铁道工程毕业设计

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

第2章 高速铁路技术概况 4

2.1 高速铁路发展概况 4

2.2 高速铁路关键技术 7

2.2.1 高速铁路路基 7

2.2.2 高速铁路桥梁 10

2.2.3 高速铁路隧道 12

2.2.4 高速铁路轨道 13

2.2.5 高速铁路信号与通信 15

2.2.6 高速列车 16

2.3 高速铁路经济优势 17

2.4 中国高速铁路发展模式 18

第3章 无砟轨道选型 21

3.1 无砟轨道概述 21

3.1.1 无砟轨道主要技术条件 21

3.1.2 世界各国无砟轨道的发展历程 24

3.1.3 无砟轨道和有砟轨道技术经济对比分析 28

3.2 国外无砟轨道类型及特点 30

3.2.1 博格板式无砟轨道 30

3.2.2 雷达型无砟轨道 35

3.2.3 日本板式无砟轨道 40

3.2.4 弹性支承块型（LVT）无砟轨道 42

3.2.5 旭普林型无砟轨道 44

3.2.6 其他类型无砟轨道 45

3.3 我国无砟轨道主要类型 48

3.3.1 板式无砟轨道轨道 48

3.3.2 双式无砟轨道 50

3.3.3 长枕埋入式无砟轨道 51

3.4 适合中国国情和路情的无砟轨道轨道主要类型 52

第4章 京津城际客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道施工技术 55

4.1 无砟轨道发展概况 55

4.2 系统技术的构成 56

4.3 系统技术的主要特点 58

4.4 主要施工工艺法 59

4.4.1 板厂概况 59

4.4.2 重难点工程介绍 59

4.4.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺 60

4.5 轨道板铺设工艺 62

第5章 结束语 70

参考文献 71

致 谢 72

附录A 外文资料翻译 73

第1章 绪论

铁路是一个国家重要的基础设施，国民经济的大动脉和大众化的交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。但是，速度的劣势一度使这一传统行业处于竞争危机之中。因此，自有铁路以来，人们就不断致力于提高列车的运行速度，为此，许多优秀的铁路技术人员付出了艰苦卓绝的努力。

19xx年，世界上第一条高速铁路—日本东海道新干线建成通车，达到当时最高运行速度—240Km/h，从此高速铁路在世界发达国家迅速崛起，获得蓬勃发展，在世界范围内引发一场深刻的交通革命。

1.1 课题研究背景和意义

高速铁路是20世纪交通运输领域的重大成果，是一个专业面极广、技术先进成熟的庞大系统工程，是人类共有财富。

高速铁路具有深刻的社会价值和巨大经济价值，相对传统铁路交通它具有速度快、运能大、安全性高、准确性高、能耗少、占地少、工程投资低、污染环境轻、舒适度高、效益好十大显著优势。

20世纪60年代以来，世界各国大力研究高速铁路技术，到目前为止已经取得了丰硕成果，从中总结了许多宝贵的经验，并从中获得巨大的经济效益。在全球经济一体化的今天，大力发展经济已经成为世界各国的共识，20xx年前中国将全面建设小康社会，这一时期经济将飞速发展，运输需求必将飞速增加，人口的增长，城市化进程的加快，人民物质文化生活水平的提高，人际交流的频繁，这些现状都使得中国大力发展新型交通系统成为必然。对我国而言，土地、能源、环境方面的压力远远大于其他国家，加之我国运量大、集中度高、行程长的客流特点和客货分线决策也使得发展高速铁路成为必然。

国务院于20xx年批准《中长期铁路网规划》，确立了我国铁路宏伟的建设蓝图：到20xx年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电气化达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。根据《中长期铁路网规划》，我国铁路主要通道将建设客运专线1.2万Km以上，环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区将建设城际客运系统，同时既有线提速改造达到2万Km，形成我国铁路快速客运网，将建成以京沪、京广、高哈、沪甬深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”客运专线网络。

高速度必将带来巨大的技术难题，尤其对铁路轨道将提出更高的要求，传统的有砟轨道很难满足高速铁路机车运行所要求的高稳定性和高舒适度，发展新型轨道结构，使之有效提高机车速度，保证运行要求，是世界各国的研发目标，而无砟轨道恰恰具备稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久性强、维修工作量显著减少和技术相对成熟的突出特点。所以，发展无砟轨道技术是铁路加快提高装备水平，实现铁路跨越式发展的重要举措之一。

1.2 国内外研究现状

1825年出现在英国的第一条铁路，其速度只有24Km/h，随着科技的进步铁路运行速度有了质的飞跃，19xx年法国电力牵引机车的试验车组最高运行速度突破了300Km/h，19xx年世界上第一条高速铁路-日本东海道新干线最高运行速度达

到210Km/h，旅行速度达到160Km/h。此后无砟轨道这种新型铁路轨道结构得到应用，列车试验速度不断刷新：19xx年5月德国ICE最高速度达406.9Km/h，法国TGA-A型高速列车速度达515.3Km/h，20xx年法国再次刷新纪录，TGA最新型V150超高速列车试验行驶速度达574.8Km/h。

可以说，无砟轨道的应用与发展使得高速铁路运行速度不断创造奇迹，使之适应了社会发展的需要及提高了竞争力。

自上世纪60年代开始，世界各国对无砟轨道的研究已经取得明显成果，从最初的室内试验、现场铺装试验，到在高速铁路上普及推广，历经40余年，形成了具有各国特色的系列化、标准化产品。

无砟轨道技术发展比较成熟的主要国家是德国和日本，而它们的发展道路又不相同。目前，无砟轨道的优越性已经被世界许多建设高速铁路的国家和地区所认可。德国、法国、西班牙、意大利、日本、英国、韩国、印度、荷兰、中国大陆以及台湾地区修建的许多高速铁路都成段、成线地采用无砟轨道技术。

近年来，由于国民经济的发展和人民生活水平地不断提高，我国已经开始重视提高旅客列车的运行速度，并为此采取了一系列行之有效的措施，先后多次进行火车提速，20xx年最高试验速度达到321.5Km/h。世界高速铁路建设方兴未艾，中国高速铁路奋力崛起。

我国现已有多条客运专线如秦沈、京沪、武广、石太、京津、桂广等已建成投入运营或正在建设即将投入运营，这将有效地优化和提升我国交通运输结构，大幅度提升旅客的运输能力，满足国民经济和社会发展的需要，同时也为我国铁路技术发展提供广大的空间。

第2章 高速铁路技术概况

2.1 高速铁路发展概况

高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。目前国际上公认的列车最高运行速度达到200Km/h及其以上的铁路为高速铁路。随着科学技术的发展和客观条件的变化，有关高速铁路的定义还在不断更新。

高速铁路运行速度是一项重要的技术指标，也是铁路现代化水平的重要体现。20世纪70年代，日本把列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。随着高速铁路技术的发展，欧洲铁路联盟于19xx年9月发布的互通运营指导文件(96/0048/EC)对高速铁路有了更确切的规定：新建铁路运营速度达到或超过250km/h；既有线通过改造使基础设施适应速度200km/h；线路能够适应高速，在某些地形困难、山区或城市环境下，速度可以根据实际情况进行调整。

自以日本新干线、法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。

目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国、日本、中国内地和台湾。

在亚洲，19xx年10月1日，世界上第一条高速铁路—日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形

成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。20xx年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。

欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，20xx年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止20xx年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。

法国19xx年开通了TGA东南线，19xx年开通了TGA大西洋线，19xx年开通了TGA北方线，19xx年开通TGA东南延伸线，19xx年开通了TGA巴黎地区联络线，20xx年6月，TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。 在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于19xx年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于19xx年投入运营。20xx年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/m，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。20xx年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。

意大利19xx年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型全长1300Km的高速铁路骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。

如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。 澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东海岸铁路的轮轨高速进行论证。

自有铁路以来，人们就在不断致力于提高列车的运行速度。1825年出现在英国的第一条铁路，其列车最高运行速度只有24km/h，1829年“火箭号”蒸汽机车牵引的列车最高运行速度就达到了47km/h，几乎提高了1倍。19世纪40年代，英国试验速度达到120km/h，1890年法国将试验速度提高到144km/h，19xx年德国制造的电动车组试验速度达到了209.3km/h。这时期英国西海岸铁路用蒸汽机车牵引的列车旅行速度达到了101km/h。19xx年法国电力机车牵引的试验车组最高运行速度突破了300km/h，达到了311km/h。19xx年10月日本东海道新干线最高运行速度达到了210km/h，旅行速度也达到了160km/h。此后列车试验速度不断刷新：19xx年2月法国TGV试验速度达到380km/h，19xx年5月德国ICE把这一速度提高到406.9km/h，半年后法国人创造了482.4km/h的新纪录，19xx年5月18日法国TGV-A型高速列车把试验速度提高到515.3km/h，20xx年4月3日法国再次刷新了自己的纪录，TGV最新型“V150”超高速列车行驶试验速度达到574.8km/h，创下了有轨铁路列车行驶的世界纪录。

自以日本新干线法国TGA为代表的高速铁道投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了全新机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力的促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济的发展。

目前世界上投入运营的速度不小于250Km/h的高速铁路总长达8000Km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国日本、中国内地和台湾。

在亚洲，19xx年10月1日，世界上第一条高速铁路—日本东海道新干线建成通车，当时最高运行速度为240Km/h，使东京到大阪的运行时间从6h30min缩短到3h。日本接着又相继修建了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋田等新干线，形成了纵贯日本国土的新干线网络，被誉为“经济腾飞的脊梁”，并有新建新干线和改造既有线的计划。20xx年4月1日，韩国汉城-釜山的高速铁路开通运营，最高运行时速300Km/h。中国台湾台北-高雄的高速铁路已投入运营。印度也在开展高速铁路建设的前期工作。

欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，20xx年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区。截止20xx年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。

法国19xx年开通了TGA东南线，19xx年开通了TGA大西洋线，19xx年开通了TGA北方线，19xx年开通TGA东南延伸线，19xx年开通了TGA巴黎地区联络线，20xx年6月，TGA地中海线开通运营，完成了纵贯法国的高速铁路干线。 在德国，汉诺威-维尔茨堡铁路和曼海姆-斯图加特铁路于19xx年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于19xx年投入运营。20xx年8月，德国科隆-法兰克福高速线开通，是德国第一条客运专线。在这条线上运行的第三代ICE3型高速列车最高运行速度为330Km/h，允许列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。20xx年，德国联邦交通网计划确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。

意大利19xx年初将列车速度提高到250Km/h，同时意大利已制定了一项高速铁路长期发展计划，将用2条高速线构成T字型、全长1300Km的高速铁路骨架。西班牙、比利时、荷兰等国正在建设高速铁路。除了西欧各国正在建设高速铁路网外，东欧、南部欧洲等国也在积极进行既有线基础设施提速改造。

如今，一贯比较重视发展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设计划。 澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也委托TMG公司对墨尔本-布里斯班东海岸铁路的轮轨高速进行论证。

近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国也开始重视提高旅客列车的速度。20xx年秦沈客运专线铁路最高试验速度达到了

321.5km/h，20xx年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3km/h，20xx年12月武广铁路客运专线列车跑出394.2km/h，创造了两车重联情况下的世界高速铁路最高运营速度。图1-1为在京津城际铁路上运行的时速350km“和谐”号动车组。

图2-1 时速350 km“和谐”号动车组

2.2 高速铁路关键技术

高速铁路在不长时期内之所以能取得如此发展势头，根本原因是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又实用的特点，特别是在中长距离的交通中的独特优

势。实践表明，高速铁路已是当代科学发挥技术进步与经济发展的象征。高速铁路虽源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破了常速铁路的概念，已形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统。

(1)高速铁路是当代高新技术的集成。

(2)高速度是高速铁路高新技术的核心。

(3)系统间相互作用发生了质变。

高速铁路从可行性研究、规划、设计、施工、制造到运营管理，都要超前、系统地进行研究才能付诸实践。随着速度的提高，个子系统原有的规律和相互间关系将转化为强作用而需要重新认定。

(4)系统动力学问题更加突出。

高速列车的振动与冲击问题更加突出；高速列车运行中的惯性问题更加突出；列车空气动力学问题更加突出。

(5)对高速铁路主要子系统的基本要求更加严格。

高速铁路的优势不仅体现在整体的强大，而且其每个分项都是高科技的集成。

2.2.1 高速铁路路基

路基是轨道的基础，也叫线路下部结构(2-1)。高速铁路的出现对传统铁路的设计施工和维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计方法理念。高速铁路路基按照土木结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设计等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，使之能抵抗各种自然因素作用的影响，确保列车高速、安全和平稳运行。与普通铁路路基相比，高速铁路路基主要表现一下特点：

(1)高速铁路路基的多层结构系统

高速铁路线路结构，已经突破了传统的轨道、道床、土路基这种结构形式，既有有砟轨道也有无砟轨道(图2-2和2-6)。对于有砟轨道，在道床和土路基之间，已抛弃了将道砟层直接放在土路基上的结构形式，做成了多层结构系统。无砟轨道放弃了道砟，直接在路基上铺设轨道。

表2-1 路基面标准宽度

轨道类型 设计最高速度(km/h) 双线线间距(m) 路基面宽度

单线(m) 双线(m)

无砟轨道 250 4.6 8.6 13.2

300 4.8 13.4

350 5.0 13.6

有砟轨道 250 4.6 8.8 13.4

300 4.8 13.6

350 5.0 13.8

图2-2 无砟轨道双线路堤标准横断面示意图

图2-3 无砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图

图2-4 无砟轨道单线路堤标准横断面示意图

图2-5 有砟轨道双线路堤标准横断面示意图

图2-6 有砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面示意图

(2)控制变形是路基设计的关键

控制变形是路基设计的关键，采用各种不同路基结构形式的首要目的是为了给高速铁路线路提供一个高平顺、均匀和稳定的轨下基础。由散体材料组成的路基是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源。它在多次重复荷载作用下所产生的累积永久下沉将造成轨道的不平顺，同时其刚度对轨道面的弹性变形也起关键性作用，因而对列车高速行走有重要影响。高速行车对轨道变形有严格要求，因而，变形问题便成为高速铁路设计所考虑的主要控制因素。就路基而言，过去多注重设计强度，并以强度作为轨下系统设计的主要控制条件。现在强度已经不成问题，一般在达到强度破坏之前，可能出现过大的有害变形，所以控制变形成为路基设计重中之重。

(3)在列车、线路这一整体系统中，路基是重要组成部分

变形问题相当复杂，这是世界性难题。日本及欧洲等国虽然实现了高速，但他们都是采用高标准的昂贵的强化线路结构和高质量的养护维修技术来弥补这方面的不足。所以，变形时轨下系统设计的关键。由于普通铁路行车速度慢、运量小，因此在以往的设计中，只孤立地研究轮、轨的相互作用，并把这种作用狭义理解为轮、轨接触部位的几何学、运动学、动力学的关系，而忽略了路基的影响，其中各部位的设计也只局限于本专业范围内。对于高速铁路，轮轨系统应该是车轮、钢轨、道床、路基各部分相互作用的整体。因为包括路基在内的轨下系统的垂向变形集中反映在轨面上，而且又直接影响着轮轨作用力的大小。所以，在轮轨系统的研究中，必须把各部分作为一个整体来分析，建立适当的模型，着眼于各自基本参数和运用状态，进行系统最佳设计，实现轮轨系统的合理匹配，尽可能降低轮轨作用力，以保证列车的高速安全运行。

2.2.2 高速铁路桥梁

由于高速铁路列车的运营特点，对桥梁结构的动力作用提出了更高要求。桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至会影响行车安全。 高速铁路桥梁具有以下工程特点：

(1)刚度大：除控制挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变、不均匀温差引起的结构变形，使其满足轨道稳定性、平顺性的要求，符合高速列车运行安全性和旅客乘座舒适度的要求。

(2)耐久性要求高：主要承重结构按100年使用要求设计，统一考虑合理的结构布局和构造细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用(设计、施工维护三个阶段共同来保障)。

(3)墩台基础的沉降控制严格。

(4)上部结构宜采用预应力混凝土结构：预应力混凝土结构刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小。

(5)大跨度的特殊孔跨结构多：跨越主要交通干线或通航河流大量采用钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等特殊结构的大跨度梁式，技术复杂，施工难度大。

(6)双线简支箱梁制、架需特殊的大型施工装备：32 m跨度的双线简支箱梁重约900 t，制、运、架需专门的大型施工设施与装备。

根据高速铁路桥梁(图2-7、2-8)的这些工程特点，为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形，这些都对高速铁路桥

梁的刚度和整体性提出了严格要求。各国高速铁路桥梁设计基本遵循以下原则：

1)采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分卡制造整体连接。双线桥梁一方面可提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，其竖向刚度也比单项桥梁增大一倍。

