无砟轨道技术再创新研究与实践

2006年,铁道部决定实施铁路客运专线无砟轨道技术再创新工程,建设武广高速铁路武汉综合试验段,对无砟轨道成套技术进行再创新。在设计理论、结构设计、制造工艺、轨道部件及工程材料、施工装备、铺设工艺、高速无砟道岔等方面进行系统研究和优化完善,丰富完善无砟轨道技术。本文较系统地阐述了无砟轨道技术再创新研究与实践,介绍了主要研究内容、重要创新成果、实车试验,提出了无砟轨道工程质量控制的意见和建议,论述了无砟轨道技术持续创新的想法。     

郑徐高铁CRTS Ⅲ型板式无砟轨道主要技术创新

研究目的:郑徐高速铁路是我国CRTSⅢ型先张板式无砟轨道扩大应用的首条试验线,CRTSⅢ型板式无砟轨道的设计理论、结构设计、工程材料、建造技术等方面都需要系统创新,轨道结构及接口优化、轨道板制造、岔区无砟轨道、路基防水层优化、自密实混凝土制备及施工、布板及精调等关键技术都需要进一步深入研究,本文旨在丰富、发展和完善CRTSⅢ型板式无砟轨道技术体系。研究结论:(1)形成了具有自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道设计、制造、施工等成套技术;(2)郑徐高速铁路开通运营以来,无砟轨道系统状态良好,结构稳定,列车运行平稳、舒适;(3)本研究成果对于提升我国在高速铁路国际市场的竞争力和顺利实施我国高速铁路"走出去"发展战略具有重要意义。     

市域铁路轨道结构形式及主要结构设计参数探讨

研究目的:本世纪以来,我国城镇化进程迅速加快,城市轨道交通和作为城市群或城市圈轨道交通的市域铁路迎来了建设新高潮。随着市域铁路的大规模建设,市域铁路的轨道结构型式选择及主要设计参数的确定,是目前市域铁路迫切需要研究的主要技术课题。研究结论:(1)通过对有砟轨道与无砟轨道结构形式、不同无砟轨道结构技术系统比较,推荐市域铁路宜铺设双块式无砟轨道。(2)结合我国前期高速铁路铺设双块式无砟轨道的研究、设计、施工及运营经验,为了有效控制路基及隧道地段连续道床板混凝土裂纹,优化道床板端部端梁结构设计与施工,推荐市域铁路采用路基、桥梁、隧道铺设全单元双块式无砟轨道结构。(3)双块式无砟轨道结构具有良好的可靠性、可维修性和经济性。(4)该研究结果可应用在我国城市铁路的轨道设计中。     

铁路软土地基路基沉降控制技术研究

研究目的:软土地基沉降控制是高速铁路路基工程中的关键技术。本文结合我国高速铁路的发展和建设,选取京沪高速铁路、温福铁路、沪杭客专等不同区域不同成因软土、不同地基处理方法的代表性试验工点,以高速铁路沉降控制为重点,在现场测试试验数据的基础上,对软土不同地基处理方法的地基受力变形特性及沉降控制效果等进行系统的总结和研究。研究结论:(1)对沉降控制严格的无砟轨道不建议使用排水固结法,但若有足够的放置时间并结合堆载预压也可满足工后沉降的要求;(2)水泥土桩处理深度有限,用于无砟轨道应谨慎,需要结合地区经验并留有足够的放置时间,且一般应结合堆载预压使用;(3)CFG桩、预应力混凝土管桩桩网结构、桩筏结构沉降控制效果较好,沉降稳定时间较短,可用于无砟轨道路基软土地基加固;(4)桩板结构沉降控制效果好,但工程费用高,可用于特殊地段;(5)本研究结论可为高速铁路软土路基地基处理措施选择及沉降控制提供指导作用。     

