铁道轨道和高铁轨道的结构研究与施工工艺探讨.docx

石家庄铁道大学四方学院毕业论文

城市轨道和高铁轨道的结构研究
及施工工艺探讨

Implementation and Process Discussion of the
New Track Structure Adopted
In urban rail and high-speed rail

2012届 土木工程 系
专 业 土木工程
学 号 20085077
学生姓名 黄 文 斌
指导教师 杨 圣 飞

完成日期 2011年5月25日
毕业论文成绩单
学生姓名
黄文斌
学号
20085077
班级
方0801-3
专业
土木工程
毕业论文题目
城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨
指导教师姓名
杨圣飞
指导教师职称
高级工程师
评 定 成 绩
指导教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

系主任签字：

年 月 日
毕业论文任务书
题 目
城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨
学生姓名
黄文斌
学 号
20085077
班 级
方0801-3
专 业
土木工程
承担指导任务单位
土木工程系
导师姓名
杨圣飞
导师职称
高级工程师
一、课题背景
近年来，城市轨道和高铁项目发展迅速。城市轨道交通按环保方式分为噪声控制、环境振动和景观美化型三种。振动和噪声成为城市轨道影响居民生活的主要元素，为了让城市轨道更好的融入居民生活，从扣件，施工工艺等方面做了一定的探讨。高铁作为现代社会进步的重要标志，大量新型轨道结构如无砟轨道得到推广，人们也切实地感受到了高铁的高效、方便、快捷等优点，高铁发展刻不容缓。
二、具体要求
研究目前国内外城市轨道和高铁的主要特点，主要采用扣件及施工工艺。针对某种减振降噪型轨道结构，给出合适的施工方法及组织设计。论文1本，外文翻译3000字以上。
三、参考文献
[1] 王淑珍,和振兴.环境友好型城市轨道结构型式探析[J].西部交通科技,2011年02期
[2] 于春华.城市轨道交通轨道扣件综述.铁道工程学报[J],2003年9月(第3期)
[3] 吴建中,李腾万,李湘久.城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计[J].都市快轨交通,2005年03期
[4] 钟文文,方今义.广州地铁轨道单趾弹簧扣件锚固螺栓的研制[J].铁道建筑,2001年01期
[5] 金雪勇.盾构法在地铁中的应用[J].科技咨询,2010年15期
[6] 张新金,刘维宁,路美丽,罗富荣,张成满.北京地铁盾构法施工问题及解决方案[J].土木工程学报,2008年10月
[7] 李俊君,唐丽娜,羊文琦,毛晓飞.浅谈高速铁路无砟轨道的发展[J].科技传播,2011年5月
[8] 张宏亮,孙京建等.轨道扣件及减振综合试验平台的研究与设计[J].都市快轨交通,2011年6月第3期
四、进度安排
第1周~第2周：外文翻译
第3周~第4周：搜集资料及熟悉参考文献
第5周~第7周：研究城轨交通新型轨道结构
第8周~第9周：研究实施工艺
第10周~第12周：撰写论文及答辩
教研室主任签字

时 间

年 月 日

毕业论文开题报告
题　目
城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨
学生姓名
黄文斌
学号
20085077
班 级
方0801—3
专业
土木工程
承担指导任务单位
土木工程系
导师
姓名
杨圣飞
导师
职称
高级工程师
一、课题背景
近年来，城市轨道和高铁项目发展迅速。城市轨道交通按环保方式分为噪声控制、环境振动和景观美化型三种。振动和噪声成为城市轨道影响居民生活的主要元素，为了让城市轨道更好的融入居民生活，从扣件，施工工艺等方面做了一定的探讨。高铁作为现代社会进步的重要标志，大量新型轨道结构如无砟轨道得到推广，人们也切实地感受到了高铁的高效、方便、快捷等优点，高铁发展刻不容缓。
二、当前形势
铁路轨道得到越来越多的国家的承认，各国大力发展城市轨道和高铁，把轨道结构和环境完好地结合，并且达到减振降噪的效果成为了研究重心。
三、具体要求
(1)研究城市轨道结构的特点、扣件及施工要求；
(2)研究高铁轨道结构的特点、扣件及施工方法；
(3)减振降噪型轨道结构具体实例，进行详细介绍与分析。
四、参考文献
[1] 王淑珍,和振兴.环境友好型城市轨道结构型式探析[J].西部交通科技,2011年02期
[2] 于春华.城市轨道交通轨道扣件综述.铁道工程学报[J],2003年9月(第3期)
[3] 吴建中,李腾万,李湘久.城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计[J].都市快轨交通,2005年03期
五、进度安排
第1周～第2周：外文翻译
第3周～第4周：搜集资料及熟悉参考文献
第5周～第7周：研究路基病害及防治措施
第8周～第9周：研究处理措施
第10周～第12周：撰写论文及答辩