2)除了小跨度桥梁之外，大都采用双线单室箱型截面。

3)增大梁高，各国高速铁路预应力混凝土简支梁高跨比在1/9～1/12之间。

4)尽量选用刚度大的结构体系如简支梁、连续梁、连续钢构、斜拉桥、拱及组合结构等。

5)桥梁不宜过大。按照不同不同用途，高速铁路桥梁可以分为以下三类：

○1高架桥——用以穿越既有交通网、人口稠密地区及地质不良地区，高架桥通常墩身不高，跨度较小，但桥梁很长，往往可以伸展达十余公里。

○2谷架桥——用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高。

○3跨越河流的一般桥梁。

图2-7 设计时速350 km有砟桥面布置示意图（单位：mm）

图2-8 设计时速350 km无砟桥面布置示意图（单位：mm）

2.2.3 高速铁路隧道

(1)空气动力学效应

高速铁路隧道与常规铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应(瞬变压力、微压波、行车阻力、列车风等)对行车、旅客舒适度、

列车相关性能和洞口环境的将产生十分不利的影响。

当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流。于是，列车前方的空气受压缩，列车后方则形成一定的负压。这就产生一个压力波动过程，这种压力波动又以声速传播至隧道口，形成反射波——Mach波，回传，叠加，诱发对运营产生一系列负面影响的空气动力学效应。主要是：由于瞬变压力，造成旅客不适，并对铁路员工和车辆产生危害；高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微压波，引起爆破噪声并危及洞口建筑物(如图2-9所示)；行车阻力加大，引起对列车动力和能耗的特殊要求；列车风加剧，影响在隧道中待避的作业人员；其它，如隧道内热量的积聚，空气动力学噪声等。

图2-20 隧道微气压波的产生过程

图2-9 隧道微压波的产生过程

高速铁路进入隧道的空气动力学效应受多种因素影响，包括：

1)机车车辆方面：行车速度，车头和车尾形状，列车横断面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度，车辆的密封性等。例如，计算结果表明，车辆对压力波动的影响可以归结为车内压力波动相应于车外压力的“缓解”和“滞后”。德国在Einmalberg隧道实测的结果证实了这一点(图2-10)。

图2-11 德国Einmalberg隧道的实测结果

图2-10 隧道机车压力图

2)隧道方面：隧道净空断面面积，阻塞比，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。

3)其它方面：列车在隧道中的交会等。

因此，在高速铁路设计时，应从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。隧道工程设计必须考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车旅客舒适度 车辆结构强度和环境等方面的不利影响。

2.2.4 高速铁路轨道

高平顺性是高速铁路对轨道的最根本要求，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车辆震动、轮轨作用力增大的主要原因。在高平顺的轨道上，高速列车的列车震动和轮轨作用力较小，行车相对安全、舒适，轨道和机车车辆部件的使用寿命和维修周期也较长(表2-2 2-3 2-4)。

高速铁路轨道的高平顺性主要体现在以下几个方面：钢轨的原始平直度公差小；焊缝几何尺寸公差小；道岔区不能有接头轨缝、有害空间等不平顺；高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值要小；敏感波长和周期不平顺的幅值要小；轨道不平顺的波长功率谱密度要小。

表2-2 有砟轨道静态铺设精度标准

序号 项目 容许偏差 备注

1 轨距 ±1 mm 相对于标准轨距1435 mm

1/1500 变化率

2 轨向 2 mm 弦长10 m

2 mm/5 m

10 mm/150 m 基线长30 m

基线长300 m

3 高低 2 mm 弦长10 m

2 mm/5 m

10 mm/150 m 基线长30 m

基线长300 m

4 水平 2 mm 不包含曲线缓和曲线上的超高值

5 扭曲 2 mm 基长3 m

包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量

6 与设计高程偏差 10 mm 站台处的轨面高程不应低于设计值

7 与设计中线偏差 10 mm

表2-3无砟轨道静态铺设精度标准

序号 项目 容许偏差 备注

1 轨距 ±1 mm 相对于标准轨距1435 mm

1/1500 变化率

2 轨向 2 mm 弦长10 m

2 mm/测点间距8a（m）

10 mm/测点间距240a（m） 基线长48a（m）

基线长480a（m）

3 高低 2 mm 弦长10 m

2 mm/测点间距8a（m）

10 mm/测点间距240a（m） 基线长48a（m）

基线长480a（m）

4 水平 2 mm 不包含曲线缓和曲线上的超高值

5 扭曲 2 mm 基长3 m

包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量

6 与设计高程偏差 10 mm 站台处的轨面高程不应低于设计值

7 与设计中线 10 mm

表2-4 道岔（直向）静态铺设精度标准

项目 高低 轨向 水平 扭曲（基长3 m） 轨距

幅值（mm） 2 2 2 2 ±1 变化率1/1500

弦长（m） 10 —

要达到高速铁路轨道的高平顺性，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。

(2)桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺性要求。

(3)道床必须选用硬质、耐磨的道砟，并在铺枕前整平压实。选用硬质耐磨道砟，并压实道床，对保证高平顺性、提高开通速度、减少道床残余变形累积、降低轨道的养护维修工作量非常有效。

(4)严格控制轨道出事不平顺。

2.2.5 高速铁路信号与通信

铁路信号技术是随着百年铁路的发展以及继电器、半导体、电子信息技术的变化而不断演进的。随着运行速度的提高，列控系统、超高速防护系统以及综合调度系统等成为高速铁路必不可少的信号技术。

高速铁路与普通铁路不同之处主要有：

(1)高速铁路设置综合调度系统，对列车运营指挥实行集中控制方式；

(2)取消传统的地面信号机，采用卫星列控系统；

(3)采用计算机网络传输和交换与行车 旅客服务相关信息。

高速铁路信号系统由综合跳读系统、列控系统、计算机连锁系统等几部分组成，各部分之间具有保护功能的广域网连接，并传输信息。传统的话音信号凭证指挥方式不再适用于高速铁路。高速铁路通信系统概况如表2-5所示。

表2-5 高速铁路通信信号系统

列控

系统 地面设备 信号室 道旁设备（轨道电路 应答器等）

车载设备 接受线圈 司机室显示器 测速传感器 车载主机车-地通信设备 调度

系统 调度中心 运行管理计算机 表示盘 控制终端设备通信终端设备 信号室 通信终端设备 列车车次核查装置安全监控设备终端

车辆段 维修基地等 表示终端

联锁系统 信号室 计算机联锁设备 控制盘/控制终端道旁设备

信 号 地面固定信号 线路标志

其 他 列车防护设备 隧道报警设备

2.2.6 高速列车

高速列车是高速铁路的核心，它涉及许多方面新的技术问题，对它的基本要求是启动快、速度高、停得住、运行平稳、振动与噪声小。为满足上述基本要求，必

须采用相应的高新技术。高速铁路的技术水平和技术难度集中反映在高速列车上。

(1)以交—直—交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术

高速列车要求启动快，使其在最短时间和距离内达到额定最高速度。为此必须加大牵引功率，以增加其启动牵引力。同时当列车速度达到额定最高运行速度后，为保持其恒速运行，必须要有足够的持续牵引力来克服列车运行阻力。高速列车对牵引动力的基本要求就是功率大、轴重轻、自重小、黏着性好、整体控制好。所以高速列车采用交—直—交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术，不但可以提供大功率牵引，而且电机重量轻、体积小、维修量小、环境适应性强等突出优势。

(2)复合制动技术

制动系统的可靠性是高速列车行车安全的基本保证。在高速行车条件下制动系统失灵后果将不堪设想。制动系统的可靠性应该通过符合制动系统的科学设计来保证。高速列车采用由微机控制和计算机网络控制的电器指令制动方式。整个控制过程只需要大量的输入信息、指令，就可以发挥良好的制动动效果。

(3)高速转向架系统

机车转向架直接参与轮轨相互作用，并决定列车行走性的能的最关键部位。高速列车转向架系统的主要技术除稳定外，还有舒适性、曲线通过性能、轻量化、动力转向架的牵引电机悬挂和传动技术等。

(4)高速受流技术

采用电力牵引的高速列车必须采用弓网受流系统不间断的从接触网上获取电能。弓网受流良好的受流质量保证了高速行车中的电力供应。

(5)高速列车车体结构及轻量化技术

采用优化金属，使车体重量减轻，速度提高。

(6)高速列车的车辆连接技术

高速列车车辆连接包括机械连接、风管连接、电器连接和通过台风挡连接。车辆间的缓冲装置可以使列车的连接更稳固，行车更安全。

(7)高速列车新材料技术

高速铁路的发展除了当今信息技术，轨道动力学和轮轨关系等一系列理论有所突破，采用新材料、新工艺也在推动着高速铁路的发展。

(8)高速铁路列车控制及诊断技术

2.3 高速铁路经济优势

(1)速度快

速度是高速铁路的技术核心，也是其主要技术经济优势所在。迄今，高速铁路是陆地上运行距离最长、运行速度最高的交通运输方式。近几年相继建成的高速铁路，其最高运行速度都在300Km/h左右，其中京津城际客运专线的最高时速应经达到350Km/h。这大大提高了高速铁路的竞争力和经济使用价值。

(2)运能大

高速铁路旅客列车行车间隔小，行车密度达，每次载客数量比较多，输送能力是高速公路和民用航空等现代交通运输方式不可比拟的。

(3)安全性高

安全性是人们出行选择交通运输方式最关心的因素。尽管各种现代交通运输都竭力提高自身安全性能，但交通事故仍有时有发生。

高速铁路采用了先进的列车运行控制系统，能保证前后两列车有必要的安全距

离，防止列车追尾及正面冲撞事故。几乎与行车有关的固定设施与移动设备，都有信息化程度很高的诊断与检测设备，并有科学的养护维修制度。对一些有可能危及行车安全的自然灾害，设有预报预警装置，所有这些构成了高速铁路现代化的、完善的安全保障系统。

(4)准确性高

高速铁路安全保障系统不但保证了高速列车行车安全，也使得铁路运输全天候的优势得到了更充分的发挥。除了可能危及行车安全的自然灾害，几乎不受大气和气候条件影响。

(5)能耗少

高速铁路在能源的使用方面具有绝对优势。

(6)占地少

铁路是占地比例最少的交通运输方式。

(7)工程投资低

高速铁路在工程投资在高速交通中是比较低的。

(8)污染环境轻

高速铁路相对公路、航空可大大减少对环境的污染。

(9)舒适度高

高速铁路线路平顺、稳定，列车运行平稳，振动和摆动幅度很小。

(10)效益好

高速铁路可以带来巨大的经济效益。

2.4 中国高速铁路发展模式

中国高速铁路发展几乎与世界发达国家同步,在几十年的发展过程中,通过不断的探索与学习,截至目前为止，中国的高速铁路已经取得了相当不错的成绩，20xx年中国即将全面建设小康社会，高速铁路将承担着经济大动脉的角色，为中国的现代化建设贡献力量。中国需要高速铁路，这一点体现在其必要性上，众所周知，任何一种运输方式的传输量和成本都不可能和铁路相比，尤其是速度方面相对传统铁路具有极大优势的高速铁路。

高速铁路在中国几十年的发展过程中已经充分体现其可行性，尤其近年来中国多条客运专线的成功运营，实践证明高速铁路的应用在中国取得的巨大的效益。 几十年的发展，中国高速铁路通过不断整合，取利除弊，不断吸取世界各国的高速铁路发展中的经验教训，价值对自身情况的深入探索，研究出了一套适合中国国情和路情的发展模式。中国目前的最佳发展模式是在不断改造既有线的前提下，根据需要建设一些新的高速铁路线路，并实现客货分运，是铁路线路资源得到最大程度的利用，实现价值的最大化。但是中国的发展模式尚不十分成熟，有的地方尚需改进，下面根据世界高速铁路的发展模式进行具体研究。

世界上有许多国家拥有高速铁路，而高速铁路的建设管理模式，各国因国情不同而已，大致有四种类型：一是新建高速铁路双线，专门用于旅客快速运输，如日本新干线和法国高速铁路；二是新建高速铁路双线，实行客货共线运营，如意大利罗马-佛罗伦萨高速铁路；三是部分新建高速线与部分既有线混合运营，如德国柏林-汉诺威线，承担着客运和货运任务；四是在既有线上使用摆式列车运行，这在欧洲国家多见，在美国“东西走廊”行驶的摆式列车速度为240Km/h。 根据所采用的不同技术，高速铁路分为轮轨技术类型和磁悬浮技术类型。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种；磁悬浮技术有超导排斥型和常导吸引型两种。非摆式车体的轮轨技术是目前世界高速铁路的主流。

中国在高速铁路发展模式方面曾进行过大量探索，但是根据经济技术实力不足的现实情况，在既有线上使用摆式列车这种运行模式并不适合中国国情。这种模式比较著名的是瑞典等国采用的ATP摆式列车模式，它的主要原理是对机车进行改良，使列车根据线路不同情况自动调节倾斜度等运营参数，从而实现高速运行，种种模式下的铁路系统对轨道的要求不是很高，但却对线路的信号系统有极高要求，加之复杂的地理情况，中国目前的科技尚不能满足需，所以这种模式并不适合在中国普及使用。

截止到20xx年5月，中国已经有武广、石太、京津城际客运专线等多条高速铁路建成投入运营，其中京津城际客运专线的最高时度达到350Km/h，达到了世界最高运营速度，这些承载着世界尖端技术和自主研发新成果的高速铁路，带来了良好的经济效益和社会效益，为中国2020全面建设小康社会打下了坚实的交通基础。中国地域辽阔，地理条件复杂多样，在高速铁路的建设过程中，通过不断吸收国外先进经验技术结合自主研发等诸多过程，中国整合了一套适合国情和路情的高速铁路发展模式。

中国有大量的既有线，因为建成时代较早，加之当时的社会需要和科学技术的不足使得这些铁路大多数并不适合高速列车的运营，随着社会的发展，人民物质文化生活需求的不但增加，发展高速铁路已经势在必行，而新建高速铁路不但需要大量资金投入，而且需要使用大量的土地资源，尤其是农用耕地的征用，而既有线改造则可以有效地节约这些资本投入，所以既有线改造是一种很好的发展模式，通过一系列的改造，使其运营条件得到提高从而能够满足高速列车的运营需求，既节约了成本，又节省资源，最重要的使可以大大缩短工程建设时间，所以一般情况下中国的铁路可以采用这种模式。

但是有些线路本身的特点使其不适合进行改建，例如地势较复杂的既有线，对其进行改造的成本很大程度上会超过新建线路，在这种情况下，为适应国家的现代化建设和经济发展，就要建设一些新的高速铁路，中国目前新建的客运专线就属于这种情况，对不适合改造的线路，采用货运列车专营的运营方式，使其自身价值的得到最大程度的发挥，从而创造出最大的价值。例如，已经建成投入使用的京津城际客运专线，该线将采用公交化城际列车和跨线列车混合开行的运输组织模式，全长约120Km，连接首都北京和天津两大直辖市，铁路设计最高时速为350Km，全程直达运行时间约为30min，使得许多在北京工作的可以在其他城市居住，大大减小了北京的人口压力，在一定程度上缓解了社会矛盾。京津城际客运专线，不仅是中国最早开工建设并最先建成的第一条高标准铁路客运专线，而且代表着中国高速在发展模式上树立了新的里程碑。

综上所述，目前适合中国国情和路情的高速铁路发展模式是在最大程度上进行既有线改造，并根据需要建设新的高速线路，实现客货分运，有效地提高列车的运营速度，在此基础上还要不断加大包括机车在内的高速铁路附属工程科研力度，努力提高本国铁路系统的的科技装备水平，争取在其他模式上有新的突破。

第3章 无砟轨道选型

3.1 无砟轨道概述

无砟轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道砟道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点，对于高速铁路较传统的有砟轨道有更好的适应性。

3.1.1 无砟轨道主要技术条件

(1)良好的结构连续性和平顺性

有砟轨道采用均一性较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支承状态相对易于变化，并导致轨道几何形变。

无砟轨道可以保证其性能有较好的均一性。由此组成的轨道整体结构与有砟轨道相比具有更好的结构连续性和弹性均匀性，为提高轨道的平顺性，改善乘车质量提供了有利条件。

(2)良好的结构恒定性和稳定性

无砟轨道结构中，作为无缝线路稳定性计算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依赖于材质和状态多变的有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更恒定的轨道纵、横向阻力，具有更好的耐久性和更长的使用寿命。

(3)良好的结构耐久性和少维修性能

无砟轨道维修工作量大大减少，被称为“省维修”轨道，为延长线路的维修周期以及客运专线列车的高密度 准点正常运行提供重要保证。

客运专线的行车速度高、密度大，所有线路地面检查、维修作业都必须在“天窗”时间内进行。我国客运专线由于跨线列车多，自身的行车密度又大，不可能完全像国外高速铁路那样白天行车、夜间轨道维修作业。要在白天、夜间均行车的条件下，安排“天窗”作业就更加困难。减少线路维修工作量是保证客运专线列车准点正常运行的前提条件。

无砟轨道采用整体式轨下基础。与采用散粒体结构的有砟道床基础相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，减少养护维修工作量，延长维修周期和轨道使用寿命。