高速铁路路基面宽度优化研究

研究目的:确定能够满足高速铁路运营及养护维修功能的路基面基本宽度,对于减少高速铁路土地占用、节省工程成本具有重要意义。本文通过与国外高速铁路相关标准的比较,旨在提出改变电缆槽设置位置的优化技术方案。研究结论:(1)减小路基面宽度需重视路堤边坡土体压实质量控制,避免质量安全风险;(2)高速铁路单线基本路基面宽度,采用有砟轨道时可由8.8 m优化至7.4 m,采用无砟轨道时可由8.6 m优化至6.1 m;(3)高速铁路双线基本路基面宽度,采用有砟轨道时可由"8.8 m+线间距"优化至"7.6 m+线间距",采用无砟轨道时可由"8.6 m+线间距"优化至"7.2 m+线间距";(4)从技术可行性角度,路基面宽度仍有压缩空间,特别困难条件下,可依据建筑限界确定路基面宽度;(5)本研究成果可用于指导我国高速铁路设计标准的优化。     

基于高速铁路路基冻胀的无砟轨道受力特征

研究目的:季冻区高速铁路路基冻胀变形较为普遍,局部冻胀变形会给无砟轨道受力带来较大影响,甚至有可能带来结构层开裂。为此,本文建立高速铁路无砟轨道-路基冻胀耦合计算模型,以路基冻胀变形曲线作为冻胀变形的输入条件,分析路基冻胀变形波长和幅值对不同类型无砟轨道结构受力的影响,同时对CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板凹槽限位优化为凸台限位方案以及下部设置沥青混凝土封闭层的影响进行分析。研究结论:(1)路基冻胀变形幅值越大,冻胀波长越小,无砟轨道结构层应力均越大;(2)双块式无砟轨道在路基冻胀下道床板和支承层应力较大,易产生开裂,不宜应用于季冻区;(3)底座板限位凹槽是CRTSⅢ型板式无砟轨道在基础冻胀变形下的受力薄弱环节,将其优化为凸台后,能够较大程度降低结构在基础变形下受力;(4)在CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板下设置沥青混凝土层时,轨道板及底座板应力均有降低趋势,沥青混凝土层弹模越低,应力降低幅度越大;(5)本研究结论可为基础冻胀变形控制标准的制定和季冻区高速铁路无砟轨道的选型提供参考。     

武广高速铁路Ⅲ标段1单元双块式无砟轨道施工技术

在高速铁路及客运专线建设中,无砟轨道施工作为最核心的技术,其精度和耐久性直接决定着列车运行的安全性、平顺性和舒适度,也决定了无砟轨道自身的使用寿命。无砟轨道按大类一般可分为板式轨道和双块式轨道,CRTSI型无砟轨道是双块式轨道的典型代表之一。武广高速铁路是我国第一条铺设无砟轨道的高速铁路,本文基于武广高速铁路Ⅲ标段1单元的工程实践,介绍了无砟轨道的主要特点,对其设计、施工、验收标准以及配套工装等诸多方面的技术进行了总结。     

无砟轨道铁路陡坡路基加固结构创新方法分析

无砟轨道铁路对线路的平顺性、稳定性和耐久性提出了严格要求,当其以路基形式修建在陡坡段时,需要选择合理的加固结构形式来解决路基填筑体的不均匀沉降、地基土的不均匀沉降及加固结构水平变形过大等难题。应用创新思维和创新方法来进行问题分析,可以有效克服思维定势,从而可以确保加固结构方案的选择更加具有系统性和科学性。应用创新方法进行问题分析,得出以下结论:(1)无砟轨道铁路陡坡路基存在问题的实质是出现过大的横向差异沉降;(2)陡坡路基出现过大横向差异沉降的冲突区域为陡坡填筑体;(3)板椅式桩板结构是目前技术条件下解决无砟轨道铁路陡坡路基不均匀沉降较好的加固结构形式。     

各类无砟轨道的特点及经济性分析

随着国民经济的发展,高速铁路建设迎来了无砟轨道时代。此文在介绍无砟轨道类型的基础上,阐述几种类型无砟轨道的技术特点。并结合路基、桥梁、隧道地段对几种无砟轨道进行技术经济性分析与比较。根据各种类型无砟轨道的工程数量,计算出路基、桥梁、队道地段工程造价指标,及各类费用所占的比例。同时提出无砟轨道选型应注意的问题。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道施工质量评价体系研究

