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高速铁路轨道结构类型及比较

发表时间：2015-01-15 22:35 作者：admin 来源：未知浏览：

由目前世界上高速铁路的运营情况可知，高速铁路轨道结构主要有两种类型：有砟轨道与无砟轨道。从实践经验看，两种轨道都可运行时速300km的高速列车。虽然法国也在对无砟轨道进行试验研究，但至今在高速铁路运营线上仍全部采用有砟轨道。相比之下，德国高速列车最高行车速度虽然只有280km/h，但由于其列车轴重较大，加上其在高速线上还运营货车，因此其有砟轨道破损严重，要求在高速铁路换铺无砟轨道的呼声甚高。有砟与无砟轨道各有优缺点，在高速铁路究竟应铺何种类型轨道结构，应从技术与经济角度全面衡量决定。
　　有砟轨道
　　有砟轨道作为铁路传统的轨道结构，具有弹性良好、造价低廉、更换与维修养护方便、吸噪特性好等优点。然而随着行车速度和列车轴重的不断提高，其缺点也更加显露。首先，由于有砟轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振越来越严重，轨道破损加剧，从而使维修工作量和维修费用显著增加，维修周期明显缩短。其次，在高速行车时由于空气动力的作用，石砟会飞溅起来造成损伤，因此，日本高速铁路在有砟轨道上加装了道砟防护网。
　　实践表明，有砟轨道在列车荷载的反复作用下，道床残余变形积累很快，道砟的磨损和粉化现象严重，并且道床变形沿轨道纵向呈现非均匀性特点，从而导致轨道高低不平顺，影响旅客乘坐的舒适性，增大轨道养护维修工作量，降低轨道使用寿命。目前，有砟轨道在高速铁路上的应用还受到如轨道临界速度的提高、桥上道砟的液化、高速行车时的道砟飞溅、特级道砟资源的缺乏等几方面因素的制约。针对有砟轨道所暴露出的问题，国内外铁路对有砟轨道进行了很多改进，包括增大轨枕支承面积，采用重型轨枕、宽轨枕、框架型轨枕、纵向轨枕等新型结构，增大扣件弹性，枕底或砟下增设弹性层等措施，但仍不能从根本上解决问题。
　　无砟轨道
　　无砟轨道结构是采用耐久性好、塑性变形小的混凝土或沥青材料代替道砟材料的一种轨道结构形式。由于取消了碎石道砟道床，轨道保持几何状态的能力提高、刚度均匀性好、轨道稳定性相应增强、维修工作量减少，成为高速铁路轨道结构的发展方向。中国铁路具有路网的统一性、运输的高密度性、天窗的短时性以及优质道砟的缺乏等特点，客运专线宜采用无砟轨道，这不仅是养护维修的需求，也是运营的需要。无砟轨道在运营过程中一旦产生病害，将难以维修，因此，在地质灾害和地质活动活跃断裂地带以及不易铺设无砟轨道地段，宜采用有砟轨道结构。
　　与有砟轨道相比，无砟轨道主要技术特点为：良好的结构连续性和平顺性；良好的结构恒定性和稳定性；良好的结构耐久性和少维修性能；避免高速行车时有砟轨道结构出现的道砟飞溅现象；减少工务养护与维修设施；有利于适应地形选线，减少投资；减少客运专线对特级道砟的需求；弹性低于有砟轨道；建设期工程总投资高，远期投资较为合理等。
　　为了提高轨道在高速运行条件下的稳定性和平顺性，减少轨道维修量，世界各国的高速铁路上都尽量采用无砟轨道。无砟轨道从诞生、发展，到目前为止，其结构型式种类繁多，技术上也各有特点。按照无砟轨道结构进行分类，可分为整体结构式和直接支承式。整体结构式是指支承钢轨的混凝土块与混凝土基础浇筑或预制成为一体，按建造工艺又可再分为现浇混凝土式和预制板式。直接支承式是指在基础上直接铺设无砟轨道的一种结构。国外无砟轨道技术比较成熟的国家主要是德国和日本，德国无砟轨道主型结构是轨枕埋入式（Rheda型和Züblin型双块式轨道）和博格（B?gl）板式轨道，而日本无砟轨道结构型式主要是各种类型的板式轨道[5]，目前定型的板式轨道有普通A型、框架型及在特殊减振区段使用的减振G型。
　　我国对无砟轨道研究较早，与国外的研究几乎同步，初期试铺过支承块式、短木枕式、整体灌注式等整体道床及框架沥青道床等多种型式。进入九十年代中期，我国铁路先后实施了六次大面积提速，无砟轨道也随着京沪高速铁路可行性研究的推进而受到更多关注。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梁、隧道中的长枕埋入式、弹性支承块式和板式无砟轨道三种无砟轨道结构型式，先后进行铺设并取得了成功的经验。2006年，铁道部专家对世界各国无砟轨道型式进行分析研究，选用了单元板式轨道结构（CRTSⅠ型）和纵连板式轨道结构（CRTSⅡ型）作为我国现阶段发展无砟轨道的主要型式。为了研发具有自主知识产权的无砟轨道成套技术，积累成段铺设无砟轨道的经验，2004年铁道部决定在遂渝线建设无砟轨道试验段，对单元板式轨道、双块式轨道、纵连板式轨道以及岔区长枕埋入式无砟轨道进行试验研究。我国首条工程实践、运营实践的高速铁路—京津城际客运专线已于2008年8月正式开通运营。随着秦沈客运专线、遂渝线无砟轨道综合试验段、京津城际铁路、京沪高铁、武广高铁、郑西客运专线等高速铁路的建设，板式和双块式两种轨道结构型式得到广泛使用、改进和创新。预制板式轨道和现浇双块式轨道相比，虽然前者造价较高，但其具有施工速度快、可修复性好、地质气候条件适应性强[24]等优势，从而成为我国无砟轨道主要结构型式。