无砟轨道与有砟轨道的对比 - 图文

湖南高速铁路职业技术学院

毕业论文

（ 2012 届）

论文题目： 无砟轨道与有砟轨道的对比 姓 名： 卿景明 系（院）： 湖南高速铁路职业技术学院 专业名称： 铁道工程 指导老师： ***

2012 年 5 月 20 日

中文摘要

随着高速铁路的大规模建设、既有线提速改造及重载铁路的快速发展，作为铁路重要基础设施的轨道结构需要不断更新、技术不断完善。高速铁路的技术核心是高速度，它对轨道结构就有了高平顺性和高稳定性的要求。传统的轨道结构已不适应目前铁路发展的需要，结构形式和设计方法必须相应改变。

在高速发展的今天，轨道交通已经成为了主流的交通工具，特别是城市轨道交通，而轨道交通现在基本都采用无砟轨道的技术进行施工，它相比于有砟轨道确实有一定的优势但也不可避免有各方面的劣势。

随着我国铁路建设水平的不断发展和提高，铁路的建设模式正逐步从客货共线形式向客货分离形式转变，通过对客运专线无砟轨道与有砟轨道的技术、经济比较，无砟轨道已成为客运专线的发展趋势。由于国内铁路建设和运输条件与国外存在差异，没有一种成熟的结构形式能够完全用“拿来主义”坐在国内运用。因此我国铁路轨道技术的发展应当总结国外铁路无砟轨道与有砟轨道的结构特点，充分分析国内的铁路结构和运用条件，选择技术先进、经济合理的轨道结构形式，对比分析无砟轨道与有砟轨道的各种技术，从而优化轨道结构。

关键词：高速铁路 无砟轨道 有砟轨道

Abstract

With the high speed railway, large-scale construction of existing railway-speed-increasing transformation and overloaded railway of rapid development, as an important railway infrastructure of track structure need to constantly updated, technology improvement. High-speed rail technology core is high speed, it to track structure is the GaoPingShun sex and the high reliability requirements. The traditional rail structure can meet the needs of the development of the current railway, structure form and design method must change accordingly.

In the current rapid development of rail transit has become the mainstream of transportation, especially on urban rail transit, and rail traffic now are the basic technology to track a frantic jumble no construction, it is compared to the frantic jumble of a certain track advantage but also hard to avoid the disadvantages.

With China's level of railway construction development and improve, railway construction mode gradually from the passenger and freight line forms to passenger separation form change, through to the special passenger line frantic jumble no tracks with a frantic jumble of technology, economy comparison orbit, frantic jumble no track has become the development trend of the passenger special line. Because domestic railway construction and transportation conditions and foreign different, not a kind of mature structure form can completely with \sat in the domestic use. So China's railway track technology development should be summarized foreign railway tracks with a frantic jumble no frantic jumble the structure characteristics of the track, the full analysis of the domestic railway structure and applying condition, select the advanced technology, reasonable economy of track structure form, comparison and analysis of the frantic jumble no tracks with a frantic jumble of orbit technology, so as to optimize the rail structure. Keywords

high speed railway track without a frantic jumble frantic jumble rail

目录

第一章 绪论 .................................................. 1

1.1 选题背景与意义 ......................................... 1 1.2 国内外轨道结构发展情况概括 ............................. 2 1.3 本文的主要内容 ......................................... 3 第二章 轨道结构相关技术 ........................................ 4

2.1 高速铁路对轨道的基本要求 ............................... 4 2.2 轨道技术综述 ........................................... 6 2.3 有砟轨道............................................... 7 2.4 无砟轨道............................................... 9 第三章 两种轨道结构的病害与防治维修 ........................... 12

3.1 无砟轨道.............................................. 12

3.1.1 无砟轨道的主要病害 .............................. 12 3.1.2 无砟轨道病害的维修现状 .......................... 13 3.2 有砟轨道.............................................. 14

3.2.1 有砟轨道的主要病害 .............................. 14 3.2.2 有砟轨道病害的防治与维修......................... 18

第四章 两种轨道结构对高速铁路的适应性 ......................... 21

4.1 高速铁路有砟轨道结构特点 .............................. 21 4.2 高速铁路有砟轨道结构发展方向 .......................... 23 4.3 无砟轨道结构应用现状 .................................. 25

4.3.1 国外无砟轨道结构应用状况......................... 25 4.3.2 国内无砟轨道结构研究与工程实践 ................... 28

第五章 无砟轨道结构与有砟轨道结构的比较........................ 30 第六章 总结 .................................................. 34 参考文献 ...................................................... 35 致谢 .......................................................... 36

第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

交通运输发展的历史就是一部速度不断提高的历史，高速铁路是当代铁路运输的必然选择。高速铁路之所以受到各国政府的普遍重视绝非偶然，是由于高速铁路克服了普通铁路速度较低的不足，是解决大量旅客快速输送问题的最有效途径，已成为世界各国铁路普遍发展的趋势。

高速铁路是世界铁路的一项重大技术成就，它集中反应了一个国家铁路牵引动力、线路结构、高速运行控制、高速运输组织和经营管理等方面的技术进步，也体现了一个国家的科技和工业水平。高速铁路是社会经济发展和运输市场竞争的需要，它促进了地区经济的发展和城市化进程，在经济发达、人口密集地区的经济效益和会社效益尤为突出。

我国铁路作为交通运输的骨干，在国民经济发展中起着重要的作用。根据各国高速铁路发展的实践，我国也需要高速运输。而高速铁路的特点是高速度和高密度，其目标是高安全和高密度，其目标是高安全性和高乘坐舒适性，因而要求轨道结构必须具备高平顺性和高稳定性。

铁路轨道结构从总体上可分为两类：以碎石道床、轨枕为基础的有砟轨道；以混凝土或沥青混合料为基础的无砟轨道。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。