研究目的:高速铁路无砟轨道施工质量管理评价是对高速铁路建设项目的质量管理水平进行综合评价,科学合理的评价有利于促进高速铁路无砟轨道的发展,有利于高速铁路无砟轨道施工质量管理的完善和成熟。本文结合高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道的特点,以现场各单位的检测数据为基础,通过将系统工程学中的层次分析法与模糊综合评价法相结合,拟为无砟轨道施工的质量建立一种科学、有效的评价方法。研究结论:(1)建立了高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道施工质量评价体系,该评价体系综合考虑了各种影响无砟轨道施工质量的因素,并采用模糊模型从系统的角度对无砟轨道的施工质量进行评价;(2)与某铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道路段施工质量现场检测结果进行了对比,结果表明该评价体系能够对无砟轨道的施工质量做出准确、合理的评价;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道施工的质量提供评判依据,可促进我国高速铁路无砟轨道施工质量管理的科学实施。     

中国高速铁路线路工程技术创新与发展

近年来,中国高速铁路线路工程技术取得了不菲的成就。其发展历程大致可分为以秦沈客运专线为代表的技术积累阶段、以国产化为主的积极推进阶段、以全面自主化创新为标志的自主提升阶段和智能化阶段。本文概述了铁路列车荷载图式、CRTSⅢ板式无砟轨道及轨道部件研发、路基结构变形控制、大跨度桥梁和长大复杂地质隧道建设等主要技术成就,结合当前国内、国际形势提出了高速铁路线路工程智能化、绿色化、装配化和精细化的发展方向,并针对线形、轨道、路基、桥梁、隧道和车站枢纽等提出了下步的工作重点,可为国家科技部门和铁路部门的技术政策制定与科研课题立项提供参考和支撑。     

遂渝线路基上双块式无碴轨道综合施工技术

研究目的：随着我国铁路客运专线和高速铁路的发展，摸索适合我国国情的无碴轨道铺设施工技术，总结无碴轨道施工和维修的技术标准，已成为我国铁路发展的当务之急。 研究方法：遂渝线无碴轨道综合试验段是国内首次尝试在路基上成区段铺设双块式无碴轨道。施工中根据设计要求，从实践出发，不断探索和完善施工工艺，研制改进工装设备，从而攻克诸多技术难题，圆满完成了施工科研任务。 研究结果：动车试验各项技术指标均达到或超过了设计要求。试验段的成功建设对我国无碴轨道设计和施工具有重要指导意义。本文对双块式无碴轨道施工技术进行了重点总结，包括控制测量、道床混凝土施工及裂纹防治、低弹模混凝土摊铺、轨排组装与精调等，并对设计和施工提出了改进建议。     

土质路基板式无砟轨道基床动力特性研究

无砟轨道技术在高速铁路发展中得到越来越多的应用,在使用温克勒(Winkler)模型对土质路基无砟轨道进行分析时,路基中动应力的分布规律和基床反力系数的取值是决定线路结构设计成败的关键因素。以遂渝线无砟轨道铁路为背景,通过室内大比例动力模型试验,研究了循环荷载下路基基床动态参数的分布特征。考虑到工程实用性,对板式无砟轨道基础板底面的动应力进行必要的简化,联合Odemark理论和弹性理论来计算路基动应力,所得计算值和实测值很接近。在动应力分布已知的前提下,将路基各土层假设为一维压缩模型,并确定合理的有限压缩层厚度,探讨将多土层体系转换为等效Winkler地基模型的方法,得到不同工况下路基的基床反力系数,经与实测值相比较,证实了此计算方法是有效的。     

