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一建《鐵路工程》考點講解：高速鐵路軌道技術(shù)綜述

高速鐵路軌道技術(shù)綜述

高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)和普通鐵路軌道結(jié)構(gòu)一樣，由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等部分組成。這些力學(xué)性質(zhì)絕然不同的材料承受來自車輪作用力，它們的工作是緊密相關(guān)的。任何一個軌道零部件的性能、強度和結(jié)構(gòu)的變化都會影響所有其他零部件的工作條件，并對列車運行質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，因此軌道結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)，要用系統(tǒng)論的觀點和方法進行研究。鋼軌直接承受由機車車輛傳來的巨大動力，并傳向軌枕;軌枕承受鋼軌傳來的豎向垂直力、橫向和縱向水平力后再將其分布于道床，并保持鋼軌正常的幾何位置;輪軌間的各種作用力通過軌枕和扣件的隔振、減振和衰減后傳遞給道床，使道碴重新排列，并將作用力擴散傳遞于路基。由于列車速度的提高給軌道結(jié)構(gòu)的作用力與速度的n次方成正比，因此高速鐵路的軌道必然要比普通線路具有更高的安全性、可靠性和平順性，而軌道各部件的力學(xué)性能、使用性能和組成為結(jié)構(gòu)的卜性能都比普通軌道部件高得多。

1 高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)等級

1.1結(jié)構(gòu)等級

鐵路軌道結(jié)構(gòu)等級與運輸條件密切相關(guān)。在鐵路運輸發(fā)展的初期，速度、軸重、密度都處于較低水平，對軌道結(jié)構(gòu)的要求以可靠性為主，等級劃分則以年通過總質(zhì)量為主，兼顧列車速度的要求。近年來發(fā)展的客運專線和重載鐵路，對軌道結(jié)構(gòu)提出了不同側(cè)重的要求。客運專線以旅客運輸為主，除要求極高的安全性和可靠性以外，對旅客的舒適度提出了很高的要求。在軌道結(jié)構(gòu)方面，則除了傳統(tǒng)軌道不允許存在的長波不平順以外，還對短波不平順作出了嚴(yán)格的限制。為了達到這些要求，歐洲AGC計劃明確要求線橋設(shè)備采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括：

(l)采用60 kg/m鋼軌、長度2.6 m軌枕、彈性扣件、硬質(zhì)道碴的軌道結(jié)構(gòu);

(2)利用標(biāo)準(zhǔn)列車計算橋梁荷載;

(3)規(guī)定統(tǒng)一的列車速度和軸重;

(4)全部采用立體交叉;

(5)采用大號碼道岔，直向過岔速度與區(qū)間正線一致，側(cè)向過岔速度與連接的聯(lián)絡(luò)線一致。

1.2軌道結(jié)構(gòu)類型

1.2.1有碴軌道和無碴軌道的應(yīng)用范圍

高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)主要類型有有碴軌道和無碴軌道。有碴軌道是鐵路的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特性好等優(yōu)點。但隨著行車速度的提高，其缺點也逐漸顯現(xiàn)。首先，由于有碴軌道不均勻下沉產(chǎn)生的120Hz以下頻率范圍的激振嚴(yán)重，軌道破損和變形加劇，從而使維修工作量顯著增加，維修周期明顯縮短。根據(jù)德國高速鐵路的資料，當(dāng)行車速度為250～300km/h時，其線路維修費用約為行車速度為160 ～200 km/h時的2倍;速度為250～300km/h時，通過總重達3億噸后道碴就需全部更換，而在160～200km/h時，通過總重則可達10億噸。日本對高速鐵路橋上的有碴軌道與無碴軌道維修費用進行的統(tǒng)計分析表明，有碴軌道的線路維修費用比無碴軌道高111%，也就是說有碴軌道的維修費用相當(dāng)于無碴軌道的2倍多。基于這一情況，許多老師認(rèn)為，從經(jīng)濟角度和維修管理角度看，高速鐵路應(yīng)采用無碴軌道。特別是在橋隧結(jié)構(gòu)上，由于無碴軌道減少了二期恒載和建筑高度，采用無碴軌道更為有利。

除此以外，無碴軌道還具有使用壽命長、線路狀況良好、不易脹軌跑道、高速行車時不會有石碴飛濺等優(yōu)點，因此無碴軌道在國外高速鐵路上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，其鋪設(shè)范圍己從橋梁、隧道發(fā)展到上質(zhì)路基和道岔區(qū)，無破軌道結(jié)構(gòu)在高速鐵路上的大量鋪設(shè)已成為發(fā)展趨勢。

1.2.2世界上一些國家鋪設(shè)有碴軌道和無碴軌道的概況

日本除在開通的東海道新干線未采用無碴軌道外，其后修建的高速鐵路采用無碴軌道的比例逐年增加：開通的山陽(大阪一岡山)新干線占了4.9%;開通的山陽(大阪-福岡)新干線占68.6%;開通的東北(東京-盛岡)新干線占82%;開通的上越(大宮一新混)新干線占90%;開通的北陸(高崎一長野)新干線占87.5%。德國認(rèn)為，當(dāng)運營速度超過300km/h時，有碴軌道會出現(xiàn)道碴粉化現(xiàn)象，需要經(jīng)常維修，由于維修成本增加，其最終成本要比無碴軌道高。德國在20世紀(jì)代修建的高速鐵路，無碴軌道不足30%;而開通的柏林-漢諾威高速鐵路，無碴軌道比例

達到80%以上。

中國中國臺灣高速鐵路無碴軌道155 km，占正線長度的45%。

荷蘭高速鐵路土質(zhì)條件不好，軟土較多，但也積極采用無碴軌道。

法國是以有碴軌道為主的國家，目前也在鋪設(shè)無碴軌道。在京滬高速鐵路進行設(shè)計咨詢時，法國咨詢老師也建議京滬高速鐵路采用無碴軌道。法國高速鐵路延用了傳統(tǒng)的有碴軌道結(jié)構(gòu)，采用雙塊式混凝土軌枕和拉布拉彈片式扣件。在開通的388km長、速度270 km/h的巴黎-里昂的TGV東南客運專線上，盡管軸重較小，為160～170kN，但是平均通過總重萬噸(約每2年)就要進行一次線路修理，另外還需對鋼軌定期打磨，以消除因列車高速運行時道碴旋流造成的鋼軌踏面缺陷。值得注意的是，每一次修理都會造成道碴損壞(道床肩棱損壞、道碴破碎)，從開始就在37%的線路(硬基礎(chǔ)的路段)上增加巧cm厚的道碴，以便對受到嚴(yán)重?fù)p壞的道床上層補充道碴，為此還必須提升接觸網(wǎng)二線路通過總重達到2.5至3.0億噸后開始對道碴道床進行更新。與旅客列車速度為120～140km/h的客貨混運線路相比，上述高速線路的道破使用期約為道破正常使用期的25%。

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