指导教师签字

日期

摘 要
铁路交通作为一种经济、高效、安全、快捷的交通模式，已成为国内外广泛采用的交通形式。轨道结构稳定性高，养护维修工作量小，能较好地适应现代社会人口和货物高密度运输的需求，故目前绝大多数城市和城市之间的运输方式选择为铁路运输。目前，我国铁路轨道交通正处于快速建设和发展时期，其应用前景十分广阔。本文在大量的文献调研基础上，以新型轨道结构为主要研究对象，从系统的观念出发，结合我国的国情和路情，综合考虑，对其进行研究。
针对城市铁道结构和高铁轨道结构，结合近些年来科研成果和发展状况，从图纸举例，表格对比，以及文字综述等方面分别对其特点、轨道扣件、施工工艺做了分析和探讨。
在我国城市轨道交通大规模建设阶段，轨道交通产生的震动和噪声污染也引起了人们的普遍关注。针对深圳地铁5号线塘朗车辆段上盖物业开发的减振降噪问题，根据车辆段轨道振动和噪声源、以及振动和噪声值的预测成果，对各种减振与降噪措施进行综合比较，因地制宜地提出车辆段轨道的减振降噪措施，使列车运行的振动和噪声对上盖物业的影响达到环保要求。

关键词：城市轨道 高速铁路 轨道结构 轨道扣件
Abstract
Rail transport as an economic,efficient,safe,and efficient modes of transport,has become widely used at home and abroad forms of transport.The stability of the track structure,the maintenance workload,and can better adapt to the needs of modern society of people and goods of high-density transport,so the vast majority of cities and urban transport options for the rail transport.At present,China's railway rail transport is in the rapid construction and development period，and its very broad application prospects.In this paper,an extensive literature survey on the basis of the new track structure as the main object of study,starting from the concept of the system,combined with China's national conditions and road conditions,consider its study.
City rail structure structure and high-speed rail track structure,combined with scientific research and development in recent years,from the drawings,for example,form comparison,as well as text Summary of its characteristics,track fasteners,construction techniques to do the analysis and explore.
In the stage of large-scale construction of urban rail transit,rail traffic generated by the vibration and noise pollution also caused widespread concern.Vibration and noise problems for the superstructure of the Shenzhen Metro on the 5th line Tanglang Depot,Depot track vibration and noise sources,as well as vibration and noise values predict the outcome of a variety of damping and noise reduction measures compared to the light of local conditions depot track vibration and noise reduction measures,so that the vibration and noise of the trains running on the superstructure to meet environmental requirements.

Keywords: urban rail high-speed railway track structure track fasteners

目 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 1
1.1.3国内外研究现状 1
1.2论文主要内容 2
第2章 城轨轨道结构 3
2.1引言 3
2.2城轨轨道结构特点 3
2.2.1噪声控制型轨道结构 3
2.2.2环境振动控制型轨道结构 5
2.2.3景观美化型轨道结构 7
2.3城轨轨道结构扣件 8
2.3.1扣件作用及主要设计原则 8
2.3.2主要设计参数 8
2.3.3我国城市轨道交通铺设的扣件 9
2.4城轨施工方法 15
2.4.1地铁施工技术发展概况 15
2.4.2盾构法的简单介绍 16
2.4.3盾构法在城市轨道中的应用 17
2.4.4盾构法在施工中常见问题及分析 21
第3章 高铁轨道结构 31
3.1引言 31
3.2高铁轨道结构特点 31
3.2.1高速铁路轨道结构应具备的主要性能 31
3.2.2国外主要高速铁路轨道结构的基本形式 32
3.3高铁轨道结构扣件 33
3.3.1国外高速铁路扣件型式及其主要参数 33
3.3.2京沪高速铁路扣件的基本设计参数 33
3.3.3轨道扣件的设计原则 34
3.4 无砟轨道 38
3.4.1我国无砟轨道结构的研究及应用概况 38
3.4.2我国无柞轨道结构设计理论的研究状况 39
3.5无砟轨道施工技术 40
3.5.1施工方案 40
3.5.2客运专线岔区无砟轨道施工技术 42
第4章 减振降噪型铁道轨道案例分析 48
4.1深圳地铁塘朗车辆段及其上盖开发概况 48
4.2车辆段轨道振动和噪声源分析 49
4.3振动与噪声类比测试与分析 49
4.3.1轨道交通列车运营振动和噪声测试 49
4.3.2车辆段上盖物业振动和噪声测试分析 49
4.4塘朗车辆段上盖开发敏感点振动和噪声预测 50
4.5国内外车辆段上盖开发减振降噪措施经验 50
4.6塘朗车辆段上盖开发减振降噪措施研究 51
4.6.1振动控制措施 51
4.6.2噪声控制措施 52
4.6.3轨道减振降噪措施 53
4.7结语 54
第5章 结论与展望 55
5.1结论 55
5.2我国城市轨道交通发展有关对策的建议 55
5.3高速轨道结构的发展趋向 55
参考文献 57
致 谢 58
附 录 59
附录A-1英文原文 59
附录A-2中文翻译 64

