铁道工程技术毕业设计

2023年12月11日发(作者：健身减肥)

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铁道工程技术毕业设计

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 ............................................................................................... 3

2.1 高速铁路进展概况 .................................................................................................. 3

2.2 高速铁路关键技术 .................................................................................................. 4

2.2.1 高速铁路路基 ................................................................................................... 5

2.2.2 高速铁路桥梁 ................................................................................................... 8

2.2.3 高速铁路隧道 ................................................................................................. 10

2.2.4 高速铁路轨道 ................................................................................................. 11

2.2.5 高速铁路信号与通信 ..................................................................................... 13

2.2.6 高速列车 ......................................................................................................... 14

2.3 高速铁路经济优势 ................................................................................................ 15

2.4 中国高速铁路进展模式 ........................................................................................ 16

第3章 无砟轨道选型 ..................................................................................................... 18

3.1 无砟轨道概述 ........................................................................................................ 18

3.1.1 无砟轨道要紧技术条件 ................................................................................. 18

3.1.2 世界各国无砟轨道的进展历程 ..................................................................... 21

3.1.3 无砟轨道和有砟轨道技术经济对比分析 ..................................................... 25

3.2 国外无砟轨道类型及特点 .................................................................................... 27

3.2.1 博格板式无砟轨道 ......................................................................................... 27

3.2.2 雷达型无砟轨道 ............................................................................................. 32

3.2.3 日本板式无砟轨道 ......................................................................................... 37

3.2.4 弹性支承块型（LVT）无砟轨道 .................................................................. 40

3.2.5 旭普林型无砟轨道 ......................................................................................... 41

3.2.6 其他类型无砟轨道 ......................................................................................... 42

3.3 我国无砟轨道要紧类型 ........................................................................................ 45

3.3.1 板式无砟轨道轨道 ......................................................................................... 45

3.3.2 双式无砟轨道 ................................................................................................. 47

3.3.3 长枕埋入式无砟轨道 ..................................................................................... 48

3.4 适合中国国情和路情的无砟轨道轨道要紧类型 ................................................ 49

第4章 京津城际客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道施工技术 .................................. 52

4.1 无砟轨道进展概况 ................................................................................................ 52

4.2 系统技术的构成 .................................................................................................... 53 4.3 系统技术的要紧特点 ............................................................................................ 55

4.4 要紧施工工艺法 .................................................................................................... 56

4.4.1 板厂概况 ......................................................................................................... 56

4.4.2 重难点工程介绍 ............................................................................................. 56

4.4.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺 ......................................................... 57

4.5 轨道板铺设工艺 .................................................................................................... 59

第5章 终止语 ................................................................................................................. 67

参考文献 ............................................................................................................................. 68

致 谢 ............................................................................................................................. 69

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。然而，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困难卓绝的努力。

1964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，获得蓬勃进展，在世界范畴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，是人类共有财宝。

高速铁路具有深刻的社会价值和庞大经济价值，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、舒服度高、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，到目前为止差不多取得了丰硕成果，从中总结了许多宝贵的体会，并从中获得庞大的经济效益。在全球经济一体化的今天，大力进展经济差不多成为世界各国的共识，2020年前中国将全面建设小康社会，这一时期经济将飞速进展，运输需求必将飞速增加，人口的增长，都市化进程的加快，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进展新型交通系统成为必定。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进展高速铁路成为必定。

国务院于2004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2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，要紧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进展需要，要紧技术装备达到或接近国际先进水平。依照《中长期铁路网规划》，我国铁路要紧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。

高速度必将带来庞大的技术难题，专门对铁路轨道将提出更高的要求，传统的有砟轨道专门难满足高速铁路机车运行所要求的高稳固性和高舒服度，进展新型轨道结构，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固性高、刚度平均性好、结构耐久性强、修理工作量显著减少和技术相对成熟的突出特点。因此，进展无砟轨道技术是铁路加快提高装备水平，实现铁路跨过式进展的重要举措之一。

1.2 国内外研究现状

1825年显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，1955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，1964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：1988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，2007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。

能够说，无砟轨道的应用与进展使得高速铁路运行速度不断制造奇迹，使之适应了社会进展的需要及提高了竞争力。

无砟轨道技术进展比较成熟的要紧国家是德国和日本，而它们的进展道路又不相同。目前，无砟轨道的优越性差不多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、成线地采纳无砟轨道技术。

近年来，由于国民经济的进展和人民生活水平地不断提高，我国差不多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，2002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立即投入运营，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进展的需要，同时也为我国铁路技术进展提供宽敞的空间。

第2章 高速铁路技术概况

2.1 高速铁路进展概况

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。随着科学技术的进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表达。20世纪70年代，日本把列车在要紧区间能以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进展，欧洲铁路联盟于1996年9月公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，在某些地势困难、山区或都市环境下，速度能够依照实际情形进行调整。