(4)工务养护、维修设施减少

由于维修工作量减少，可以延长每个综合维修中心和维修工区的管辖范围，从而减少上述维修部门的数量。同时也可相应减少每个部门配置的维修机械、停车股道数量和房屋等设施。

(5)免除高速条件下有砟轨道的道砟飞溅

我国秦沈客运专线在线路开通之前进行的行车试验表明：行车速度达到

250km?h-1时，道心道砟出现飞砟现象，造成车辆转向架部分的车轴、制动缸等被道砟打击的现象(这种飞砟现象与线路开通前道床表面细砟、粉尘较多也有一定的关系)。根据法国TGV铁路的运营经验，有砟轨道在列车速度达到350km?h-1时，出现较严重的道砟飞溅现象。后将速度降到320km?h-1时，飞砟现象才有所改善。此外，在严寒冬季，冻结在车体下部的冰块融化时，冰块打在道砟上，溅起的道砟会打坏钢轨踏面。另外，在进行道床维修施工作业后，由于表层道砟松散，粉粒较多，也会产生飞砟，此时要求限速170km?h-1时行车。法国TGV铁路在严寒多雪地区，为了防止下雪天因道砟表面裹雪被列车风吹起，曾采取过在道床表面喷撒乳胶和雪天降速运行等措施。

采用无砟轨道之后，就可以完全免除道砟飞溅的顾虑。

(6)有利于适应地形选线，减少线路的工程投资

无砟轨道的纵横向稳定性较之有砟轨道大大增加。在选线困难的地段可以利用无砟轨道能承受较大轮轨横向力的有利条件，在保证舒适度的前提条件下，适当放宽曲线允许超高欠超高的限制，减小最小曲线半径，从而有利于选线，减少工程量。

(7)减少客运专线特级道砟的需求

为了延缓客运专线有砟道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用为客运专线专门制定的特级道砟标准。我国特级道砟标准与国外高速铁路道砟标准相比，尽管在性能指标上仍有一定的差距，但符合这种性能要求的岩葳资源在我国，特别是中南和西南地区仍相当稀少，可能难以满足我国新建客运专线的需求。发展无砟轨道可以减少客运专线建设对特级道砟的需求量

(8)无砟轨道弹性较差

日本、德国开发无砟轨道的初衷是力求无砟轨道的轨道弹性等于或接近于有砟轨道的轨道弹性。但实际开发的结果却是无砟轨道的弹性仍低于有砟轨道。轨道弹性的降低会增加轴重对轨道破坏、失效和轨道状态恶化的影响，也会随着轴重的增加加剧环境振动和噪声。因此，在轴重较大的客货共线铁路以及轴重更大的重载铁路，国内外规模铺设无砟轨道的范例尚属罕见。

高速列车的轴重较轻、车辆转向架悬挂性能改善、簧下质量减少，为在高速铁路上采用无砟轨道创造了有利条件。

(9)建设期工程总投资大于有砟轨道

与有砟轨道相比，尽管无砟轨道的结构高度低、自重轻，无砟轨道在隧道中铺设时，轨顶面以下的隧道开挖面积可适当减当；在桥上铺设时，由于其二期恒载相应减轻，从而降低桥、隧工程费用。但无砟轨道结构本身的工程费用高于有砟轨道，特别是在对振动和噪声等环境要求较高的地段，用于减振降噪措施的费用比有砟轨道要高。总体来说，无砟轨道建设期投资大于有砟轨道。

(10)对地震和环保的适应性

日本是多地震国家。根据日本的经验，无砟轨道在低等级地震条件下，比有砟轨道具有更好的稳定性，从而提高行车的安全性；但在大地震情况下，有砟、无砟轨道都会遭到破坏，而无砟轨道的修复更为困难。

和有砟轨道相比，无砟轨道的弹性较差、环境振动和噪声的量级较高。在靠近人口居住区及诸如学校、医院、办公区、度假区等环保要求较高的地段，其减振降噪措施及相应的工程费用也会增加。

(11)关于线下工程的“工后零沉降”建设理念

无砟轨道的永久变形只能通过扣件进行调整以恢复其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量非常有限，因此对于无砟轨道的变形，特别是由于线下工程的沉降所引起的轨道永久变形必须做出严格的限制。线下工程工后沉降能否控制在规定范围之内，是无砟轨道能否在线路上进行规模铺设的关键。线下工程“工后零沉降”建设理念正是基于这样的要求而提出的。

“工后零沉降”建设理念就是在客运专线线下工程的设计（特别是合理的工程预算）施工(特别是严格的工程质量监控)和管理(特别是合理的施工期限)中，都要以“工后零沉降”为追求目标。传统设计、施工、管理中“预留沉降”的概念不再适用。我们把“工后零沉降”说成是一种“理念”，而不是说成一种“理论”或“原理”，是因为在实际工程中我们还没有一种可靠的理论或方法，把工后沉降准确可靠地控制为零。但是人们只有“求其上”，才能保证至少“得其中”，只有按“零沉降”理念要求，最后才能取得实际工程“小沉降”的结果。为此，人们在线路上部结构的设计中为这种“小沉降”提供了进行调整的手段，并为线路下部工程的工后沉降规定了一个允许值(“零沉降”理念基础上的允许偏差)，作为工程实际操作和控制的标准，从而在目标和现实之间留有一定的余地。 国外的高速铁路不仅在无砟轨道，即使在有砟轨道的线下工程中也已引入了“工

后零沉降”理念。德国高速铁路路基“追求的目标是不再产生工后沉降”。韩国高速铁路路基的要求是“一般情况为运营后要求路基沉降”。日本高速铁路也要求路基工后零沉降。可以认为，高速铁路的线下工程，不论其上部是采用有砟轨道还是无砟轨道，其工后沉降的追求目标和设计、施工、管理理念是相同的，即“工后零沉降”。由此可以推论，在通常的大多数的地基条件下，统一按“工后零沉降”理念建设的有砟轨道和无砟轨道线下工程，其工程造价就应当在同一水平。正是高速铁路(不论是有砟轨道还是无砟轨道)对线下工程所提出的上述严格要求，为无砟轨道铺设提供了所必须的线下基础条件。

当前，有一种概念认为无砟轨道线下工程的造价要大大高于有砟轨道线下工程的造价，其实这是把高速铁路无砟轨道的线下工程与普通铁路有砟轨道的线下工程相比较的结果。如果比较的前提都是高速铁路，其线下工程的工程造价就会比较接近。如果比较的是高速铁路和普通铁路，即使同样是有砟轨道，其线下工程的造价也会有显著差异。德国高速铁路有砟轨道的工程费是1000欧元?m-1，而普通铁路有砟轨道的工程费是590欧元?m-1。同样是有砟轨道，又几乎是大体相同的钢轨、扣件、轨枕和道床，其工程费的巨大差异，主要原因是划归轨道范畴的路基保护层(PSS)显著不同和高速铁路普通铁路对路基保护层的不同要求。 高速铁路线下工程(不论是有砟轨道还是无砟轨道)必须按“工后零沉降”建设，这也是国外高速铁路建设经验和教训的总结。日本东海道新干线全部为有砟轨道，是世界上第一条高速铁路。当时由于对提高路基建设标准认识不足，更谈不上“工后零沉降”理念，线路自19xx年开通后，就发现路基下沉严重。19xx年开始出现路基翻浆冒泥，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515.3km，“光”号列车运行4h，“声”号列车运行5h。当时采取了更换道砟和铺设土工纤维布等措施。到19xx年11月，轨道状态有所好转，限速区段相对减少，使“光”号列车全线运行时间缩短到3h10min，“声”号列车缩短到4h，但道床板结和路基翻浆现代并未得到根本好转。19xx年日本引进普拉塞公司道床清筛机进行道床机械化清筛。至19xx年，在土质路基地段，路基翻浆和道床板结每年新增约50km。自19xx年开始，每年更换道床30～40km仍不能满足需要。许多不能及时换砟的区段，因轨面前后高低差超过7mm而不得不限速运行。

3.1.2 世界各国无砟轨道的发展历程

为适应列车高速行车需要提高线路稳定性和耐久性、减少线路维修工作量，世界各国研究开发了多种结构形式的无砟轨道。如日本新干线的板式、德国高速铁路的雷达(Rheda)型、英国的PACT型、英吉利海峡隧道的弹性支承块(LVT)式法国的Monaco型和STEDEF型无砟轨道等。

国内外的实践经验表明，任何一种新型轨道结构的大规模推广应用必须经过以下几个研究发展阶段，即：结构形式的提出与设计→结构参数分析与进取→室内实尺模型试验→现场试验段铺设→结构动力性能测试→长期运营考验→结构设计修改完善→全区间推广应用。其中现场试验段铺设、结构动力性能测试与长期运营考验是新型轨道结构发展过程中的几个重要环节。

(1)德国铁路无砟轨道的研究与发展

德国是世界上研究开发无砟轨道较早的国家。德国铁路研究开发无砟轨道采用的体制是由德铁制定统一的设计基本要求，由公司、企业自行研制开发。新开发的无砟轨道在进入德失路网之前，必须通过指定试验室的实尺模型激振试验及性能综合评估，并经EBA（德铁技术检验团）认证、批准后，方有资格在线路上进行

有限长度的试铺。试铺的无砟轨道要经过5年的运营考验并经EBA的审定，通过后方可正式使用。

由于采用了上述既向企业公司开放，又严格科学管理的研发方针，大大激发了全社会研发无砟轨道的积极性。自19xx年开始研究、试铺无砟轨道，首先在希尔赛德车站试铺了3种结构，随后又在雷达车站和奥尔德车站试铺2种结构，19xx年又在慕尼黑试验线试铺6种。1959～19xx年是德国无砟轨道的试铺期，共铺设无砟轨道36处，累计21.6km。在此期间先后在土质路基、高架桥上及隧道内试铺了各种混凝土道床和沥清混凝土道床的无砟轨道。经过不断改进、优化和完善，不仅形成了德国铁路的无砟轨道系列，而且还形成了比较成熟的技术规范和管理体系，研制了成套的施工机械设备和工程质量检测设备，为无砟轨道在德铁的推广应用创造了良好的条件。

先期在雷达车站土质路基上铺设的无砟轨道运营已超过30年，通过总重达4000亿t，运营速度达230km?h-1，除了在运营初期出现过4～6mm的均匀沉降和在轨枕周边与素混凝土之间出现过某些无害裂纹之外，轨道结构完好。运营中仅少数扣件需调整，维修工作量很少。

由于德国无砟轨道技术、装备、施工工艺及建设管理的成熟与完善，世界许多国家使用德国的无砟轨道系统。正在建设的中国台北—高雄的高速铁路上的123组道岔中，有96组道岔区采用德国雷达2000型无砟轨道技术。在荷兰南部高速线、英国佩斯贝瑞和麦克尔斯菲尔德隧道、法国St．MartindEstreaux隧道都使用雷达2000型无砟轨道。韩国无砟轨道主要采用德国普通雷达型无砟轨道。 目前德国有20多家企业参与无砟轨道新型结构的开发，形成了市场竞争的局面，推动了新技术的发展。

(2)日本铁路无砟轨道的研究与发展

日本新干线的无砟轨道结构型式相对单一。从20世纪60年代中期开始就针对板式无砟轨道结构开展了系统的理论研究与试验。铁道综合技术研究所专门成立了由轨道、土工、桥隧、材料以及化工等专业的研究人员组成的板式轨道研究小组，系统攻关。在研究开发初期，研究小组对不同的板式轨道方案进行了设计、部件试验、实尺模型加载试验、设计修改、运营线试验段铺设。在实尺模型加载试验中，采用X200型试验车，在车的中央设置特殊的加载轴，施加各种轮重和横向力，测定轨道各部件由荷载产生的位移、应力和压力，与设计值进行对比。此外，还将两轴车固定在试验轨道上，在车轴上安装激振装置产生激振，测定钢轨和轨道板的振幅，取得轨道振动特性方面的数据。对轨道部件进行静载、疲劳试验，确认在营业线上的实用性。

日本板式轨道的应用是从桥梁和隧道开始的，在既有线和新干线上先后共铺设了20多处近30km的试验段。为研究新干线的环境振动和噪声问题，又在“小山试验线”铺设了每段长为200m的17种板式轨道试验段。

日本板式轨道在土质路基上的应用同样经历了30多年的发展历程，开展了大量室内外的试验研究工作。19xx年提出RA型板式轨道，并在铁道技术研究所进行性能试验。19xx年在东海道本线(平琢一大矶区间)100m的营业线上进行初次试铺。19xx年在东海道新干线含慧桥站内共铺设14处合计2.3km试验段。由于一些试铺地段使用1年后出现路基下沉，轨道板陷人铺装层，故没有在山阳新干线和东北新干线土质路基上铺设无砟轨道。

20世纪90年代初，为了改善RA型板式轨道所用沥青材料的温度敏感性和耐久性，提出用混凝土道床替代沥青混凝土道床的结构方案，并用普通A型轨道板取

代RA型轨道板，实现板式轨道结构型式的统一。正式在土质路基上铺设普通A型板式轨道前，19xx年在北陆新干线(高崎一长野)路堤上铺设了60m的试验段，进行静动载试验。试验中确定路基的最大下沉量限值为30mm。经模拟通过总重4500万t的重复加载试验后，最终下沉量为6．2mm，达到了试验的预期目标。19xx年板式轨道在北陆新干线土质路基上铺设了10．8 km，占全线长的4％，占土质路基的25％。

板式轨道研发过程中，曾提出多种结构设计方案，如A型 M型 L型和RA型等。目前定型的板式轨道有普通A型框架型及在特殊减振区段使用的减振G型等，构成了适用于各种不同使用范围的板式轨道系列。

至今，板式轨道在日本既有线和新干线累计总铺设长度达2700延长公里。

(3)韩国高速铁路上的无砟轨道

韩国汉城至釜山的高速铁路全长412km，分2期工程建设，一期工程汉城至大邱289．3km，二期工程大邱至釜山南段，全长122．7km。一期工程在光明车站和章上、花信、黄鹤3个隧道铺设了53．841km无砟轨道，主要采用德国普通雷达型无砟轨道。二期工程已于20xx年6月开工，预计20xx年12月竣工，计划全部铺设雷达2000型无砟轨道。

(4)我国无砟轨道的研究与应用

国内对无砟轨道的研究始于20世纪60年代，与国外的研究几乎同时起步。初期曾试铺过支承块式、短木枕式、整体灌注式等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式。正式推广应用的仅有支承块式整体道床，在成昆线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1km的隧道内铺设，总铺设长度约300km。20世纪80年代曾试铺过由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的沥青混凝土整体道床，全部铺设在大型客站和隧道内，总长约10km。此外还铺设过由沥青灌注的固化道床，但未正式推广。在京九线九江长江大桥引桥上还铺设过无砟无枕结构，长度约7km。 在此20多年期间，我国在无砟轨道的结构设计、施工方法、轨道基础的技术要求以及出现基础沉降病害时的整治等方面积累了宝贵的经验，为发展无砟轨道新技术打下了基础。

19xx年开始对弹性支承块式无砟轨道的研究，19xx年 19xx年先后在陇海线白清隧道和安康线大瓢沟隧道铺设试验段。在秦岭隧道一线、秦岭隧道二线正式推广使用，一、二线合计无砟轨道长度36．8km，并先后于20xx年、003年开通运营。以后又陆续在宁西线(南京一西安)、兰武复线、宜万线、湘渝线等隧道内及城市轨道中得到广泛应用，已经铺设和正在铺设的这种无砟轨道累计近200km。 在“九五”国家科技攻关专题“高速铁路无砟轨道设计参数的研究”中，提出了适用于高速铁路桥隧结构上的3种无砟轨道型式(长枕埋入式、弹性支承块式和板式)及其设计参数；在铁道部科技开发计划项目“高速铁路高架桥上无砟轨道关键技术的试验研究”中，完成了对上述3种无砟轨道实尺模型的铺设及各项性能试验；初步提出高架桥上无砟轨道的施工方案；提出了高速铁路无砟轨道桥梁徐变上拱的限值与控制措施；建立了桥上无砟轨道车线桥耦合模型并进行仿真计算，初步分析了高速铁路高架桥上无砟轨道的动力特性与车辆走行性能。 19xx年完成“秦沈客运专线桥上无砟轨道设计施工技术条件”的研究与编制，在秦沈客运专线选定了3座混凝土桥作为无砟轨道的试铺段。其中，沙河特大桥(长692m)试铺长枕埋入式无砟轨道；狗河特大桥(长741m)直线和双何特大桥(长740m)曲线上试铺板式轨道。

我国台湾省台北一高雄的高速铁路全长345km，其中无砟轨道155km，在123组

道岔中有96组采用雷达2000无砟轨道结构。全线计划20xx年10月投人运营。 作为新型轨道结构发展的一个必要环节，为掌握桥上无砟轨道在高速运行条件下的结构受力变形情况与振动特性，评估两种无砟轨道结构的动力性能，20xx年铁道部开展“秦沈客运专线桥上无砟轨道综合试验”，选定线路平纵断面桥梁结构型式与桥上无砟轨道试验段相近的桥上有砟轨道试验工点(石河二号特大桥跨兴闫公路特大桥)进行对比测试。为适应高速铁路的线路条件，目前已在渝怀线鱼嘴2号隧道赣龙线枫树排隧道分别铺设了长枕埋人式和板式轨道试验段，隧道长度分别为710m和719m。计划在线路开通后对隧道内的无砟轨道结构进行动力测试与长期观测。

