高速铁路轨道结构解析
高速铁路概论课件-第五讲-无砟轨道结构
板式：
京津城际、武广客专、京沪等
铁道概论
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铁路限界
1、概念 为保证行车安全，凡接近线路的各种建筑物及设备，必须与线路保持一定的距离。 对在线路上运行的机车车辆的横断面尺寸，也应有一定的规定。 2、种类 （1）机车车辆限界：规定机车车辆的高度、宽度； （2）建筑限界：对建筑物（含技术设备）作出规定； （3）超限货物最大装载限界：把超限货物的长、高、宽限定在一定范围内。
2、工务养护任务
主要任务
①预防设备发生不正常的永久变形以及各种病害，延缓设备各 部件的老化，防止不正常磨损，延长使用寿命； ②消除超限的永久变形和各种病害，使设备经常保持良好状态； ③对线路和建筑物进行局部的或全部的周期性修理加固或更新， 并根据运输发展或其他客观上需要进行改建和改造。
3、工务养护作业特点
2、无砟轨道结构
(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道结构 定义：预制轨道板通过水泥沥青砂浆调整层，铺设在现浇 的，具有凸形挡台的钢筋混凝土底座上，并适应zpw-2000轨 道电路的单元轨道板无砟轨道结构型式。 特点：单元板，板与板之间不纵连，不设横向挡块。引进 日本无砟轨道技术。
2、无砟轨道结构
CRTSⅠ型板式无砟轨道结构
3、无砟轨道应用
轨道结构类型 CRTSⅠ型板式 CRTSⅡ型板式 CRTSⅠ型双块式 CRTSⅡ型双块式 岔区无砟轨道
应用线路
遂渝试验段、石太、广州新客站、广深港、广株、沪宁城际等
京津城际、京沪、京石、石武、津秦、沪杭、合蚌等
武广客专，合武、温福、福厦、襄渝、太中银等线路的长大隧道内
郑西客专
轨枕埋入式：京津城际、武广客专、郑西客专等
凝土底座等。 • 施工方法：自上至下施工，道岔和岔枕现场组装、精调完成后，进行
浅述高速铁路有砟轨道结构
蚀 、低 渗 水 是碎 石 道 砟 划 分 等 级和 质 量 保 证 的 主 要技 术 参 数 。 其道 砟 粒 径 、 形状 、级 配 、清 洁 度等 是 构成 道 床 功 能 的主 要指 标 。道 砟 棱 角分 明、 表 面粗 糙 的 道床 具有 较 高 强度 和 稳定 性 。 高速铁 路道床 失效 的主要 原因， 是源 于轮轨 振动所致 的道 砟磨损粉 化， 而 由荷 载 压力 所致 的破碎 相对 处 于次 要地位 。提 高道 砟抗 磨耗 、抗冲 击指 标， 减少 道 砟 中的小 粒成 分， 有利 于延缓 道 砟粉末 聚 积， 可延 长道床 使用 寿 命。 法 国是 以有 砟轨 道为代 表 的高速 铁路 国家 ， 其早 期建 造的 东南线 、大西 洋线 道砟粉 化严 重， 使轨 道几何 尺寸难 于保 持， 维修 周期 缩短 、维修 费用 大大 增加 。结 果使用 不到 １ 年不得 不全 面大修 ， Ｏ 更换道 砟 。 为此 ， 法铁对 道砟 的粒 径级配 颗粒 形状指 标 、 硬度系数 标准进 行 了重新研 究， 拟订 了新 的规定 ， 比如： 针对 道砟 的洛杉 矶磨耗 率 、 度系数 标准 （Ｈ ，Ｔ Ｖ 东南线 原规 定为洛杉 机 硬 Ｃ） Ｇ 磨耗率 ≤ ２％ ｃ ０ 和 Ｈ≥ １，Ｇ ７ ＴＶ北方线 把其 提高到 洛杉机 磨耗 率≤ １％ ｃ ７ 和 Ｈ≥ ２， ０新建 的地 中海线 再提 高到洛 杉机磨 耗率 ≤ １％ ｃ ≥ ２ 。 此之外 ， 减 ６和 Ｈ １ 除 为 缓道砟 的粉化 ， 在桥 梁上还 要铺 设砟下 胶垫 。下表 为 Ｅ １ ５ Ｎ ３０欧洲标 准 、级 配 等级。 ４高速铁 路 有砟轨 道 其它部 件 ４ ｆ钢轨 根据轨 道强度 计算 原理， 当轨 道其 它条件相 同时， 钢轨 的下沉 量及轨底 的 弯 曲应 力 同钢 轨 断面对 水 平轴 的惯性 矩成 反 比 因此 ， 高速铁 路要铺 设较 重 型钢 轨， 同时， 轨 的材质 要具有 足够 的强韧性， 钢 高速铁路 的钢轨还 要求较小 的 残 余应 力。我 国高速 铁路 采用 ６ ｋ／ ０ｇ ｍ钢轨 ， 国 ＴＶ高 速铁路 采用 的 Ｕ Ｃ ０ 法 Ｇ Ｉ ６