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进展带来了全新机遇，为国民经济的进展带来了庞大动力。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，促进了沿线经济的进展。

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要紧有德国、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、韩国、日本、中国内地和台湾。

欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，依照那个规划，2020年将形成以一个新建高速铁路10000Km，改造既有线15000Km，遍及欧洲并连接要紧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2002年末，欧洲高速铁路已有3260Km投入运营。

法国1981年开通了TGA东南线，1989年开通了TGA大西洋线，1993年开通了TGA北方线，1994年开通TGA东南延伸线，1996年开通了TGA巴黎地区联络线，2001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1991年投入运营，运营速度为280Km/h。此后汉诺威-柏林铁路于1998年投入运营。2002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，承诺列车晚点时刻车在此速度上赶点运行。2003年，德国联邦交通网打算确定修建连接南北的柏林-慕尼黑的高速线，现正在修建中。

现在，一贯比较重视进展航空和公路运输的美国也开始拟订高速铁路建设打算。

澳大利亚铁路重载闻名于世，近年来也托付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年显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，1903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。1955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。1964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：1981年2月法国TGV试验速度达到380km/h，1988年5月德国ICE把这一速度提高到406.9km/h，半年后法国人制造了482.4km/h的新纪录，1990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，2007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。

近年来，随着国民经济的快速进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。2002年秦沈客运专线铁路最高试验速度达到了321.5km/h，2008年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3km/h，2009年12月武广铁路客运专线列车跑出394.2km/h，制造了两车重联情形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因此能取得如此进展势头，全然缘故是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又有用的特点，专门是在中长距离的交通中的专门优势。实践说明，高速铁路已是当代科学发挥技术进步与经济进展的象征。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、制造到运营治理，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)对高速铁路要紧子系统的差不多要求更加严格。

高速铁路的优势不仅表达在整体的强大，而且其每个分项差不多上高科技的集成。

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)。高速铁路的显现对传统铁路的设计施工和修理提出了新的挑战，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、稳固性和耐久性，使之能抗击各种自然因素作用的阻碍，确保列车高速、安全和平稳运行。与一般铁路路基相比，高速铁路路基要紧表现一下特点：

(1)高速铁路路基的多层结构系统

高速铁路线路结构，差不多突破了传统的轨道、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)。关于有砟轨道，在道床和土路基之间，已抛弃了将道砟层直截了当放在土路基上的结构形式，做成了多层结构系统。无砟轨道舍弃了道砟，直截了当在路基上铺设轨道。

表2-1 路基面标准宽度

轨道类型 设计最高速度双线线间距(m) 路基面宽度 (km/h)

250

无砟轨道 300

350

250

有砟轨道 300

350

4.6

4.8

5.0

4.6

4.8

5.0

单线(m)

8.6

双线(m)

13.2

13.4

13.6

13.4

8.8 13.6

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)操纵变形是路基设计的关键

操纵变形是路基设计的关键，采纳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、平均和稳固的轨下基础。由散体材料组成的路基是整个线路结构中最薄弱、最不稳固的环节，是轨道变形的要紧来源。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阻碍。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要紧操纵因素。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要紧操纵条件。现在强度差不多不成问题，一样在达到强度破坏之前，可能显现过大的有害变形，因此操纵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。日本及欧洲等国尽管实现了高速，但他们差不多上采纳高标准的昂贵的强化线路结构和高质量的养护修理技术来补偿这方面的不足。因此，变形时轨下系统设计的关键。由于一般铁路行车速度慢、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，并把这种作用狭义明白得为轮、轨接触部位的几何学、运动学、动力学的关系，而忽略了路基的阻碍，其中各部位的设计也只局限于本专业范畴内。关于高速铁路，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，而且又直截了当阻碍着轮轨作用力的大小。因此，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，着眼于各自差不多参数和运用状态，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。桥梁显现较大挠度会直截了当阻碍桥上轨道平顺性，造成结构物承担专门大的冲击力，旅客舒服度受到严峻阻碍，轨道状态不能保持稳固，甚至会阻碍行车安全。

高速铁路桥梁具有以下工程特点：

(1)刚度大：除操纵挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变、不平均温差引起的结构变形，使其满足轨道稳固性、平顺性的要求，符合高速列车运行安全性和旅客乘座舒服度的要求。

(2)耐久性要求高：要紧承重结构按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修理以保证桥梁的安全使用(设计、施工 爱护三个时期共同来保证)。

(3)墩台基础的沉降操纵严格。

(4)上部结构宜采纳预应力混凝土结构：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阻碍小。

(5)大跨度的专门孔跨结构多：跨过要紧交通干线或通航河流大量采纳钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等专门结构的大跨度梁式，技术复杂，施工难度大。