第1章 绪论
1.1课题研究背景及意义
1.1.1研究背景
目前我国城市特别是大中城市规模不断扩大，人口不断密集，卫星城的建设，必需积极发展以城市轨道交通为骨干的交通系统，缓解日益繁忙的城市交通。轨道交通具有安全、正点、快捷、舒适等特点，是一种大容量的公共交通运输方式，在城市发展中起到了不可忽视的作用。
近年来，我国加快了改革开放步伐，国民经济进入高速发展的新阶段，在此情况下，使本来就很不适应的铁路运输更加全面紧张。大力提高货物列车重量、积极增加行车密度、努力提高行车速度，既是扩大运输能力的有效途径，又是能否依靠科技进步、改善装备水平、综合应用高新技术、保持铁路在运输业中的地位和作用的关键措施。“铁路主要技术政策”中明确规定了我国铁路2000年前后阶段技术发展方向和原则。其中有关重量、密度和速度目标值的实现，无不与轨道结构标准和状态有极为密切的关。可见轨道结构无疑将围绕适应重载、高速的要求，走依靠科技进步、强化设备、科学管理的发展道路。
1.1.2研究意义
轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，引导列车运行。轨道是行车的基础，能否与运行条件相适取决于其结构的承载能力。它直接关系到列车运行的安全、旅行舒适度、更换周期和养护维修一工作量。国内外运营实践表明，随着运量的增长和运行速度的提高，轨道结构日趋重型化，并辅以作业机械化和管理科学化，以期在确保安全、不间断运行的前提下达到经济和高效的目的。
1.1.3国内外研究现状
从技术上来说，世界上具有较长高速铁路发展历史以及高铁技术比较发达的国家有日本、法国和德国等。日本是世界上最早建成高速铁路的国家，1964年开通的新干线是世界上最早的高速铁路。这些国家通过高速铁路建设完善了各自的高速铁路网络，带动了相关产业的发展，也拉动了沿途城市的发展。
中国的高铁技术，是在借鉴世界高铁技术先进的几个国家的基础上经过再创新而达到目前状况的，还在不断完善和发展中。
在我国目前新建的铁路中，大概包括以下几种形式：一是指时速在300公里以上的完全意义上的高速铁路，比如已经开通的京津城际铁路和武广客运专线，这种高速铁路的特点是速度快，同时只运行动车组；二是时速在200公里左右的准高速铁路，在这种路轨上，既运行高速列车，又开行普通列车，比如秦沈客运专线和石太客运专线；三是时速在200～250公里，但是只运行动车组，比如长吉城际铁路等；四是时速在200公里左右，既运行客运列车，又兼顾货运列车，这种情况主要发生在一些原有的铁路基础比较薄弱的地区，比如闽东地区，2010年4月开通的福厦铁路就是这种情况。
1.2论文主要内容
近些年，铁道技术迅猛发展，在原有的铁道轨道结构基础上不断完善，形成了很多新的类型和技术，本文主要论述新型铁道轨道结构及施工，包括城市轨道和高铁的轨道结构特点，以及轨道扣件和施工技术。
第2章 城轨轨道结构
2.1引言
城市轨道交通具有安全舒适、快速环保、运能大和耗能少的特点，已经成为解决大城市交通拥堵问题的首选措施。发展城市轨道交通已经成为解决大城市交通拥堵问题的首选措施。近几年来各大城市的轨道交通项目纷纷上马，打造绿色、环保的城市轨道交通已经成为城市轨道交通建设的时代要求。
城市轨道交通基本采用钢筋混凝土整体道床，相对于砟石道床，列车运行时引起的环境振动和噪声有所增强，不仅影响人们的正常生活、工作和身心健康，而且对古建筑结构、精密仪器工作单位等其他敏感点也有不同程度的影响。轨道结构及其基础混凝土外观与周围环境的不协调还会造成景观污染。鉴于上述原因，在环境友好型城市轨道交通建设中衍生出了各种各样的特殊轨道结构型式应对环境敏感点的不同要求，这些轨道结构可归结为噪声控制型、环境振动控制型和景观美化型三类。现从设计选型的角度，对每类轨道结构的使用特点、效果及应该注意的问题进行阐述。
2.2城轨轨道结构特点
2.2.1噪声控制型轨道结构
城市轨道交通列车运行速度较低[1]，一般≥120km/h。轮轨动力噪声占城市轨道交通噪声70%以上是主要噪声源。轮轨噪声是由轮轨之间的动力作用产生的，如图2-1所示。钢轨的振动频率范围在数百到数千赫兹，尤以1000Hz以上频率成分为甚。轨道结构对轮轨动力噪声的控制一方面可从振源入手，优化轮轨相互动力作用条件；另一方面是切断噪声、振动的传播路径或采用吸声结构、吸声材料加以控制，如采用钢轨辐射屏蔽系统、轨道吸声板等。