通过近8年来无砟轨道的理论研究、室内模型试验、桥上和隧道内试验段铺设， 我国在高速铁路无砟轨道方面取得了以下主要研究成果：

1)无砟轨道的结构设计，包括：普通A型板式轨道和长枕埋人式无砟轨道；

2)制定两种无砟轨道部件的设计以及制造与验收技术条件；

3)制定桥上和隧道内无砟轨道工程施工技术细则与质量检验评定标准；

4)小跨度简支箱梁(32m以下)的变形限值以及设计与施工方面的控制措施；

5)与无砟轨道相关的隧道设计技术要求；

6)无砟与有砟轨道间过渡段的主要技术要求；

7)无砟轨道结构的动力测试与长期观测技术。

从上述研究成果可以看出，我国无砟轨道的前期研究主要针对隧道内及小跨度简支梁上，并均建立了相应的无砟轨道试铺段。因此可以说，对于隧道内和小跨度梁上 在保证下部基础稳定(工后沉降在允许范围之内)的情况下，铺设无砟轨道存在的技术问题相对较少。而对于大跨度桥梁仍存在一些技术难题，如梁体徐变上拱梁端转角限值的确定桥梁与无砟轨道间的纵向力传递特性等。对于墩台沉降限值的控制，如同路基基础一样，由于沉降计算的离散性较大，除在设计上进行保证外，仍需通过一定时间的沉降观测，进行墩台工后沉降的预测。

而对于土质路基上无砟轨道和道岔区无砟轨道的研究，我国处在理论研究与分析试验阶段。因此，应结合客运专线无砟轨道试验段的建设，针对客运专线不同的地质条件，开展系统性的试验验证，积累设计和施工实践经验，推广应用无砟轨道。

3.1.3 无砟轨道和有砟轨道技术经济对比分析

无砟轨道的技术分析主要包括：

(1)能否提供比有砟轨道更平顺 更稳定的走行轨道，从而获得乘车舒适 行车安全方面的技术效益。

(2)维修工作量能否比有砟轨道更少，从而缩短维修“天窗”时间、延长维修周期、减少维修作业和行车之间的互相干扰，确保在高密度、准点正常行车方面取得经济效。

无砟轨道的造价高于有砟轨道，所以无砟轨道的经济效益主要是分析无砟轨道增加的工程投资能否通过其维修费用的减少在合理的周期内偿还，或通过“生命周期成本分析”(Life Cycle Cost Analysis)证明无砟轨道的“生命周期成本”比有砟轨道更低，从而证明无砟轨道拥有更高的经济价值。

(3)无砟、有砟轨道几何形态(平顺性\稳定性)保持能力的对比分析

日本和德国高速铁路都对无砟轨道和有砟轨道的轨道几何状态保持能力进过大量的研究和试验。

日本曾对东北新干线板式轨道与相邻的有砟轨道区段，高低不平顺超过7mm 轨

向不平顺超过4mm处数进行调查对比分析：轨道不平顺超限处，从19xx年到19xx年总的趋势有所减少，但无砟轨道的超限处明显少于有砟轨道，表明无砟轨道能提供更为平顺稳定的总行线路。

德国铁路根据用轨检车测得轨道的几何状态(高低、水平、方向、三角坑)质量Q值来评定轨道的几何质量。一般新线有砟、无砟轨道的Q值均可达到10～20分。随着线路的运营，轨道的几何质量下降，Q值上升，当Q值达到100分时，则需要进行轨道维修作业。

在一项对科隆-哈姆线上铺设SATO型无砟轨道与相邻路段有砟轨道质量Q值的对比研究资料显示：无砟轨道路段一直保持在大体20分的水平，而相邻的有砟轨道路段Q值少数达到100分以上，即使中间进行过大修的有砟轨道线路，Q值也达到40～60分之间。由于无砟轨道采用整体式轨下基础，对抵御轨道的变形及变形积累有极好的性能，故自高精度铺设完成之后，轨道几何状态变化很小。

(4)无砟 有砟轨道经常维修费用(维修工作量)对比分析

日本山阳新干线有砟无砟轨道19xx年前历年从事各项维修费用及年平均费用数据统计，资料显示：历年板式轨道维修费用与有砟轨道维修费用之比大约为1：

2.13，其主要原因是有砟轨道的维修工作主要用于“综合捣固”、“起道”及道床作业有关的“其他”作业。而无砟轨道则没有“综合捣固”、“起道”作业，并且“其他”作业也大量减少，剩下的“扣件”及“填层”作业量相对较少。 德国铁路对无砟轨道和有砟轨道维修费用也进行过大量的统计分析：无砟轨道主要用于过渡段处理（(平均每过渡段平均维修费用1920马克)，其次是用于轨道检查(每年每千米轨道检查费用720马克)，而真正用于线路维修和其他作用的费用很少。

(5)无砟、有砟轨道经济效益对比分析

根据国外的经验，在进行有砟轨道和无砟轨道的经济对比分析时，只比较结构本身的工程费和维修费，并不涉及到线下部结构的费用。

德国铁路于19xx年对无砟轨道和有砟轨道的技术经济效益进行了系统的比骄傲分析。在“经济性比较”中指出，过去，有砟轨道的工程投资明显低于无砟轨道。在研究开发初期，无砟轨道的工程造价是有砟轨道的好几倍，而目前的价格比值有利于无砟轨道，已减少到约1.5倍。

19xx年日本板式轨道正式铺设，到20年后的19xx年进行总结的时候，在新干线上铺设的板式轨道合计935Km，加上在窄轨铁路上铺设的板式轨道共计有2400多延长公里。在工程造价的总结中指出：板式轨道的造价是有砟轨道的1.3～1.5倍，养护费用约为有砟轨道的0.53倍，板式轨道中增加的投资可以在9年内得到偿还。

通过国外有关无砟轨道工程投资的合理偿还分析，结合我国秦沈线、京津城际客运专线的铺设了无砟轨道的铁路线路的使用运营情况，证明无砟轨道比有砟轨道具有更高的经济价值。

(6)无砟、有砟轨道维修天窗时间对比分析

目前，有高速铁路的国家，由于铁路未能成网，高速铁路的运营距离和时间都不能很长，在一定时间内没有客运需求，一般都作为线路维修“天窗”。

无砟轨道没有有砟轨道床的养护与维修作业，其维修作业量和作业人员大大减少，并免除了与道床养护和维修有关的大型养路机械上到作业，其综合维修天窗时间的设置时间就可以大大缩短。在有砟轨道条件下，综合维修天窗时间决定于线路维修作业需求，这就必须预留很长的时间。由于无砟轨道的维修作业时间很

短，综合维修天窗的设置时间将取决于接触网的维修作业需要。根据有关研究，接触网维修作业时间为2小时左右。

我国在大量建设客运专线的情况下，使用无砟轨道可以大大减少综合维修天窗时间，大大增加列车的运行速度的往返站点间的频率，有效地增加线路的经济价值。

3.2 国外无砟轨道类型及特点

无砟轨道是一种少维修的轨道结构，它利用成型的组合材料代替道砟，将轮轨力分布并传递到路基基础上。无砟轨道按照结构可以分为整体结构式和直接支撑式。路基上的无砟轨道一般由基础防冻层、支撑层、承载层、防排水系统、轨道扣件系统，以及其他附属设施共同构成。而桥梁和隧道中的无砟轨道，直接在结构的混凝土上铺设。各国无砟轨道的系统构成具有不同特点。

3.2.1 博格板式无砟轨道

博格板式无砟轨道系统的前身是19xx年铺设在德国卡尔斯费尔德一达豪的一种预制板式无砟轨道。通过对其进行包括预应力结构、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进；采用先进的数控磨床来加工预制轨道板上的承轨槽；使用快速方面的测量系统，使用精度容易满足高速铁路对轨道几何尺寸的高要求。高性能沥青水泥沙浆垫层可以为轨道提供适当的刚度和弹性。博格公司轨道板施工研制生产了成套的设备，使得博格板式轨道机械化程度高于一般轨道结构。博格板式无砟轨道已获得了德国联邦铁路管理局颁发的许可证，可用于300km.h-1的高速铁路，目前正在德国纽伦堡至英戈尔施塔特的新建高速线上铺设。

系统组成：

(1)系统构成

路基上博格板式轨道系统和构造见下图。其层次构成依次为：级配碎石构成的防冻层(FSS)30cm厚的水硬性混凝土支承层(HGT)、3cm厚的沥青水泥沙浆层、20cm厚的轨道板，在轨道板上安装扣件。博格板式轨道系统轨顶至水硬性混凝土顶面的距离为474mm。

(2)轨道板

预制轨道板是在预应力台座上生产出来的，混凝土强度等级为C45/55，可以采用普通混凝土或钢纤维混凝土。预制轨道板的横向为预应力钢筋，纵向为普通钢筋，板与板之间在纵向通过伸出钢筋进行传力连接。采用这种预制轨道板的轨道均匀性好耐久性强，横向及纵向的抗滑移阻力高。

在混凝土预制轨道板的收缩徐变完成后，使用数控磨床对承轨台进行机械加工(承轨台在生产时已留出了加工余量)，可以达到极好的精度，大大减少了现场调试工作。轨道板进行安装定位时不需过渡轨，只需对承轨台上指定的测量点进行精确定位即可。

预制轨道板有以下3种形式：

1)标准预制轨道板

标准预制板为长度6.50m,板厚200mm的单向预应力混凝土板，板与板之间有纵向连接，适用于路基、桥长25m及以下的桥梁和隧道。

2)特殊预制轨道板

特殊预制轨道板为最大板长4.50m。板厚300mm的钢筋混凝土板，可用在长度大于25m的桥梁上。特殊预制轨道板设有减振系统(质量弹簧系统)，必要时还可在特殊预制板里安装信号设备。

3)其他补充型预制轨道

由于存在着桥梁、隧道、道岔和新线与既有线路的接处等控制点，必要时需对预

制轨道板的长度进行调整，为此可生产长度从0.60m到小于6.50m不等的预制轨道板。

(3)水硬性材料支承层(HGT)

该层厚度为300mm，由素混凝土构成。水硬性材料支承层的作用是保证系统刚度从防冻层经预制轨道板到钢轨的递增。

在隧道和明洞里不设水硬性混凝土支承层，直接铺设在结构底板上。

(4)防冻层

路基上应铺设一层防冻层，以防止路基因冻融循环所引起的冻胀。防冻层由级配碎石组成，也具有防止毛细作用发生的功能。

(5)沟槽

为防止轨道扣件处混凝土出现裂缝，在承轨台之间预设了沟槽。

(6)承轨台

轨道扣件安装在承轨台上。承轨台用数控机床磨削加工，加工精度为0.1mm。

(7)轨道扣件

预制轨道板磨削工序完成之后，在工厂里预安装轨道扣件。

图3-1 桥长小于25m桥上博格板无砟轨道截面

博格板式轨道除了完全满足德国铁路对于轨道的技术要求外，还具有以下特点。

1)轨道板在工厂批量生产，进度不受施工现场条件制约。

2)每块板上有10对承轨台，承轨台的精度用机械打磨并由计算机控制。工地安装时，不需对每个轨道支撑点进行调节，使工地测量工作可大大减少。

3)预制轨道板可用汽车在普通施工便道上运输，并通过龙门吊直接在线路上铺设，无须二次搬运。

4)现场的主要工作是沥青水泥沙浆层的灌注，灌浆层在灌注5~6h后即可硬化。

5)具有可修复性，除在每个钢轨支撑点处(轨道扣件)调高余量外，还可调整预制板本身的高度。

6)博格板式轨道的缺点是制造工艺复杂，成本相对较高。

图3-2 桥长大于25m桥上博格板式轨道板标准截面

适应不同基础设施条件的博格板式无砟轨道：

1)路基

博格板式无砟轨道在路基上的标准截面，见图3-2。为了将工后沉降控制在允许范围内，必要时应对地基进行加固处理。

在路基上铺设预制轨道板(间隙为50mm)，首先使用调高装置对轨道板进行调整和精确定位，再将轨道板与水硬性材料支承层之间的间隙进行密封处理，灌浆后密封灌浆孔。接下来进行轨道板的连接。先在窄缝处灌浆然后连接张拉预制轨道板两端露出的螺纹钢筋，使接缝处始终处于压应力状态下，最后在宽接缝处浇注混凝土，起到保护作用。

2)长度小于25m的桥梁

对于长度小于25m的短桥来说，气候变化对桥梁变形影响很小。因此，在短桥上可使用博格板式轨道系统的标准预制轨道板。见图3-4为短桥上的博格板式无砟

轨道标准截面图。

3)长度大于25m的桥梁

当桥梁长度超过25m时，受温度变化和活载引起的桥梁挠度的影响，桥面在纵向和横向会发生位移。因此，桥上需使用特殊预制轨道板，设置限位块，以避免这种位移对轨道板产生不良影响。

4)隧道

隧道内的博格板式无砟轨道标准截面见图3-3。

图3-3 隧道内博格板式无砟轨道标准截面

图3-4 短桥上的博格板式无砟轨道标准截面图

图3-5 减振降噪博格板式无砟轨道

5)减振降噪措施：

在对环境要求比较高的地段，无砟轨道需要降噪和防振处见图3-5，为减振降噪博格板式无砟轨道。

3.2.2 雷达型无砟轨道

雷达型无砟轨道于19xx年铺设于德国比勒非尔德至哈姆的一段线路上，以雷达车站而命名。在使用过程中不断优化，从最初的雷达普通型发展到现在的雷达2000型，并且针对路基、桥梁、隧道不同基础进行了部分修改。图3-6为最早的雷达普通型无砟轨道结构形式。图3-7为雷达2000型无砟轨道结构形式优化过程。

图3-6 最早的雷达普通型无砟轨道结构形式

雷达型无砟轨道最初为整体轨埋人式轨道，到雷达柏林(READ-BER-LIN)已经发展为钢筋木行梁支撑的双块埋入式无砟轨道，但承载层仍然是槽形。发展到雷达2000型时，成为由钢筋木行架连接的双块埋入式轨道，其混凝土承载层改成平板。图3-7为雷达2000型轨道截面图，图3-8为雷达2000型无砟轨道结构系统图，图3-9为标准支承块结构组装图。

图3-7 雷达2000型轨道截面图

图3-8 雷达2000型无砟轨道

系统构成：

雷达2000型无砟轨道系统结构如下：基础为水硬性混凝土支承层，厚度300mm，强度不应低于15N?mm-2。B355W60M型双块式轨枕按照650mm的间距排列，每组轨枕枕块下依靠两个钢筋木行架支撑，轨枕块精确定位后浇注混凝土，混凝土标号为B35。轨枕与轨道承载层整体相连，现浇轨道板厚240mm，轨枕上安装IOARV高弹性胶垫，采用Vossloh300型扣件系统。扣件螺栓锚在双块式轨枕内，使用UIC60钢轨。无砟轨道的混凝土板(B35)为钢筋混凝土结构。配筋率为0.8%~0.9%，从而将可能出现的裂缝宽度限制在0.5mm范围内，可防止连接钢筋受到腐蚀。

雷达2000型无砟轨道具有如下特点：

(1)与雷达普通型轨道相比，轨顶到水硬性混凝土上表面的距离减少到473mm，轨道板各层的厚度累计减少了177mm；在轨距不变的前提下，轨枕全长由2.6m减少到2.3m。所用混凝土量大大减少。

(2)埋入长轨优化为短枕，后期浇注混凝土与轨枕之间的裂缝减少。

(3)对土质路基、桥梁、高架桥、隧道、道岔区段以及减振要求区段，可以采用统一结构类型，技术要求、标准相对单一，施工质量容易控制，更适应于高速铁路。

(4)槽形板的取消，使得轨道混凝土承载层的灌注混凝土的捣固作业质量易于保证。

(5)两轨枕块之间用钢筋木行梁连接，轨距保持稳定。

(6)表面简洁、平整，美观漂亮。

图3-9 桥梁上的雷达型无砟轨道

适用不同基础设施条件的雷达2000型无砟轨道：

1)路基

对于安装于土质路基上的无砟轨道，根据ZTVT-StB规定，在厚度为30cm的水硬性混凝土支承层上铺设轨道承栽层。水硬性混凝土支承层是一种拌合水泥加以稳定的支承层，该支承层在适应性试验中显示的最低强度应为15N?mm-2。该层每隔5m设沟槽，以控制裂缝的形成。

在ZTVT-StB规定中，水硬性混凝土支承层下应铺设防冻层。防冻层位于土质路基之上，而土质路基的铺设应遵照DS836中的要求。

2)桥梁、隧道

图3-9为桥梁上和隧道中的雷达2000型结构图。

桥梁上的雷达2000型上部结构与路基上基本相同，主要差别是，由于要保持混凝土承载层与桥面混凝土板的横向稳定，两者纵向之间接触面设计成了凸凹结构。桥梁上的雷达2000型可以使二期恒载大大降低。