(6)双线简支箱梁制、架需专门的大型施工装备：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。

依照高速铁路桥梁(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平均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差不多遵循以下原则：

1)采纳双线整孔桥梁，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专门大的横向刚度，同时在经常显现的单线荷载下，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，大都采纳双线单室箱型截面。

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，高速铁路桥梁能够分为以下三类：

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，但桥梁专门长，往往能够舒展达十余公里。

2谷架桥——用以跨过山谷，跨度较大，墩身较高。 ○3跨过河流的一样桥梁。 ○

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确实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、旅客舒服度、列车相关性能和洞口环境的将产生十分不利的阻碍。

当列车进入隧道时，原先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。因此，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阻碍的空气动力学效应。要紧是：由于瞬变压力，造成旅客不适，并对铁路职员和车辆产生危害；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专门要求；列车风加剧，阻碍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阻碍，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，运算结果说明，车辆对压力波动的阻碍能够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，堵塞比，双线单洞依旧单线双洞，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 旅客舒服度 车辆结构强度和环境等方面的不利阻碍。

2.2.4 高速铁路轨道

高平顺性是高速铁路对轨道的最全然要求，也是建设高速铁路的操纵性条件。这是因为轨道不平顺是引起车辆震动、轮轨作用力增大的要紧缘故。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、舒服，轨道和机车车辆部件的使用寿命和修理周期也较长(表2-2 2-3 2-4)。

高速铁路轨道的高平顺性要紧表达在以下几个方面：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；敏锐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

1

2

项目

轨距

轨向

容许偏差

±1 mm

1/1500

2 mm

2 mm/5 m

10 mm/150 m

2 mm

2 mm/5 m

10 mm/150 m

备注

相关于标准轨距1435 mm

变化率

弦长10 m

基线长30 m

基线长300 m

弦长10 m

基线长30 m

3 高低 4

5

6

7

水平

扭曲

与设计高程偏差

与设计中线偏差

2 mm

2 mm

10 mm

基线长300 m

不包含曲线 缓和曲线上的超高值

基长3 m

包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量

站台处的轨面高程不应低于设计值

10 mm

表2-3无砟轨道静态铺设精度标准

序号

1

2

项目

轨距

轨向

容许偏差

±1 mm

1/1500

2 mm

2 mm/测点间距8a（m）

10 mm/测点间距240a（m）

2 mm

2 mm/测点间距8a（m）

10 mm/测点间距240a（m）

2 mm

2 mm

10 mm

10 mm

表2-4 道岔（直向）静态铺设精度标准

扭曲（基长3

轨向 水平

m）

2

10

2 2

—

±1

备注

相关于标准轨距1435 mm

变化率

弦长10 m

基线长48a（m）

基线长480a（m）

弦长10 m

基线长48a（m）

基线长480a（m）

不包含曲线 缓和曲线上的超高值

基长3 m

包含缓和曲线上由于超高顺坡所造成的扭曲量

站台处的轨面高程不应低于设计值

3

4

5

6

7

高低

水平

扭曲

与设计高程偏差

与设计中线

项目

幅值（mm）

弦长（m）

高低

2

轨距

变化率1/1500

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、不平均沉降小，在动力作用下变形小、稳固性高等要求。

(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、降低轨道的养护修理工作量专门有效。

(4)严格操纵轨道出事不平顺。

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进展以及继电器、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。

高速铁路与一般铁路不同之处要紧有：

(1)高速铁路设置综合调度系统，对列车运营指挥实行集中操纵方式；

(2)取消传统的地面信号机，采纳卫星列控系统；

(3)采纳运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、运算机连锁系统等几部分组成，各部分之间具有爱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

地面设备

车载设备

调度中心

信号室

车辆段 修理基地等

信号室

信号室 道旁设备（轨道电路 应答器等）

同意线圈 司机室显示器 测速传感器 车载主机 车-地通信设备

运行治理运算机 表示盘 操纵终端设备 通信终端设备

通信终端设备 列车车次核查装置 安全监控设备终端

表示终端

运算机联锁设备 操纵盘/操纵终端 道旁设备

地面固定信号 线路标志

列车防护设备 隧道报警设备

列控

系统

调度

系统

联锁系统

信 号

其 他 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，对它的差不多要求是启动快、速度高、停得住、运行平稳、振动与噪声小。为满足上述差不多要求，必须采纳相应的高新技术。高速铁路的技术水平和技术难度集中反映在高速列车内。