传统的有砟轨道采用碎石道砟作为道床，因石砟道床的增弹减振、排水及方便维修养护等特点，使得有砟轨道具有铺设方便、造价低、容易维修等优点，长期以来作为世界各国普遍铁路轨道的主要结构形式。

但随着列车速度的提高，轨道的振动加剧，石砟道床的变形越来越严重。在高速铁路上，石砟道床的变形非常快，给轨道的维修造成困难，同时还因为石砟的变形不均匀性造成轨道的各种不平顺，影响高速列车的舒适性和安全性。其次，高速铁路上，因高速行车造成强大的列车风，致使道砟颗粒被风卷起，道床形状难以保持，不得不采用措施进行道砟表面封闭，从而是有砟轨道

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失去了方便维修这一最大的优势。此外，在长达隧道及城市地铁中，以为维修不方便，不宜采用变形快、维修量大的有砟轨道。

无砟轨道拥有高平顺性、高稳定性和少维修等特点，在铁路运营中逐渐取得了明显的优势，尤其是随着客运专线和高速铁路的修建，无砟轨道更显出其优越性和重要性。随着运用经验的积累，无砟轨道在设计和施工中存在的技术问题正在逐步解决，在运营过程中出现的病害已得到有效的预防和治理。无砟轨道的修建造价在大幅度下降，与有砟轨道相比较，无砟轨道修建时所增加的投资，一般可望在一至两个轨道大修周期内依靠节省轨道维修投入得到收回，无砟轨道的经济效应日渐突出。

1.2 国内外轨道结构发展情况概括

由目前世界上高速铁路的运营情况可知，高速铁路轨道结构类型主要有两种类型：有砟轨道与无砟轨道。从实践经验看，两种轨道都可运行时速300km的高速列车。

如法国高速铁路和日本的山阳新干线均全部或部分铺有有砟轨道，列车行车速度已达300km/h。虽然法国也在对无砟轨道进行实验研究，但至今在高速铁路运营线上仍大部分采用有砟轨道。日本山阳、东北、上越等新干线的无砟轨道形式为板式轨道，德国的无砟轨道结构主要有Rheda型、Zublin型、ATD型、Y钢枕型，英国的PACT型、英吉利海峡隧道的LVT弹性支承块试无砟轨道。

我国的无砟轨道结构形式主要有长枕埋入式无砟轨道、板式无砟轨道、弹性支承块式无砟轨道。

无砟轨道与有砟轨道各有优缺点，在高速铁路上究竟应铺何种类型的轨道结构，应从技术与经济角度全面衡量决定。

1964年，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线开通，标志着高速铁路建设进入一个新的发展阶段。继日本之后，德国、法国、西班牙、意大利、瑞典、韩国等国家相继开始兴建高速铁路，各国开始对高速铁路轨道结构型式进行研究。

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1.3 本文的主要内容

中国的高速铁路在不断的发展，不断延长，轨道结构技术也同步发展与创新。我们应该立足此前国内的研究成果、铺设业绩及实践经验，恰当的评估国外的引进技术和使用经验，吸取其有益的，完善后为我所用。

无砟轨道与有砟轨道都有其各自的优缺点。本文对比分析了无砟轨道与有砟轨道的相关技术规范，在列车反复运行下对其产生的各种影响，造成后续维修保养工作中面临的各种问题，以及两种轨道结构对高速铁路的适应性。

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第二章 轨道结构相关技术

2.1 高速铁路对轨道的基本要求

（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。

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。

4）严格控制轨道的初始不平顺。

欧洲时速200km/h以上轨道铺设精度标准如表1所示，日本新干线建设时的铺设精度标准如表2—3表所示。

表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） 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 表2 日本新干线有碴轨道的铺设精度标准

项目 标准值(mm) 高低 3(10m弦正矢) 轨向 3(10m弦正矢) 水平 2 轨距 ±2

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表3 日本新干线无碴轨道的铺设精度标准

项目 标准值(mm) 高低 2(10m弦正矢) 轨向 2(10m弦正矢) 水平 1 轨距 ±1 表4 日本新干线道岔的铺设精度标准

项目 标准值(mm) 高低 3(10m弦正矢) 轨向 2(10m弦正矢) 水平 2 轨距 ±1 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 5—7表 所示。

表5 京沪高速铁路有碴轨道平顺度铺设精度标准

项目 幅值（mm） 弦长（m） 高 低 2 10 轨向 2 水平 2 扭曲（2.5m） 2 轨距 ±2 表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 轨向 2 水平 1 轨距 ±1 表7 京沪高速铁路道岔平顺度铺设精度标准

项目 幅值（mm） 弦长（m） 高 低 2 10 轨向 2 水平 2 轨距 ±1 （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。

（3）高稳定性

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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载加大，增加轨道横向失稳（胀轨、跑道）的可能性。

2.2 轨道技术综述

铁路轨道结构由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。这些力学性质绝然不同的材料承受来自列车车轮的作用力,它们的工作是紧密相关的。任何一个轨道零部件的性能、强度和结构的变化都会影响所有其他零部件的工作条件,并对列车运行质量产生直接的影响,因此轨道结构是一个系统,要用系统论的观点和方法进行研究。

铁路轨道结构主要类型：有砟轨道和无砟轨道。

砟：岩石、煤等的碎片。在铁路上作路基用的小块石头。传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成,钢轨固定放在枕木上,之下为小碎石铺成的路砟。路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助铁轨承重的作用,防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里。此外,路砟小碎石还有几个作用：减少噪音、吸热、减震、增加透水性等。这就是有砟轨道。

有砟轨道是铁路的传统结构。它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。但随着行车速度的提高,有砟轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严重,轨道破损和变形加剧,从而使维修工作量显著增加,维修周期明显缩短。

