第四章轨道结构.pptx

第四讲 城市轨道交通线路及轨道结构轨道结构 轨道轨道是由钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔和其他是由钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔和其他附属设备等不同力学性质的材料组成的构筑物附属设备等不同力学性质的材料组成的构筑物。现代的轨。现代的轨道通常用两根专门扎制的工字形截面的钢轨固定在轨枕上道通常用两根专门扎制的工字形截面的钢轨固定在轨枕上而形成。轨枕一般横向铺设，用木材、钢筋混凝土或钢材而形成。轨枕一般横向铺设，用木材、钢筋混凝土或钢材制成，通过道床将荷载传递到路基上去。制成，通过道床将荷载传递到路基上去。一一.钢轨钢轨 1.1.基本要求基本要求 钢轨是轨道结构的重要组成部分，是轨道的基本承重钢轨是轨道结构的重要组成部分，是轨道的基本承重结构，它用来引导轻轨车辆的行驶，并将所承受荷载传到结构，它用来引导轻轨车辆的行驶，并将所承受荷载传到轨枕、道床及路基上去，也为车轮滚动提供最小阻力的接轨枕、道床及路基上去，也为车轮滚动提供最小阻力的接触面。触面。钢轨钢轨要求有足够的承载能力、抗弯强度、断裂韧性、要求有足够的承载能力、抗弯强度、断裂韧性、稳定性及耐腐蚀性，其断面形状为工字形，由轨头、轨腰稳定性及耐腐蚀性，其断面形状为工字形，由轨头、轨腰和轨底三部分组成。和轨底三部分组成。钢轨的类型是按每延米大致重量来区钢轨的类型是按每延米大致重量来区分的，如分的，如kg/mkg/m、50kg/m50kg/m、0kg/m0kg/m、kg/mkg/m等，等，0kg/m0kg/m以上为重型钢轨。以上为重型钢轨。2.2.选型选型 目前在国内尚无城市轨道交通的钢轨选型标准。一般，现目前在国内尚无城市轨道交通的钢轨选型标准。一般，现行城市轨道交通系统的设计可参考国家铁路的钢轨选型标准，行城市轨道交通系统的设计可参考国家铁路的钢轨选型标准，即即“年通过总重量在年通过总重量在151530Mt30Mt时，采用时，采用50kg/m50kg/m钢轨；在钢轨；在303060Mt60Mt时，采用时，采用60kg/m60kg/m钢轨。钢轨。”国内外城市轨道交通有选用重型钢轨的趋势。从技术性能国内外城市轨道交通有选用重型钢轨的趋势。从技术性能上分析，上分析，60kg/m60kg/m钢轨重量只增加钢轨重量只增加17.717.7，而允许通过的总重，而允许通过的总重量可增加量可增加5050。重型钢轨不仅能增加轨道的稳定性，减少养。重型钢轨不仅能增加轨道的稳定性，减少养护维修工作量，而且还能增加回流断面，减少杂散电流。综上护维修工作量，而且还能增加回流断面，减少杂散电流。综上所述，城市轨道交通在经济条件允许时，无论地面线、地下线所述，城市轨道交通在经济条件允许时，无论地面线、地下线或高架线，运营正线宜选用重型钢轨。对车场线来说，由于主或高架线，运营正线宜选用重型钢轨。对车场线来说，由于主要是供空车运行，速度又低，考虑到经济性，选用要是供空车运行，速度又低，考虑到经济性，选用50kg/m50kg/m或或43kg/m43kg/m钢轨均是可行的。钢轨均是可行的。不同类型钢轨的衔接，宜采用异型钢轨，也可采用异型鱼不同类型钢轨的衔接，宜采用异型钢轨，也可采用异型鱼尾板连接。尾板连接。3.3.钢轨断面钢轨断面 钢轨断面的形状应符合力学的要求，并适应车轮踏面形状，钢轨断面的形状应符合力学的要求，并适应车轮踏面形状，以改善轮轨的接触条件，还要考虑安装接头夹板和减少断面形以改善轮轨的接触条件，还要考虑安装接头夹板和减少断面形状发生突变的局部应力等要求。我国的钢轨标准断面如图状发生突变的局部应力等要求。我国的钢轨标准断面如图1 1所所以。以。图图1 1 钢轨断面钢轨断面螺栓孔轴线 中性轴 123 4.4.