(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，使其在最短时刻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，必须要有足够的连续牵引力来克服列车运行阻力。高速列车对牵引动力的差不多要求确实是功率大、轴重轻、自重小、黏着性好、整体操纵好。因此高速列车采纳交—直—交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术，不但能够提供大功率牵引，而且电机重量轻、体积小、修理量小、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差不多保证。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。高速列车采纳由微机操纵和运算机网络操纵的电器指令制动方式。整个操纵过程只需要大量的输入信息、指令，就能够发挥良好的制动动成效。

(3)高速转向架系统

机车转向架直截了当参与轮轨相互作用，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要紧技术除稳固外，还有舒服性、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

采纳电力牵引的高速列车必须采纳弓网受流系统不间断的从接触网上猎取电能。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

采纳优化金属，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。车辆间的缓冲装置能够使列车的连接更稳固，行车更安全。

(7)高速列车新材料技术

高速铁路的进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，采纳新材料、新工艺也在推动着高速铁路的进展。

(8)高速铁路列车操纵及诊断技术 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，也是其要紧技术经济优势所在。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怀的因素。尽管各种现代交通运输都尽力提高自身安全性能，但交通事故仍有时有发生。

高速铁路采纳了先进的列车运行操纵系统，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，都有信息化程度专门高的诊断与检测设备，并有科学的养护修理制度。对一些有可能危及行车安全的自然灾难，设有预报预警装置，所有这些构成了高速铁路现代化的、完善的安全保证系统。

(4)准确性高

高速铁路安全保证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难，几乎不受大气和气候条件阻碍。

(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)舒服度高

高速铁路线路平顺、稳固，列车运行平稳，振动和摆动幅度专门小。

(10)效益好 高速铁路能够带来庞大的经济效益。

2.4 中国高速铁路进展模式

中国高速铁路进展几乎与世界发达国家同步,在几十年的进展过程中,通过不断的探究与学习,截至目前为止，中国的高速铁路差不多取得了相当不错的成绩，2020年中国立即全面建设小康社会，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奉献力量。中国需要高速铁路，这一点表达在其必要性上，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，专门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进展过程中差不多充分表达其可行性，专门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庞大的效益。

几十年的进展，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进展中的体会教训，价值对自身情形的深入探究，研究出了一套适合中国国情和路情的进展模式。中国目前的最佳进展模式是在不断改造既有线的前提下，依照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。然而中国的进展模式尚不十分成熟，有的地点尚需改进，下面依照世界高速铁路的进展模式进行具体研究。

世界上有许多国家拥有高速铁路，而高速铁路的建设治理模式，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。

依照所采纳的不同技术，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。

中国在高速铁路进展模式方面曾进行过大量探究，然而依照经济技术实力不足的现实情形，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。这种模式比较闻名的是瑞典等国采纳的ATP摆式列车模式，它的要紧原理是对机车进行改良，使列车依照线路不同情形自动调剂倾斜度等运营参数，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专门高，但却对线路的信号系统有极高要求，加之复杂的地理情形，中国目前的科技尚不能满足需，因此这种模式并不适合在中国普及使用。

截止到2010年5月，中国差不多有武广、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。中国地域宽敞，地理条件复杂多样，在高速铁路的建设过程中，通过不断吸取国外先进体会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进展模式。

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，随着社会的进展，人民物质文化生活需求的不但增加，进展高速铁路差不多势在必行，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，专门是农用耕地的征用，而既有线改造则能够有效地节约这些资本投入，因此既有线改造是一种专门好的进展模式，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，又节约资源，最重要的使能够大大缩短工程建设时刻，因此一样情形下中国的铁路能够采纳这种模式。

然而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专门大程度上会超过新建线路，在这种情形下，为适应国家的现代化建设和经济进展，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形，对不适合改造的线路，采纳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，从而制造出最大的价值。例如，差不多建成投入使用的京津城际客运专线，该线将采纳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，全程直达运行时刻约为30min，使得许多在北京工作的能够在其他都市居住，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进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进展模式是在最大程度上进行既有线改造，并依照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，它具有轨道稳固性高，刚度平均性好，结构耐久性强和修理工作量显著减少等特点，关于高速铁路较传统的有砟轨道有更好的适应性。

3.1.1 无砟轨道要紧技术条件

(1)良好的结构连续性和平顺性

有砟轨道采纳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。

无砟轨道能够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平均性，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固性

无砟轨道结构中，作为无缝线路稳固性运算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依靠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修理性能

无砟轨道修理工作量大大减少，被称为“省修理”轨道，为延长线路的修理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、修理作业都必须在“天窗”时刻内进行。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、夜间轨道修理作业。要在白天、夜间均行车的条件下，安排“天窗”作业就更加困难。减少线路修理工作量是保证客运专线列车准点正常运行的前提条件。

无砟轨道采纳整体式轨下基础。与采纳散粒体结构的有砟道床基础相比，在列车荷载作用下可不能产生道砟颗粒磨耗、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可不能产生变形积存，使轨道几何尺寸的变化差不多操纵在轨下胶垫、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，减少养护修理工作量，延长修理周期和轨道使用寿命。