由于雷达2000型的结构高度较低，为减少隧道断面面积提供了有利条件。实例是德国科隆－法兰克福线双线高速铁路(300km?h-1)，线间距4.5m，隧道断面92m2。

3)道岔区

为了整个轨道系统(用于干线和道岔区段)一致性，实现系统工程的相互衔接，调整了用于雷达2000型无砟轨道系统的道岔区段设计，以降低轨道高度。该项开发的核心是基于B355W60M双块式轨枕对混凝土道岔轨枕进行设计和定位。

图3-10 韩国高速铁路雷达型普通无砟轨道结构图

雷达型无砟轨道的应用情况：

现在德国铺设的无砟轨道线路50%以上为雷达型无砟轨道。这种无砟轨道除了在德国成规模地应用外，在世界其他国家和地区也得到认同并使用。

韩国高速铁路一期工程虽然以有砟轨道为主，但在新建段(汉城－大邱)的3座隧道和光明车站的6股站线(车站侧线)上也铺设了几段无砟轨道，采用的是德国雷达普通型无砟轨道结构型式(见图3-10)，单线延长里程53.841km。目前，韩国认为已充分掌握该项技术，计划在第二阶段大邱至釜山新建高速线上全部采用无

砟轨道。

印度(宽轨)和荷兰新建铁路中的无砟轨道也采用了德国雷达2000型(见图3-11、图3-12和图3-13)。

图3-11 印度宽轨线路雷达2000无砟轨道结构图

图3-12 荷兰雷达2000型无砟轨道结构图

我国在秦沈线的沙河桥和渝怀线鱼嘴2号隧道(曲线)分别铺设了长枕埋入式无砟轨道692m和710m。正在建设的遂渝线无砟轨道综合试验段岔区(路基)也将采用轨枕埋入式无砟轨道。

我国台湾省的台北－高雄高速铁路的道岔区也部分采用了雷达型无砟轨道。 总之，雷达型无砟轨道在不同的国家和地区运用，还需要根据不同国家和地区的技术标准进行改进，以适应本国铁路的发展。

图3-13 荷兰采用的雷达型无砟轨道

3.2.3 日本板式无砟轨道

日本无砟轨道技术主要以新干线板式轨道结构为代表。20世纪70年代，板式轨道作为日本铁路建设的国家标准进行推广。因此，日本的板式轨道应用非常广泛，到目前为止，其板式轨道累计铺设里程已达到2700多延长公里。目前常用的有普通A型轨道板、框架型轨道板、用于特殊减振区段上的防振G型轨道板及早期用于路基上的RA型轨道板等。

日本板式轨道型式及其基本特征：

日本对各种型号的板式无砟轨道的开发是统一有序的。在多年的试验研究实践中，对不同等级的线路、不同自然条件、不同车速和不同要求开发出不同型号的板式无砟轨道。

为了区分各种型号的无砟轨道，日本规范了轨道板的型号表示方法，其中的板式无砟轨道板按照支承方式分类可以表示为××-×××(××)。横杠前为英文字母，表示板式轨道的结构形式，横杠后的阿拉伯数字如果是2位，表示在新干线上使用，3位表示既有线上使用。十位数表示板的公称长度，个位数为扣件类型，最后一位英文字母表示适用范围，括号内为钢轨类型。例如：A-152表示A型轨道板，长5m，在既有线上铺设。A-155NC表示寒冷地区使用防振板。 日本板式轨道适用范围及几何尺寸

总体上说，日本板式轨道也是由轨道板(厚度190～200mm)、沥青砂浆垫层(30mm)基础组成，在路基上轨道板的基础使用钢筋混凝土板。从表中尺寸可以看出，日本板式轨道的厚度在不同部位有较大的差别，设计时需要根据不同环境和功能需要进行选择。

日本板式轨道特点：

(1)结构整体性能

日本板式轨道具有无砟轨道所具有的线路稳定性 刚度均匀性好 线路平顺性 耐久性高的突出优点，并可显著减少线路的维修工作量。

从轨道结构每延米重量看，小于有砟轨道，而板式轨道结构高度低，道床宽度小，重量轻。框架式板式较轨道为非预应力结构，便于制造。可节省钢筋和混凝土材料，降低桥梁的二期恒载，造价低廉，但没有降低轨道板实际承受列车荷载的有效强度不影响列车荷载的传递。

在隧道内应用时可减小隧道的开挖断面。

与德国博格板式轨道相比，日本板式轨道在基础上设置了凸型挡台，因此，纵向与博格板的连接不同。凸型挡台与基础混凝土板一起建造，依靠凸型挡台对轨道板进行定位，施工更为简便。日本板式轨道用的轨道板，没有在工厂内机械磨削的工序，制造相对简单。

(2)制造和施工

板式轨道结构中的轨道板（RC或PRC）为工厂预制，其质量容易控制，现场混凝土施工量少，施工进度较快；道床外表美观；由于其采用“由下至上”的施工方法，施工过程中不需工具轨；在特殊减振及过渡段区域，通过在预制轨道板底粘贴弹性橡胶垫层，易于实现下部基础对轨道的减振要求（如日本板式轨道结构中的防振G型）。但在桥上铺设时，受桥梁不同跨度的影响，需要不同长度的轨道板配合使用，无形中增加了制造成本；曲线地段铺设时，线路超高顺坡曲线矢度的实现对扣件系统的要求较高；板式轨道结构中CA砂浆调整层的施工质量直接影响轨道的耐久性；板式轨道的制造运输和施工的专业性较强，包括：轨道板的制造、运输、吊装、铺设；CA砂浆的现场搅拌、试验、运输和灌注；轨道状态整理过程中的充填式垫板树脂灌注等。

(3)线路维修

由于板式轨道水泥沥青（CA）砂浆调整层的存在，受自然环境因素的影响较大，在结构凸形挡台周围及轨道板底边缘的CA砂浆存在破损现象，特别是在线路纵向力较大的伸缩调节器附近。因此日本铁路除相应开发了修补用的树脂砂浆外，在设计方面，用强度高、弹性和耐久性好的合成树脂材料替代凸形挡台周围的CA砂浆。对于轨道板底的CA砂浆调整层，以灌注袋的形式取代初期的设模式的直接灌注，以减少CA砂浆层的环境暴露面，从而显著提高了板式轨道结构的耐久性，以实现无砟轨道结构少维修的设计初衷。

日本板式轨道的应用：

各种型式的板式轨道在山阳、东北、上越、北陆和九州新干线的桥梁 隧道和部分路基区段上广泛应用。

路基上的板式轨道必须克服路基沉降、翻浆冒泥等问题。日本从19xx年就开始进行对土质路基上的板式轨道正式研究，从19xx年开始进行技术性研讨，开发以省力化为目的的新路基结构。这些研究结果在19xx年9月编制成《路基结构设计施工手册（草案）》。

为了解决路堤下沉、路堤翻浆冒泥等问题，通过各项试验研究，开发了RC路基板式轨道，其结构型式较以往的结构更为简明，具有较好的荷载传递效果、较小的累积沉降、较少的材料损耗以及较好的耐久性。

我国在秦沈客运专线的狗河和双何特大桥上分别铺设了板式轨道结构的无砟轨道，长度分别为741m和740m，在赣龙线枫树排隧道也铺设了719m。我国台湾高速铁路的部分区段也采用了日本的框架型板式轨道。

3.2.4 弹性支承块型（LVT）无砟轨道

弹性支承块型无砟轨道是在双块式轨枕（或两个独立承块）的下部及周围设橡胶套靴，在块底与套靴间设橡胶弹性垫层，而在双块式轨枕周围及下部灌注混凝土

而成型，为减振型轨道。

其最初由RogerSonneville提出并开发。瑞士国铁于19xx年在隧道内首次试铺。法国开发的VSB——STEDET系轨道也属此类，在地铁内使用居多。19xx年开通运营的英吉利海峡两单线隧道内全部铺设独立支承块式LVT型轨道。目前，弹性支承块型轨道的铺设总长度约360km。

弹性支承块型无砟轨道在国外得到了推广应用，不仅在丹麦、葡萄牙、法国、委内瑞拉和英国的铁路得到发展，而且还在哥本哈根、亚特兰大等城市的地铁内推广应用。我国西康线秦岭隧道一、二线（长度为18.5km）内采用了弹性支承块式无砟轨道,现在使用状况良好。

弹性支承块型（LVT）无砟轨道有以下特点：

(1)轨道结构的垂直弹性由轨下和块下双层弹性垫板提供，最大程度上模拟了弹性点支承传统碎石道床的结构承载特性，轨道纵向节点支承刚度趋于均匀一致，通过双层弹性垫板的刚度和阻尼的不同组合可获得优于有砟轨道的刚度和较好的减振效果。

(2)支承块外设橡胶套靴提供了轨道的纵横向弹性，使这种无砟轨道在水平方向的承载、动力传递和振动能量吸收方面更接近坚实均匀基础上碎石道床轨道，可以弥补无砟轨道侧向刚度过大的不足，有利于减缓钢轨的侧磨。

(3)通过双层弹性垫板的隔离，使轨道各部件的荷载传递频率得以降低，部件的损伤程度大大降低，几何形位可在长时间内得以保持，最大程度地减少了养护维修工作量。

(4)结构简单，施工相对容易，支承块为钢筋混凝土结构，可在工厂高精度预制，在现场只需将钢轨、扣件、带橡胶套靴的支承块加以组装，经各向准确定位后，就地灌注道床混凝土即可成型。

(5)可维修性比刚性整体道床大大提高，如果支承块、块下垫板或橡胶套靴出现损伤，在损伤点的左右一段距离内松开扣件，抬高钢轨即可取出损伤的部件。

(6)由于采用橡胶套靴和块下橡胶垫板，初期投资比有砟轨道大。但是在运营费方面，根据SBB的运营统计和国内前期应用的估计，总运营费用较有砟轨道可节省约50%。

(7)用于露天，其缺点是雨水容易渗入套靴，列车经过时会有污水挤出，污染道床，必须采取相应的措施。

3.2.5 旭普林型无砟轨道

旭普林型无砟轨道系统19xx年开发，在科隆-法兰克福高速铁路上成功铺设了21Km。

旭普林无砟轨道系统与雷达型无砟轨道系统相似，都是在水硬性混凝土承载层铺设双块埋入式无砟轨道，但采用的施工工艺不同。其特点是先灌注轨道板混凝土，然后将双块式轨枕安装就位，通过振动法将轨枕嵌入压实的混凝土中，直至达到精确的位置。

适用不同基础设施条件的旭普林无砟轨道：

(1)路基

混凝土板在路基上的厚度为280mm，宽度为2.80mm或3.20mm，根据德国铁路规定的荷载而定。在路基上铺设旭普林型无砟轨道应该注意以下几点：

1)下层路基必须稳定，在4m深度内不得出现软土或沙层。在必要情况下应作地基改良甚至换土。最小承载力应为地基承载力EV2大于45MPa。

2)上层路基最低应达到955密实度，最小承载力EV2大于60MPa。

3)在路基上加400mm厚的基层防冻层，其密度必须达到100% 渗透系数10-5m.s-1 承载力EV2大于120MPa。

4)水硬性混凝地承载层厚度最少300mm，抗压强度约12～15MPa。

5)轨道板为钢筋混凝土板，混凝土强度应达到35MPa。

(2)旭普林无砟轨道的附属系统：

1)质量-弹簧减震系统

根据现场需要，旭普林公司可以提供质量—弹簧系统，例如：支承在连续的弹性垫或单个的橡胶支座上的混凝土承载板，在两端与板式轨道基础连接的分开或者连续的混凝土承载板。

2)降噪措施

可在钢轨之间安装吸音预制件。这些预制件单元由多孔隙的混凝土组成，根据需要还可以配上颜色。

3)道岔

旭普林轨道基础可以很方便地与任何标准道岔进行搭配。道岔与质量－弹簧系统也可以进行组合。

适应不同基础设施条件的旭普林无砟轨道：

(1)路基

混凝土板在路基上的厚度为280mm，宽度为2.80m或者3.20m，根据德国铁路规定的荷载而定。在路基上铺设旭普林无砟轨道应注意以下几点：

1)下层路基必须稳定，在4m深度内不得出现软土或沙层。在必要情况下应作地基改良甚至换土。最小承载力应为地基承载力EV2大于45MPa。

2)上层路基最低应达到95%的密度，最小承载力EV2大于60MPa。

3)在路基上加400mm厚的基层防冻层，其密度必须达到100% 渗透系数10-5m?s-1 承载力EV2大于120MPa。

4)水硬性混凝地承载层厚度最少300mm，抗压强度约12～15MPa。

5)轨道板为钢筋混凝土板，混凝土强度应达到35MPa。

承受荷载的钢筋混凝土板与垫层两者共同结合成为一复合板。其厚度与宽度的设计应使拉伸应力在HGT垫层的底部不大于0.8MPa，而在混凝土板底部不大于0.85MPa，以保证将开裂的风险降至最低。在水硬性混凝土承载层以下的压应力控制在0.05MPa以下。

(2)桥上的旭普林无砟轨道

一般情况下，桥面板受到防水层和钢筋混凝土保护层的保护。由于下部结构坚固，无弯矩，无砟轨道可以设计得更轻薄。因此，桥上旭普林无砟轨道一般设计成两层，下层与混凝土保护层永久连接；而上层与轨枕或与轨条扣件直接结为一体。两层混凝土板之间隔着人造橡胶或沥青涂层，纵向力通过限位块传递。这种设计的好处是，更换受损的无砟轨道更为方便。

轨道板可以通过预留梯形钢筋或形成勾连的接缝与混凝土保护层相连接。混凝土保护层通常在防护墙或管道沟处通过钢筋连接到桥面板。

在桥长为20～30m的桥上，为避免由桥体结构挠曲而给无砟轨道带来的额外应力，并保持排水畅通，混凝土板应设计成分离的构件，而不是连续板。

(3)隧道旭普林无砟轨道

在隧道里，旭普林无砟轨道直接安装在隧道地基上。由于温度变化小，无砟轨道设计成连续性的。

3.2.6 其他类型无砟轨道

CETRAC直接支承式无砟轨道

CETEAC型无砟轨道系统最主要特征是使用沥青承载层为混凝土轨枕提供直接支承。轨枕通过特殊的混凝土锚块弹性地连接到沥青层上，混凝土锚块将来自轨排的横向作用力传到沥青上。沥青承载层上的宽轨枕是这个系统中不可缺少的部分，能够大大降低轨道的结构高度。混凝土轨枕通过浇注的沥青固定到沥青支持层上并永久性保持其安装位置。

CETRAC型无砟轨道19xx年得到EBA批准，19xx年在柏林郊区铺设3.6Km，至今运营状态良好。

CETRAC型无砟轨道系统构成：

CETRAC型无砟轨道由混凝土支承层、上部沥青承载层和混凝土轨枕组成。有两种结构形式，主要区别在于采用的轨枕不同。CETRAC A-1型的轨枕为B316 W60/54预应力混凝土轨枕，长2.6米，底面支承面积6780cm2，重380Kg，从轨顶到混凝土支承层的高度为721mm。CETRAC A-3型轨枕采用BBS3 W60/54预应力混凝土轨枕，长2.4米，底面支承面积10820cm2，重560Kg，从轨顶到混凝土支承层的高度为580mm。由于宽轨枕底面支承面积大，可以更均匀地传递列车荷载，减少轨枕和沥青层面接触面的单位压力。宽轨枕的长度比较短，特别适合断面宽度较小的隧道铺设。

锚块与轨枕间铺设氯丁橡胶弹性支承层，允许轨排与沥青支承层间发生垂向变形。弹性支承层还具有吸收动荷载能量的作用。观测表明，每隔3根轨枕，设置一个锚块就足够了。圆形锚块在工厂预制，并粘贴氯丁橡胶，与轨枕以其运到工地，轨枕放置到位后，锚块与沥青预留凹槽的空隙用防水快凝砂浆密封。 CETRAC型无砟轨道的优点：

(1)通过轨道板与沥青层的弹性连接保持稳定的轨道形状；

(2)应用沥青座支承材料，施工方便，可以将超高做到180mm；

(3)可以通过锚块与轨枕间的弹性垫层对轨道几何状态进行调整和维修；

(4)施工工序少，进度快，不受气候影响；

(5)能够使用通用的筑路和铁路施工设备；

(6)轨道纵横向阻力大；

(7)受到破坏后，可以很快恢复；

(8)既适用于道岔也适用于线路；

(9)无障碍的排水；

(10)维修后可以尽快恢复运营。

ATD型无砟轨道

ATD型无砟轨道是Asphalt Rail-span with Direct Support（沥青支撑轨结构）的简称。

ATD型无砟轨道的轨枕可以是2.6m长的双块式轨枕，也可以是中间下部留有间隙的整体轨枕。轨枕直接放置在沥青道床板上，靠沥青与轨枕间的摩擦力抵抗纵向作用力。在轨排中间设置60cm宽的抗横向力支座，提供轨道横向阻力。在横向调整好轨排之后，制作与轨枕间用弹性材料填充。