图2-1 轮轨噪声发声示意图
2.2.1.1增大钢轨阻尼
如图2-2所示，在钢轨轨腰、轨底表面粘贴由高阻尼材料和约束板材构成的复合阻尼板，改变钢轨噪声辐射特性，可以有效地减小钢轨的振动。在北京地铁试装了钢轨阻尼板，测试结果表明，这种方法可降低轨道附近3.5m处的噪声3.5dB左右。该类措施已经国产化，正处于试铺阶段，今后可以考虑在地铁车站及地面线上使用。
图2-2 钢轨复合阻尼板示例图
2.2.1.2噪声辐射屏蔽系统
噪声辐射屏蔽系统的作用是切断钢轨噪声的传播路径，目前已经出现的有安装在钢轨上的噪声屏蔽系统或设置在道床上的近轨声屏障。图2-3是英国某城市轨道交通。所采用的一种屏蔽系统，可降低噪声约4.8dB。

图2-3 钢轨辐射屏蔽系统示例图
2.2.1.3道床吸声
道床吸声措施是在道床上铺设吸声板，根据材质不同可分为复合材料吸声板和混凝土吸声板，其吸声效果在3.2dB左右，这类措施一般用在车站及地面线上。图2-4是德国某城市轨道交通轨道上所使用的吸声板。
图2-4 混凝土材料吸声板示例图
以上噪声控制措施对轮轨动力噪声的控制能力差别不大，在实际应用中必须方便施工，不影响工期，且施工质量容易保证，方便维护，不能因为噪声控制部件的加装而降低行车的安全性，结构设计应考虑钢轨扣件系统的安装和维护。因此噪声控制措施的选用关键在于综合考虑对轨道系统其它方面性能的影响。
2.2.2环境振动控制型轨道结构
列车运行时轮轨之间的相互动力作用产生的振动通过轨道结构传给基础(路基、隧道衬砌或桥梁的墩台及基础)再传给周围地层，进而诱发附近地下结构以及地面建筑物(包括其结构和室内家具)的振动，甚至诱发二次结构噪声。
根据不同的减振要求，有众多轨道减振措施可供选择。根据减振弹性件所处位置的不同，可以分为钢轨下隔振、轨枕下隔振和道床下隔振。特定轨道减振措施的减振效果与车辆系统、轨道系统制造施工质量、轨道基础结构、行车速度、振动波的传播介质等众多因素有关，因此同类产品在不同的使用场合得到的减振效果也存在较大差异。通常情况下，轨枕下隔振措施的隔振效果优于钢轨下隔振措施，道床下隔振措施的减振效果优于轨枕下隔振措施。减振效果越好，工程造价也会相应提高。
2.2.2.1减振型扣件
减振型扣件在国内外城市轨道交通建设中使用最为广泛，其种类有几十种之多，最常用的有“科隆蛋”型轨道减振器(如图2-5所示)、Lord减振扣件、GJ－III减振扣件及设计新颖的Vanguard减振扣件。一般减振扣件的减振效果可达5～8dB左右，适用隧道、路基、高架等各类线路地段。Van-guard减振扣件在轨腰腹部采用弹性块对钢轨进行悬撑，可以取得比普通减振扣件更好的减振效果。“科隆蛋”型轨道减振器是最先从国外引进的扣件减振措施，通过环形橡胶圈的剪切变形提供轨下支撑的弹性和阻尼，制造过程中铁座和橡胶圈之间的粘接工艺要求较高。GJ－III减振扣件最近几年才出现，推广应用速度较快，橡胶减振垫板夹在两块铁垫板之间，上下铁垫板通过自锁结构实现连接。从目前的使用情况来看，为了提高减振性能而一味降低扣件刚度会增强轮轨之间的动力作用，钢轨过低的竖向支撑刚度、横向及扭转约束的不足与某些城市轨道交通出现不同程度的波浪形磨耗有关。因此在减振扣件选型设计中，必须根据车型确定扣件系统的动力学参数。
图2-5 “科隆蛋”型轨道减振器示例图
2.2.2.2轨枕下减振措施
目前国内城市轨道交通使用的轨枕下减振措施主要是弹性短轨枕整体道床和梯型轨枕整体道床。弹性短轨枕是目前世界上使用最多的减振措施之，一减振效果可达8～13dB。在我国广州、深圳等城市的地铁交通中被广泛采用，如图2-6所示。
图2-6 弹性短轨枕整体道床示例图