(4)工务养护、修理设施减少

由于修理工作量减少，能够延长每个综合修理中心和修理工区的管辖范畴，从而减少上述修理部门的数量。同时也可相应减少每个部门配置的修理机械、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说明：行车速度达到250km·h-1时，道心道砟显现飞砟现象，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)。依照法国TGV铁路的运营体会，有砟轨道在列车速度达到350km·h-1时，显现较严峻的道砟飞溅现象。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解时，冰块打在道砟上，溅起的道砟会打坏钢轨踏面。另外，在进行道床修理施工作业后，由于表层道砟松散，粉粒较多，也会产生飞砟，现在要求限速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。

采纳无砟轨道之后，就能够完全免除道砟飞溅的顾虑。

(6)有利于适应地势选线，减少线路的工程投资

无砟轨道的纵 横向稳固性较之有砟轨道大大增加。在选线困难的地段能够利用无砟轨道能承担较大轮轨横向力的有利条件，在保证舒服度的前提条件下，适当放宽曲线承诺超高 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，道砟材料要求采纳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，专门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。进展无砟轨道能够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阻碍，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，为在高速铁路上采纳无砟轨道制造了有利条件。

(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，专门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。依照日本的体会，无砟轨道在低等级地震条件下，比有砟轨道具有更好的稳固性，从而提高行车的安全性；但在大地震情形下，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复原其正常的轨道几何形状。由于扣件的调整量专门有限，因此关于无砟轨道的变形，专门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操纵在规定范畴之内，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”建设理念正是基于如此的要求而提出的。

“工后零沉降”建设理念确实是在客运专线线下工程的设计（专门是合理的工程预算） 施工(专门是严格的工程质量监控)和治理(专门是合理的施工期限)中，都要以“工后零沉降”为追求目标。传统设计、施工、治理中“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 可靠地操纵为零。然而人们只有“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承诺值(“零沉降”理念基础上的承诺偏差)，作为工程实际操作和操纵的标准，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“一样情形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。能够认为，高速铁路的线下工程，不论其上部是采纳有砟轨道依旧无砟轨道，其工后沉降的追求目标和设计、施工、治理理念是相同的，即“工后零沉降”。由此能够推论，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(不论是有砟轨道依旧无砟轨道)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，事实上这是把高速铁路无砟轨道的线下工程与一般铁路有砟轨道的线下工程相比较的结果。假如比较的前提差不多上高速铁路，其线下工程的工程造价就会比较接近。假如比较的是高速铁路和一般铁路，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，而一般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，其工程费的庞大差异，要紧缘故是划归轨道范畴的路基爱护层(PSS)显著不同和高速铁路 一般铁路对路基爱护层的不同要求。

高速铁路线下工程(不论是有砟轨道依旧无砟轨道)必须按“工后零沉降”建设，这也是国外高速铁路建设体会和教训的总结。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1964年开通后，就发觉路基下沉严峻。1965年开始显现路基翻浆冒泥，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1966年11月，轨道状态有所好转，限速区段相对减少，使“光”号列车全线运行时刻缩短到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全然好转。1968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1969年，在土质路基地段，路基翻浆和道床板结每年新增约50km。自1971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进展历程

为适应列车高速行车需要 提高线路稳固性和耐久性、减少线路修理工作量，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。

国内外的实践体会说明，任何一种新型轨道结构的大规模推广应用必须通过以下几个研究进展时期，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→长期运营考查→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查是新型轨道结构进展过程中的几个重要环节。

(1)德国铁路无砟轨道的研究与进展

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纳的体制是由德铁制定统一的设计差不多要求，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。试铺的无砟轨道要通过5年的运营考查并经EBA的审定，通过后方可正式使用。

由于采纳了上述既向企业 公司开放，又严格科学治理的研发方针，大大激发了全社会研发无砟轨道的积极性。自1959年开始研究、试铺无砟轨道，第一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，1977年又在慕尼黑试验线试铺6种。1959～1988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。通过不断改进、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治理体系，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制造了良好的条件。

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，除了在运营初期显现过4～6mm的平均沉降和在轨枕周边与素混凝土之间显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，修理工作量专门少。

由于德国无砟轨道技术、装备、施工工艺及建设治理的成熟与完善，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组道岔区采纳德国雷达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。韩国无砟轨道要紧采纳德国一般雷达型无砟轨道。 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，推动了新技术的进展。

(2)日本铁路无砟轨道的研究与进展

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，采纳X200型试验车，在车的中央设置专门的加载轴，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，确认在营业线上的有用性。

