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板式無碴軌道

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無碴軌道是用雙向預應力混凝土軌道板及CA砂漿(乳化瀝青水泥砂漿)替換傳統有碴軌道的軌枕和道碴的一種新型軌道形式,由板下混凝土底座、CA砂漿墊層、軌道板、長鋼軌及扣件等四部分組成。

無碴軌道是用雙向預應力混凝土軌道板及CA砂漿(乳化瀝青水泥砂漿)替換傳統有碴軌道的軌枕和道碴的一
板式無碴軌道無碴軌道
種新型軌道形式,由板下混凝土底座、CA砂漿墊層、軌道板、長鋼軌及扣件等四部分組成。

1 板式無碴軌道 -特點

結構整體性能
板式軌道具有無碴軌道所具有的線路穩定性、剛度均勻性好、線路平順性、耐久性高的突出優點,並可顯著減少線路的維修工作量。
  
從軌道結構每延米重量看,小於有碴軌道,而板式軌道結構高度低,道床寬度小,重量輕。框架式板式較軌道為非預應力結構,便於製造。可節省鋼筋和混凝土材料,降低橋樑的二期恆載,造價低廉,但沒有降低軌道板實際承受列車荷載的有效強度、不影響列車荷載的傳遞。

板式無碴軌道無碴軌道

  
在隧道內應用時可減小隧道的開挖斷面。
  
與德國博格板式軌道相比,日本板式軌道在基礎上設置了凸型擋台,因此,縱向與博格板的連接不同。凸型擋台與基礎混凝土板一起建造,依靠凸型擋台對軌道板進行定位,施工更為簡便。日本板式軌道用的軌道板,沒有在工廠內機械磨削的工序,製造相對簡單。

製造和施工
板式軌道結構中的軌道板(RC或PRC)為工廠預製,其質量容易控制,現場混凝土施工量少,施工進度較快;道床外表美觀;由於其採用「由下至上」的施工方法,施工過程中不需工具軌;在特殊減振及過渡段區域,通過在預製軌道板底粘貼彈性橡膠墊層,易於實現下部基礎對軌道的減振要求(如日本板式軌道結構中的防振G型)。但在橋上鋪設時,受橋樑不同跨度的影響,需要不同長度的軌道板配合使用,無形中增加了製造成本;曲線地段鋪設時,線路超高順坡、曲線矢度的實現對扣件系統的要求較高;板式軌道結構中CA砂漿調整層的施工質量直接影響軌道的耐久性;板式軌道的製造、運輸和施工的專業性較強,包括:軌道板的製造、運輸、吊裝、鋪設;CA砂漿的現場攪拌、試驗、運輸和灌注;軌道狀態整理過程中的充填式墊板樹脂灌注等。

線路維修
由於板式軌道水泥瀝青(CA)砂漿調整層的存在,受自然環境因素的影響較大,在結構凸形擋台周圍及軌道板底邊緣的CA砂漿存在破損現象,特別是在線路縱向力較大的伸縮調節器附近。因此日本鐵路除相應開發了修補用的樹脂砂漿外,在設計方面,用強度高、彈性和耐久性好的合成樹脂材料替代凸形擋台周圍的CA砂漿。對於軌道板底的CA砂漿調整層,以灌注袋的形式取代初期的設模式的直接灌注,以減少CA砂漿層的環境暴露面,從而顯著提高了板式軌道結構的耐久性,以實現無碴軌道結構少維修的設計初衷。

日本板式軌道的應用
各種型式的板式軌道在山陽、東北、上越、北陸和九州新幹線的橋樑、隧道和部分路基區段上廣泛應用。

2 板式無碴軌道 -缺點

無碴軌道具有高穩定性、少維修、壽命長的優點,並在國外鐵路獲得了廣泛應用,2005年德國出版的《軌道概論》對無碴軌道的缺點做了如下總結:

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1)Rheda投資要比有碴軌道多1.5倍以上。科隆一法蘭克福線預算46億歐元,實際費用大約為6o億歐元,增加大約30%,如此高的初期投資包括巨大的資本成本。有碴軌道成本為350歐元/m,無碴軌道最低為500歐元/m,最大為750—1100歐元/m。即使施工方法得到優化,建設長度增加,成本係數仍達到1.5—2.0。

無碴軌道相對有碴軌道的經濟效益僅能從有碴軌道需要增加的維修費用計算得到。現在有碴軌道的維修在很大程度上實現了機械化和自動化,比手工作業費用要低,並能夠持久地保持軌道幾何狀態;無碴軌道也需要維修,鋼軌打磨工作量相對有碴軌道要增加,隨著無碴軌道使用時間的增加,傷損將增多,經濟效益相對來說將降低,而且無碴軌道的修復工作比較複雜,並需要大量費用和時間,一旦損壞引起長期關閉線路帶來的投入將相當大,也是初期無法計算或預料的。

隧道內的無碴軌道相對有碴軌道具有良好的經濟效益。但橋上和路基上的無碴軌道往往經濟效益差一些,限制基礎的長期沉降需要額外的費用,比有碴軌道要增加2.0~2.5倍。

2)混凝土無碴軌道為剛性承載層,當達到承載強度極限時將產生斷裂,並引起軌道幾何尺寸的突然變化和難以預見的惡化。

3)總體上來說,無碴軌道建設和維修都沒有達到自動化程度。無碴軌道的質量需要高水平的養護措施提供保障。這意味著在施工工序和質量控制方面都要增加額外的費用和時間。建設期間的質量缺陷將為整個使用壽命期留下隱患,並需要花費高昂的代價進行彌補。

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4)無碴軌道作為剛性結構,在後期運營階段僅允許做少量的完善,比如改善軌道幾何狀態,不僅十分困難,而且需要花費高昂代價。

5)無碴軌道不能在粘土深路塹、鬆軟土路堤或地震區域鋪設。

6)無碴軌道雜訊水平比有碴軌道高5dB,必須採取有效的降噪措施。

7)目前,對脫軌或其他原因導致的嚴重損壞還沒有特別有效的措施,修復代價也十分昂貴。混凝土的養生和硬化需要很長的時間。也就是說,嚴重的事故將導致線路關閉時間比較長,對運輸影響比較大。

8)無碴軌道最嚴重的缺點是改進的可能性受到限制。

9)無碴軌道的另外一個缺點是,在路基上鋪設時,任何情況下都要鋪設防凍層(至少70cm厚)。要延長無碴軌道的壽命周期,水凝性材料層厚度幾乎不能減少。路基處理深度也比有碴軌道深。

10)大部分經濟研究沒有考慮無碴軌道到了壽命周期后高昂的再建費用。既有無碴軌道類型眾多也似乎是個缺點。

3 板式無碴軌道 -應用

中國的無碴軌道主要從在02年主要是國內技術,參照國外的成熟的設計經驗,以秦沈線為契機,設計了2種類型的無碴軌道,主要是日本的板式軌道,是我們院參與設計,還有鐵科設計的長枕式無碴軌道。當然在這之前,無碴軌道技術在秦嶺隧道等都已有應用。

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無碴軌道設計主要有幾下的幾個難點,一個軌道部件的設計,另一個道床設計。03年後就有了一個客運專線的想法,希望有一個跨越式發展,從原來的120km/h提高了200~250km/h。對於軌道部件的強度、穩定性及調整性都有了較高的要求。

對於無碴軌道技術,鐵道部最初的想法是全部引進國外的技術。主要是日本和德國的技術。德國的主要的雙塊式(redar200)和博格板,日本主要是板式軌道。引進國外技術同時,對於部分的技術也應引進,因此國外的單位負責培訓。鐵道部已經組織了多次軌道工程技術的培訓。