路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术对策

针对路基区段双块式无砟轨道基础上拱问题,通过典型基础上拱工点调研、有限元计算分析、工程实践应用,对高速铁路路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术进行研究。研究结果表明:路基区段双块式无砟轨道基础上拱病害可以通过切割承轨台、切割支承层及暗挖基床技术进行整治;切割承轨台整治措施工程量小,但调整量也较小,适用于局部上拱且需应急整治的工况;支承层减薄会使得列车荷载下的结构应力集中明显,垂向压应力增加,且调整量有限,适用于变形稳定的上拱区段整治;暗挖基床整治措施工艺较为成熟,可多次作业,能根本上消除填料膨胀上拱,特别适用于基床及路基填土部分膨胀引起上拱的工点。形成的技术措施及经验可为不同线下基础高速铁路无砟轨道基础上拱整治提供借鉴。     

CRTSⅢ型无砟轨道逐轨枕复测及大数据运用研究

随着我国高速铁路快速发展,对高速铁路无砟轨道平顺性要求也越来越高。本文以新建郑州至周口至阜阳高速铁路设计采用的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构为研究对象,重点解决无砟轨道施工精度控制技术难题,降低长钢轨精调中使用的非标准扣件材料用量。针对此难题项目部在无砟轨道施工中采用逐轨枕复测方法,对复测数据进行收集整理并分析运用,以提高无砟轨道施工精度,降低长轨精调费用,可为类似无砟轨道施工提供参考。     

石郑客运专线路基设计有关问题的研究

研究目的:采用无碴轨道结构形式已成为高速铁路建设发展方向,通过对石郑客运专线路基有关问题进行分析研究,提出相应解决措施和建议。研究方法:借鉴国内外有关规定和经验,对石郑客运专线路基填料、地基处理、过渡段设置、路桥比较等重点方面进行研究和比选。研究结果:高速客运专线路基填料尽量选取天然合格填料或做好改良试验,选取适宜处理措施进行沉降控制和过渡段设置,合理确定路桥分界高度和路改桥段落。研究结论:高速客运专线无碴轨道铁路路基设计中,尤其在平原地区,应对路基填料、沉降控制、过渡段、路桥比较等方面给予重点考虑,并通过必要的试验、经济技术综合比较等方法确定最佳处理方案。     

遂渝铁路无碴轨道桩板结构路基大比例动态模型试验研究

土质路基上的无碴轨道在国外高速铁路上已得到广泛应用,而在我国却处于刚起步阶段。桩板结构路基是土质路基上无碴轨道的一种新型结构形式,其设计及计算还不成熟。在遂渝铁路土质路基上无碴轨道综合试验段桩板结构设计方案的基础上,对此类结构进行大比例动态模型试验研究,希望为此类结构的设计及工程应用提供参考。     

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。     

客运专线路基地段铺设无碴轨道有关问题的探讨

与传统有碴轨道相比,客运专线路基地段铺设无碴轨道后,对路基工程的沉降变形控制、基床结构、过渡段设置及铺设前的综合评估有明显的差别。本文在调研分析国内外资料的基础上,针对路基地段铺设无碴轨道的关键技术问题,包括沉降变形控制中工后(残余)沉降的概念、标准、组成及控制方法,路基基床承受的动应力水平及传递规律,不同工程类型衔接处过渡段的设置形式、长度及设置方法;无碴轨道铺设前的沉降观测分析方法及评判标准进行了系统的分析和探讨,并参照客运专线工程设计国际咨询成果资料,结合我国多条客运专线前期工作的不断深入,提出了指导客运专线路基地段无碴轨道设计与施工的建议。     

高速铁路轨道结构理论研究进展

轨道结构安全服役的关键理论研究是确保我国大规模高速铁路路网高效运营的重大基础性工作,本文针对我国高速铁路轨道结构安全服役问题进行了综合论述,提出以高速道岔、无砟轨道、无缝线路三大关键轨道结构为研究对象,围绕环境因素与列车动荷载耦合、重复作用下工程结构与材料动态性能演化、高速铁路轨道结构损伤及累积变形、高速车辆系统与固定轨道结构的动态相互作用演变机制等关键问题,开展其动态性能演变及服役安全理论和工程技术方面的研究,以期为我国高速铁路轨道结构服役安全与高效维护提供基础理论和关键技术支撑。