钢轨铺设钢轨铺设 正线地段和半径为正线地段和半径为250m250m及以上的曲线地段，应铺设及以上的曲线地段，应铺设长轨节，即无缝线路。高架线上的无缝线路需作特殊设计。长轨节，即无缝线路。高架线上的无缝线路需作特殊设计。在曲线半径在曲线半径R R小于小于300m300m地段，要铺设耐磨长钢轨，以减少地段，要铺设耐磨长钢轨，以减少磨耗和接头振动。由于车轮踏面与钢轨顶面主要接触部分磨耗和接头振动。由于车轮踏面与钢轨顶面主要接触部分是是1/201/20斜坡，为了使钢轨轴心受力，钢轨亦要设置向内倾斜坡，为了使钢轨轴心受力，钢轨亦要设置向内倾斜的轨底坡。规范规定地下铁道轨底坡为斜的轨底坡。规范规定地下铁道轨底坡为1/401/40。轨道焊接方法有三种：轨道焊接方法有三种：n n1 1）接触焊又称电阻焊。该法焊接质量稳定，材质均匀，）接触焊又称电阻焊。该法焊接质量稳定，材质均匀，其强度可达到母材的其强度可达到母材的95%95%以上。以上。n n2 2）气压焊。一种是在工厂进行的大型气压焊，另一种是）气压焊。一种是在工厂进行的大型气压焊，另一种是在工地进行的移动式小型气压焊。在工地进行的移动式小型气压焊。n n3 3）铝热焊。铝热法焊接设备简单、轻便、成本低，但焊）铝热焊。铝热法焊接设备简单、轻便、成本低，但焊接质量容易受人为因素影响，质量不稳定，一般焊接强度接质量容易受人为因素影响，质量不稳定，一般焊接强度为母材的为母材的70%-90%70%-90%。北京地铁一期工程钢轨焊接，是先在工厂采用气压焊北京地铁一期工程钢轨焊接，是先在工厂采用气压焊法，将标准钢轨焊接成长钢轨，再将长钢轨运到现场，采法，将标准钢轨焊接成长钢轨，再将长钢轨运到现场，采用铝热焊法将长钢轨焊接成轨节。经过用铝热焊法将长钢轨焊接成轨节。经过2020多年地铁得运行，多年地铁得运行，铝热焊接头还相当好。铝热焊接头还相当好。二.轨枕 轨枕是轨下基础的部件之一。它的轨枕是轨下基础的部件之一。它的功能功能是支撑钢轨，是支撑钢轨，保持轨距和方向，并将钢轨对它的各向压力传递到道床上。保持轨距和方向，并将钢轨对它的各向压力传递到道床上。因此轨枕必须具有坚固性、弹性和耐久性。因此轨枕必须具有坚固性、弹性和耐久性。轨枕依其轨枕依其构造及铺设方法构造及铺设方法分为横向轨枕、纵向轨枕、分为横向轨枕、纵向轨枕、短轨枕和宽轨枕等短轨枕和宽轨枕等。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设；纵向。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设；纵向轨枕沿钢轨方向铺设；短轨枕是在左右两股钢轨下分开铺轨枕沿钢轨方向铺设；短轨枕是在左右两股钢轨下分开铺设的轨枕，常用于混凝土整体道床上。宽轨枕底面积比横设的轨枕，常用于混凝土整体道床上。宽轨枕底面积比横向轨枕大，减少了对道床的压力和道床的永久变性。向轨枕大，减少了对道床的压力和道床的永久变性。轨枕按其轨枕按其使用部位使用部位可分为用于区间线路的普通轨枕，可分为用于区间线路的普通轨枕，用于道岔上的岔枕及用于无碴桥上的桥枕用于道岔上的岔枕及用于无碴桥上的桥枕。轨枕按轨枕按材料材料可分为木枕、混凝土轨枕及钢枕等可分为木枕、混凝土轨枕及钢枕等。轨枕类型随轨距、道床种类、使用处不同而异。地轨枕类型随轨距、道床种类、使用处不同而异。地下铁道正线隧道内线路一般采用短轨枕或无轨枕的整体钢下铁道正线隧道内线路一般采用短轨枕或无轨枕的整体钢筋混凝土道床，车场线采用普通钢筋预应力轨枕，在道岔筋混凝土道床，车场线采用普通钢筋预应力轨枕，在道岔范围内少数区段采用木枕。高架轻轨线适合采用新型轨下范围内少数区段采用木枕。高架轻轨线适合采用新型轨下基础。基础。三三.