根据德国高速铁路的资料,当行车速度为250～300 km/h时,其线路维修费用约为行车速度为160～200 km/h时的2倍;速度为250～300km/h时,通过总重达 3亿吨后道砟就需全部更换。

基于这一情况,许多专家认为,从经济角度和维修管理角度看,高速铁路应采用无砟轨道。特别是在桥隧结构上,由于无砟轨道减少了二期恒载和建筑高度,采用无砟轨道更为有利。除此以外,无砟轨道还具有使用寿命长、线路状况

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良好、不易胀轨跑道、高速行车时不会有石砟飞溅等优点,因此无碴轨道在国外高速铁路上获得了越来越广泛的应用,其铺设范围已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区,无碴轨道结构在高速铁路上的大量铺设已成为发展趋势。

2.3 有砟轨道

（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。

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。

1）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。

2）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。

3）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）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。

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。

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。

（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。

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。

弹条Ⅲ型扣件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。

（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，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，

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散粒体道床的这些作用显得尤为重要。

2.4 无砟轨道

（1）对钢轨的要求

钢轨在极其复杂的受力条件下工作，钢轨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；

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）具有良好的道岔机加工性能，已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。 一般来说，无砟轨道结构和有砟轨道结构对钢轨的要求没有本质区别，都要求钢轨在外形及其尺寸上的高精度，满足高平顺的要求；在内部质量上的高纯净度，满足高安全性和高稳定性的要求。但是，无砟轨道相对于有砟轨道来说，可以采用较小的曲线半径和较大的实设高超与欠高超，钢轨将承受较大的横向力；无砟轨道刚度要大于有砟轨道刚度，钢轨产生波浪磨耗机率增大。因此，无砟轨道结构要求钢轨应具备良好的耐磨性能。

（2）无砟轨道对扣件的要求

无砟轨道结构中，用耐久性混凝土或沥青材料代替有砟轨道中的道砟材料以后，轨道弹性和调整轨道几何形态的功能必须由扣件来完成。因此，除因满足上述要求外，还应强度以下要求：

1）合理、均衡、稳定的弹性。

无砟轨道的弹性主要由扣件提供。为适应乘坐舒适性和减少冲击作用的要求，需要确定扣件合理的弹性值。同时，为保证舒适性和减少钢轨波磨，在纵

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向，扣件弹性应当是均衡的，而且随着累积运量的增加和气候的变化，扣件弹性应当是稳定的。

2）足够的调高能力。

在运营过程中，基础工程出现不均匀变形和沉降时，主要由扣件调整来进行维修，扣件必须具备较大的调高能力。

3）足够的纵向节点阻力。

高速铁路都采用一次铺设跨区间无缝线路，由于下部结构设计提供的纵横向阻力相对来说都非常大，无砟轨道纵横向阻力主要取决于扣件，满足无缝线路稳定性要求的节点阻力（包括桥上无缝线路和道岔区无缝线路）是扣件设计的主要参数之一。

4）足够的绝缘电阻。

我国采用谐振式轨道电路，道床漏泄电阻越大越利于轨道电路的传输。目前，我国针对有砟轨道规定道床泄漏电阻≥2Ω·km。按照这一标准，秦沈客运专线铺设的板式无砟轨道电路传输长度仅为700m，长枕埋入式无砟轨道电路传输长度为900m。如果道床泄漏电阻提高到3Ω·km，则轨道电路传输长度相应延长到850m和1100m。因此，应在设计时尽量增大扣件绝缘电阻。

5）方便施工。

用于高速铁路的无砟轨道，采用“自上而下”施工方法施工的轨枕埋入式无砟轨道都是混凝土结构，进行系统精细调整时，只能使用扣件的调整能力；采用“自上而下”施工方法施工的板式无砟轨道，只用填充层进行一次调整，难以保证轨道精度，必须用扣件调整，才能满足轨道高精度、高平顺性的要求。因此，扣件对施工精度有很大作用，在扣件设计中要充分考虑其对施工方便性的影响。

（3）无砟轨道上部结构层

无砟轨道上部结构层包括道床板/轨道板、隔离/调整层、底座或支承层及联结结构等，其功能类似于有砟轨道的轨枕和道床，起到支承和传递荷载的作用。

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高速铁路上的无砟轨道都由预制结构和现场浇筑结构组成，其中预制结构都为混凝土制品。为提高无砟轨道结构的耐久性，必须在原材料、养生等方面严格要求。

基本原则

无砟轨道上部结构层的设计和制作是一个系统工程，与机车车辆（荷载）、电力（速流）、信号制式（轨道电路）、基础工程（结构要求）、减振降噪（弹性）、施工（方法及工期）、养护维修（结构要求）等都有密切关系，应当将其与上述各专业的协调以及技术经济的最佳平衡作为设计目标。所以，上部结构层的设计和制造一般应遵循以下原则：

1）应具有足够的承载能力和抵抗变形能力，以适应高速列车长期动荷载作用，维持轨道结构稳定和几何状态良好。

2）应具有合理的几何尺寸，尤其是合理的结构高度，既保证结构承载能力和抵抗变形能力，又满足谐振式的轨道电路要求。

3）应具有良好的施工性和修复性，便于组织快速施工和安装，便于配套设备和机械的应用，便于保证施工质量和提高施工进度；对于混凝土道床的局部损坏应考虑有修复的可能性，在出现破环性伤损时，能尽快恢复线路，减少运输中断时间。