弹性短轨枕的楔状外形使其易于从道床中拔出，当钢轨内部残余应力较大时会出现轨枕空吊。因此，采取弹性短轨枕道床减振时，计要尽可能考虑消除钢轨内部的应力，施工单位要保证施工质量。梯型轨枕近年在我国北京和上海的地铁中使用较多，其使用效果有待观察。
2.2.2.3道床下减振措施
浮置板轨道是所有减振措施中性能最好的，减振效果可达18dB以上。根据减振器材质的不同，可分为橡胶浮置板轨道和钢弹簧浮置板轨道(图2-7)。这类减振措施通常用在线路从振动敏感点下面或旁边通过，并且敏感点隔振要求较高的场合(如音乐厅、歌剧院、医院、市政厅、会议中心、博物馆、中高档住宅和酒店等)。浮置板轨道多用于地下段，地面线和高架段也有使用。橡胶浮置板可分为点支撑、线支撑、面支撑等多种型式，在国外使用较多。钢弹簧浮置板的减振效果一般比橡胶浮置板要好，在我国被广泛采用。由于钢弹簧浮置板轨道的关键部件靠进口，所以造价较高，因此应该积极推进钢弹簧浮置板轨道的国产化和相关替代产品的研发。
图2-7 钢弹簧浮置板整体道床示意图
2.2.3景观美化型轨道结构
轨道结构引起的景观污染是指由于蜿蜒于城市中的轨道结构造型欠佳，或是与周边环境、建筑缺乏协调而导致人们在视觉和心理上的不舒适和压抑感受。城市轨道交通宜采用钢筋混凝土整体道床轨道，以改善轨道结构的景观特征，并解决有砟轨道的粉尘污染问题。当线路穿过对景观有特殊要求的地段时，还可选择使用其他轨道景观优化方案。
图2-8 “绿色”轨道结构示例图
图2-8是德国某城市轨道交通穿过绿化区时采用的“绿色”轨道结构，这种“绿色”轨道不但可以产生出色的视觉效果，而且还可对噪音起到一定控制作用。“绿色”轨道主要用在运行速度低、对景观要求高的城市有轨电车线或旅游观光线上，这种线路会对钢轨、扣件的更换和杂散电流的防护带来困难。
在高架段和桥隧过渡段，可对混凝土整体道床表面的颜色进行专业设计，使轨道结构的色调和周围环境和谐一致，降低轨道结构的景观污染。振动、噪声控制措施与景观污染治理措施亦可综合使用，例如在道床表面安装吸声板，并合理设计吸声板的颜色，同时达到控制噪声污染和景观污染之目的。
在绿色、环保的城市轨道交通建设中，轨道结构可以从噪声控制、振动控制、景观美化3个方面满足环境敏感点的不同要求。上文综合讨论了每一类中的代表性轨道结构的适用条件和效果，及选型设计中应该注意的问题。对于轮轨动力噪声，可以采用增大钢轨阻尼、设置噪声辐射屏蔽系统、在道床上铺设吸声材料三类措施加以控制； 对于列车引起的环境振动，可在钢轨下隔振措施、轨枕下隔振措施和道床下隔振措施中，根据减振轨道的性能和造价差别选择合理的减振轨道结构；对景观有特殊要求的地段可采用“绿色”轨道结构，还可以对轨道结构及下部基础进行专门的颜色设计。以上噪声、振动、景观污染控制措施，既可以根据不同需要单独使用，也可以综合选用。
2.3城轨轨道结构扣件
2.3.1扣件作用及主要设计原则
轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，引导列车运行。扣件是轨道中走行轨与道床之间的必要连接部件[2]。扣件的性能直接影响轨道的稳定及弹性。所以，扣件的重要性毋庸置疑。扣件的作用是固定钢轨正确位置，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻，还能提供适量的弹性，并将钢轨所受的力传递给轨枕或道床承轨台，其主要设计原则如下：
(1)扣件应有足够的强度，以抵抗钢轨的纵向力和横向力，其承受横向力≤40kN，抗拔力≤60kN，每组扣件防爬力≤8kN。在高架桥铺设无缝线路时，为了减少温度变化或桥梁承受列车荷载产生扰曲，梁面变形引起桥梁结构与焊接长钢轨的相互作用力，因此要求扣件阻力应控制在一定范围内。