高速铁路设备系列介绍之十六——高速铁路轨道结构
高速铁路设备系列介绍之十六——高速铁路轨道结构：与普通铁路轨道结构一样，高速铁路轨道结构由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备、轨撑和道岔等设备组成。
钢轨是轨道结构中细长的部件。
将钢轨牢固地支承和约束是确保安全和提高运输品质的关键问题。
钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力，并传向轨枕。
轨枕又称枕木，也是铁路配件的一种。
只不过现在所用材料不仅仅是木材，因此叫轨枕更加科学。
别看轨枕的模样单调划一，貌不惊人，它的作用可不小。
轨枕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，并保持钢轨正常的几何位置。
轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。
它必须具备一定的柔韧性和弹性，硬了不行，软了也不行。
列车经过时，它可以适当变形以缓冲压力，但列车过后还得尽可能恢复原状。
联结零件包括接头联结零件和中间联结零件两类。
接头联结零件是用来联结钢轨间的接头的，钢轨接头处必须保持的缝隙叫做轨缝。
中间联结零件（又称扣件）的作用是将钢轨紧扣在轨枕上。
钢筋混泥土轨枕用的扣件有扣板式,拱形弹片式和ω形弹条式三种。
道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。
道床通常指的是轨枕下面，路基面上铺设的石碴（道碴）垫层。
主要作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对对钢轨的冲击，便于排水。
根据材料不同，有碎石道床、沥青道床和混凝土整体道床。
混凝土整体道床是用浇筑成型的混凝土整体基础作为钢轨的基础，由于取消了道碴层，线路强度高，维修工作量小，我国在隧道内或客运站到发线上已开始铺设。
防爬设备的设置，是因列车运行时常常产生作用在钢轨上的纵向力，使钢轨作纵向移动，有时甚至带动轨枕一起移动。
这种纵向移动，叫做线路爬行。
一般发生在复线铁路的区间正线、单线铁路的重车方向、长大下坡道上和进站时的制动范围内。
安装防爬设备就能够在轨道两边将轨道死死拉住，能够有效防止线路爬行。
高速铁路钢轨的工程结构与可靠性评估
高速铁路钢轨的工程结构与可靠性评估在现代化交通工具中，高速铁路无疑是一种高效、快速、安全的交通方式。
而铁路的核心组成部分之一就是钢轨，它直接承载着列车的重量，并提供了必要的导向性和稳定性。
因此，高速铁路钢轨的工程结构和可靠性评估变得至关重要。
一、高速铁路钢轨工程结构分析高速铁路钢轨的工程结构主要由两个主要部分组成：上部结构和下部结构。
上部结构包括钢轨、钢筋混凝土轨枕、固定装置以及其他附属设施，而下部结构则包括路基、桥梁、隧道等。
1. 钢轨钢轨是高速铁路中最重要的组成部分之一。
它由钢轨头、钢轨身和钢轨底三个部分组成。
钢轨头承载列车的重量，提供导向支持，钢轨身连接在一起以稳定轨道线路，而钢轨底则与轨枕相连接，提供承载力和支撑力。
2. 轨枕轨枕位于钢轨与路基之间，起到承载和保持钢轨位置的作用。
常见的轨枕材料有混凝土、木材和塑料等。
混凝土轨枕是目前使用最广泛的一种，其强度高、耐久性好，且易于养护。
3. 固定装置固定装置用于将钢轨固定在轨枕上，以保持钢轨的稳定性和位置。
常见的固定装置有钉子、螺栓和夹子等。
固定装置的选择和设计需要考虑到钢轨的轨向稳定性和抗震性能。
4. 其他附属设施高速铁路钢轨的工程结构还包括一些其他附属设施，如过渡段、过渡轨、交叉渡线等。
这些设施的设计和布置要考虑列车的平稳运行、线路的通行能力和安全性。
二、高速铁路钢轨的可靠性评估高速铁路钢轨的可靠性评估是为了确保其在使用过程中的安全可靠性和寿命。
评估的内容主要包括静载试验、动载试验和疲劳试验三个方面。
1. 静载试验静载试验是通过施加静态均布荷载来评估钢轨的强度和变形性能。
试验过程中，需要对钢轨产生的变形、应力和应变进行检测和分析。
通过比较试验结果与设计标准，可以评估钢轨的质量和可靠性。