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多年的进展历程，开展了大量室内外的试验研究工作。1968年提出RA型板式轨道，并在铁道技术研究所进行性能试验。1971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。1974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年后显现路基下沉，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锐性和耐久性，提出用混凝土道床替代沥青混凝土道床的结构方案，并用一般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一般A型板式轨道前，1991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。1993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一般A型 框架型及在专门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畴的板式轨道系列。

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，要紧采纳德国一般雷达型无砟轨道。二期工程已于2002年6月开工，估量2010年12月竣工，打算全部铺设雷达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显现基础沉降病害时的整治等方面积存了宝贵的体会，为进展无砟轨道新技术打下了基础。

1995年开始对弹性支承块式无砟轨道的研究，1996年 1997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2001年 、003年开通运营。以后又连续在宁西线(南京一西安)、兰武复线、宜万线、湘渝线等隧道内及都市轨道中得到广泛应用，差不多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；在铁道部科技开发打算项目“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操纵措施；建立了桥上无砟轨道车线桥耦合模型并进行仿真运算，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。

1999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组采纳雷达2000无砟轨道结构。全线打算2005年10月投人运营。

作为新型轨道结构进展的一个必要环节，为把握桥上无砟轨道在高速运行条件下的结构受力 变形情形与振动特性，评估两种无砟轨道结构的动力性能，2000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。打算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要紧研究成果：

1)无砟轨道的结构设计，包括：一般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操纵措施；

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要紧技术要求；

7)无砟轨道结构的动力测试与长期观测技术。

从上述研究成果能够看出，我国无砟轨道的前期研究要紧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。因此能够说，关于隧道内和小跨度梁上

在保证下部基础稳固(工后沉降在承诺范畴之内)的情形下，铺设无砟轨道存在的技术问题相对较少。而关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。关于墩台沉降限值的操纵，如同路基基础一样，由于沉降运算的离散性较大，除在设计上进行保证外，仍需通过一定时刻的沉降观测，进行墩台工后沉降的推测。

而关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时期。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，积存设计和施工实践体会，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要紧包括：

(1)能否提供比有砟轨道更平顺 更稳固的走行轨道，从而获得乘车舒服 行车安全方面的技术效益。 (2)修理工作量能否比有砟轨道更少，从而缩短修理“天窗”时刻、延长修理周期、减少修理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，因此无砟轨道的经济效益要紧是分析无砟轨道增加的工程投资能否通过其修理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、有砟轨道几何形状(平顺性稳固性)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1983年到1990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，说明无砟轨道能提供更为平顺 稳固的总行线路。

德国铁路依照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。一样新线有砟、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，则需要进行轨道修理作业。

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。由于无砟轨道采纳整体式轨下基础，对抵御轨道的变形及变形积存有极好的性能，故自高精度铺设完成之后，轨道几何状态变化专门小。

(4)无砟 有砟轨道经常修理费用(修理工作量)对比分析

日本山阳新干线有砟 无砟轨道1990年前历年从事各项修理费用及年平均费用数据统计，资料显示：历年板式轨道修理费用与有砟轨道修理费用之比大约为1：2.13，其要紧缘故是有砟轨道的修理工作要紧用于“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，同时“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修理费用也进行过大量的统计分析：无砟轨道要紧用于过渡段处理（(平均每过渡段平均修理费用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)，而真正用于线路修理和其他作用的费用专门少。

(5)无砟、有砟轨道经济效益对比分析 依照国外的体会，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修理费，并不涉及到线下部结构的费用。

德国铁路于1998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自豪分析。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。

1974年日本板式轨道正式铺设，到20年后的1994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能够在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形，证明无砟轨道比有砟轨道具有更高的经济价值。

(6)无砟、有砟轨道修理天窗时刻对比分析

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刻都不能专门长，在一定时刻内没有客运需求，一样都作为线路修理“天窗”。

无砟轨道没有有砟轨道床的养护与修理作业，其修理作业量和作业人员大大减少，并免除了与道床养护和修理有关的大型养路机械上到作业，其综合修理天窗时刻的设置时刻就能够大大缩短。在有砟轨道条件下，综合修理天窗时刻决定于线路修理作业需求，这就必须预留专门长的时刻。由于无砟轨道的修理作业时刻专门短，综合修理天窗的设置时刻将取决于接触网的修理作业需要。依照有关研究，接触网修理作业时刻为2小时左右。

我国在大量建设客运专线的情形下，使用无砟轨道能够大大减少综合修理天窗时刻，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

无砟轨道是一种少修理的轨道结构，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。无砟轨道按照结构能够分为整体结构式和直截了当支撑式。路基上的无砟轨道一样由基础防冻层、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，直截了当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1979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；采纳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能够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样轨道结构。博格板式无砟轨道已获得了德国联邦铁路治理局颁发的许可证，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，能够采纳一般混凝土或钢纤维混凝土。预制轨道板的横向为预应力钢筋，纵向为一般钢筋，板与板之间在纵向通过伸出钢筋进行传力连接。采纳这种预制轨道板的轨道平均性好

