铁道工程课件:2.4轨道构造061108(2)-无碴轨道构造施工及扣件.ppt
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- 铁道 工程 课件 2.4 轨道 构造 061108 施工 扣件
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1、2.4 2.4 无碴轨道无碴轨道结构与施工结构与施工传统有碴轨道具有铺设方便,造价低廉的特点。随着重载、传统有碴轨道具有铺设方便,造价低廉的特点。随着重载、高速铁路运输的发展,道床累积变形的速率随之增长,为保高速铁路运输的发展,道床累积变形的速率随之增长,为保持轨道平顺性要求,传统轨道维修趋于频繁,作业量大,维持轨道平顺性要求,传统轨道维修趋于频繁,作业量大,维修费用上升。修费用上升。日本东海道新干线为全线有碴轨道日本东海道新干线为全线有碴轨道,19641964年开年开通后,发现路基下沉严重。通后,发现路基下沉严重。19651965年开始出现路基翻浆冒泥,年开始出现路基翻浆冒泥,不得不在多处设
2、置临时或长期慢行点,致使从东京到大阪全不得不在多处设置临时或长期慢行点,致使从东京到大阪全长长515.3km515.3km,“光光”号列车运行号列车运行4h4h,“声声”号列车运行号列车运行5h5h,当时采取更换道碴和铺设土工纤维布等措施。到当时采取更换道碴和铺设土工纤维布等措施。到19661966年年1111月,月,轨道状态有所好转,限速区段相对减少,使轨道状态有所好转,限速区段相对减少,使“光光”号列车全号列车全线运行时间缩短到线运行时间缩短到3h10min3h10min,“声声”号列车缩短到号列车缩短到4h4h,但道,但道床板结和路基翻浆冒泥现象没有根本好转,床板结和路基翻浆冒泥现象没有
3、根本好转,19681968年日本引进年日本引进普拉塞公司的道床清筛机进行道床机械化清筛。至普拉塞公司的道床清筛机进行道床机械化清筛。至19691969年,年,在土质路基段,路基翻浆冒泥和道床板结每年新增约在土质路基段,路基翻浆冒泥和道床板结每年新增约50km50km。自自19711971年开始,每年更换道碴年开始,每年更换道碴30-40km30-40km仍不能满足需要。许仍不能满足需要。许多不能及时更换道碴的区段,因轨面前后高低超过多不能及时更换道碴的区段,因轨面前后高低超过7mm7mm而不而不得不限速运行。得不限速运行。1 1、无碴轨道国内外概况、无碴轨道国内外概况2 2、新型无碴轨道的开发
4、研究、新型无碴轨道的开发研究3 3、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究、高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究4 4、高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的研究、高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的研究5 5、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计、秦沈客运专线桥上无碴轨道的研究与设计1 1、无碴轨道国内外概况、无碴轨道国内外概况自上世纪自上世纪6060年代开始,世界各国铁路相继开展了以年代开始,世界各国铁路相继开展了以整体式或固化道床取代散粒体道碴的各类无碴轨道整体式或固化道床取代散粒体道碴的各类无碴轨道的研究。的研究。 在大多数国家,无碴轨道由于造价高等原因还处在大多数国家,无碴轨道由于造价高等原因还
