企业新闻行业新闻

行业新闻

涨知识:高速铁路无砟轨道的结构、分类、应用及优缺点分析

发布时间:2019-03-29 来 源 :武汉华轩高新

无砟轨道


无砟轨道(nonballasted-track)是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构,又称作无碴轨道。


砟,就是岩石、煤等的碎片。在铁路上,指作路基用的小块石头。

传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成,钢轨固定放在枕木上,之下为小碎石铺成的路砟。路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助钢轨承重的作用,防止铁轨因压强太大而下陷到泥土里。此外,路砟还有几个作用:减少噪音、吸热、减震、增加透水性等,这就是有砟轨道(下次我们会详细介绍,今天先不展开说)。


无砟轨道由钢轨、扣件、单元板组成,起减震、减压作用。无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成,而路基也不用碎石,钢轨、轨枕直接铺在混凝土路上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术,可以减少维护、降低粉尘、美化环境,比较舒适而且列车时速可以达到500公里以上。


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

无砟轨道对钢轨的要求

1)具有较高的强度和承载能力,在车辆荷载及其他荷载作用下,不会发生伤损和破坏;

2)具有良好的抗磨耗性能,在车辆荷载长期作用下,能保持良好的断面形状,维持轮轨良好的接触状态;

3)具有良好的韧性,适应较高的动力作用,获得较长的疲劳寿命;

4)具有良好的焊接性能,以便采用无缝线路;

5)具有良好的道岔机加工性能,已获得良好的道岔质量;

6)化学成分便于热处理,以提高钢轨的强韧性;

7)严格的尺寸公差及高平直度,保持轨道结构高精度和平顺性。



无砟轨道对扣件的要求

1)合理、均衡、稳定的弹性;

2)足够的调高能力;

3)足够的纵向节点阻力;

4)足够的绝缘电阻;

5)方便施工


无砟轨道的分类

目前,国内客运专线铁路无砟轨道技术大部分从国外引进,轨道结构形式可分为五大类。

一、CRTSⅠ型板式无砟轨道(日本板)



二、CRTSⅡ型板式无砟轨道(德国博格板)

三、CRTSⅠ型双块式无砟轨道(德国RHEDA2000型)

四、CRTSⅡ型双块式无砟轨道(德国旭普林型)

五、以及CRTSⅢ型板式无砟轨道(国产化研发)。

CRTSⅢ型板式无砟轨道采用路桥隧轨道结构单元、轨道板与自密实混凝土形成复合板结构、利用可调模板进行轨道结构几何形位控制等先进技术。


CRTSⅢ型板式无砟轨道经过成灌铁路、武汉城市圈城际铁路、郑徐客运专线等项目工程实践的检验,证明了其是一种高安全性、高耐久性、可维修性好的轨道结构。目前,CRTSⅢ型板式无砟轨道已经成为我国新建高速铁路的主要无砟轨道结构类型。


另外一方面,在总结国外引进无砟轨道结构优缺点的基础上,国外高速铁路采用的主要无砟轨道结构(即CRTSⅡ型板式无砟轨道、双块式无砟轨道和CRTSⅠ型板式无砟轨道等),在我国均形成了自主知识产权,运用于各大高铁线路上。


无砟轨道的优点

1、维修费用低


根据德国高速铁路的资料,当行车速度为250~ 300km/h时,其线路维修费用约为行车速度为160 ~200 km/h时的2倍;速度为250~300km/h时,通过总重达3亿吨后道砟就需全部更换,而在160~200km/h时,通过总重则可达10亿吨。日本对高速铁路桥上的有砟轨道与无砟轨道维修费用进行的统计分析表明,有砟轨道的线路维修费用比无砟轨道高111%,也就是说有砟轨道的维修费用相当于无砟轨道的2倍多。鉴于这一情况,许多专家认为,从经济角度和维修管理角度看,高速铁路应采用无砟轨道。特别是在桥隧结构上,由于无砟轨道减少了二期恒载和建筑高度,采用无砟轨道更为有利。


2、线路稳定、平顺,有利于铺设无缝线路和高速行车。


3、维修工作量少。


4、坚固耐久、整洁美观,使用寿命长(60年以上)。


5、横向阻力提高(有砟轨道为12KN/枕,无砟轨道为25 KN/枕),可或得高运营安全性。


6、在隧道、地铁中减少开挖面积。


7、结构高度低,自重轻,可降低隧道净空,减少桥梁二期恒载。



无砟轨道的缺点

1、投资问题。无砟轨道的初期投入比有砟轨道高得多,在优化施工方法与建设量增大情况下,无砟轨道的成本系数仍为有砟轨道的1.5~2.0。随着运营时间的延长,无砟轨道钢轨打磨工作量比有砟轨道大、修复工作比较复杂等都会增加投入,这些投人在初期无法计算。


2、混凝土无砟轨道为刚性承载层,当达到承载强度极限时将产生断裂,并引起轨道几何尺寸的突变或出现难以预料的恶化状况。作为刚性结构,在后期运营阶段允许作少量补修,如调整轨道几何状态,不仅十分困难,而风险需要花费高昂代价。


3、无砟轨道的建设和维修都远未达到自动化程度,无砟轨道的质量需要高水平的养护措施提供保障,这意味着在施工工序和质量控制方面都要增加额外的费用和时间。建立期间的质量缺陷将为整个使用寿命期留下隐患,并需要花高昂的代价进行弥补。而有砟轨道维修的大型养路机械作业精度越来越高、作业质量越来越好、保持轨道几何状态的周期延长,这些都会增强有砟轨道的竞争力。


4、无砟轨道不能在粘土深路堑、松软土路堤或地震区域铺设。


5、无砟轨道噪声水平比有砟轨道高约5dB,必须采取有效的降噪措施。


6、对脱轨或其他原因导致的严重损坏还没有特别有效的措施,而且一旦发生问题,修复时间很长。


7、在路基上铺设无砟轨道时,在任何情况下都要铺设防冻层(至少70cm厚)。要延长无砟轨道的寿命周期,水凝性材料层厚度几乎不能减少。路基处理深度也比有砟轨道深。


无砟轨道在各国的应用

    无砟轨道在高速铁路上的应用始于1971年日本山阳新干线,其后在日本获得迅速发展,并得到广泛应用,20世纪80年代以来修建的新干线,无砟轨道比例都在85%以上。


    但是,应当看到,日本新干线桥隧比例比较大,截至2004年,在路基上无砟轨道铺设长度仅有90km,占无砟轨道铺设总长度的3%左右。


    德国虽然无砟轨道结构类型很多,但在高速铁路上的实际铺设长度只有248km,且从1998年起在高速线上大量应用至今还没有20年时间。


    不过,德国无砟轨道主要铺设在路基上,其经验对全面发展无砟轨道具有重要意义。


    总体上来说,无砟轨道因其稳定性好、维修工作量少和使用寿命长的优点,得到了发展高速铁路国家和地区的关注。


    其中,法国除在英吉利海峡隧道内全部采用无砟轨道外,还在TGV地中海线靠近马赛的一个隧道内进行无砟轨道试验,运行速度达到240km/h。


    中国台湾高速铁路,原设计无砟轨道比例为45%,后全部改为无砟轨道。


    荷兰高速铁路新建线路,针对软土问题设计了板—桩结构,也积极采用无砟轨道。


    西班牙、意大利、韩国、比利时等高速铁路都进行了无砟轨道试验与试铺。


     本文部分摘取自中国e车网