客運專線對於軌道部件的最大的特點是要求高平順,因此對於軌道部件要求,精細製造和設計。軌道主要有3個主要部件,軌枕、扣件和道岔技術。

客運專線還有一個特別之處就是軌道電路。由於信號制式要求,要求軌道採用必要的絕緣措施,因此要求部件和道床設計應具有高絕緣性。

路基上無碴軌道部件設計主要解決路基沉降的問題,因此往往在客運專線中,多用以橋代路的方式,反而節約投資。目前的博格板和雙塊式具有較好的整體性,在德國有多年的應用經驗,是一個成功的事例。
由於時間匆忙就簡單的說這些,對於無碴軌道設計及研究問題,大家可以互相探討。

無論是對於有軌電車、地鐵,還是地面通勤列車線路:無碴軌道系統都可以無縫地融入交通流和城市景觀。鋪設瀝青或其它鋪路材料的該系統也可與公共汽車、機動車線路并行。綠色軌道提供了一種富有吸引力的備選方案:通過創造更多的綠地來美化城市景觀。出色的乘行舒適度、最大的安全性、較低的維護保養級別使無碴軌道系統其更為卓越。無碴軌道系統在城市交通優化和基礎設施改造等應用方面發揮著重要作用。城市的未來已經開始!
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快速、靈活、便利、高性價比:有軌電車和城市-市郊通勤鐵路系統在當今非常具有吸引力。因此該類服務變得越來越受歡迎也不足為奇。城市快速軌道交通的優勢日顯突出,但是,這需要我們不斷地開發創新性的解決方案以及能提高成本效益、安全性且環保的新技術睿鐵公司積極致力於提高城市軌道交通的吸引力。通過使用RHEDACITY無碴軌道系統,可以大幅度提高您所在城市的流動性和靈活性。

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這種軌道系統的一個主要優點就是在無形中見完美。這些無碴軌道系統幾乎無需維修,但卻能提供出色的乘坐舒

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RHEDACITY可以根據需要鋪上瀝青、混凝土或路石。對於那些偏愛在綠色道路上旅行的人士而言,RHEDACITYGREEN是一種極具吸引力的備選方案。

4 板式無碴軌道 -優點

RHEDACITY的優點:

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簡單、透明的系統結構
完美的軌道定位
與街道建築相融
交叉軌枕的使用確保了軌矩和軌道的幾何精確度
軌道盤採用摩擦鎖定式固定裝置
由於熱量可以充分進入軌道跨距,因此可以消除軌道構架的澆注不足現象。

採用優化的軌道系統,設計具有出色的粘合質量,可進行整體式施工
使用預組裝部件確保軌道的彈性
軌道的彈性支撐或持續支撐
去除軌距連接桿
安全性極高、使用壽命長
符合電絕緣要求
具有「邊建設邊投入使用」的能力

RHEDACITYGREEN—極具吸引力的備選方案
RHEDACITYGREEN是種植草皮型的RHEDACITY,經過多年在城市快速交通中的應用已充分驗證了其有效性。對於RHEDACITYGREEN型軌道而言,經過改良的帶有鋼筋桁梁的雙塊式軌枕被澆鑄在一塊緊實的混凝土板中。用草皮或景天科植物覆蓋,以造成賞心悅目的視覺效果。這種軌道的功能性和安全性都很出色,軌道定位極佳、性價比高且無需維修。最初是在柏林和KARLSRUHE市的項目中使用,現在正計劃或目前準備投入使用。

在生態保護方面的益處
與其他型號軌道相比,這種軌道與植物的組合應用,可以產生出色的視覺效果。軌道表面的植物可降低噪音分貝,使維護費用最小化。軌道上的草皮本身就能消除噪音。在防振和結構噪音傳播方面有嚴格規定的城市中,使用「綠色軌道」不失為一種成本效益極佳的方式。

5 板式無碴軌道 -相關連接

鐵路

技術

應用

軌道

施工

軌枕

 

 

6 板式無碴軌道 -參考資料

1. http://www.lunwentianxia.com/lwkey_new_83437/
2. http://www.cnrmc.com/news/lista.asp?id=13599
3. http://book.danawa.com.cn/book/742351.html
4. http://info.tgnet.cn/Detail/200709051609724113/
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