5、处于研究试铺或短区段分散铺设的状况;于研究试铺或短区段分散铺设的状况; 而在日本板式轨道已在新干线大量铺设,铺设总而在日本板式轨道已在新干线大量铺设,铺设总长度达长度达2700km2700km。德国德国铁路铁路RhedaRheda系、系、ZblinZblin(旭普林)系、博格系(旭普林)系、博格系等五种无碴轨道已批准可正式使用等五种无碴轨道已批准可正式使用,并在新建的并在新建的高速线上全面推广,铺设总长度达高速线上全面推广,铺设总长度达360km360km。无碴轨道最初铺设在隧道内,以后逐渐扩大到桥无碴轨道最初铺设在隧道内,以后逐渐扩大到桥梁和路基上,如日本的板式轨道铺设在山阳、东梁和路基上,
6、如日本的板式轨道铺设在山阳、东北、上越、北陆等新干线全部的桥、隧结构上。北、上越、北陆等新干线全部的桥、隧结构上。德国铁路无碴轨道则首先解决了在土质路基上铺德国铁路无碴轨道则首先解决了在土质路基上铺设的技术问题,然后在隧道、桥梁上推广使用。设的技术问题,然后在隧道、桥梁上推广使用。 与有碴轨道相比,无碴轨道具有的特点:与有碴轨道相比,无碴轨道具有的特点:1. 初期投资相对较大初期投资相对较大( (下部基础与轨道部分下部基础与轨道部分) )。日本板式轨日本板式轨道的初期造价基本上控制在有碴轨道的道的初期造价基本上控制在有碴轨道的2 2倍以内,大规模应倍以内,大规模应用后,其造价明显下降,约为有碴
7、轨道的用后,其造价明显下降,约为有碴轨道的1.31.31.51.5倍。据倍。据德铁的资料,有碴轨道的造价为德铁的资料,有碴轨道的造价为800DM/m800DM/m,沥青混凝土底座,沥青混凝土底座上无碴轨道为上无碴轨道为1000DM/m1000DM/m,混凝土底座上,混凝土底座上RhedaRheda型等轨道为型等轨道为1400DM/m1400DM/m,无碴轨道的造价为有碴轨道的,无碴轨道的造价为有碴轨道的1.31.31.71.7倍。倍。2. 耐久性好,服务期长;轨道稳定性好,线路养护维修工耐久性好,服务期长;轨道稳定性好,线路养护维修工作量显著减少作量显著减少。据统计,山阳新干线据统计,山阳新干
8、线1616年的平均维修费用年的平均维修费用为有碴轨道的为有碴轨道的18%18%,东北新干线,东北新干线9 9年的平均维修费用为有碴年的平均维修费用为有碴轨道的轨道的33%33%。德德铁高速铁路有碴轨道的年维修费用约为铁高速铁路有碴轨道的年维修费用约为3000DM/km3000DM/km,无碴轨道则很少。,无碴轨道则很少。n德国铁路采用轨道质量指数德国铁路采用轨道质量指数Q Q值来综合评价轨道高低、值来综合评价轨道高低、水平、方向等的平顺状态。新线的轨道质量指数水平、方向等的平顺状态。新线的轨道质量指数Q Q值值应在应在3030以下,而在运营线上,当质量指数以下,而在运营线上,当质量指数Q Q值
9、超过值超过100100就必须进行修理。就必须进行修理。n图图2 24040和图和图2 24141分别表示隧道内和土质路基上无分别表示隧道内和土质路基上无碴轨道与相邻接的有碴轨道碴轨道与相邻接的有碴轨道5 5年间年间Q Q值变化的比较。值变化的比较。很明显,无碴轨道的质量指数很明显,无碴轨道的质量指数Q Q值在值在5 5年内均保持在年内均保持在良好水平上,且变化很小,实现了少维修,确认为良好水平上,且变化很小,实现了少维修,确认为高平顺性的轨道结构。为此,德铁在新建的汉诺高平顺性的轨道结构。为此,德铁在新建的汉诺威柏林和科隆莱茵威柏林和科隆莱茵/ /梅因等高速铁路上全面铺设梅因等高速铁路上全面铺
