3.1 欠超高14.3.2 欠超高时变率14.3.3 未被平衡离加速度时变率14.4 高速侧向过岔技术参数试算14.4.1 试算条件14.4.2 欠超高计算14.4.3 导曲线半径试算14.4.4 尖轨尖端角试算14.4.5 辙叉号数试算14.4.6 尖轨长度试算14.5 未来的高速道岔14.5.1 高速道岔类型14.5.2 道岔系列标准化14.5.3 道岔号

11、码与过岔速度14.5.4 道岔技术研发构想14.6 新建高速道岔及其相关技术14.6.1 高速道岔设计技术要求14.6.2 三种高速道岔设计技术条件14.6.3 尖轨过渡段几何尺寸动态优化设计要点14.6.4 高弹性带肩垫板设计要点14.6.5 高弹性内卡装置设计要点14.6.6 长岔枕减振器设计要点14.6.7 少润滑的HRS锁闭装置设计要点15. 跨区间无缝线路15.1 概述15.1.1基本原理15.1.2 既有线两项关键技术15.1.3新建客运专线跨区间无缝线路15.2 锁定轨温设计15.2.1 基本原理15.2.2允许温降t强允降15.2.3 允许温升t稳允降15.3 岔区无缝线路设计

12、15.3.1两个基本问题15.3.2 设计计算内容15.4 桥上无缝线路设计15.4.1 梁轨相互作用问题15.4.2设计原则15.4.3设计暂规15.5 隧道内无缝线路设计15.6 单元轨节长度设计15.7 位移观测桩设计15.7.1 设置目的15.7.2 基本原理应变法15.7.3 观测桩的设置15.8 跨区间无缝线路铺设方法15.8.1既有线铺设方法15.8.2 新建铁路铺设方法16 客运专线无砟轨道施工技术16.1 施工方法选择原则16.2 施工方法种类16.3 工程质量保障准则16.4 无砟轨道施工精度测量控制网16.4.1 三级平面控制网16.42 高程控制网16.5 线路基桩测设

13、16.5.1 一般规定16.5.2 基桩控制网（CP）复测16.5.3加密基桩测设16.5.4 道岔基桩测设16.6 无砟轨道工程施工前与线下工程工序交接16.7 板式无砟轨道施工工艺流程（图16.4）16.8 双块式无砟轨道施工工艺流程图（图16.5）16.9 无砟道岔施工工艺流程16.9.1 施工方案16.9.2 原位组装法施工工艺流程（图16.6）16.9.3 预组装法施工工艺流程（图16.7）16.10 水泥沥青砂浆16.10.1 低弹模水泥沥青砂浆的性能（表16.1）16.10.2 高弹模水泥沥青砂浆的性能（表16.2）16.10.3耐候砂浆基本性能要求（表16.3，研制中）16.1

14、1轨下充填式垫板16.11.1 施工工艺流程（图168）16.11.2 树脂材料主要性能（表16.4）16.12 无砟轨道几何尺寸静态验收标准（表16.5）17现代轨道减振降噪技术对策17.1 与环境协调是铁路持续发展的生命17.2 轨道振动特性17.3 轨道噪声与振动的评价指标及其标准17.3.1轨道噪声17.3.2轨道振动17.4 轨道减振降噪技术对策17.4.1基本原理17.4.2基本方法17.4.3技术对策18.新材料在现代轨道工程中的18.1 轨道材料的研发准则18.2 现今钢轨的三大问题18.3 复合轨枕未来的发展方向18.3.1 对现用混凝土枕的评价18.3.2 聚合物混凝土的应

15、用指日可待18.3.3 复合轨枕是根本的变革之路18.4 轨道防振橡胶材料及其应用18.4.1可供选用的防振橡胶材料（表18.3）18.4.2橡胶垫板的物理机械性能18.4.3轨道防振橡胶垫板的应用18.5轨道降噪吸声材料及其应用18.5.1高分子轻质复合吸声基材应具备的性能18.5.2可供选用的三种吸声基材18.5.3三种吸声基材吸声性能的定性比较（表18.4）18.5.4三种吸声基材的吸声率18.5.5三种吸声基材性能的试验比较（表18.5）18.5.6日本新干线板式轨道吸声板安置方法18.5.7德国铺设的降噪环保无碴轨道21 1. 我国铁路客运专线1.1发展规划1.1.1中长期铁路网规划