(2)整体道床刚度大，轨道弹性主要依靠扣件及垫层提供，因此扣件应具有较好的弹性，以减少列车荷载的冲击，使钢轨承受的荷载能均匀地传递到道床上，扣件节点垂直静刚度一般在50kN/mm以下。
(3)扣件应具有良好的扣压力，每组扣件的扣压力>12kN。同时还应有满足实际需要的轨距和高低调整量。在高架桥整体道床上的扣件需要较大的高低调整量以适应预应力梁的徐变和桥墩的不均匀沉陷。
(4)扣件应具有良好的绝缘性能，以减少杂散电流，地下及高架线均采用双绝缘设计；其绝缘部件的工作电阻应大于108Ω。
(5)根据使用地段确定扣件的具体结构，尽量统一全线各种扣件的通用零部件，简化扣件结构，结构简单易铺设及维修。
(6)扣件金属部件应做防腐处理。
(7)地面线及地下线均采用无螺栓扣件，高架线采用有螺栓扣件。
(8)扣件应具有较高的减振性能，地面砟石道床采用单层减振垫层，地下及高架线采用双层减振垫层。
2.3.2主要设计参数
(1)扣件≤受力分析
钢轨扣件所受轮轨横向力的大小取决于车辆轴重、车辆转向架轴距、线路曲线半径、钢轨横向抗弯刚度及扣件横向刚度等因素。扣件横向力一般通过经验公式估算，然后再通过现场测试进行验证。通过对比分析，决定采用UIC估算法计算作用于单个扣件的垂直力(枕上压力)R和横向水平力H：
(2-1)
(大半径)或(小半径)
式中———速度系数，取1.5；
———名义轮重，(P为轴重，P=141kN)。
由此算得：R=52.9kN；H=21.15kN(大半径)或H=31.74kN(小半径)，小半径控制设计取H=35kN。
根据北京地铁在R=200m曲线上实测的资料，当列车速度为50km/h时，测得的扣件横向力最大可能平均值为28.9kN。北京城铁最小曲线半径为350m，因此取H=35kN是偏于安全的。
(2)扣件刚度确定
扣件刚度与扣件结构、垫层材料、外形及外部荷载等因素有关，取值是否合理直接影响到扣件减振性能的好坏。对于地面线砟石道床扣件节点，垂直静刚度取30～50kN/mm；对于高架桥及地下整体道床扣件节点，垂直静刚度取20～40kN/mm。
(3)电绝缘性
扣件必需具有良好的电绝缘性，以满足轨道电路的要求。同时扣件是城市轨道交通中防止杂散电流的第一道关卡，必须有较高的绝缘值，所有扣件绝缘部件的电绝缘性能均要求达到108Ω以上。
(4)调距调高量的确定
对于地面线，由于可以起拨道作业，故不考虑调高问题，调距能力为-8～+4mm；对于高架整体道床，应考虑桥墩下沉或桥梁混凝土收缩徐变的影响，调高量应大一些，为+40mm，其中轨下可调10mm、铁垫板下可调30mm；对于地下整体道床，由于不存在收缩徐变的影响，调高能力定为+30mm。高架和地下线用扣件的调距能力均为-16～+8mm。
2.3.3我国城市轨道交通铺设的扣件
我国已建和在建城市轨道交通铺设的扣件，类型较多，除天津地铁1号线(已建成段)铺设刚性扣板式扣件外其他均铺设弹性扣件，基本上是在国铁弹条扣件基础上设计的。扣件除刚性、弹性外，大致可分为有挡肩、无挡肩，分开式、不分开式，有T型螺栓、无T型螺栓几大类型。以下对铺设较多的扣件及其性能分述如下：
JDI型扣件：
适用于50kg/m钢轨为有挡肩刚性不分开式扣件，扣压件为70型刚性扣件，在天津地铁1号线已建成段使用，目前已拆除。利用更换扣板号码的方法调整轨距，调整量为+6mm～10mm。在轨下设橡胶垫板并增调塑料垫板及三圈弹簧垫圈，以增加轨道弹性，水平调整片可进行高低微量调整。
DTI型扣件：