2. 动载试验动载试验是通过模拟列车运行过程中的动态荷载来评估钢轨的振动和动态响应特性。
试验过程中，需要监测钢轨的应力、变形和振动情况，并比较与设计要求的符合程度。
高速铁路轨道结构理论研究进展
高速铁路轨道结构理论研究进展摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进铁路建设项目的增多。
在高速铁路蓬勃发展的环境下，如何科学高效地维护我国规模庞大的运营线路，实现高速铁路在全生命周期内的稳定、安全运营，是目前我国高速铁路面临的一个至关重要且亟待解决的问题，而探明高速铁路轨道结构在长期运营过程中动态性能演变及服役安全控制机制则是解决这一问题的关键。
安全是铁路运输永恒的主题，更是高速铁路的核心要求。
本文就高速铁路轨道结构理论展开探讨。
关键词：高速铁路；无砟轨道；道岔；无缝线路引言近年来，随着高铁的快速发展，投入运营的高铁线路越来越多，由于200～250km/h的高铁线路多以有砟轨道为主，因此重视研究、探索解决有砟轨道病害特别是长波不平顺病害在维护中存在的运用管理薄弱、作业精度不高、生产组织不合理、作业质量跟踪监控不严等问题，对于提高有砟轨道养修管理水平，确保高铁设备运营安全，具有重要意义。
1高速铁路轨道结构研究现状分析自1964年世界首条高速铁路在日本东海道新干线开通以来，高速铁路技术已历经了五十多年的发展，但其运营安全问题仍未得到全面彻底的解决，危及高速列车运行安全的故障和事故在德国、韩国、日本等地仍时有发生。
出现此类问题的原因，除了对车辆结构关键工程材料失效机理、高速列车脱轨机制等问题认识不足之外，未系统研究作为固定设备之一的高速铁路轨道结构服役性能的时空演变机制，未深入了解高速铁路轨道结构初始损伤演变、动态性能劣化、特殊条件下状态突变对行车安全的影响，以及对高速铁路运营安全保障和长效服役能力关键支撑理论的研究和认识不足，也是极其重要原因。
国内外相关研究成果表明，在动荷载和环境因素耦合循环作用下，高速铁路轨道结构在长期服役过程中，其各项构成材料(如水泥乳化沥青砂浆、混凝土等)的微观结构会发生变化，从而导致关键部件出现伤损甚至失效(如轨道板裂纹、水泥乳化沥青砂浆劣化、扣件折断、钢轨波磨等)，而轨道结构与关键部件材料初始损伤的动态演化，轨道结构与关键部件的持续劣化以及特殊条件下结构局部状态的瞬时突变等，势必会引起轨道服役状态与结构动态性能的持续劣化，导致轨道结构与高速车辆系统不匹配，从而加剧高速铁路线路服役状态的恶化，耐久性和经济性的明显降低，同时影响行车品质，甚至留下安全隐患，危及高速列车运行安全。
高速铁路有砟、无砟轨道结构及精调
第二章高速铁路有砟、无砟轨道结构及精调第一节概述无砟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。
以下是无砟轨道的主要优势和缺点。
一、无砟轨道的优势主要有：1、轨道结构稳定、质量均衡、变形量小，利于高速行车；2、变形积累慢，养护维修工作量小；3、使用寿命长—设计使用寿命60年；二、无砟轨道的缺点主要有：1、轨道造价高：有砟180万/km，双块式350万，１型板式450万，2 型板式500万。
2、对基础要求高因而显著提高修建成本：有砟轨道可允许15cm工后沉降，无砟轨道允许3cm，由此引起的以桥代路及路基加固投资巨大。
3、振动噪声大：减振降噪型无砟轨道目前尚不成功，减振无砟轨道选型存在较大困难。
4、一旦损坏整治困难：尤其是连续式无砟轨道。
第二节无砟轨道结构一、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。
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。
对于最初提出的轨道结构方案，铁道综合技术研究所相继进行了设计、部件试验、实尺模型试验、设计修改、在营业线上试铺等工作。
从津田沼、日野土木试验所内的实尺模型试验到既有线、新干线的桥梁、隧道和路基上的各种形式无碴轨道结构的试铺，总共建立了20多处近30km的试验段，开展了大量的室内、营业线上动力测试和长期观测的试验研究工作，并在试验结果的基础上，不断的改进、完善结构设计参数和技术条件，最终将普通A 型（图4-3）、框架形（图4-4）等板式轨道结构作为标准定型，在山阳、东北、上越、北陆和九州新干线的桥梁、隧道和路基上大量使用。