10、设无碴轨道。无碴轨道。 图图2 240 40 隧道内无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性隧道内无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q Q值值有碴轨道有碴轨道无碴轨道无碴轨道里程里程有碴轨道有碴轨道图图2 241 41 土质路基上无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性土质路基上无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q Q值值有碴轨道有碴轨道里程里程无碴轨道无碴轨道有碴轨道有碴轨道日本对运营了日本对运营了2020年的山阳新干线板式轨道历年各项年的山阳新干线板式轨道历年各项作业的维修费用进行了统计,并与有碴轨道作了比作业的维修费用进行了统计,并与有碴轨道作了比较,如图较,如图2 24242所示。所示。 12 1
11、0 8 6 4 2 0 维修费(百万日元维修费(百万日元/年年/km) 年年 份份图图2-42 2-42 山阳新干线历年的维修费用山阳新干线历年的维修费用 其它其它扣件扣件填充填充方向方向高低高低捣固捣固75-76 77-78 79-80 81-82 83-84 85-86 87-88 89-90 91-92 93-94 75-76 77-78 79-80 81-82 83-84 85-86 87-88 89-90 91-92 93-94 3. 可减轻桥梁二期恒载,降低隧道净空;可减轻桥梁二期恒载,降低隧道净空;4. 一旦基础变形下沉,修复困难;在维修作业一旦基础变形下沉,修复困难;在维修作业
12、困难、公铁交叉、减振降噪与环境要求高的区段、困难、公铁交叉、减振降噪与环境要求高的区段、优质道碴短缺的地区适于铺设。优质道碴短缺的地区适于铺设。1.1 1.1 国外几种主要无碴轨道结构型式国外几种主要无碴轨道结构型式PACTPACT型(整体灌注)(型(整体灌注)(Paved Concrete Paved Concrete TrackTrack) 弹性支承块式弹性支承块式(Low Vibration trackLow Vibration track)长枕埋入式长枕埋入式(RhedaRheda)板式轨道板式轨道(SlabSlab) 其它型式其它型式(意大利意大利IPAIPA、法国、法国VSBVSB
13、等)等)(1 1)PACTPACT型(英国)型(英国)nPACTPACT型无碴轨道为型无碴轨道为就地灌筑的钢筋混凝土道床就地灌筑的钢筋混凝土道床,钢,钢轨直接与道床相连接,轨底与混凝土道床之间设连轨直接与道床相连接,轨底与混凝土道床之间设连续带状橡胶垫板,钢轨为连续支承。英国自续带状橡胶垫板,钢轨为连续支承。英国自19691969年年开始研究和试铺,到开始研究和试铺,到19731973年正式推广,并在西班牙、年正式推广,并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧结南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧结构上应用构上应用。(2 2)弹性支承块式(低振动轨道,)弹性支承块式(低振动
14、轨道,LVTLVT型)型)弹性支承块式无碴轨道的结构组成主要包括:弹性支承块式无碴轨道的结构组成主要包括:混凝混凝土道床板土道床板、混凝土支承块混凝土支承块、橡胶靴套橡胶靴套、块下胶垫块下胶垫及及配套扣件配套扣件。作为低振动轨道结构,弹性支承块式无碴轨道在混作为低振动轨道结构,弹性支承块式无碴轨道在混凝土支承块底部设有凝土支承块底部设有12mm12mm厚的橡胶弹性胶垫,其周厚的橡胶弹性胶垫,其周围设有橡胶靴套,厚围设有橡胶靴套,厚7mm7mm,使支承块与混凝土道床板,使支承块与混凝土道床板隔离,到达可修复的目的。隔离,到达可修复的目的。该结构的轨下与块下的双层弹性垫板为无碴轨道提该结构的轨下与