4）预制结构具有成熟的制造工艺和材料。

5）保持与下部基础工程的协调，与路基、桥梁、隧道结构具有相当的使用耐久性。

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第三章 两种轨道结构的病害与防治维修

3.1 无砟轨道

3.1.1 无砟轨道的主要病害

(1)整体道床结构病害

整体道床是弹性地基梁模型中承受列车动荷载反复作用的受弯构件，自身刚度加大，弹性较差，所以对钢轨扣件及弹性垫层的弹性要求较高，此外整体道床的施工精度较高。其中支承块式整体道床，由于整体道床上的支承块式、道床本身混凝土、水沟混凝土存在多层施工结构面，这些都是薄弱环节，当道床地基面出现局部或者不均匀与沉降或因水侵蚀作用时，列车荷载的反复作用下容易使产生下沉、开裂、翻浆冒泥，致使轨道各部分几何尺寸难以保持，混凝土支承块松动、严重超限等。

无砟轨道整体道床常见的病害有：

1）混凝土下沉破损，轨道在列车垂直荷载作用下产生下沉变形，当轨道下沉变形较大时，容易造成道床的积累塑性变形，增加维修工作量。

2）混凝土道床上鼓破损，这种病害主要是由于底部有膨胀性土质或水压力过大导致。

3）道床混凝土受地下水腐蚀而破坏。这种腐蚀性破坏不仅威胁道床本身，而且对隧道衬砌，地基也同样起破坏作用。

4）拉应力作用下的开裂失效和混凝土结构面处开裂失效，由于混凝土抗拉强度仅为抗压强度的5%-10%，如果轨道板底部或结构面处拉应力过大，容易产生裂纹，在列车荷载反复作用下，裂纹逐渐扩展，最后引起结构失效。

针对上述四种病害，必须经全面整治后才能恢复正常使用。整体道床的使用曾一度改善了轨下基础的受力状况，减轻了线路的维修工作量，然而通过一段时间的运行，国内长大山岭隧道内的一些整体道床出现了开裂、翻浆冒泥、道床下沉等严重病害。

（2）板式轨道病害

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板式轨道结构由不同材料组合而成，其主要伤损形式有轨道板裂纹、填充层破损和凸形挡台联接构件破损。

轨道板设计要求不允许开裂设计。但是，在荷载作用、环境因素及混凝土收缩徐变的影响下，轨道板会出现裂纹。随着结构设计的完善和填充材料的提高轨道板裂纹已很少出现。轨道板的伤损主要是轨道板发生裂纹，如图1所示。

图1轨道板的裂纹形式图

（3）轨枕埋入式轨道病害

轨枕埋入式轨道主要有长轨埋入式、双块式轨道。由于轨枕均为预先预制好的构件，在施工过程中通过现浇混凝土将轨枕埋入到道床中。在老混凝土结构水化完成后，新老混凝土之间的粘结主要靠范德华力与机械咬合力维持，而这种粘结作用较弱。混凝土结构组织中的孔隙及加载前骨料周边发展的裂缝造成联结区的主要缺陷。在动荷载作用下，这些潜在的裂缝周边产生高度应力集中，开始引起裂缝。通过裂缝发展最终导致粘结区新老混凝土结合不良。此外，还有新混凝土浇筑不实或粘结面凿毛处理，引起老混凝土受到扰动。新混凝土硬化时体积收缩，受老混凝土的约束作用，在新混凝土中形成拉应力，粘结面的边界附近会产生剪应力和拉应力，粘结层出现微裂缝，也降低了新老混凝土的粘结强度，造成粘结破坏。

3.1.2 无砟轨道病害的维修现状

随着高速铁路客运专线的大量建成与投入使用，加之我国客运专线行车组织的特点，客运量巨大、行车密度大、行车速度提高。客运运输任务任然繁重，轨道负荷载较大。日常维护成为各项工作的重点难点之一。常规的线路维修技术原则“以预防为主、防治结合、养修并重”已经难以满足现代客运专线无砟轨道的管理养护要求。

现代无砟轨道养护维修应贯彻“预防为主、防治结合、重检慎修”的原则，坚持精确检测、精心分析、精细修理的过程控制，根据其状态的变化规律和伤

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损等级，安排养护与维修，有效预防和整治病害。养护维修实行检、修分开的管理制度，实行专业化管理。在养护维修过程中积极采用新技术、新设备、新材料、新工艺和先进的施工作业方法，优化劳动组织，提高检修质量和劳动生产率。此外，积极推行信息化技术，建立维修管理信息系统，逐步实现铁路养护维修的信息化管理系统。

3.2 有砟轨道

3.2.1 有砟轨道的主要病害

（1）轨道不平顺

在有砟轨道结构中，碎石道床是不稳定的组成部分。在列车的不稳定重复荷载下轨道会出现垂向、横向的动态弹性变形和残余积累变形。这些变形不仅影响列车的平稳运行而当这种变形累计到一定限度时威胁行车安全。为了保持线路状态良好必须经常进行轨道结构的养护维修。

轨道不平顺的种类：

1)高低不平顺：由于路基下沉，道床捣固不实等原因致使钢轨沿纵向产生不均匀下沉引起前后高低不平顺。在列车动力作用下轨低与垫板、垫板与轨枕与道床顶面间会出现吊板或暗坑，对行车安全极为不利。

2)水平不平顺：主要是由于左右股钢轨下沉量不等造成

3)三角坑：在一段规定的距离内，先是左股钢轨高于右股后是右股高于左股，高差超过容许偏差值而这两个最大水平误差点之间的距离不足18m。它的存在有可能使列车在一个固定轴前后的4个车轮中的1个瞬间减载或悬空严重时有可能爬上钢轨危机行车安全。

4)方向不平顺：指直线不直曲线不圆。通常是由于钢轨硬弯扣件松动，缓和曲线顺坡不良等原因造成。线路方向不良必须引起列车车轮左右摇摆加剧车轮撞击从而引起其他线路病害高速行驶的列车尤为明显严重时危及行车安全。