高速铁路轨道结构
弹条Ⅲ型为无挡肩扣件，适合于重大运量、 高密度的运输条件，它具有扣压力大，弹 性好等优点，特别是取消了混凝土挡肩， 消除了轨底在横向力作用下发生横位移的 可能性。
弹条Ⅰ型
弹条Ⅱ型
弹条Ⅲ型
钢轨扣件性能特点
抗断优——全钢冷压国标连接扣件结构先进，全钢板冷压成 型，强度及韧性超过国家标准及国际标准，彻底消除了铸 铁老扣件因扣件断裂导致脚手架坍塌的事故隐患。
快速轻便——结构优化扣件轻便、漂亮、舒适，装卸速度增 快，劳动强度降低。
国外无砟轨道扣件
日本 直结4K型扣件 直结8K型扣件 德国 Vossloh300 Krupp ECF Pandrol Fastclip
Vossloh300
Pandrol Fastclip
我国自主研发的高速铁路扣件类型
道岔：机车车辆从一条线路转向另一条线路的 轨道连接设备。
（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；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。
扣件的分类
木枕扣件 木枕轨道上用于联结钢轨和木枕的联结零件. 混凝土枕扣件 混凝土枕轨道上用于联结钢轨和混凝土轨枕的
联结零件。
扣板式扣件是由扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈 、铁座及缓冲垫板组成，螺纹道钉用硫磺 水泥砂浆锚固在混凝土轨枕承轨台的预留 孔中，然后利用螺栓将扣板扣紧。
高速列车轨道结构动力学分析
高速列车轨道结构动力学分析近年来，高速列车已成为人们出行首选的交通工具之一，不仅能够极大地提高出行效率，还能够节约出行成本。
高速列车经常以极高的速度在铁路上行驶，因此它的轨道结构十分重要。
轨道的稳定性和安全性是影响高速列车出行的关键因素之一。
本文将探讨高速列车轨道结构的动力学分析。
1. 轨道结构简介高速列车轨道结构主要包括轨道、桥梁和隧道等构筑物。
轨道包括轨道道床和轨枕，轨道道床是轨道的基础，必须保证其坚实平稳。
轨道道床下方有排水层和土工材料层保证轨道的排水和增强稳定性。
轨枕是轨道道床上的支撑部分，轨枕必须保证其足够强度和耐用性，能够承受列车通过时的压力。
桥梁和隧道是高速列车行驶过程中比较重要的部分，其必须保证其结构强度和抗风压能力，以确保高速列车安全运行。
2. 动力学分析高速列车的高速行驶对轨道结构的动力学负荷呈现出特殊的要求。
为了能够确保高速列车的平稳行驶，必须对轨道结构进行动力学分析。
动力学分析可以通过对轨道结构施加负荷，以获取轨道及其支撑结构的响应。
轨道结构的动力学分析可以分为两个方面：一是考虑列车的运动状态，二是考虑轨道结构自身的响应。
（1）考虑列车的运动状态考虑列车的运动状态，可以通过列车的动力学模型进行描述。
列车的动力学模型包括列车质量、牵引力、空气阻力等因素。
在动力学分析中，可以采用MATLAB/SIMULINK等软件对列车的动力学模型进行建模。
通过动力学模型可以得到列车的空气阻力、惯性力、弯曲力、剪切力等作用于轨道上的力。
然后根据这些作用力，对轨道结构进行动力学分析。
分析的过程主要是利用有限元方法和计算力学方法，求解轨道结构的响应。
（2）考虑轨道结构自身的响应由于高速列车的运动状态是随着时间不断变化的，因此轨道结构必须能够在不同的时间段内承受不同的力，以确保高速列车安全运行。
轨道结构自身的响应包括轨道的挠曲、平移和转动等，并且受到轨枕、断面等因素的影响。
在动力学分析中，常采用有限元方法将轨道结构建模。
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图7 路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道结构组成图
3．CRTSⅡ型板式无砟轨道 图8 路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道