梯子形无砟轨道

近年来，日本正在大力研究一种“梯子形”轨道。由两根纵向轨枕（梁）支承钢轨，横向每隔3m用钢管将两根纵向枕连接成梯子形；在桥上纵向轨枕与轨道基础（梁面）之间每隔1.5m设减振支撑装置组成“浮置式梯子形轨道“。 梯子型无砟轨道主要特点：

低震动、低噪声；变传统横向轨枕支承钢轨的方式为纵向支承；轨道自重轻，约为有砟轨道的1/4；轨道高度的调整除利用扣件的调整量之外，减振支承装置也有一定调高作用。铺设在桥梁上的浮置式梯子形无砟轨道，使整体结构系统实现了从“重型和传统“到”轻型和现代化“的根本变革。路基上梯子形轨道，其纵向轨枕下仍然铺设有道砟，属于有砟道床与整体轨下结构基础的混合式结构。 Rheda型无砟轨道

Rheda型无砟轨道为钢筋混凝土底座上的整体结构形式之一，在大量铺设和长期观测试验的基础上，在德国铁路高速线土质路基桥梁和隧道区段全面推广应用，所铺设360Km无砟轨道中，Rheda型约占一半以上。

最近开发的Rheda-2000型无砟轨道已投入商业运营，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；取消了原结构中可能开裂和渗水的槽型板，统一了隧道、桥梁和路基上的形式，也可在道岔和伸缩调节器区段应用；同时，轨道结构高度从原来的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，使其与现场灌注混凝土新、老界面减至最少，有利于提高施工质量和结构的整体性。

PACT型无砟轨道

PACT型无砟轨道为就地灌注钢筋混凝土道床，钢轨直接与道床相连接，轨底与混凝土之间设连续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承。英国自19xx年开始研究和试铺，到19xx年正式推广，并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载铁路和高速线的桥隧道结构上应用，铺设总长约80KM。

LVT型无砟轨道

LVT型无砟轨道是在双块式轨枕（或两个独立支承块）的下部及周围设橡胶套靴，在块底与套靴之间设橡胶弹性垫层，而在双块式轨枕周围及底下灌注混凝土而成型，为减振型轨道。其最初由Roger Sonneville提出并开发，瑞士国铁于19xx年在隧道内首次试铺。19xx年开通运营的英吉利海峡两单线隧道内全部铺设了独立支承块式LVT型无砟轨道。目前，LVT型无砟轨道的铺设总长度约360Km。

3.3 我国无砟轨道主要类型

国内对无砟轨道的研究开始于20世纪60年代，与国外的研究几乎同步起步。我国初期曾试铺过设过支承块式 短木枕式整体灌注式等整体道床以及框架式沥青道床等几种形式，但正式推广应用的仅有支承块式整体道床。支承块式整体道床在成昆线 京原线 京通线南疆线等长度超过1Km的隧道内铺设，总铺设长度约300Km。我国20世纪80年代曾试铺过沥青整体道床由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的整体道床以及由沥青灌注的固化道床等，但并未正式推广。此外，在桥梁上试铺过无砟无枕结构，在京九线九江长江大桥上全部采用了这种结构，长度约7Km。

19xx年以后，随着京沪高速铁路可行性研究的进程，无砟轨道在我国重新被关注。参照国外经验及结构形式，提出了板式、长枕埋入式、弹性支承块三种结构形式的无砟轨道及其设计参数。在秦沈客运专线选定了三座特大桥作为无砟轨道的试铺段。其中，沙河特大桥试铺长枕埋入式无砟轨道；狗河特大桥和双何特大桥试铺板式无砟轨道。之前，我国最长的西康线秦岭隧道内采用了弹性支承块式无砟轨道，已于20xx年正式开通运营。

根据国务院20xx年批准的《中长期铁路网规划》的规划，我国今年内将有大量高速铁路投入施工建设，无砟轨道也必将迎来一个新的发展契机，我国无砟轨道

在面临列车提速、运营条件要求增高的的前提下，势必进行新的研究和改进。

3.3.1 板式无砟轨道轨道

板式无砟轨道(图3-14)具有以下优点：①轨道建筑高度低，自重轻，综合评估工程建设投资更为经济；②板式轨道制造由工厂机械化生产，减少了现场施工中的工序和工作量。由于其制造精度高，生产效率高，可以加快施工进度。采用乳化沥青砂浆作为轨道板与混凝土基础板的隔离层和调整层，便于对轨道施工中产生的误差进行控制和调整，也便于修复。为此，板式无砟轨道被广泛应用于路基桥梁 隧道和路桥过渡段。

图3-14 板式无砟轨道结构横断面图

(1)板式无砟轨道的组成

板式轨道分为普通型和减震型。

普通型板式轨道由钢轨、扣件、预制混凝土轨道板(简称轨道板)、乳化沥青水泥砂浆调整层(简称CA砂浆调整层)、混凝土凸形挡台(简称凸形挡台)及混凝土底座(简称底座)等部分组成。凸形挡台周围采用树脂材料填充。扣件铁垫板上设置充填式垫板。

减震型板式轨道的结构组成除在轨道板底面设置橡胶垫层外，其余与普通型板式轨道相同。

(2)板式轨道的技术要求

1)路基上板式轨道

○1日本既有线铁路土质路基上的板式轨道道床结构，曾用沥青混凝土作为RA型板式轨道的承力层。由于沥青材料的温度敏感性高，耐久性相对较差，后用钢筋混凝土替代了沥青混凝土。借鉴国外成功经验，在路基面构筑的混凝土支撑层上，直接构筑混凝土底座与凸形挡台。厚度与宽度范围应根据结构承载能力、荷载传递特性及道床厚度确定。经计算，路基上支承层宽度为3200—3800mm，厚度根据支承条件来计算确定，但不得小于300mm。每隔2个板单元设1个横向伸缩缝，宽度为20mm，用沥青板填充。

○2由于板式轨道底座直接构筑在混凝土支承层上，因此在过渡段区域的混凝土支承层，应预埋与底座间连接的钢筋。

○3为防止地面水渗入路基，对混凝土支承层两侧的路基面，应采取沥青混凝土封闭或其他防水措施。在施工过程中，还应注意支承层两侧与防水层搭接处的防水处理。

(2)隧道内板式结构

与路基 桥梁相比，隧道基础为无砟轨道的应用提供了较好的承力层，除过渡段外，在路基上的无砟轨道相比要简单得多。此外，还具有隧道内温差小紫外线强度弱的优点。借鉴日本板式轨道在隧道内的应用经验，以及我国赣龙线枫树排隧道板式轨道实验段的研究成果，可以得出隧道内无砟轨道底座与凸形挡台可直接在隧道基底回填层上构筑的结论。

隧道内板式轨道底座混凝土伸缩缝的设置：洞内每3个轨道板单元处(约15m)设置1个；洞口向内延伸200m范围内，约每5m设置1个。为保证与隧道沉降缝变形协调，在沉降缝处，底座对应设置伸缩缝。

双线线路中心积水可通过底座内预埋横向排水管与外侧水沟相连来解决。排水管的直径及设置间隔则根据隧道具体水文情况确定。

(3)桥上板式轨道

轨道在路基纵向可以认为是不移动的，但是桥梁由于制动力、启动力和温度荷载会产生纵向位移。无砟轨道在与桥梁进行力的传递时，在桥梁上部结构和轨道上部结构的过渡区，会因为端部的扭转及下部的变形在轨道上出现向上的力。 秦沈线狗河双何特大桥上板式轨道的底座直接在桥上构筑。为保证无砟轨道结构与梁体的可靠连接，实现梁体与无砟轨道道床间结构变形的协调，在混凝土底座范围内的桥面，应设置一定数量的连接钢筋。连接钢筋的数量应根据无缝线路纵向力的大小及无砟道床与桥面间的摩擦力大小来确定的。

1)底座每隔1个板单元设1个横向伸缩缝。

3)由于板式轨道的轨道板为平板，线路的竖曲线只能通过底座 CA砂浆调整层的厚度，以及扣件垫板进行设置。设置中应根据竖曲线半径的大小，尽量通过底座和CA砂浆调整层进行设置，为扣件留出足够的调整量，以利于后期对轨道状态的调整。

根据桥上无砟轨道技术条件要求，应尽量减小梁端转角和变形对扣件系统的影响，轨道板/道床板结构端部距第一个扣件节点中心，必须控制在250mm以上。

3.3.2 双式无砟轨道

由于双块式无砟轨道道床为现场混凝土浇筑，且便于施工，道床板与底座的宽度设计一致，适合在各种环境条件下铺设。

武广客运专线中的双块式无砟轨道

双块式无砟轨道的组成：

双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、底、(路基和隧道区段可不设)等部分组成。

双块式无砟轨道的技术要求

(1)路基上双块式无砟轨道

1)在路基基床结构的表层(级配碎石层)上构筑混凝土支承层，混凝土支承层的宽度一般在3200mm—3800mm，其厚度一般不小于300mm。伸缩缝采用20mm厚的沥青板进行填充，伸缩缝间距为10m左右。

2)道床板结构直接在混凝土支承层上构筑。在过渡段区域(如路桥路隧等)，混凝土支承层内应预埋与道床板间的钢筋，以增强结构的整体性。

3)混凝土支承层两侧的路基面采用沥青混凝土封闭或其他防水措施。

(2)隧道内双块式无砟轨道

1)隧道内道床板直接在隧道基底回填层上构筑。

2)由于隧道内温度变化小，道床板混凝土伸缩缝的间距可适当增大，在洞口附近200m范围内，温度变化较大，伸缩缝间距应缩小。隧道内的道床板每隔3个板单元设1个横向伸缩缝。距隧道洞口200m范围内，每隔1个板单元设1个横向伸缩缝。伸缩缝位置应结合隧道内沉降缝位置。

(3)桥上双块式无砟轨道

1)无砟轨道结构设有底座，直接在桥面上构筑，并通过梁体预埋钢筋与桥梁连接。

2)对于桥上双块式无砟轨道的混凝土底座，应在每个底座单元的端部设置凹槽，以限制上部道床板的纵向、横向位移。凹槽尺寸应根据桥上无缝线路纵向力、横向力的最大值确定。支承层两侧的路基面上应采取沥青混凝土封闭或其他防水措施。

3)底座与道床板之间应设置隔离层。

3.3.3 长枕埋入式无砟轨道

(1)长枕埋入式无砟轨道(图3-15)的组成

长枕埋入式无砟轨道适于在道岔区铺设。

长枕埋入式无砟轨道由钢轨、扣件、轨枕、道床板及混凝土支承层等部分组成。

图 3-15 长枕埋入式无砟轨道结构横断面图（单位：mm）

(2)长枕埋入式无砟轨道的技术要求

1)在路基基床结构上构筑混凝土支承层，支承层内应预埋与道床板的连接钢筋。

2)道岔区道床板的宽度 钢轨支点间距根据上部道岔结构型式尺寸确定。

3)道床板表面应设横向排水坡。道岔区的混凝土道床宽度相对较大，表面排水坡度应根据道床板在道岔区的具体位置确定。

4)道床板混凝土等级不小于C40。

5)道岔区范围内的轨道刚度应合理匹配。目前我国道岔区使用的轨下胶垫刚度较大(100—150KN/mm)，而区间无砟轨道线路使用的轨下胶垫刚度在30—50KN/mm，两者差异较大。在目前我国道岔区使用的轨下胶垫刚度难以降低的情况下，必须设置轨道刚度过渡段。因此，道岔前后端与区间轨道之间应设置至少30m的轨道刚度过渡段，分级过渡。

6)道床板扣件铁垫板与混凝土道床板的连接应稳定可靠。

7)无砟道床的结构设计应考虑电务设备的安装要求。在转辙机区段的道床由于转辙机拉杆净空的要求，必须在道床设计上预留出相应的空间，预留坑的宽度该处的轨枕间距、轨枕宽度、最外层钢筋的混凝土保护层厚度等，根据转辙机拉杆的需要而定，同时要考虑满足相关规范的要求。

3.4 适合中国国情和路情的无砟轨道轨道主要类型

随着世界范围内高速铁路的大规模兴起，随着这一领域内科学技术的不断发展，无砟轨道结构不断取得新的突破，无砟轨道结构已经取得了质的突破。但是，可以清楚看到，并不是所有的无砟轨道都适合中国的国情路情，并且每一种无砟轨道都有其各自的长处和缺点，在大规模的高速铁路建设过程中,对于无砟轨道就要做到有选择地使用,取其长,避其短,使之发挥自身最大作用。

中国的地域面积及其辽阔，地质情况复杂多变，所以在决定使用每一种无砟轨道结构之前都要对该种轨道结构的特性做到充分的了解，根据其特性来决定适用范围使用量和使用地域，从而保证工程质量和工程的使用年限，进而使高速铁路在建成之后可以充分发挥自身经济动脉和运输动脉的巨大作用。

目前中国已经建成了一些具有世界先进水平的高速铁路，其中的京津城际客运专线最为突出，其使用的CRTSⅡ型板式无砟轨道经过了实践验证，取得了巨大成功。板式无砟轨道具有下优点：①轨道建筑高度低，自重轻，综合评估工程建设投资更为经济；②板式轨道制造由工厂机械化生产，减少了现场施工中的工序和工作量。由于其制造精度高，生产效率高，可以加快施工进度。采用乳化沥青砂浆作为轨道板与混凝土基础板的隔离层和调整层，便于对轨道施工中产生的误差进行控制和调整，也便于修复。为此，板式无砟轨道被广泛应用于路基、桥梁、隧道和路桥过渡段。

长枕埋入式无砟轨道在中国已经应用了很长时间，沙河特大桥就曾铺设长枕埋入式无砟轨道，因为长枕埋入式无砟轨道具有道床板扣件铁垫板与混凝土道床板的连接应稳定可靠，道岔区范围内的轨道刚度应合理匹配，道床板混凝土等级不小于C40这三个突出优点，所以长枕埋入式无砟轨道适合应用于桥梁。

于20xx年正式开通运营的的采用了弹性支承块式无砟轨道的西康线秦岭隧道，成为当时国内使用无砟轨道长度最长的隧道，弹性支撑块式无砟轨道是在双块式无砟轨道基础上演变而来，它的轨道结构的垂直弹性由轨下和块下双层弹性垫板提供，最大程度上模拟了弹性点支承传统碎石道床的结构承载特性和通过双层弹性垫板的隔离，使轨道各部件的荷载传递频率得以降低，部件的损伤程度大大降低，几何形位可在长时间内得以保持，最大程度地减少了养护维修工作量这两个突出特点加之维修量小成本低，所以非常适合在隧道内推广使用。

博格板式无砟轨道系统通过对其进行包括预应力结构、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进，采用先进的数控磨床来加工预制轨道板上的承轨槽；使用快速方面的测量系统，使用精度容易满足高速铁路对轨道几何尺寸的高要求。高性能沥青水泥沙浆垫层可以为轨道提供适当的刚度和弹性。博格公司轨道板施工研制生产了成套的设备，使得博格板式轨道机械化程度高于一般轨道结构。博格板式无砟轨道已获得了德国联邦铁路管理局颁发的许可证，可用于300km.h-1的高速铁路，加之博格板式无砟轨道轨道板结构制造简单，施工速度快，而且有特别研制的消声减噪结构，所以适合在新建高速铁路线路尤其是客运专线线路上使用。 目前德国铁路铺设的无砟轨道线路50%以上为雷达型无砟轨道，这种无砟轨道除了在德国成规模地应用外，在世界其他国家和地区也得到认同并使用。韩国高速铁路一期工程虽然以有砟轨道为主，但在新建段(汉城－大邱)的3座隧道和光明车站的6股站线(车站侧线)上也铺设了几段无砟轨道，采用的是德国雷达普通型无砟轨道结构型式，单线延长里程53.841km。目前，韩国认为已充分掌握该项技术，计划在第二阶段大邱至釜山新建高速线上全部采用无砟轨道。印度(宽轨)和荷兰新建铁路中的无砟轨道也采用了德国雷达2000型。

雷达2000型无砟轨道凭借混凝土量少，后期浇注混凝土与轨枕之间的裂缝减少 对土质路基、桥梁、高架桥、隧道、道岔区段以及减振要求区段，可以采用统一结构类型，技术要求、标准相对单一、施工质量容易控制、槽形板的取消，使得轨道混凝土承载层的灌注混凝土的捣固作业质量易于保证这几大优势从而在世界范围内的大面积使用。

雷达2000型无砟轨道为了整个轨道系统(用于干线和道岔区段)一致性，实现系统工程的相互衔接，调整了用于雷达2000型无砟轨道系统的道岔区段设计，以降低轨道高度，所以特别适合在道岔区使用。

旭普林型无砟轨道系统19xx年开发，并在科隆-法兰克福高速铁路上成功铺设了21Km，悠久的历史使得旭普林型无砟轨道结构拥有了巨大的改进和实践的空进，从而相较于一些出现较晚技术相对新的无砟轨道系统更为成熟。