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)，能够达到极好的精度，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)专门预制轨道板

专门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。专门预制轨道板设有减振系统(质量弹簧系统)，必要时还可在专门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操纵点，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，直截了当铺设在结构底板上。

(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显现裂缝，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关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运算机操纵。工地安装时，不需对每个轨道支撑点进行调剂，使工地测量工作可大大减少。

3)预制轨道板可用汽车在一般施工便道上运输，并通过龙门吊直截了当在线路上铺设，无须二次搬运。

4)现场的要紧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。为了将工后沉降操纵在承诺范畴内，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)，第一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，起到爱护作用。

2)长度小于25m的桥梁

关于长度小于25m的短桥来说，气候变化对桥梁变形阻碍专门小。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阻碍，桥面在纵向和横向会发生位移。因此，桥上需使用专门预制轨道板，设置限位块，以幸免这种位移对轨道板产生不良阻碍。

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1972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，从最初的雷达一般型进展到现在的雷达2000型，同时针对路基、桥梁、隧道不同基础进行了部分修改。图3-6为最早的雷达一般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 最早的雷达一般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)差不多进展为钢筋木行梁支撑的双块埋入式无砟轨道，但承载层仍旧是槽形。进展到雷达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，采纳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%，从而将可能显现的裂缝宽度限制在0.5mm范畴内，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)与雷达一般型轨道相比，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，能够采纳统一结构类型，技术要求、标准相对单一，施工质量容易操纵，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，轨距保持稳固。

(6)表面简洁、平坦，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

关于安装于土质路基上的无砟轨道，依照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固的支承层，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，以操纵裂缝的形成。

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差不多相同，要紧差别是，由于要保持混凝土承载层与桥面混凝土板的横向稳固，两者纵向之间接触面设计成了凸凹结构。桥梁上的雷达2000型能够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一般无砟轨道结构图

雷达型无砟轨道的应用情形：

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尽管以有砟轨道为主，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，采纳的是德国雷达一般型无砟轨道结构型式(见图3-10)，单线延长里程53.841km。目前，韩国认为已充分把握该项技术，打算在第二时期大邱至釜山新建高速线上全部采纳无砟轨道。

印度(宽轨)和荷兰新建铁路中的无砟轨道也采纳了德国雷达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)也将采纳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纳了雷达型无砟轨道。

总之，雷达型无砟轨道在不同的国家和地区运用，还需要依照不同国家和地区的技术标准进行改进，以适应本国铁路的进展。

图3-13 荷兰采纳的雷达型无砟轨道

3.2.3 日本板式无砟轨道 日本无砟轨道技术要紧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专门广泛，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。目前常用的有一般A型轨道板、框架型轨道板、用于专门减振区段上的防振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差不多特点：

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能够表示为××-×××(××)。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假如是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畴，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表示冰冷地区使用防振板。

日本板式轨道适用范畴及几何尺寸

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。从表中尺寸能够看出，日本板式轨道的厚度在不同部位有较大的差别，设计时需要依照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固性 刚度平均性好 线路平顺性 耐久性高的突出优点，并可显著减少线路的修理工作量。

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。可节约钢筋和混凝土材料，降低桥梁的二期恒载，造价低廉，但没有降低轨道板实际承担列车荷载的有效强度 不阻碍列车荷载的传递。

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筑，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，其质量容易操纵，现场混凝土施工量少，施工进度较快；道床外表美观；由于其采纳“由下至上”的施工方法，施工过程中不需工具轨；在专门减振及过渡段区域，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，受桥梁不同跨度的阻碍，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截了当阻碍轨道的耐久性；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)线路修理

由于板式轨道水泥沥青（CA）砂浆调整层的存在，受自然环境因素的阻碍较大，在结构凸形挡台周围及轨道板底边缘的CA砂浆存在破旧现象，专门是在线路纵向力较大的伸缩调剂器邻近。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。关于轨道板底的CA砂浆调整层，以灌注袋的形式取代初期的设模式的直截了当灌注，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修理的设计初衷。

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1987年就开始进行对土质路基上的板式轨道正式研究，从1990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1993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成效、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纳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1966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。1993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进展，而且还在哥本哈根、亚特兰大等都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）内采纳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平均一致，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成效。

(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取方面更接近坚实平均基础上碎石道床轨道，能够补偿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，部件的损害程度大大降低，几何形位可在长时刻内得以保持，最大程度地减少了养护修理工作量。