5)复合不平顺：指在钢轨的同一位置垂向和横向的不平顺共同叠加。 (2)道床病害

道床是轨道框架的基础。轨道变形的主要原因是道床的变形，道床的不均

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匀沉降将引起一系列的病害，直接危及行车安全。因此，必须知道道床变形原因及其病害整治以保证线路的平顺性使列车安全运行。

道床病害的种类：道床脏污、道床沉陷、道床翻浆 道床翻浆的原因：

1）道砟质量不良，有些道砟是石灰岩材质该类道砟的强度低耐磨性和抗冲击性、抗压碎性能差。现在的铁路逐步实现重载化。在列车重力反复作用下道砟相互挤压磨损而且磨损后是粉末状容易出现翻浆、板结等病害。

2）路基基床翻浆：

路基基床的密实度不足，在列车荷载的长期作用下道床颗粒嵌入基床形成一层膜致使地表水无法排出形成翻浆积水等病害。

日常维修工作中将路基面的平顺度破坏导致基床表面不平路基表面的排水不畅。

其他成因沙尘客车的垃圾及粪便严重污染道床减小了道床的渗水性和弹性易行成板结翻浆等病害。

（3）混凝土轨枕常见病害

混凝土轨枕线路由钢轨、混凝土轨枕、扣件道床等部分组成。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大压力并传向轨枕。混凝土轨枕通过轨下弹性垫层和中间扣件承受钢轨传来的竖向垂直力横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨的正常的位置。我国的混凝土轨枕的使用有多年的历史了多年的经验表明混凝土轨枕的使用对强化轨道结构保证行车安全起到了重要的作用。但是内轨枕在设计制造和使用中的问题只是部分轨枕早起发生损坏影响了正常使用。

混凝土轨枕伤损的主要形态：

1）轨下截面出现过大的横向裂缝。混凝土轨枕是一个接受不稳定重复荷载的构件。荷载的变化带有随机的性质，混凝土轨枕在使用期内轨下截面有可能出现大于该截面抗裂强度的荷载弯矩。在这种情况下就产生了横向裂缝一般来说这种裂缝较小不致引起轨枕失效但在某些情况下截面的荷载弯矩远远大于轨枕的抗裂强度那就会出现过大的横向裂缝导致轨枕失效。

2）轨下截面压溃：轨枕下部分由于橡胶垫板损坏或串出，使钢轨直接作

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用于承轨槽引起轨下截面横向裂缝过大。混凝土受压区产生过大的压力是混凝土压溃。

3）轨枕纵向裂缝：轨枕延长轴线方向的裂缝称纵向裂缝一般有端头裂缝端部上表面裂缝侧面水平纵向裂缝、钉孔纵裂、贯通纵裂等纵向裂缝较多的部分是沿螺栓孔的两侧或应力钢筋处发生并向端头及中部发展。这种裂缝的出现将严重影响轨枕的使用寿命。

4）轨枕的龟裂：龟裂是轨枕表面纵横交错的细小裂缝一般多发生在轨枕端部及中部顶面和侧面处。龟裂对轨枕的使用寿命影响也较大。

5）轨枕挡肩破损：轨枕挡肩承受由于扣件传来的水平推力而产生破损。特别在小半径曲线上这种现象十分普遍有的采用加宽铁座仍不能解决问题据统计在半径为400m的曲线上挡肩破损高达百分之七十另外由于垫片损坏或在轨枕制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩破损。

6）轨枕底边掉块：手工捣固冲击轨底边使混凝土掉块面积多达100平方厘米其结果是轨枕受力状况恶化容易出现应力集中而造成其他各种伤损并且消弱了轨道的稳定性。

（4）钢轨接头病害

钢轨接头是线路的薄弱环节，混凝土轨枕线路更为严重。机车车辆的轮对通过接头时，因其不平顺而产生剧烈振动，加速线路状态的变化，以致形成接头病害。接头病害产生之后，又进一步加剧机车车辆轮对对线路的破坏作用，互为因果，使病害发展变化加速，养路工区几乎无法应付。在钢轨、道床和路基状态基本相同的情况下，混凝土轨枕线路接头比木枕线路接头变化快，各类接头病害产生周期短，发展迅速。如不从根本上整治病害，接头就很难维持正常工作状态，影响铁路运营。钢轨接头病害分类：

1）按接头轨面状态分：抵扣接头、磨耗不均匀接头、错牙接头、金属剥离接头、大轨缝

2）按接头道床状态分：翻浆接头、翻白接头、溜塌接头、硬接接头 3）按接头结构状态分：接头夹板下弯、上缘磨蚀夹板螺栓的螺帽扭矩不足；扣件螺帽扭矩不足，扣板或轨距挡板不密贴，扣件失效等。

钢轨接头病害的原因：

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钢轨接头病害的产生，最根本的原因在于轨道接头存在结构上的不平顺，这就导致轮轨之间产生较大的附加动力作用。过大的附加动力作用又促使不平顺的发展和附加动力的增长，同时也就促进了接头病害的发展，可见，钢轨接头病害的发生与发展是相互作用的。由于养护不当也会促使接头病害的产生。

1）结构不平顺 钢轨接头在结构上的不平顺，指的是接头轨缝：车轮在钢轨的输出端时，邻接钢轨的接受端有抬高的趋势，形成台阶;荷载下钢轨接头的挠曲不是连续曲线，而是折线。当折角，轨缝，台阶三个因素同时出现，都将产生轮轨冲击，从而增大接头处得附加阻力。

