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一建《鐵路工程》考點講解：高速鐵路軌道技術綜述

高速鐵路軌道技術綜述

高速鐵路軌道結構和普通鐵路軌道結構一樣，由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等部分組成。這些力學性質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的。任何一個軌道零部件的性能、強度和結構的變化都會影響所有其他零部件的工作條件，并對列車運行質量產生直接的影響，因此軌道結構是一個系統，要用系統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構的作用力與速度的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性能、使用性能和組成為結構的卜性能都比普通軌道部件高得多。

1 高速鐵路軌道結構等級

1.1結構等級

鐵路軌道結構等級與運輸條件密切相關。在鐵路運輸發展的初期，速度、軸重、密度都處于較低水平，對軌道結構的要求以可靠性為主，等級劃分則以年通過總質量為主，兼顧列車速度的要求。近年來發展的客運專線和重載鐵路，對軌道結構提出了不同側重的要求。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。在軌道結構方面，則除了傳統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格的限制。為了達到這些要求，歐洲AGC計劃明確要求線橋設備采用統一標準。這些標準包括：

(l)采用60 kg/m鋼軌、長度2.6 m軌枕、彈性扣件、硬質道碴的軌道結構;

(2)利用標準列車計算橋梁荷載;

(3)規定統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，直向過岔速度與區間正線一致，側向過岔速度與連接的聯絡線一致。

1.2軌道結構類型

1.2.1有碴軌道和無碴軌道的應用范圍

高速鐵路軌道結構主要類型有有碴軌道和無碴軌道。有碴軌道是鐵路的傳統結構。它具有彈性良好、價格低廉、更換與維修方便、吸噪特性好等優點。但隨著行車速度的提高，其缺點也逐漸顯現。首先，由于有碴軌道不均勻下沉產生的120Hz以下頻率范圍的激振嚴重，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。根據德國高速鐵路的資料，當行車速度為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于無碴軌道的2倍多。基于這一情況，許多老師認為，從經濟角度和維修管理角度看，高速鐵路應采用無碴軌道。特別是在橋隧結構上，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用，其鋪設范圍己從橋梁、隧道發展到上質路基和道岔區，無破軌道結構在高速鐵路上的大量鋪設已成為發展趨勢。

1.2.2世界上一些國家鋪設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%。德國認為，當運營速度超過300km/h時，有碴軌道會出現道碴粉化現象，需要經常維修，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，目前也在鋪設無碴軌道。在京滬高速鐵路進行設計咨詢時，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的有碴軌道結構，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(硬基礎的路段)上增加巧cm厚的道碴，以便對受到嚴重損壞的道床上層補充道碴，為此還必須提升接觸網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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