适用于50kg/m钢轨为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为弹性扣板，该扣件在北京地铁使用。使用轨距调整块调整轨距，一期工程使用四边形调整块，调整量+4mm～-8mm，二期工程使用六边形调整块，调整量+8mm～-12mm。轨下设10mm厚橡胶垫，可调高低-5mm～+10mm。
DTIII型扣件：
适用于60kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为<13mm弹簧钢国铁标准B型弹条，单个弹条初始扣压力为8kN，弹程10mm，该扣件在上海地铁1、2号线上使用。使用轨距垫调整轨距，调整量+8mm～-12mm。轨下设10mm厚橡胶垫，轨垫板下设16mm厚的橡胶垫，可调高低-5mm～+30mm，节点垂直静刚度21kN/mm。
DTIV型扣件：
适用于50kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为<13mm弹簧钢国铁标准A型及B型(接头)弹条。该扣件在北京地铁复八线复西段上使用。其性能同DTⅢ型扣件。
DTVI型扣件：
适用于50、60kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件类似潘多尔扣件，DⅠ弹条<18mm弹簧钢制造，单个弹条初始扣压力8kN，弹程10.5mm，该扣件取消了T形螺栓减少零部件，在北京地铁复八线使用。使用轨距块调整轨距，调整量为+12mm～-12mm，调高量+30mm。
单趾弹簧扣件：
适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件。扣压件为<20.6mm弹簧钢，一套扣件初始扣压力>13kN。该扣件在广州地铁1、2号线使用。轨距调整量+12mm～-12mm，高低调整量+10mm～-5mm。
弹条II型分开式扣件：
适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件。扣压件为<13mm弹簧钢国铁标准Ⅱ型弹条，材质采用新材料60SiCrVA。该扣件单个弹条初始扣压力≤9kN，使用轨距块调整轨距，调整量+8mm～-12mm，高低调整量+15mm。该扣件具有扣压大，强度安全储备大，残余变形小的优点，弹条性能明显优于弹条Ⅰ型扣件。该扣件在深圳地铁一期工程使用。
WJ-II型扣件：
适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件，扣压件为<13mm弹簧钢，单个弹簧初始扣压力4kN，弹程11mm，采用轨下复合胶垫，每组扣件防爬阻力为4kN。适用于高架桥无缝线路，为小阻力扣件，该扣件在上海明珠线一期工程使用，轨距调整量+20mm～-20mm，高低调整量40mm。
DTVII2型扣件：
适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件，扣压件为<13mm弹簧钢，单个弹条初始扣压力4kN，弹程11mm，为地铁高架无缝线路小阻力扣件，在上海地铁2号线东延伸段，北京城铁、北京地铁八通线使用，轨距调整量+8mm～-6mm，高低调整量40mm。高架线采用无挡肩弹性分开式DTⅦ2型扣件，见图2-9。扣件节点垂直静刚度20～40kN/mm。钢轨水平调整量为40mm，轨距调整量-16～+8mm。扣压钢轨件采用DⅢ弹条(Φ13mm、型)，弹程11mm，一个弹条的扣压力4kN。铁垫板用螺旋道钉与预埋尼龙套管的短轨枕连接。
图2-9 DTⅦ2型扣件结构图
DTVI2型扣件：