2）附加不平顺 这是在运营过程中形成的以下情况都能形成：结构薄弱、轨面不均匀磨耗、弹性不足。

3）动态不平顺动态不平顺一般有两种情况：一种是轨道弹性不均匀和荷载波动，轮轨接触点轨迹呈波浪形不平顺；另一种是线路存在暗坑吊板和道床不均匀弹性下沉。线路的动态不平顺加剧了列车在运行中的冲击和振动。有时使用厚度不等、弹性不均匀的轨下垫板以及线路养护质量不良，都加剧了轨道动态不平顺。

（5）道岔的病害

道岔是线路的薄弱环节之一，易于磨损变形，产生各种病害。由于列车通过时，使道岔状态发生变化，产生各种附加力，因此，养护工作必须从结构入手，以结构质量保几何质量，以下部稳保上部准。

道岔病害的类型：

1）道岔与前后线路衔接不良，线路方向和高低超限。 2）轨距超限。

3）轨向不良（包括钢轨不均匀侧磨） 4）高低超限。 5）尖、基本轨离缝。 6）心轨、翼轨磨耗低塌。 病害产生原因分析：

1）一是渡线道岔线路的设计线间距与实际线间距有误差，道岔发生纵向位移，造成铺设后线路方向不良；二是道岔大修及道岔换填施工过程中，岔区

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前后及道岔夹直线未换填或挖砟换填深度、宽度、长度不符合要求，捣固不实，造成道岔不均匀沉降，岔区出现高低偏差；三是大机捣固安排线路多，道岔少，未提前测量标注起道量，造成岔区与前后线路不平顺；四是大机作业前未提前测量岔后线路拨量，大机自动拨道，造成线岔结合部方向不良；五是线路缺砟，曲股线路捣固不实，道岔侧向过车冲击大，形成岔区水平或方向偏差。

2）一是道岔预铺过程中，道岔轨距调整块号码安设不对；二是岔枕横纵向发生位移，造成轨距挡板不能按标准设置；三是轨距挡板、大垫板螺栓锈蚀磨耗，造成挡板及螺孔扩大离缝；四是扣件松动，在动载冲击下，轨距发生变化；五是顶铁不密靠，动态扩大

3）一是轨距变化不均匀；二是与区间无缝线路锁定轨温差超标，钢轨发生纵向位移，限位铁（限位器）扭曲或顶死；三是铝热焊头支嘴形成硬弯；四是局部一侧水平或暗坑吊板，造成两股钢轨受力不均匀；五是钢轨交替不均匀侧磨。

4）一是道床污染板结、排水不良，造成线路暗坑吊板和翻浆；二是接头、焊道凸凹不平；三是可动心轨部分与翼轨间存在高低不平顺；四是道岔转辙部分及可动心轨、电务转辙机等无法实施正常捣固，道床不密实；五是尖轨及心轨变截面处轨面出现坑洼；六是钢轨母材垂直方向轨面原始不平达0.8-1mm。

5）一是尖轨拱腰变形；二是转辙部分暗坑吊板；三是曲股轨距过大；四是顶铁磨耗；五是电务转辙设备调整不到位

6）辙叉心轨及翼轨受列车冲击磨耗。

3.2.2 有砟轨道病害的防治与维修

（1）轨道不平顺的整治办法

1）使用大型养路机械作业：工务段向施工单位提供详实的资料如：线路综合图、配线图、曲线要素等机械根据上述材料做好起道、拨道捣固和夯实工作并每次作业后进行道床动力稳定并且补充道砟更换伤损胶垫和撤除作业地段调高垫板、道口铺面、有砟桥上虎归工作

2）改道作业：在轨距及其变化率不良时进行改道作业，混凝土枕线路的改道是通过调整扣件或轨距挡板来实现的。

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3）垫板作业：在线路道岔局部高低水平三角坑偏差较小（不大于6mm时）起道捣固很难达到作业要求时采用轨下垫板。每处调高垫板不得超过3块总厚不得超过25mm.

4）扣件作业：扣件松弛将使钢轨沿着轨枕产生局部位移。要求经常保持扣件处于紧密靠正状态一般在垫板作业的次日要复紧一遍在进行维修作业的前后都要全面拧紧扣件。 （2）道床病害的整治 1）加强道床质量管理

严格执行碎石道砟标准，从源头上把住道砟质量，坚决杜绝不合格的道砟进入铁路线上。

按道床的实际情况及时的线路清筛并及时更换道砟材质不达标的道砟彻底道床结构回复道床的良好状态。

结合维修对道床边坡进行清筛改道道床的排水性预防积水翻浆等病害的发生。

2）整治机床病害恢复基床的密实度和排水顺畅，对基床填料不良或基床密实度不足引起翻浆的病害应采取基床土换填改善基床填料的土质条件彻底恢复路拱确保路基面排水顺畅

3）加强作业标的避免养护维修对原有路基面的破坏

4）改善外部条件减少对道床的污染严格客车垃圾的回收和到站统一清理，保持道床的清洁从而改善工务工作的环境减少对环境的污染。

（3）混凝土轨枕病害整治

根据使用情况设计出更合理轨枕来提高轨枕结构的可靠性和高强度的轨枕。在维修作业时要小心尽可能的不要去损坏轨枕。

（4）钢轨接头病害整治

1）改善钢轨材质、淬火技术要求、淬火工艺、钢轨及夹板的设计 2）在养护维修中采取符合混凝土轨枕线路特点的方法进行作业改善钢轨接头的工作状态如：根据当地的气温变化情况，及时调整不良轨缝，保持适合的轨缝；保持接头螺栓和扣件的扭力，使接头的部分连接保持稳定状态;接头部分道床在捣固时要保证良好的捣固质量；对于抵扣接头要进行平轨处理；对

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于出现下弯的夹板要换为上弯夹板和减震夹板；要重视轨面的修理，对于出现的轨断不均匀磨耗、掉块、擦伤等缺陷和病害要采取焊补、打磨等多种方式进行修理；改善接头部分道床的弹性，主要是清筛板结和翻浆道床，更换磨圆的石砟。