图9 路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道结构组成
4．CRTSⅢ型板式无砟轨道 图10 盘营客专路基地段CRTSⅢ型板式轨道
图11 成灌铁路路基地段CRTSⅢ型板式无砟轨道
5．道岔区轨枕埋入式无砟轨道 图12 路基地段道岔区轨枕埋入式无砟轨道
图13 路基地段道岔区轨枕埋入式无砟轨道结构组成
6．道岔区板式无砟轨道 图14 路基地段板式无砟轨道结构组成
1．嵌缝材料的位置及作用 图15 路基地段嵌缝材料位置图
图16 路基地段无砟轨道典型横断面结构设计图
2．嵌缝材料失效的危害 图17 底座板下压注高分子材料
路基 桥梁 隧道
有机硅 0.882 1.081 0.090
聚氨酯 2.362 2.494 0.232
、嵌缝材料尺寸 1）当嵌缝材料采用有机硅时，伸缩缝处有机硅嵌缝材料尺寸如下：
表2 有机硅嵌缝材料尺寸
基础类型 路基
桥梁 隧道
位置
路基地段底座伸缩缝
路基地段底座伸缩缝侧边 路基地段线间混凝土横向伸缩假
缝 路基地段线间及线路外侧混凝土
与底座间纵向缝 桥梁地段底座伸缩缝
桥梁地段底座伸缩缝侧边 桥梁地段线间防水层与底座间纵
向缝 隧道地段底座伸缩缝
隧道地段底座伸缩缝侧边
尺寸
（深）×（宽）×底座宽度（ 长）
（深）×（宽）×底座厚度（ 长）
（深）×（宽）×（长）
（深）×（宽）
（深）×（宽）×底座宽度（ 长）
60mm（深）×（宽）
60mm（深）×（宽）×底 座宽度（长）
（深）×（宽）×底座厚 度（长）
3、材料造价
有机硅 聚氨酯
项目
单线公里量（m3） 有机硅单价（万元）
路基
底座板之间和底座 版两侧及线间
线外（路基）
桥梁
0.882
0.16
1.081
7.02万/吨
隧道 0.09
造价（万元）
7.429968
1.34784
桥梁地段底座伸缩缝
桥梁地段底座伸缩缝侧边 桥梁地段线间防水层与底
座间纵向缝 隧道地段底座伸缩缝
隧道地段底座伸缩缝侧边
尺寸 60mm（深）×（宽）×底
座宽度（长） 40mm（深）×（宽）×底
座厚度（长） 60mm（深）×（宽）×
（长）
60mm（深）×（宽）
60mm（深）×（宽）×底 座宽度（长）
40mm（深）×（宽）×底 座厚度（长）
9.10634 0.7581
4
6
单线公里量（m3） 聚氨酯单价（万元）
造价（万元）
2.362 9.2118
0.48 3万/吨 1.872
2.494 0.232 9.7266 0.9048
谢谢大家
高速铁路轨道结构
2013 年 5 月
一．有砟轨道
当速度超过250km/h时： 1．道砟粉化加剧 2．道砟飞溅 3．道床稳定性降低，轨道几何型位保持困难。
图2 有砟轨道翻浆冒泥
图3 法国高速铁路有砟轨道道床
二．无砟轨道 1．CRTSⅠ型双块式无砟轨道 CRTSⅠ型双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、 底座/支承层等组成。
图4 路桥过渡段双块式无砟轨道
图5 路基地段双块式无砟轨道
图5 路基地段双块式无砟轨道
2．CRTSⅠ型板式无砟轨道 CRTSⅠ型板式无砟轨道分为CRTSⅠ型大板式板式轨道和CRTSⅠ型 框架板式无砟轨道，其结构组成主要包括钢轨、扣件、轨道板、 水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）、底座板、凸型挡台等。
（深）×（宽）×底座厚度（ 长）
（深）×（宽）
（深）×（宽）×底座宽度（ 长）
（深）×（宽）×底座厚度（ 长）
（2）当嵌缝材料采用聚氨酯，伸缩缝处聚氨酯嵌缝材料尺寸如下表 表3 聚氨酯嵌缝材料尺寸
基础类型 路基
桥梁 隧道
位置
路基地段底座伸缩缝
路基地段底座伸缩缝侧边 路基地段线间混凝土横向
伸缩假缝 路基地段线间及线路外侧 混凝土与底座间纵向缝
3．嵌缝材料的演变 （1）遇水膨胀橡胶条
图18 路基地段遇水膨胀橡胶条
图19 路基地段遇水膨胀橡胶条
图20 路基地段遇水板式无砟轨道嵌缝材料失效
4．二种嵌缝材料的比较 有机硅和聚氨酯 1、嵌缝材料每公里用量
表1 嵌缝材料每公里用量（单位：m3）