地下线采用无挡肩弹性分开式DTⅥ2型扣件，见图2-10。其结构类似于有挡肩弹性分开式DTVI型扣件(已用于北京地铁复八线隧道整体道床)。扣件节点静刚度20～40kN/mm，钢轨高度调整量0～15mm，轨距调整量-12～+8mm。扣压件为DI弹条(Φ18mm)，弹程10.5mm，单个弹条扣压力8.25kN，弹条直接插入铁垫板铁座内扣压钢轨。用螺旋道钉将铁垫板与短轨枕(预埋尼龙套管)连接。DTVI2型扣件是在北京地铁复八线DTVI型扣件的基础上改进的。原DTVI型扣件是设混凝土挡肩的弹性分开式扣件，轮轨横向力由混凝土枕挡肩承受，螺旋道钉主要承受竖向拧紧力。DTVI2型扣件取消了混凝土枕挡肩，轮轨横向水平力由铁垫板与垫层之间的摩阻力平衡，从而解决了原DTVI型扣件铁垫板下垫调高垫板、挡肩处也要增加垫板等问题，简化了调高作业。另外，取消混凝土枕挡肩也使短枕的制造更方便。
图2-10　DTⅥ2型扣件结构图
DTVI-3型：
地面线采用无挡肩弹性不分开式DTVI—3型扣件，见图2-11。其结构型式类似于英国PhndDl无螺栓弹条扣件。轨距调整量为-8～+4mm，不能调高。扣件节点静刚度为30一50kN/mm。扣压钢轨件亦是DI(Φ18mm)弹条，直接穿入铁座内，铁座的下半部分预埋在轨枕内。
图2-11 DTⅥ3型扣件结构
单趾弹簧扣件：
有挡肩分开式扣件是靠混凝土挡肩承受列车在曲线上运行时产生的横向水平力。国内外无挡肩分开式扣件的设计，大多采用减薄铁垫板下弹性垫片的厚度(一般为2~5mm)，提高弹性垫片的刚度(大于110kN/mm)，加大锚固螺栓拧紧力矩至300N·m，并增加传递给混凝土枕的横向水平力。而单趾弹簧扣件铁垫板下橡胶垫厚12mm，刚度仅为40~60kN/mm，锚固螺栓拧紧力矩也只有100N·m，这就决定了锚固螺栓将承受列车运行时产生的大部分横向水平力，因此锚固螺栓的研究是研制单趾弹簧扣件的关键问题之一。随着运营速度的提高，或某些区域条件限制，如轨道曲率半径过小及坡度过大等，对螺栓的技术要求也相应提高。香港地铁选用英国潘得罗尔扣件，锚固螺栓的性能等级相当于GB3098的10.9级，而广州地铁1号线最终也选用了同样等级的锚固螺栓，由此提出了单趾弹簧扣件锚固螺栓的研制。锚固螺栓的设计首先是设计荷载的确定。根据北京地铁动载试验统计结果，地铁列车以60km/h的速度在R=250m的曲线上行驶时，一组扣件承受的最大横向水平力约35kN。广州地铁一号线正线线路条件为：曲线最小半径R=300m，车辆轴重16t，轴距25m，转向架中心销距57m。在这种线路条件下，按轨道不出现危及行车安全的状态进行计算，一组扣件可能承受的最大横向水平荷载超过30kN，因此确定扣件按承受35kN的横向水平力设计。其次，扣件的设计考虑了使用的通用性，既能使用于短混凝土枕整体道床，也能用于减振道床。国外同类扣件用于连续支承的整体道床时，用2根锚固螺栓；用于减振道床时，用4根锚固螺栓，螺栓直径为M24，强度等级相当于GB3098的109级。再次，为使扣件相对于不分开式刚性扣件具有3~5dB的减振效果，设计考虑在单趾弹簧扣件铁垫板下橡胶垫板采用了刚性相对较小的静刚度40~60kN/mm。在此条件下列车在曲线上运行产生的横向水平力，约80%由锚固螺栓承受，通过橡胶垫板剪切变形传给混凝土基础的仅是小部分。根据上述设计要求，单趾弹簧扣件的结构设计如图2-12所示。锚固螺栓选用M27×220mm，强度等级为10.9级，螺母选用GB6170标准产品，强度等级为10级，扣紧螺母选用GB805-M27。
立面图
平面图
图2-12 单趾弹簧扣件立、平面图
当前我国城市轨道交通项目铺设的扣件一个城市一种类型，甚至一条线一种类型，技术标准不统一，特别是扣件设计图不公开发行，被认为是知识产权，因此，其他建设项目只能另行设计新的扣件，这就造成了人力、物力的浪费，同时又