（5）道岔病害的整治

在道岔的养护维修作业中必须坚持“预防为主，防治结合，修养并重”的原则。维修时要从加强结构入手，强化道岔的整体性和稳定性；加强道岔道床的维修，保证道床的稳定性、弹性和排水性；注重轨面修理，减少不均匀沉降；采取科学养护方法整治道岔岔区方向、高低，提高岔区平顺性，减少列车冲击，延长道岔的养护维修周期，延长道岔各部件的使用寿命。

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第四章 两种轨道结构对高速铁路的适应性

4.1 高速铁路有砟轨道结构特点

有砟轨道作为传统轨道结构形式，在国内外已或得广泛应用。在已开通运营的6497km高速铁路线路上，有砟轨道比例为75%，无砟轨道比例为25%。

有砟轨道结构具有建设费用低、噪声传播范围小、建设周期短、破坏是修复时间短、自动化及机械化维修效率高、轨道超高和几何状态调整简单等优点，但随着铁路运营速度的不断提高，对有砟轨道适应性问题，特别是有砟轨道临界速度、桥上道床稳定性、维修工作量、道砟飞散以及道砟资源等问题需进行技术经济分析。

高速铁路有砟轨道正向着重型化方向发展，其目的是提高轨道的稳定性，如表8所示。

表8 高速铁路轨道结构

轨道结构类国家 型 120双重弹性，扣压力为整体式 长2.4m 有砟轨道 重325kg 度60KN/mm 60kg/m 日本 JIS E 1101 扣压力取决于扭矩，轨无砟轨道 板式无砟轨道 下垫板厚10mm，刚度30 KN/mm 整体式 长2.6m或有砟轨道 60kg/m 德国 UIC60E1*900A 以轨枕埋入式无无砟轨道 砟轨道为主 刚度22.5 KN/mm 双块式/整体 长60kg/m 法国 有砟轨道 UIC60E1900A 248kg/290kg KN/mm 300mm 21

2.4m 重垫板厚9mm，刚度150 25/50，厚度Nobla，扣压力11 KN，颗粒级配KN，弹性基板厚10mm， Vossloh300，扣压力10 2.8m 重330kg或380kg HM Vossloh，扣压力11KN，垫板厚10mm，刚度60 KN/mm 颗粒级配22.4/60，厚度350mm 直接4型或直接8型，300mm 6K/N，垫板厚10mm，刚19/63，厚度颗粒级配钢轨 轨枕 扣件 道床

续表8

HM Vossloh，扣压力11 60kg/m 西班牙 有砟轨道 UIC60E1900A 重320kg 500 KN/mm Pandrol，扣压力14 KN，60kg/m 意大利 有砟轨道 UIC60E1900A 重315kg KN/mm Pandrol，扣压力14 KN，60kg/m 韩国 有砟轨道 UIC60E1900A 重300kg KN/mm 350mm 整体式 长2.6m垫板厚10mm，刚度65-95 22.4/60，厚度350mm 颗粒级配整体式 长2.6m垫板厚10mm，刚度100 25/50，厚度300mm 颗粒级配整体式 长2.6m KN，垫板厚6mm，刚度25/50，厚度颗粒级配其具体表现为：

（1）采用60kg/m钢轨。其中，日本采用JIS60钢轨；欧洲除德国采用UIC60E2钢轨外，其余国家都采用UIC60E1钢轨；中国采用CHN60钢轨。

（2）采用跨区间无缝线路。

（3）采用长度≥2.6m的预应力混凝土枕，单根重量≥300kg，轨枕间距≤600mm，轨底有效支撑面积≥3000cm。

（4）采用弹性垫层。日本轨下垫板刚度为60KN/mm；欧洲国家轨下垫板刚度一般为500 KN/mm，并出现降低趋势，其中法国为150 KN/mm，德国降低到60 KN/mm，西班牙马德里—巴塞罗那高速铁路降低到100 KN/mm。但即使将垫板刚度降低到60—70 KN/mm，任然不能解决轨道结构稳定性差的根本问题。

（5）采用硬质碎石道砟，道砟厚度≥300mm，道床系数为0.3-0.5N/mm2。 （6）道床与路基间铺设德国式防冻层或日本式防水保护层。

关于钢轨，欧洲高速铁路总体上已达成共识，即在不同速度的线路上没有必要采用不同的轨型，并对300km/h和350km/h线路来说，推荐采用UIC60E1轨型、强度等级900A、欧洲标准A级标准。

高速铁路有砟轨道轨枕如表所示，为提高轨道稳定性，增加轨枕长度，提高轨枕重量，特别是增加轨枕的有效支承面积非常重要。意大利第一期高速铁路罗马—佛罗伦萨使用的轨枕长2.3m，重量只有215kg，为适应速度≥300km/h需要，在该段高速线上铺设了长2.6m、重215kg轨枕试验段，通过试验，确定在第二期高速铁路（罗马—那不勒斯、佛罗伦萨—米兰、都灵—米兰）上使

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用，同时，为进一步提高轨道稳定性，还专门设计研制了一种重量达400kg的重型混凝土枕。德国汉诺威—柏林高速铁路新建线路只有170km，铺设无砟轨道95km，有25km有砟轨道采用B75轨枕，扣件为Vossloh300型，垫板静刚度为27KN/mm，轨枕间距为630mm，道床高度为400明明，使用效果非常好，自1998年开始运营到现在没有进行过维修。

4.2 高速铁路有砟轨道结构发展方向

高速铁路有砟轨道出现的问题主要是不规则沉降、轨道几何状态恶化以及道砟破碎与粉化，特别是在钢轨伤损处、焊缝处、胶结绝缘接头处及桥隧过渡段处问题更为突出，从而大大增加了维修工作量，降低了轨道使用寿命。