道岔道岔 车辆从一般轨道转向或越过另一股轨道的设备，称为车辆从一般轨道转向或越过另一股轨道的设备，称为道岔道岔。道岔有线路连接、线路交叉及线路连接与交叉三种道岔有线路连接、线路交叉及线路连接与交叉三种形式形式。常见的线路连接有普通的单开道岔，单式对称道岔常见的线路连接有普通的单开道岔，单式对称道岔及三开道岔。线路交叉有直角交叉及菱形交叉。线路连接及三开道岔。线路交叉有直角交叉及菱形交叉。线路连接与交叉设备有交分道岔及各种交叉渡线等形式与交叉设备有交分道岔及各种交叉渡线等形式。应用这些。应用这些道岔，可以把不同位置和方向的轨道相互连接起来。道岔，可以把不同位置和方向的轨道相互连接起来。城市轨道交通是布设在城市内的，基本采用双线线城市轨道交通是布设在城市内的，基本采用双线线路。线路中间站通常不设配线，两个方向线路之间，在线路。线路中间站通常不设配线，两个方向线路之间，在线路中区段内也很少有交叉、连接存在。城市轨道交通线路路中区段内也很少有交叉、连接存在。城市轨道交通线路的道岔设备主要用于：设有渡线和折返线的车站，通过设的道岔设备主要用于：设有渡线和折返线的车站，通过设置道岔来实现车辆的转线；在车场、车辆段内，股道通过置道岔来实现车辆的转线；在车场、车辆段内，股道通过道岔逐级与走行线连接。道岔逐级与走行线连接。1.1.道岔的构造道岔的构造 单开普通道岔结构简单，具有一定的代表性，且占单开普通道岔结构简单，具有一定的代表性，且占全部道岔总数的全部道岔总数的95%95%以上。单开普通道岔由引导列车的轮以上。单开普通道岔由引导列车的轮对沿原线行进或转入另外一条线路运行的转辙部分，为使对沿原线行进或转入另外一条线路运行的转辙部分，为使轮对能顺利地通过两线钢轨的连接点而形成的辙叉部分，轮对能顺利地通过两线钢轨的连接点而形成的辙叉部分，使转辙部分和辙叉连接的连接部分以及道枕和连接零件等使转辙部分和辙叉连接的连接部分以及道枕和连接零件等组成。如图组成。如图2 2所示。所示。图图2 2 单开道岔的组成单开道岔的组成转辙器部分连接部分辙叉及护轨部分通向转辙机械 单开道岔的单开道岔的转辙器转辙器由两根基本轨、两根尖轨、由两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件和道岔转辙机构组成各种联结零件和道岔转辙机构组成。基本轨基本轨用用12.5m12.5m或或25m25m标准断面的普通钢轨制成，主股为直标准断面的普通钢轨制成，主股为直线，侧股按转辙器各部分的轨距在工厂事先弯折成线，侧股按转辙器各部分的轨距在工厂事先弯折成规定的折线。规定的折线。尖轨尖轨是转辙器的主要部分，车辆进出是转辙器的主要部分，车辆进出道岔由它引导。尖轨在平面上可分为直线型和曲线道岔由它引导。尖轨在平面上可分为直线型和曲线型。型。辙叉辙叉是使车轮从一股钢轨越过另一股钢轨的设是使车轮从一股钢轨越过另一股钢轨的设备，它设置于道岔侧线钢轨与道岔主线钢轨相交处。备，它设置于道岔侧线钢轨与道岔主线钢轨相交处。辙叉又由心轨、翼轨、护轨及联结零件组成。连接辙叉又由心轨、翼轨、护轨及联结零件组成。连接转辙器和辙叉的轨道称为道岔的连接部分，它包括转辙器和辙叉的轨道称为道岔的连接部分，它包括直股连接线和曲股连接线。直股连接线和曲股连接线。2.2.道岔的几何形位道岔的几何形位 道岔各部分几何尺寸正确与否，是保证机车车道岔各部分几何尺寸正确与否，是保证机车车辆安全、平稳通过的必要条件。在道岔的养护维修辆安全、平稳通过的必要条件。在道岔的养护维修时，对道岔的轨距、某些特定的尺寸一定要严格检时，对道岔的轨距、某些特定的尺寸一定要严格检查，确实保证。道岔各部位的几何尺寸是依据车辆查，确实保证。道岔各部位的几何尺寸是依据车辆轮对尺寸和道岔轨距按最不利的组合确定的。轮对尺寸和道岔轨距按最不利的组合确定的。四.