旭普林无砟轨道系统与雷达型无砟轨道系统相似，都是在水硬性混凝土承载层铺设双块埋入式无砟轨道，但采用的施工工艺不同。其特点是先灌注轨道板混凝土，然后将双块式轨枕安装就位，通过振动法将轨枕嵌入压实的混凝土中，直至达到精确的位置。旭普林型无砟轨道在桥梁、隧道、土质路基等各种线路结构都有其独特的优势，是一种比较全面的无砟轨道结构，可以在多种地质条件下使用，并且旭普林型无砟轨道还具有良好的气候适应性，所以可以再大多数铁路线路上使用。

20xx年，中国将全面建设小康社会，届时将会有四纵四横多条铁路线路建成，而无砟轨道这种新的轨道结构形式必然会有一个广阔的应用空间和提升空间，实践是检验理论的唯一标准，每一种无砟轨道结构类型必然会在适合自身的线路上作出应有的贡献。

第4章 京津城际客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道施工技术

4.1 无砟轨道发展概况

现代高速铁路是以重型钢轨和混凝土枕为基础的有砟轨道结构，在列车速度达到250～300km/h的线路上能够确保行车的安全。但这种有砟轨道在列车载荷反复作用下的不足之处是轨道残余变形积累很快，而且沿轨道纵向方向，其变形积累的分布也不均匀，从而导致轨道高低的不平顺，影响了旅客乘坐的舒适性；同时也增大了轨道养护维修的工作量，加大了铁路后期的经济投入，使铁路建设和运营的整体成本提高。为了提高轨道在高速运行条件下的稳定性和耐久性，减少轨道后期维修，实现有效降低整体成本的目的，就必须改变轨下基础的结构形式，大力发展混凝土板式轨下基础。因此采用无砟轨道结构是目前国内外高速铁路发展的方向。

近年来，我国高速铁路发展迅速，我国已经成为世界高速铁路大国，在已经建成投入使用的石太、武广、京津城际等客运专线中，京津城际客运专线是我国第一条具有自主知识产权具有国际一流水平的高速城际铁路，同时京津地区是中国经济发展最快的区域之一，也是中国城市最密集城市化水平最高的地区之一。运营时速350公里的动车组把京津两地的时空距离缩短到30分钟以内，大大方便了两地人员往来和经济交流，成为两地经济发展的“加速器”。

京津城际的开通，在北京和天津形成了“半小时经济圈”，集聚了人气，带旺了财，加快了天津商贸旅游的繁荣发展。他介绍说，20xx年，天津市接待游客数量和游客消费都有大幅度增长，分别比上年增长了13.3％和14.2％，增幅为近10年来的最高水平。城际铁路对天津旅游增长的贡献率达到35％。

高速便捷的城际铁路加速了两地人员流动，优化了两地的资源配置，改变了两地人的生活观念及习惯，有力地促进了两地的“同城化”和“一体化”。

京津城际开通后，快速、便捷的运输方式使人员流动有了更大空间，生活在天津工作在北京，或生活在北京、工作在天津成为可能。通车运营不久，天津滨海新区至北京也实现了“一小时”通达，更大范围扩大了同城化效应。

20xx年，天津楼市的总成交量中，有三成是外地购房人群，其中北京人达到一半以上。京津城际开通后，周末去天津吃小吃、听相声成了越来越多北京人休闲的方式。

铁道部预测，20xx年京津区域内全社会旅客发送量将达19.5亿人次，以城际铁路为骨干的多功能、多层次、多方位、立体式的快速高效交通网，对促进以北京天津为中心的环渤海地区经济社会发展将产生重要的推动作用，“同城效益”也将更加显现。

该线首次大面积采用无砟轨道技术，首次采用500m长钢轨工地焊接施工工艺，跨区间进行长大无缝线路铺设，主要结构均采用高性能混凝土，线下结构与无砟轨道系统实现了高精度对接。特别是工程采用的无砟轨道技术，是经过引进消化吸收再创新的国际领先技术，具有线路寿命长、维护周期长、粉尘污染少、噪音低的特点，技术含量、质量要求之高在中国铁路建设史上前所未有。下面我们对京津城际客运专线的无砟轨道施工技术作具体研究。

应用于京津城际轨道交通工程的博格板式无砟轨道系统技术是我国引进的第一条无砟轨道结构形式，经过消化、吸收、再创新，形成中国特色的板式轨道，称为Ⅱ型板式无砟轨道技术。

4.2 系统技术的构成

Ⅱ型板式无砟轨道系统技术从施工生产的角度来分包括轨道板工厂化生产技术

和轨道板现场铺设两大部分。轨道板工厂化生产技术按照工业化设计思路，最大程度实现了机械化作业、设备的高效周转利用，以及劳动力资源、作业效率的充分发挥。轨道板的生产包括轨道板预制、轨道板存放和轨道板打磨。轨道板现场铺设通过将成品轨道板在轨道砼基床上的精确定位和固定来最终确定钢轨道的空间几何形态，包括桥梁底座砼/路基支承层砼及侧向挡块施工、轨道板粗铺(含现场运输存放、轨道板精调、沥青水泥砂浆灌注、轨道板张拉连接、轨道板剪切连接)。

Ⅱ型板式无砟轨道系统技术从技术属性来分包括：轨道板预制工艺，轨道板打磨工艺，轨道板铺设前的沉降评估，精确测量技术(包括轨道板生产与打磨测量控制，设标网的测量与控制(相当于CPⅡ)，轨道基准网的测量与评估(相当于CPⅢ)以及轨道板粗铺后的精确调整及精调后的测量评估)，轨道板及底座砼的绝缘措施，长桥上底座砼张拉工艺，沥青水泥砂浆搅拌及灌注工艺。其中，轨道板生产(预制及打磨) 精确测量和沥青水泥砂浆的搅拌和灌注是Ⅱ型板系统的三大核心技术。

(1)结构组成介绍

图4-1 标准轨道板结构示意图

轨道板分标准板和异型板。标准板结构如上图所示。标准板长6.45m，宽2.55m，厚0.2m，为预应力砼结构。标准板纵向分20个承轨道台，承轨台设计适应于有挡肩扣件(VOSSLOH扣件)，经过打磨后确定了其在线路上唯一位置属性，所以每一块板都有各个的顺序编号。异型板包括补偿板、特殊板、小曲线半径板以及道岔板，其中补偿板、特殊板、小曲线半径板均在标准板基础上发展变化而来，与标准板有着类似的结构特点，分别用于补偿调整线路长度、道岔前后过渡、曲线半径小于1500米地段。道岔板是单独设计道岔区。

(2)桥梁上轨道结构

桥梁上轨道结构包括：两布一膜滑动层，底座砼，沥青水泥砂浆联结层，轨道板及侧向挡块。桥梁上轨道结构特点体现在底座砼施工工艺上。曲线超高设置通过底座砼断面控制，其次底座砼为钢筋砼连续板带结构，施工方法特殊。如图4-2所示。

图4-2 桥梁上直线段轨道结构示意图

(3)路基上轨道结构

路基上轨道结构包括路基防冻层、支承层砼(无筋)、沥青水泥砂浆联结层、轨道板。路基上的曲线超高通过支承层下的防冻层控制。

(4)路桥过渡段轨道结构

为满足桥梁底座砼纵向力平衡，采用了特殊的摩擦板及端刺结构，做为桥梁与路基之间的过渡。摩擦板上轨道结构与桥梁上略有不同，底座砼与摩擦板之间采用单层土工布，底座板终端与端刺结构剪切联接。

4.3 系统技术的主要特点

Ⅱ型板式无砟轨道系统在施工技术中主要体现以下几个特点：

(1)精度要求高，工序控制严格

精度高体现在位置几何尺寸、时间、温度等方面，譬如：现浇梁的顶面平整度控制4m/8mm；底座板高程精度±5mm，轨道板粗定位≤10mm，轨道板精确定位控制在≤0.2mm；CA砂浆从搅拌成品到提升上桥，最终到灌注入板缝控制在30分钟内；底座混凝土基本浇筑段必须在一天内完成等。

(2)大量使用非标设备及工装，对操作要求提高

为满足Ⅱ型轨道板的生产及施工，必须配置专用非标设备和工装。设备工装与系统技术密不可分，突破了传统施工中对机具的使用要求。这些非标设备包括轨道板生产中的模板、布料系统、磨床；现场铺设所需的沥青水泥砂浆搅拌设备、轨道板精调系统；以及大量使用专用工具。专业化的设计增加了设备工装采购、加工和使用难度。

(3)新材料的广泛使用

Ⅱ型板式技术大量使用了新材料，需要与材料供应商共同研制和开发。譬如用于轨道板生产的高标号早强水泥、预应力钢筋，用于现场铺设的硬泡沫板、两布一膜、沥青水泥砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。伴随着新材料的使用，必然提出一些新检测方法和检测标准。

4.4 主要施工工艺法

4.4.1 板厂概况

整个制板场占地面积为80000m2，其中生产车间占地11089m2，全场分厂车间内作业的钢筋加工区、毛坯板预制区、成品板打磨装配区和厂房外的存板区、混凝土拌和站辅助工区等6个工区。

生产车间依据博格板生产工艺流程、工序顺序和物流方便布置设计。按钢筋原材料进入至预制轨道板出车间的顺序方向，以三条毛坯板生产线为主轴，横向成三跨结构，主厂房设三条预制生产线，全长288米。车间整体结构采用钢框架结构。 板场设备的制作安装是按照博格公司工艺设计进行制作加工安装的，分直接引进 国内研发制造加工以及利用国产设备三种情况，共33种，64台套。其中主要设备有：HZS150型混凝土搅拌站1座、混凝土布料机1台、LDA5T电动单梁桥式起重机2台、LH16T电动双梁桥式起重机3台、LH(8+8)T16t电动双梁桥式起重机1台、预应力工装(含张拉台、卡具、液压泵)3套、GDB-VG-K25T/4真空吸盘吊具2台、提升力100KN轨道板翻转机1台、混凝土轨道板打磨机1台、OGFD-6.3空气压缩机1台 MG32/5-50.4龙门吊2台、DNA03数字水准仪1台 TCA1800高精度全站仪1台。

板场设计生产能力为，主厂房投入三条毛坯板生产线，每条生产线设置27套模具，24小时最大毛坯板生产量81块。投入轨道板打磨用磨床及其配套设备一套，24小时正常可打磨成品板80-100块。

板厂的布置与设计体现以下两个特点：

整套工艺较多使用了计算机数控操作机械化、机电一体化作业，自动化程度很高，实现了工程的高科技施工。整个制作、加工过程工序衔接合理，物流组织与工艺配套。

4.4.2 重难点工程介绍

模具制作与安装:

模具制作及安装是建厂过程中工艺难点。模具加工精度要求高，平面精度

±0.5mm，承轨道模具尺寸精度±0.3mm。模具分标准板、小半径曲线板补偿板和特殊板。标准板模具设计长6.45m 宽2.55m，由地脚螺栓及支撑钢板、缓冲橡胶块、支架面板、承轨台、纵向隔模、橡胶端模以及辅助部件组成。

小半径曲线板模具分600-1500m和350-600m两种半径的曲线模具。由于左右线排水坡方向相反，承轨台在左右线也位置相反，曲线模具又分内外线两种。特殊模具总长12.5m，专门制造补偿板使用，通过横向端模板的位置变化可调节适应补偿板的不同长度。

模具安装首先采用莱卡DNA03数字水准仪测出张拉台座两端张拉横梁上张拉钢丝钳口的高程，并求出两端的高程平均值，要求张拉池两端张拉横梁的高度应处于同一水平，最大允许相差±1mm，全局布置模板，要求模板V型槽口中线与Φ5钢筋张拉槽口中心Φ5钢筋张拉槽口中心对齐，其精度要求达到 ±1mm。用数字水准仪测量承轨台高程在同一水平面上，误差范围±0.3mm。

钢筋加工及绝缘检测:

轨道板内钢筋由 φ10mm、φ5mm预应力丝、φ20mm精扎螺纹钢筋及上下两层钢筋网片组成。钢筋间纵横节点用绝缘卡连接，或用热缩管隔离。

钢筋网片入模安装顺序为：φ5mm 预应力丝入槽——下层钢筋网片安放——φ10mm预应力丝入模——初张拉(20%)——纵向隔模安装——终张拉

(100%)——上层钢筋网片安装的顺序进行。钢筋网片加工完和入模后均要进行绝缘检测。

轨道板采用整体横向张拉工艺，用大吨位张拉横梁，同时张拉60根预应力丝，张拉力达470吨。预应力钢筋张拉采取双向双控方法，分两个过程：先张拉到理论拉力的约20%，用环形螺母锁紧，静停30分钟，在此期间安装纵向模板；再张拉到理论拉力的100%，并放上支承板，锁紧环形螺母，稳定后停止全部预加应力设备。要求张拉过程同端千斤顶位移差不大于2mm，两端千斤顶位移差不大于4mm。张拉完成后，实际张拉力、伸长量读数与理论计算值的误差不得超过5%。单根实际张拉力与理论张拉力误差不大于15%。

4.4.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺

砼材料选择上与国内指标差别较大的项目主要为水泥，其中水泥比表面积与早期强度要求与国内有较大差异,其中水泥比表面积指标要求为：500~600 m2/㎏。早期强度要求为：标准胶砂抗压强度要求2天达到＞38 MPa。

Ⅱ型板混凝土采用C55混凝土强度等级，要求混凝土的早期强度16小时≥48 MPa，28天混凝土抗压强度达到55MPa。

灌注混凝土采用布料机均匀布料，可将混凝土定量投入模板，同时也保证了混凝土浇筑的均匀性和底板面平整度及轨道板厚度的可控性。采用模具下安装的附着式振捣器捣固的方法，混凝土浇注前模板温度要在20-30℃。混凝土入模温度在15-30℃。

浇筑完毕混凝土初凝并起出侧模板后，应及时在混凝土表面覆盖帆布养护。在混凝土灌注完成后16h，试件强度达到48MPa以上时，即可撤掉帆布，进行预应力放张及切割预应力筋，开始轨道板脱模作业。毛坯板在车间自然存放24h后，即可运到车间外堆放。

(1)打磨

1)翻转轨道板

轨道板在存板场存放28天后即可进行打磨，打磨时用龙门吊车，抓钩式吊梁将毛坯板运送到翻转机，启动翻转机液压装置，将毛坯板夹紧;将翻转装置上升到极限位置，并翻转180°，将翻转装置下降到轨道板至滚轮线位置后，解开翻转机锁紧装置。

2)切割外漏预应力筋

轨道板翻转后由滚轮托架线将轨道板运送到钢筋切割工位，由盘锯对其两侧外漏预应力筋进行切割。

3)打磨轨道板

打磨轨道板由打磨机完成，工作过程需要水、电、气及污水处理系统协同运行，

正常情况下，轨道板打磨时间约15min。主要工作程序如下：

固定轨道板：托架线将轨道板运送到打磨工位，然后通过设置在轨道板下的6个油缸将毛坯板顶起并进行找平调整，用4个油缸控制，从侧面6个夹紧油缸将轨道板卡紧。此时即可开始对毛坯板进行测量和磨削加工。

生成子程序：通过磨床内激光测量系统(或传感器测量系统)测量轨道板承轨台的各个关键点，计算出板平面相对于加工面的位置，然后将加工面转换到轨道板上，并借助路线控制数据(每个承轨台的Y Z坐标和倾斜角)自动生成加工该块板的数控打磨子程序。

4)打磨轨道板：根据打磨程序给出的打磨次数和打磨量，打磨机的两个磨轮对轨道板进行打磨行程，直至符合质量标准。

(2)雕刻编号：轨道板打磨完成后，测量系统自动对轨道板打磨质量进行检测，经检测合格后，自动生成雕刻程序将轨道板的布板编号雕刻在轨道板上。

(3)清洗出板：编号雕刻完成，用固定在机床上的冲洗装置冲洗轨道板。之后，松开夹紧油缸，将轨道板放到滚轮托架线上，打开打磨室的进出料口，打磨完成的轨道板被运出，下一块毛坯板进入打磨室。

(4)扣件安装及整板绝缘检测

轨道扣件在场内安装，打磨完成后轨道板沿滚轮线运至扣件安装工位装，首先利用吸尘器对存满水和杂质的螺栓孔进行清洁并吹干，再用注油机定量注入润滑油脂，人工插螺栓和摆放扣件，最后用气动扳手采用固定力矩(30-50Nm)拧紧每个螺栓。并经绝缘检测工位对成品板进行整体绝缘性能检测后，将其运至成品板存放区。

4.5 轨道板铺设工艺

工艺流程详见下页图4-3:

轨道板的现场铺设的重难点工程是桥梁底座砼施工、精确测量、轨道板精调和沥青水泥砂浆灌注。

(1)底座砼施工

底座砼为钢筋砼结构，为适应中国铁路长桥设计方案及快速施工的特点，底座砼施工工艺比原博格工艺进行了较大改进，具体包括三方面：

首次采用了后浇带结构。梁跨中部或桥梁固定齿槽连接处设置两种类型后浇带。通过后浇带张拉和剪切联接时间的不同控制，解决了砼温度应力及变形应力的放散。

首次采用了临时端刺方案。采用临时端刺方案可以保证长桥上分段实现铺设轨道板，为国内长桥上多标段、多作业、多点施工的提供了可行性，既在底座板全部形成板带结构前为后续铺板创造了条件，增加了工序搭接时间，有效缩短了工期。 底座砼钢筋的绝缘措施。为适应中国轨道电路传输方式，减少由于结构钢筋形成回路后，对轨道电路传输带来的感抗及阻抗影响，保障信号传输长度满足高速铁路运行要求，底座砼钢筋采取了绝缘措施。