15、块下的双层弹性垫板为无碴轨道提供较好的垂向弹性,靴套提供轨道纵、横向弹性,供较好的垂向弹性,靴套提供轨道纵、横向弹性,使轨道在荷载分布和动能吸收方面更接近有碴轨道。使轨道在荷载分布和动能吸收方面更接近有碴轨道。由于弹性垫层具有材料均匀、弹性一致等性能,使由于弹性垫层具有材料均匀、弹性一致等性能,使钢轨支承刚度一致,部件受力均匀,轨道几何形位钢轨支承刚度一致,部件受力均匀,轨道几何形位易于保持,达到了少维修的目的。易于保持,达到了少维修的目的。 LVTLVT型(低振动轨道)横断面型(低振动轨道)横断面LVTLVT型(低振动轨道)型(低振动轨道)弹性支承块式(低振动轨道,弹性支承块式(低振动轨道,
16、LVTLVT型)型) 弹性支承块式无碴轨道自弹性支承块式无碴轨道自瑞士瑞士国有铁路国有铁路19661966年首次年首次采用以来,在很多国家得到应用,如:英吉利海峡采用以来,在很多国家得到应用,如:英吉利海峡隧道、丹麦、葡萄牙、比利时等隧道、丹麦、葡萄牙、比利时等;在有减振降噪要求的区段得到广泛应用,如城市地在有减振降噪要求的区段得到广泛应用,如城市地铁等;铁等; 我国长达我国长达18.4km18.4km的的秦岭秦岭隧道、隧道、广州广州、深圳深圳地铁、地铁、武武汉汉、津滨津滨轻轨等采用了这种结构型式轻轨等采用了这种结构型式。(3 3)RhedaRheda型(长枕埋入式)型(长枕埋入式)长枕埋入式
17、无碴轨道在长枕埋入式无碴轨道在德国德国高速铁路上得到应高速铁路上得到应用(柏林汉诺威,用(柏林汉诺威,190km190km);其基础分钢筋混);其基础分钢筋混凝土和沥青混凝土两类。凝土和沥青混凝土两类。RhedaRheda型轨道为钢筋混型轨道为钢筋混凝土底座上的结构型式之一。凝土底座上的结构型式之一。 RhedaRheda型轨道由轨枕及其周围灌筑的混凝土组成,型轨道由轨枕及其周围灌筑的混凝土组成,首先解决了在土质路基上铺设的技术问题,然首先解决了在土质路基上铺设的技术问题,然后在隧道、桥梁上推广使用后在隧道、桥梁上推广使用。在德铁铺设的。在德铁铺设的360km360km无碴轨道中,无碴轨道中,
18、RhedaRheda型约占一半以上。型约占一半以上。长枕埋入式(长枕埋入式(RhedaRheda型)型)长轨枕埋入式无碴轨道的结构组成主要包括:长轨枕埋入式无碴轨道的结构组成主要包括:混凝混凝土底座土底座、混凝土道床板混凝土道床板、穿孔轨枕穿孔轨枕及及配套扣件配套扣件。普通普通RhedaRheda型无碴轨道横断面型无碴轨道横断面普通普通RhedaRheda型桥上无碴轨道横断面型桥上无碴轨道横断面土土质质路路基基上上的的无无碴碴轨轨道道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道土质路基上的无碴轨道桥上无碴轨道桥上无碴轨道道岔区无碴轨道道岔区无碴轨道道道岔岔区区无无碴碴轨轨道道道
19、岔区无碴轨道道岔区无碴轨道伸伸缩缩调调节节器器区区段段无无碴碴轨轨道道伸缩调节器区段无碴轨道伸缩调节器区段无碴轨道Rheda-2000Rheda-2000型型Rheda-2000Rheda-2000型的主要特点型的主要特点用钢桁架组成的支承块取代轨枕,减少用钢桁架组成的支承块取代轨枕,减少了新、老混凝土的结合面,提高了结构了新、老混凝土的结合面,提高了结构的整体性;的整体性;轨道建筑高度降低,降低线路和结构物轨道建筑高度降低,降低线路和结构物的造价。的造价。Rheda-2000Rheda-2000型(隧道内)型(隧道内)Rheda-2000Rheda-2000型(桥上)型(桥上)Rheda-2
20、000Rheda-2000型(施工机械)型(施工机械)Rheda-2000Rheda-2000型(断面图)型(断面图)RHEDA 2000RHEDA 2000系统系统轨道装配及调整轨道装配及调整轨道装配:轨道装配:-预先装配预先装配120m120m辅助轨道,用于吊车输送定位。由于辅助轨道,用于吊车输送定位。由于轨枕直接放在表层钢筋上,所以需对其进行调整。轨枕直接放在表层钢筋上,所以需对其进行调整。-最好铺轨后对轨枕进行定位。相邻轨道或短轨道采最好铺轨后对轨枕进行定位。相邻轨道或短轨道采用龙门架或类似方式铺设。用龙门架或类似方式铺设。-根据底层轨道板上的轨道轴线标记精确铺轨(误差根据底层轨道板上