道床 土路基上道床厚度为土路基上道床厚度为250mm250mm，在铺设无缝线路地段，在铺设无缝线路地段，为了增大轨道横向稳定性，道床肩宽应不小于为了增大轨道横向稳定性，道床肩宽应不小于30cm30cm，在，在R R小于小于600m600m的曲线地段，曲线外侧道床肩宽加宽的曲线地段，曲线外侧道床肩宽加宽10cm10cm，在，在曲线地段还要计入线路间距的加宽曲线地段还要计入线路间距的加宽WW。轨枕中部道床不掏。轨枕中部道床不掏空。直线和曲线地段道床分别如下图示。空。直线和曲线地段道床分别如下图示。图图3 3（）（）直线段道床断面直线段道床断面图图3 3（）（）曲线段道床断面曲线段道床断面 1:1.51:1.54003001:1.51:1.5250C200C+W 隧道内的轨道结构分有碴（有碎石道床）和无碴（无碎隧道内的轨道结构分有碴（有碎石道床）和无碴（无碎石道床）两种。有碴道床同土路基上道床一样，施工简单，石道床）两种。有碴道床同土路基上道床一样，施工简单，防噪声性能好，但需要增加隧道的开挖量，而且维修工作量防噪声性能好，但需要增加隧道的开挖量，而且维修工作量大，一般城市轨道交通中不采用。无碴道床最为普遍的是混大，一般城市轨道交通中不采用。无碴道床最为普遍的是混凝土整体式道床，这种结构利用扣件把钢轨和混凝土基础直凝土整体式道床，这种结构利用扣件把钢轨和混凝土基础直接连接在一起。接连接在一起。整体式道床采用就地连续灌注混凝土基床或纵向承轨台，整体式道床采用就地连续灌注混凝土基床或纵向承轨台，建成建成PACTPACT型轨道。这种形式结构简单，减振性能好，但施工型轨道。这种形式结构简单，减振性能好，但施工较为复杂。也可采用预制的钢筋混凝土支撑块与混凝土道床较为复杂。也可采用预制的钢筋混凝土支撑块与混凝土道床浇筑成一体，这被我国铁路隧道广为采用，北京和天津地铁浇筑成一体，这被我国铁路隧道广为采用，北京和天津地铁也采用这种结构。如图也采用这种结构。如图4 4所示。所示。图图4 4 区间整体道床断面区间整体道床断面1C281C28混凝土；混凝土；22水沟盖板；水沟盖板；33基标基标 高架桥上的道床与隧道内相似，也分为碎石道床和混高架桥上的道床与隧道内相似，也分为碎石道床和混凝土整体道床。碎石道床与前述土路基上道床基本相同。桥凝土整体道床。碎石道床与前述土路基上道床基本相同。桥上整体道床结构也称无碴无枕梁结构，是通过扣件直接把钢上整体道床结构也称无碴无枕梁结构，是通过扣件直接把钢轨和混凝土前面连接起来。应用较广泛的是在混凝土梁上二轨和混凝土前面连接起来。应用较广泛的是在混凝土梁上二次浇筑混凝土纵向承轨台。图次浇筑混凝土纵向承轨台。图5 5 所示是高架混凝土桥无碴轨所示是高架混凝土桥无碴轨道结构。纵向承轨台高道结构。纵向承轨台高150mm150mm分段隔开，以利排水。两纵分段隔开，以利排水。两纵向支撑台间设置防脱轨矮墙以代替通常使用的护轨。向支撑台间设置防脱轨矮墙以代替通常使用的护轨。图图5 5 高架混凝土桥无碴轨道结构示意图高架混凝土桥无碴轨道结构示意图 五.扣件及减震垫层 扣件是钢轨与轨枕或其他轨下基础连接的重要联接件，扣件是钢轨与轨枕或其他轨下基础连接的重要联接件，它的作用是固定钢轨，阻止钢轨纵向和横向位移，防止钢它的作用是固定钢轨，阻止钢轨纵向和横向位移，防止钢轨倾斜，并能提供适当的弹性，将钢轨承受的力传给轨枕轨倾斜，并能提供适当的弹性，将钢轨承受的力传给轨枕或道床承轨台。或道床承轨台。1.1.木枕扣件木枕扣件n n（1 1）混合式扣件）混合式扣件 混合式扣紧方式是我国铁路木枕轨道上使用最广泛的混合式扣紧方式是我国铁路木枕轨道上使用最广泛的一种扣紧方式。它除用道钉将钢轨及垫板与木枕一起扣紧一种扣紧方式。它除用道钉将钢轨及垫板与木枕一起扣紧外，另用道钉将垫板与木枕单独扣紧。外，另用道钉将垫板与木枕单独扣紧。