(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)可修理性比刚性整体道床大大提高，假如支承块、块下垫板或橡胶套靴显现损害，在损害点的左右一段距离内松开扣件，抬高钢轨即可取出损害的部件。

(6)由于采纳橡胶套靴和块下橡胶垫板，初期投资比有砟轨道大。然而在运营费方面，依照SBB的运营统计和国内前期应用的估量，总运营费用较有砟轨道可节约约50%。 (7)用于露天，其缺点是雨水容易渗入套靴，列车通过时会有污水挤出，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1974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，差不多上在水硬性混凝土承载层铺设双块埋入式无砟轨道，但采纳的施工工艺不同。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，依照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)下层路基必须稳固，在4m深度内不得显现软土或沙层。在必要情形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

依照现场需要，旭普林公司能够提供质量—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，依照需要还能够配上颜色。

3)道岔

旭普林轨道基础能够专门方便地与任何标准道岔进行搭配。道岔与质量－弹簧系统也能够进行组合。

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，依照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)下层路基必须稳固，在4m深度内不得显现软土或沙层。在必要情形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。

承担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操纵在0.05MPa以下。

(2)桥上的旭普林无砟轨道

一样情形下，桥面板受到防水层和钢筋混凝土爱护层的爱护。由于下部结构牢固，无弯矩，无砟轨道能够设计得更轻薄。因此，桥上旭普林无砟轨道一样设计成两层，下层与混凝土爱护层永久连接；而上层与轨枕或与轨条扣件直截了当结为一体。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。

轨道板能够通过预留梯形钢筋或形成勾连的接缝与混凝土爱护层相连接。混凝土爱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，为幸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，旭普林无砟轨道直截了当安装在隧道地基上。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直截了当支承式无砟轨道

CETEAC型无砟轨道系统最要紧特点是使用沥青承载层为混凝土轨枕提供直截了当支承。轨枕通过专门的混凝土锚块弹性地连接到沥青层上，混凝土锚块今后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那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1994年得到EBA批准，1995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，要紧区别在于采纳的轨枕不同。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型轨枕采纳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，能够更平均地传递列车荷载，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，专门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，承诺轨排与沥青支承层间发生垂向变形。弹性支承层还具有吸取动荷载能量的作用。观测说明，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间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固的轨道形状；

(2)应用沥青座支承材料，施工方便，能够将超高做到180mm；

(3)能够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修理；

(4)施工工序少，进度快，不受气候阻碍；

(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，能够专门快复原；

(8)既适用于道岔也适用于线路；

(9)无障碍的排水；

(10)修理后能够尽快复原运营。

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型无砟轨道的轨枕能够是2.6m长的双块式轨枕，也能够是中间下部留有间隙的整体轨枕。轨枕直截了当放置在沥青道床板上，靠沥青与轨枕间的摩擦力抗击纵向作用力。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“。

梯子型无砟轨道要紧特点：

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“的全然变革。路基上梯子形轨道，其纵向轨枕下仍旧铺设有道砟，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专门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剂器区段应用；同时，轨道结构高度从原先的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，钢轨直截了当与道床相连接，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1969年开始研究和试铺，到1973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1966年在隧道内首次试铺。1993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 我国无砟轨道要紧类型

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纳了这种结构，长度约7Km。

1994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。参照国外体会及结构形式，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纳了弹性支承块式无砟轨道，已于2001年正式开通运营。

依照国务院2004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进展契机，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，能够加快施工进度。采纳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操纵和调整，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

板式轨道分为一般型和减震型。

一般型板式轨道由钢轨、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。凸形挡台周围采纳树脂材料填充。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，其余与一般型板式轨道相同。

(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锐性高，耐久性相对较差，后用钢筋混凝土替代了沥青混凝土。借鉴国外成功体会，在路基面构筑的混凝土支撑层上，直截了当构筑混凝土底座与凸形挡台。厚度与宽度范畴应依照结构承载能力、荷载传递特性及道床厚度确定。经运算，路基上支承层宽度为3200—3800mm，厚度依照支承条件来运算确定，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截了当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体会，以及我国赣龙线枫树排隧道板式轨道实验段的研究成果，能够得出隧道内无砟轨道底座与凸形挡台可直截了当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范畴内，约每5m设置1个。为保证与隧道沉降缝变形和谐，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依照隧道具体水文情形确定。

(3)桥上板式轨道

轨道在路基纵向能够认为是不移动的，然而桥梁由于制动力、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显现向上的力。

秦沈线狗河 双何特大桥上板式轨道的底座直截了当在桥上构筑。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和谐，在混凝土底座范畴内的桥面，应设置一定数量的连接钢筋。连接钢筋的数量应依照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。设置中应依照竖曲线半径的大小，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。

依照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阻碍，轨道板/道床板结构端部距第一个扣件节点中心，必须操纵在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

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