21、的轨道轴线标记精确铺轨(误差限制在限制在1 1厘米范围内)。厘米范围内)。-对钢轨和轨枕进行调整。安装过程中扣件扭距设置对钢轨和轨枕进行调整。安装过程中扣件扭距设置100Nm100Nm。-依据铺轨温度确定伸缩缝。依据铺轨温度确定伸缩缝。-连接表层轨枕板钢筋和轨枕钢筋。连接表层轨枕板钢筋和轨枕钢筋。龙门架调整龙门架调整-将龙门架放在底层轨道板(将龙门架放在底层轨道板(HSBHSB)或辅助结构上)或辅助结构上-通过螺栓将龙门架固定在底层轨道板或辅助结构上通过螺栓将龙门架固定在底层轨道板或辅助结构上-检查模具表面检查模具表面-放下并锁紧轨卡放下并锁紧轨卡-轨道粗调(轨道提升约轨道粗调(轨道提升约9
22、9厘米。仅在距中心线偏差大于厘米。仅在距中心线偏差大于2 2厘米厘米时才进行方向调整)时才进行方向调整)-依据粗调结果进行精确调整依据粗调结果进行精确调整1 1)用竖向螺栓调整预设超高)用竖向螺栓调整预设超高2 2)用水平螺栓调整方向)用水平螺栓调整方向3 3)用竖向螺栓调整高度)用竖向螺栓调整高度-为达到精调目的,根据轨道几何尺寸每人控制为达到精调目的,根据轨道几何尺寸每人控制3-53-5个门架个门架-测量人员观测轨道定位是否达到要求,确认是否准许浇注混测量人员观测轨道定位是否达到要求,确认是否准许浇注混凝土凝土伸张器调整伸张器调整-钻螺栓孔,放入螺栓套管,底部用混凝土固定钻螺栓孔,放入螺栓
23、套管,底部用混凝土固定-间距较短时,伸张器装入轨枕中心线;间距较长时,间距较短时,伸张器装入轨枕中心线;间距较长时,伸张器装入轨枕间,此时需连到钢轨底部伸张器装入轨枕间,此时需连到钢轨底部-安装电动葫芦安装电动葫芦-根据前面施工程度进行精确调整根据前面施工程度进行精确调整4 4)用轨枕内的竖向螺栓调整超高)用轨枕内的竖向螺栓调整超高5 5)用轨枕内的竖向螺栓调整轨顶外缘高度)用轨枕内的竖向螺栓调整轨顶外缘高度6 6)用电动葫芦调整方向,上紧螺栓)用电动葫芦调整方向,上紧螺栓-安装模具和模板,模具用垫块和托架固定安装模具和模板,模具用垫块和托架固定RHEDA 2000RHEDA 2000系统系统
24、精确调整精确调整RHEDA 2000RHEDA 2000系统的测量和精确调整系统的测量和精确调整-轨道预调至误差小于轨道预调至误差小于1 1厘米厘米-测量调整超高测量调整超高-安装测量仪器,用大地测量仪对前安装测量仪器,用大地测量仪对前4 4个门架进行个门架进行测量测量-通过标高测量各个门架高度是否一致通过标高测量各个门架高度是否一致-将前一测量装置移至下一门架将前一测量装置移至下一门架-用大地测量法对定位测量装置进行精确调整用大地测量法对定位测量装置进行精确调整-通过测量标高检测前面门架通过测量标高检测前面门架-同样步骤进行下一步精确调整同样步骤进行下一步精确调整(4 4)Slab(Slab
25、(板式轨道板式轨道) )日本日本从从6060年代开始试验研究,为世界上铺设无碴轨年代开始试验研究,为世界上铺设无碴轨道最多的国家。道最多的国家。为适应新干线沿线的环境,开发了防振型板式轨道,为适应新干线沿线的环境,开发了防振型板式轨道,其中防振其中防振G G型在东北新干线开始推广应用。此外,型在东北新干线开始推广应用。此外,为减少材料用量、降低造价,开发的框架型板式轨为减少材料用量、降低造价,开发的框架型板式轨道也得以应用。道也得以应用。 列入标准的结构型式包括:列入标准的结构型式包括:A A型、框架型、型、框架型、RARA型、型、防振防振G G型等。型等。 Slab Tracks A-Typ
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