高速铁路有砟轨道结构出现维修工作量大的根本原因在于高速荷载传递来的高频振动，而传统的有砟轨道结构则没有考虑高频作用因素。研究认为，随着道床刚度的降低，钢轨拉伸和下沉将减小，但支座反力将增大（如图2所示）。支座反力增大将引起道床压力增大，从而对轨道几何尺寸恶化带来十分严重的影响（一般为3-4次幂关系)。高速铁路传统有砟轨道刚度过大（道床系数为0.4N/mm2）非常不合适，它降低了钢轨受力，但对轨道几何状态稳定带来非常不利的影响。

图2钢轨轨底应力、钢轨下沉和支座反力与道床系数和钢轨支座刚度的关系（轴重200KN）图

一般认为，在高速条件下，有砟轨道应满足以下要求： 1）轨道下沉应大于1.2mm；

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2）道床系数≤0.1N/mm2； 3）钢轨支点刚度≦30KN/mm； 4）轨底应力≤60N/mm2。

为此，对有砟轨道结构提出以下完善措施： （1）增大枕底有效支撑面积

为减少枕下作用荷载，增加轨道横向阻力，增大轨枕底部与道床表面接触面积是行之有效的办法，从而出现了重型轨枕和宽轨枕结构形式。

重型轨枕的长度一般≥2.6m，重量≥300kg，轨枕底部有效支撑面积≥3300cm2。德国的B75轨枕长度达到2.8m，枕底有效支撑面积达到3780cm2；意大利为适应速度≥300km/h高速铁路的需要，专门研制了重量达到400kg、枕底有效支撑面积达到3900cm2的新型轨枕。

宽轨枕宽度一般≥570mm，支撑面积≥5700mm2比一般轨道增大80%，道床压力减少36%。由于两轨枕间隔只有30mm，也增加了轨枕对钢轨的连续支撑，促进了道床面荷载的均匀分布，对降低噪声非常有利。

（2）增大轨枕底部纵向支撑的连续性

传统有砟轨道在纵向上道床应变变很大，在垂直方向枕下荷载很大，紧接着轨枕间荷载为零，从而导致道床压力变化梯度很大，并需要提供横向力以平衡道床中的这些垂向荷载。

为增大轨枕纵向支撑的连续性，可以采用宽轨枕、框架轨枕和纵向轨枕。 宽轨枕能够使轨枕间隔从标准轨枕的300mm减小到30mm。

框架式轨枕在线路纵向形成连续支撑，传递到道床中的压力变化梯度很小，每个框架长950mm，相互间隔50mm。测试表明，相对于传统的轨枕轨道，框架式轨枕轨道可减少道床压力50%，横向阻力提高6倍。

为减少道床压力，日本研发了纵向轨枕。纵向轨枕由两根纵向混泥土梁组成，梁长一般为12m，截面为450mm×165mm，每隔3m横向用钢管相联结。在较小的曲线上应用时，纵梁长度可取6m。测试表明，纵向轨枕轨道下沉等于初始下沉+16×10-5M，而传统轨枕轨道下沉等于初始下沉+128×10-5M（M为轨道通过总重），后期下沉量减少8倍。

（3）增加轨道弹性

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传统有砟轨道刚度一般≥0.4N/mm2，降低了钢轨轨底应力，增大了钢轨支座反力，对道床稳定不利。因此，出现了在轨下，枕下和道砟下应用弹性垫层，即弹性轨枕、砟下弹性垫层和搞弹性扣件等提高轨道弹性的措施。

使用弹性垫层一般有以下两方面的作用：

1）准静态作用。提高轨道弹性可以降低支撑点荷载，从而降低与之相关的荷载和应力，钢轨应力则随之增大。

2）动态作用。提高轨道弹性可以降低因车轮缺陷和钢轨表面缺陷引起的动态轮轨力，速度越高，效果越明显。

需要注意的是，弹性垫层的刚度一定要合理。轨下垫层弹性过大，除会增大钢轨应力外，扣件的扣压件振幅将很大，会降低扣件的使用寿命；钢轨将发生外翻，影响行车稳定性。枕下垫层优点很多，可以减少轨枕与道床间刚性接触，防止动荷载作用下轨枕与道床的突然接触，扩大轨枕有效支撑面积，减少道床压力，提高轨道弹性。但经验表明，当使用10kN/mm低刚度垫层与大刚度轨下垫板匹配时，轨枕弯曲振动和轨道横向阻力比期望值要小，枕下垫层刚度50-70kN/mm时效果最好。与未用垫层的轨枕相比，轨枕底部支撑面积增加20%-35%，道床压力降低15%-35%，轨道几何状态恶化速率以3-4次幂减少，轨道横向阻力相当。砟下弹性垫层应在隧道里和桥上使用，以降低道床应变。用在路基上时，由于降低了道床与路基面的摩擦力，反而会降低道床的稳定性。

4.3 无砟轨道结构应用现状

无砟轨道结构是用耐久性好、塑性变形小的材料代替道砟材料的一种轨道结构形式。由于取消了碎石道砟道床，轨道保持几何状态的能力提高，轨道稳定性相应增强，维修工作量减少，成为高速铁路轨道结构的发展方向。

4.3.1 国外无砟轨道结构应用状况

如表9所示，40多年来，国外出现了100多种无砟轨道结构形式（其中德国有99种形式），但只有近30种无砟轨道结构形式得以试铺和运用，铺轨长度不到4000km，主要铺设在隧道内和桥梁上（占总长度的82%），路基上仅

占18%，且主要铺设在德国铁路线上（占路基总铺设长度的72%）。

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