n n（2 2）分开式扣件）分开式扣件 分开式扣件用分开式扣件用4 4枚螺纹道钉联结木枕与垫板，两枚底脚枚螺纹道钉联结木枕与垫板，两枚底脚螺栓通过轨卡将钢轨扣紧在垫板上。因轨卡、道钉和底脚螺栓通过轨卡将钢轨扣紧在垫板上。因轨卡、道钉和底脚螺栓在平面构成螺栓在平面构成“K K”型，故又称型，故又称K K型扣件。型扣件。2.2.预应力混凝土枕（简称预应力混凝土枕（简称PCPC轨枕）与无碴轨道道床扣件轨枕）与无碴轨道道床扣件 （1 1）扣件类型）扣件类型 弹条弹条型扣件型扣件 扣板式扣件扣板式扣件 潘特罗（潘特罗（PandrolPandrol）扣件）扣件 弹条弹条型调高扣件型调高扣件 （2 2）扣件特性）扣件特性 PCPC轨枕扣件的工作特性可用扣压力、扣件的竖向弹性和轨枕扣件的工作特性可用扣压力、扣件的竖向弹性和横向弹性来表示（目前我国设计的扣件中主要考虑竖向弹性）横向弹性来表示（目前我国设计的扣件中主要考虑竖向弹性）。扣件的扣压力是由扣件的弹性扣压件提供。扣压力的大小。扣件的扣压力是由扣件的弹性扣压件提供。扣压力的大小必须使钢轨经常处于被压紧在轨枕上的状态，使钢轨不会在必须使钢轨经常处于被压紧在轨枕上的状态，使钢轨不会在轨枕上产生纵向爬行，而且要求由扣件所提供的爬行阻力必轨枕上产生纵向爬行，而且要求由扣件所提供的爬行阻力必须大于轨枕底面与道床之间的道床阻力。须大于轨枕底面与道床之间的道床阻力。扣件的竖向弹性是由扣压件和弹性垫层（橡胶垫板）共扣件的竖向弹性是由扣压件和弹性垫层（橡胶垫板）共同提供的。同提供的。.减震垫层减震垫层 减震垫层为压缩型橡胶垫板，放在钢轨和承轨台之间。减震垫层为压缩型橡胶垫板，放在钢轨和承轨台之间。减震垫层力求结构简单，加工容易，原材料节省，便于推广，减震垫层力求结构简单，加工容易，原材料节省，便于推广，具有年以上寿命，能显著减少车辆震动，降低噪音。减具有年以上寿命，能显著减少车辆震动，降低噪音。减震垫层最重要的设计参数是减震垫层的静刚度（或称静弹簧震垫层最重要的设计参数是减震垫层的静刚度（或称静弹簧系数）。系数）。六六.轨道结构轨道结构 在直线段，轨道上两股钢轨的位置有严格要求，平面上左在直线段，轨道上两股钢轨的位置有严格要求，平面上左右两股钢轨要保持与轨道中心线相等的距离和一致的方向；立右两股钢轨要保持与轨道中心线相等的距离和一致的方向；立面上除了随线路纵断面的变化保持一致高度外，还应使每个横面上除了随线路纵断面的变化保持一致高度外，还应使每个横断面上左右两股钢轨顶面保持同一高度。断面上左右两股钢轨顶面保持同一高度。我国规定直线地段轨道的标准轨距为我国规定直线地段轨道的标准轨距为1435mm1435mm，允许误，允许误差差+6+6+2mm+2mm，轨距变化率不得大于，轨距变化率不得大于3 3。轮对宽度要略小。轮对宽度要略小于轨距，使轮缘与钢轨内侧保持必要的间隙，以利于在轨道上于轨距，使轮缘与钢轨内侧保持必要的间隙，以利于在轨道上行驶的车辆轮对能顺利通过。轮对左右两车轮内侧面之间的距行驶的车辆轮对能顺利通过。轮对左右两车轮内侧面之间的距离加上两个轮缘厚度为轮对宽度。离加上两个轮缘厚度为轮对宽度。轨道纵向的平顺情况称为高低，若高低不平，将增大列轨道纵向的平顺情况称为高低，若高低不平，将增大列车通过时的冲击力，对轨道的破坏力增大。根据铁路规定，经车通过时的冲击力，对轨道的破坏力增大。根据铁路规定，经过维修或大修的正线或到发线轨道，前后高低差过维修或大修的正线或到发线轨道，前后高低差10m10m弦量不得弦量不得超过超过4mm4mm。轨道方向应远视顺直，若直线不直，方向不良，会造成轨道方向应远视顺直，若直线不直，方向不良，会造成列车蛇行运动。在无缝线路地段，还会诱发胀轨跑道。列车蛇行运动。在无缝线路地段，还会诱发胀轨跑道。小 结 本节主要介绍了轨道结构原理及钢轨、轨枕、道岔、道床、连接扣件等内容及技术要求