按照上述工艺要求，底座砼施工(图4-4)应控制以下要点：

两布一膜，硬泡沫板

水硬性材料支撑层/混凝土承载层施工

钢筋混凝土承载层（底座混凝土）

施工

移动式沥青水泥砂浆搅拌机

轨道设标网（GVP点布设）

桅杆吊

1、桥梁上(带防水层) 2、桥梁上(无防水层) 3两布一膜，硬泡沫板

制作防水层

钢筋混凝土支撑层

（底座混凝土）施工

定线井放置定

位锥

线间堆砟

轨道基础网

（GRP点布设）

悬臂龙门吊

轨道板物流及存放

铺放轨道板

（错定位）

精调数据准备 、路基

精调轨道板

（精定位）

精调测量系统

对侧缝合纵缝进行密封处理并固定轨道板

CA砂浆服务站（供给站）的建设

CA砂浆灌注

用张拉锁件连接纵向钢筋

封填纵向连接缝

剪力销锚固

铺长轨

图4-3 Ⅱ型轨道板铺设工艺流程图

钢筋绑扎分桥下钢筋网片制作和桥上连接两阶段。标准梁跨区钢筋网由于重复率高，可在桥下批量生产加工，然后整体吊装上桥。临时端刺后浇带工艺的提出使得钢筋设置变得复杂，特别是梁缝区及后浇带区配筋随着临时端刺的设置及超高的变化而变化，必须桥上绑扎，对钢筋加工及物流配送提出了较高的要求。两阶段的绑扎联接均要求绝缘措施到位。

图4-4底座砼钢筋分布图(半幅半跨)

(2)模板设计与配置要准确

按照施工段落的划分情况，同时考虑不同段落的曲线超高设置。施工中采取可调高式模板设计，有利用模板的周转，同时数量上考虑充足。

(3)张拉工序

桥梁底座砼张拉是底座砼施工中最重要的一道工序。张拉的控制要点来于温度时间、张拉顺序。首先要根据环境温度确定张拉方法；其次同一张拉段落必须在规定时间内一次张拉完成并时间浇筑后浇带砼；张拉顺序是指要后浇带的先后张拉

顺序依次张拉。

(4)精确测量

精确测量是Ⅱ型板无砟轨道施工最重要、最难控制的一项技术。精确测量不仅包含了传统工程测量中的平面及高程测量，还包括了轨道板的空间三维姿态调整和定位，也就是精调测量。测量技术涵盖了线路设计、轨道板生产、梁体变形控制、底座砼/支承层砼、轨道板铺设和精确调整以及灌浆结束后的轨道几何验收。并涉及设计院梁厂、制板厂、施工现场多个作业主体，数据往来交流频繁。整个测量技术精度要求高 系统性强。

为此，在施工组织中首先解决的一个问题的测量管理。局项目部一级要设专人(测量总协调人)负责对设计方数据的接收和计算，并分发至各作业点，同时对项目分部上报数据进行分析计算和评估，分部一级也要设测量协调人负责接受上级数据分发和现场数据的采集整理和上传。在数据处理过程中，要随时与设计方勾通，对异常情况提请设计方复核。建立专业测量管理框架是实施精确测量工作的前提和保证，测量人员必须经过专门的培训方可上岗。

从施工现场层面来看，精确测量的主要工作内容包括：底座砼模板放样数据的计算和现场放样，底座砼施工完成的断面复核，轨道板基准网的放样，粗铺前轨道设标网与轨道基准网测量评估，精调数据的计算，精调结果的评估，灌浆后的轨道几何检测。现场测量的核心设备是全站仪及精调测量系统。测量技术的关键是对这两种设备的熟练使用。测量工作的数据处理围绕着专用软件PVP布板软件进行，数据流程如下：

图4-5 测量作业数据流程图

十七局在京津项目50公里施工里程范围内共投入TCA1800全站仪及DN03电子水准仪各9台，精调测量系统(SPPS)14套，分别负责全线9个施工段落的精测和精调任务。

轨道板精确调整测量系统(简称SPPS)由我公司主持开发，成都经纬为开发合作伙伴。该系统紧密配合上游布板设计软件，并独立建模编程，形成完全自主知识产权的软件，在硬件开发设计上更是兼中德软件共同运行。系统于20xx年10月样机生产并通过博格公司初步鉴定，20xx年4月通过最终验收。20xx年9月批量用于京津城际轨道交通工程。

(5)沥青水泥砂浆灌注

沥青水泥砂浆垫层是轨道板与底座砼/支承层砼之间的填充层，一般为3㎝，可调范围控制在2-5㎝，沥青水泥砂浆垫层既要保持一定的弹性又要有必需的强度。

1)沥青水泥砂浆组成

沥青水泥砂浆是由乳化沥青、水、干混砂浆以及各种添加剂拌和而成，拌制成的，该砂浆必须具备如下要求：

2)良好的流动性: 施工时，沥青水泥砂浆必须能够在流体静压力下坡高25 CM情况下流动3.5M的距离。

3)温度: 新拌砂浆在温度5°C至35°C之间时，进行灌浆施工。

4)弹性: 由于沥青水泥砂浆的弹性模量低，有助于板式无砟轨道的使用寿命。

5)抗腐蚀性:板式无砟轨道使用中会持续对沥青水泥砂浆造成动力荷载，这些荷载不能造成疲乏现象、细缝或甚至破裂的出现。

6)冻性:为了保证板式无砟轨道的使用寿命，沥青水泥砂浆须具有经验证的防冻

性。

(6)沥青水泥砂浆配合比的研制

沥青水泥砂浆配合比研制分试验室试配和砂浆车工艺搅拌两阶段进行。试验室阶段确定各组分材料的基本用量及材料间的相容性；在试验室通过的基础上，进一步通过与砂浆车搅拌工艺的结合生产出适宜大规模应用施工生产的沥青水泥砂浆，才最终完成对配合比的确定。京津线我公司做技术引进消化吸收牵头单位，共开发研制砂浆配合比3个，其中1个全线推广使用。

(7) 沥青水泥砂浆搅拌车(图4-6)的研制

图4-6 沥青水泥砂浆搅拌车

1)中国首台沥青水泥砂浆设备

沥青水泥砂浆搅拌车是Ⅱ型板施工中除精调系统以外的另一必需的核心的设备。由于十七局联合南方路基进行开发，并由十七局拥有该车的完全知识产权。该样机于20xx年9月生产成功，20xx年12月产品定，20xx年4月投入量产。目前京津线除使用14台以外，还供中铁大桥局、十八局使用4台。经过近段时施工生产检验，设备运转性能完全达到了博格公司设计水平。整车具备如下特点：

2)高性能的硬件配置确保控制的稳定、可靠

A.工业级触摸屏控制计算机。

高性能长寿命的MITSUBISHI PLC：超高速的运行速度，基本指令0.08μs，平均无故障连续运行30万小时。

MITSUBISHI人机界面：全中文、宽视角、高速回应、高性能。

MITSUBISHI A/D模块：500μs高速转换，1/20000的分辨率。

主要低压电器采用Schneider ABB OmRon等世界知名品牌。

B.完善的控制功能

软件登陆和电子秤调校需要用户密码，有效的保证了重要生产数据的安全。 全立体界面动画模拟生产工况，实时显示配料值 称量值 误差值等生产数据。 全中文快速校称，并具有自诊断和提示功能，提供在线使用帮助。

自动调整骨料落差并具有趋势判断功能、负值自动修正、零位自动跟踪、按键去皮等功能。

C.操作简单、维护方便

智能化参数设定，所有生产经验参数一键完成。

拌缸卸料门由系统自动控制，并提供手动开门定位功能，操作简单、灵活、方便。 全方位在线实时检测设备生产状态，并进行安全联锁控制。若出现异常工况，可准确提示设备故障点并提醒工作人员进行定位查看与检修，实现准确故障定位排除。

D.沥青水泥砂浆灌注工艺

沥青水泥砂浆搅拌车采取加料站集中加料，现场搅拌，利用中间罐提升上桥灌注。整个砂浆灌注工艺的控制要点包括以下几方面：

E.原材料的仓储及物流

由于沥青水泥砂浆对温度的敏感性，成品料必须在5-35℃之间方可灌注，干粉料、乳化沥青、水在装车前必须进行控制温度。所以材料的保温措施应在加料站进行解决。仓储及物流的另一环节是保证干粉不离析、不起潮，乳化沥青不沉淀。 F.现场搅拌工艺的调整

现场搅拌工艺(图4-7)的调整是指在一定范围内通过填加剂砂浆车搅拌时间和转速的调整使得成品料能够保持一个稳定的状态，保证灌注工作的顺利实施。调整依据组份材料变化、现场温度变化而进行，通过现场试验而确定。

图4-7 现场搅拌施工图

G.灌注工艺的控制

封边、压紧、预湿、排气是灌注现场作业(图4-8)的要点。在砂浆质量合格的情况下，四项工作是否到位是决灌浆饱满与否的关键因素。

图4-8 轨道板压紧施工图

H.经验及体会

Ⅱ型板无砟轨道技术在京津线尚处于起步阶段，通过近期的实践，体会如下： 京津线施工我们从主要设备、材料、小型工装全部是国内生产制造，尽管有一些存在问题，但可以肯定地是，从施工作业层面，已经有把握把独立自主地Ⅱ型板技术进一步推广使用。

Ⅱ型板制造精度高，外观质量美观，既能适合高速铁路高平顺性精度要求，又能

起到美化环境的作用。

Ⅱ型板制造工艺工厂化，受环境影响小，可随时制造预存部分毛坯板，一旦线路参数确定，即可按照设计打磨数据生产成品板，对轨道工程施工工期影响小。 Ⅱ型板生产工艺先进，能够较大程度地使用机械化、程序化、数控化、自动化作业控制，包括混凝土生产浇注养护、预应力筋制作张拉、成品板打磨等环节，大大保证了产品质量的可控性。

Ⅱ型板打磨技术通过数字化控制、依据设计坐标和磨床内相对坐标的转换，形成加工面和实际面进行对比得出所需打磨量，其设计理念先进，值得研究与借鉴。 Ⅱ型板现场铺设工作量小、操作简单、施工组织相对容易控制。除底座砼需要大量劳动力资源外，其它作业取决于设备因素，如果采用滑模摊铺机的方式进行底座砼施工的话，Ⅱ型板无砟轨道系统将是一种以纯粹的高度专业化的设备密集型作业方式为主施工生产技术。

工艺精度要求高，对作业人员素质要求高。从底座砼张拉、全过程的测量工作、砂浆灌注，均涉及到全新的工艺方法和设备，对技术人员理论分析、试验技能、现场操作均提出了较高的要求；大量的新设备的使用，要求技术工人操作水平熟练维护保养及进到位、作业责任心强，稍有不慎就会导致不合格工程。高素质的作业工人和技术人员是保证该技术合理实施的关键。

加强专业人员专用设备场下磨合使用。一方面，技术员、工人必须在场下有足够强度的培训方可上场正式作业；另一方面专用设备必须有充分地模拟练习，发现问题及时改进。设备操作人员必须要进行专业培训后方可上岗。

关注细节。Ⅱ型板将复杂的计算、最困难的工艺全部交给了设备去做，譬如打磨交给磨床去做，测量计算和评估做交给PVP布板软件去做，轨道板精调定位交给精调测量系统去做，沥青水泥砂浆的品质保证交给砂浆车去做。其余的全都是简单的重复性强的工序，但必须准确而细心地做到位，否则仍然会带来大的损失。 需要进一步完善对设计技术的研究和国产化改造。目前的设计计算软件全部依赖博格公司原有软件进行，数量上有限，其编程原理也不清楚；对特殊结构的力学计算也缺乏深入了解，需要深入研究。

由于博格技术中大量使用到软件，且软件系统贯穿设计、打磨、现场测量计算、精调数据计算，要求设计与施工紧密结合，所以设计单位与施工单位的共同开发才能完成好国产化改造工作。

第5章 结束语

20世纪60年代，高速铁路在世界发达国家崛起以来，截至目前高速铁路在世界范围内的交通运输领域已经成为了不可取代的一部分，而且所占的比重有不断上升的趋势。

高速铁路是人类智慧的结晶，随着社会的进步和全球经济一体化进程的推进，高速铁路技术不断翻新，尤其是无砟轨道领域的技术变革。截至目前，中国已经有多条高速铁路已经建成并投入运营，已经取得了巨大的经济效益和社会效益，这些成绩的取得无不与新型轨道结构的应用分不开的，根据实践经验，中国在新型轨道研究方面取得了一些经验：

(1)世界各国无砟轨道的开发都遵循相同的技术路线。即:结构型式的提出与设计结构参数分析与选取室内实尺模型试验现场试验段铺设结构动力性能测试长期运营考验结构设计修改完善全线推广应用。

(2)借鉴国外经验,改变传统的研发模式,以企业为主体,鼓励企业自主研发,把产学研有机结合起来实现无砟轨道的产业化。

(3)针对高速铁路建设中面临的无砟轨道有关技术难题,要成立课题攻关组,对关键技术要进行科研立项,并进一步深入研究,攻克难题。

(4)借鉴国外先进经验,通过引进消化吸收,快速掌握适合国情的高速铁路无砟轨道技术;通过自主创新,打造具有自主知识产权的无砟轨道技术;通过总结和提炼,形成我国的无砟轨道技术标准,进一步推广应用。

(5)通过高速铁路的建设实践,要做好不同无砟轨道结构型式的经验总结,不断修正和完善轨道结构型式;要加大对不同无砟轨道结构型式的对比分析,尤其对采用了2种及以上无砟轨道结构型式的高速铁路建设项目,要从工程成本、工程进度、施工工艺和方法运营效果等方面进行对比分析,研究最适合我国高速铁路建设的无砟轨道结构型式。

本次毕业论文研究了世界高速铁路的发展情况和新型轨道的类型及各自特点，并通过对比分析，研究了不同的类型的轨道结构对中国国情和路情的适应性，并得出一些基本结论，但是因为知识深度和实践经验的不足，加之时间仓促的关系，难免会有一些不足。

参考文献

[1] 李向国．世界高速铁路技术[M]．北京：中国铁道出版社，2008

[2] 王其昌．高速铁路土木工程[M]．成都：西南交通大学出版社，1999．512~531

[3] 高速铁路技术培训教材．高速铁路技术[M]．北京：铁道部工程管理中心 铁道科学研究院，2003

[4] CRTSⅡ型板式无砟轨道系统技术介绍材料[M] .北京：中铁十七局京津城际轨道项目经理部，2007

[5] 钱仲侯．高速铁路概论[M]．北京：中国铁道出版社，2001

[6] 刘家锋，刘春彦．秦沈客运专线桥梁综述及高速铁路桥梁建设的思考[J]．铁道标准设2004(7)：134～138

[7] 中华人民共和国铁道部?新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定?北京:中国铁道出版社,2007

[8] 何华武. 快速发展的中国高速铁路[J].北京：中国铁路,2006

[9] 国际工程机械网?中国客运专线进入无砟轨道技术时代,2007

[10] 中铁一局集团有限公司?客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[M]?北京:中国铁道出版社,2007

[11] 铁道科学研究院?客运专线无砟轨道铁路施工指南[M]?北京:中国铁道出版社,2005

[12] Joseph Lopresti，Dingqing Li. Effects of Heavy-axle loads on Track Components[J].Railway Track and Structures，2008，12：20~23

[13] JANE′S WORLD RAIL WAYS. Thirtyfourth

edition.Coulsdon(UK)JANE′DATA DIVISION，1992．682~684

致 谢

在毕业设计的编写过程中，遇到许多疑难问题，非常荣幸的得到了石家庄铁道学院张晓东老师的耐心指导，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中帮助我解决了许多疑难问题，并给出了许多具有建设性的意见和建议，使得毕业设计可以顺利编写，对老师的付出我由衷的感谢。

毕业设计是对大学专业知识的一次综合应用、扩充和深化，也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼。通过毕业设计，我不仅温习了以前在课堂上学习的专业知识，同时我也得到了老师和同学的帮助，学习了高速铁路无砟轨道的相关知识和体会到了发展无砟轨道的重要性。

在本次毕业设计中，我为能用上大学的学习成果而欣喜万分，同时我深深的感觉到了基础知识的重要性。在以后的学习生活中切不可急于求成而忽略了基础的夯实，对一门系统的科学，应该扎实的学习它的每一部分知识，充分利用各种实践环节，切实做到理论联系实践，学以致用。

马上就要毕业了，在大学的学习生活中，得到了高等专科分院领导和辅导员的无私的帮助和耐心的指导，在此一并表示感谢。

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