16、 2004年1月7日国务院原则通过了我国“中长期铁路网规划”（图1.1）。图1.1 中长期铁路网规划图 规划明确了我国铁路网中长期建设目标，到2020年，全国铁路营业里程达到10万km，主要繁忙干线会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。 规划指出，为满足铁路增长的旅客运输要求，建立省会城市及大、中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道（图1.2）及三个城际快速客运系统（图1.3）。图1.2 “四纵四横”客运专线规划网图1.3 三个城际快速客运系统 中长期客运专线规划到2020年，客运专线营业里程达到12000km以上，客车速度目标值达到200km/h及以上。其中，客运

17、专线 10000km城际客运 2000km “十一五”期间客运专线规划2006年初，铁道部提出： 新建铁路19800km。其中，客运专线9800km。武广（874.3km）、郑西（458.8km）、京津（113.4km）、石太、合宁、合武、 温福、福厦、甬温等9条客运专线项目正在积极建设中。京沪、哈大客运专线国家已经批准立项，不久就可开工建设。1.1.2 “四纵”快速客运通道（1） 北京上海客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区，线路全长1300km；（2）北京武汉广州深圳客运专线，连接华北和华南地区，线路全长2230km；（3）北京沈阳哈尔滨(大连)客运专线，连接东北和关内地区，

18、线路全长京秦沈700km，津秦、哈大1160km；（4）杭州宁波福州深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区，沿海通道线路全长1600km。1.1.3 “四横”快速客运通道（1）徐州郑州兰州客运专线，连接西北和华东地区，线路全长1400km；（2）杭州南昌长沙客运专线，连接华中和华东地区，线路全长880km ；（3）青岛石家庄太原客运专线，连接华北和华东地区，线路全长770km ；（4） 南京武汉重庆成都客运专线，连接西南和华东地区，线路全长1900km 。1.1.4 三个区域城际客运专线（1）环渤海地区（图1.4）图1.4 环渤海地区城际客运系统规划化方案（2）长江三角洲地区（图1.

19、5）图1.5 长江三角洲地区城际客运系统规划方案（3）珠江三角洲地区（图1.6）图1.6 珠江三角洲地区城际客运系统规划方案1.1.5工程特点 线路里程长 建设周期短 桥梁所占比例高 地域气候条件复杂（区域性沉降，气候条件差异大） 地质条件复杂（软土、膨胀性粘土、湿陷性黄土等） 采用ZPW2000高频谐振式无绝缘轨道电路1.1.6技术创新是客运专线成功建设的必由之路要建设世界一流的客运专线，在这么短的时间内建设这么多的客运专线，任务十分繁重，国内无现成经验可借鉴，只有加快原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新，来完成如此浩大的工程。1.2运输特点1.2.1运输模式 客运专线运输模式以客运为主的

20、行驶快速旅客列车的新建高速铁路线路。最高速度350km/h，轴重170kN。 以客货混运为主的新建或改建的高速铁路线路。客运最高速度200250km/h，轴重170200kN；货运最高速度120160km/h，轴重200250kN。1.2.2 运营特点 高速度 高密度 长距离 跨线运输1.2.3 高速铁路三大要素 快速高速度、高密度 舒适高平顺性、高稳定性、高环保性 安全高可靠性、高耐久性三者缺一难言高速。高速是当代铁路运输的必然选择。截止2004年10月，全世界已经建成并投入运营的高速铁路有：日本 2196km法国 1541km德国 916km西班牙 941km意大利 246km英国 74km比利时 142km瑞典 31km韩国 409km等九个国家，线路总延长约6500km，其中，有碴轨道占75%，无砟轨道占25%。我国“四纵四横”客运专线建成后，线路总延长将达到近20000km。