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  • 1 # 三旺通訊

    圖1

    (一)軌道有無“砟”,是門學問

    砟(zhǎ),是岩石、煤等的碎片,在鐵路上,指作路基用的小塊石頭。通俗地講,有石子的是有砟軌道,沒有的就是無砟軌道。

    傳統鐵路,通常是兩條平行的鋼軌固定在枕木上,下面鋪上小碎石作為路砟。

    那麼問題又雙叒叕來了——為什麼普通鐵路用的是有砟軌道,而高速鐵路要採用無砟軌道呢?

    首先,有砟軌道屬於彈性結構,枕木與鋼軌透過扣件連線成軌排,架在碎石鋪設的道床之上,透過道床碎石的摩擦力可以保證軌道的穩定,也可以幫助鋼軌承重,防止鐵軌因壓力太大而陷到泥土裡。

    當然,這些小碎石還能減噪、吸熱、減震、增加透水性......

    有砟軌道鋪設簡單,比如你經常能看到這樣的軌道拍攝出來的文藝的照片~

    綜合來講,它造價低廉,也方便維修。不過,有砟軌道的不足也顯而易見。

    1、維修頻繁

    在有砟軌道上,列車的動荷載會造成道砟位移稜角磨損,致使鋼軌軌面空間位置發生變化,所以要定期維修。

    2、容易下陷

    道砟的磨損會造成道床密實度下降,石粉含量增大(嗯,就是“灰”大),致使道床板結和彈性下降。

    3、車速受限

    列車速度也會受到限制,所以,火車速度提高之後,車輪高速旋轉會產生列車風,嚴重的時候會捲起碎石,擊傷行人甚至損壞建築物和沿線的鐵路裝置。

    有砟軌道

    從技術層面講,有砟軌道在普速、過載與高鐵上均能採用,只不過在實際操作過程中,有砟軌道一般是用在時速250km/h以下的鐵路上的,因為一旦火車提速,對軌道的平順性要求就更加嚴格,而有砟軌道彈性大,很難滿足這些苛刻要求,於是就需要研製更加先進穩定的剛性軌道形式。

    (二)無砟軌道——整體混凝土結構是“精髓”

    要保障鐵路高速、平穩、安全地運營,無砟軌道成為了一種理性的選擇。

    德國、日本等國家的高速線路都以無砟軌道為主,日本新建鐵路的無砟軌道鋪軌里程已超過80%,德國新建高速鐵路的無砟軌道也佔據了線路總長的70%以上。所以,中國新建時速300公里以上的高鐵客運專列時,基本全部採用板式無砟軌道。

    無砟軌道說白了就是沒有了石子,它是用整體混凝土結構代替軌枕和碎石道床的結構,鋼軌直接鋪在鋼筋混凝土板上,透過高強度的彈條扣件與軌道板銜接,將它們“扣”在一起,這樣就可以減少維修次數,使用壽命長達60年。

    無砟軌道

    (三)無砟軌道其實並不“新鮮”

    無砟軌道其實很早就出現了,早在1840年的英國大西鐵路上就開始使用。在漫長的歷史沿革中,無砟軌道家族先後出現過連續鋼筋混凝土軌道、預應力鋼筋混凝土軌道、梯形軌道、連續縱向支撐軌道、內嵌式板式軌道等多種型別。

    德國在1959年便開始了無砟軌道的研究,首先在希爾賽德車站試鋪了3種軌道結構,1977年又在慕尼黑試驗線試鋪6種。日本在1968年開始研發RA型板式軌道並大規模推廣應用。英國從1969年開始研發無砟軌道,1973年開始推廣應用,主要品牌是整體澆築式PACT無砟軌道,法國研發的產品主要是彈性支撐塊式無砟軌道。

    日本RA型板式軌道

    中國早在1965年就在長大山嶺隧道內大量試用混凝土整體道床,主要有支承塊式、短木枕式等,20世紀80年代又被有砟軌道取而代之。到了90年代,針對高速鐵路,工程師們提出了板式等無砟軌道結構型式,並進行試鋪試驗。

    2004年,中國在遂渝線開展了成區段的無砟軌道綜合試驗,研究解決不同型別無砟軌道結構、扣件、道岔、施工工藝、等關鍵技術問題,取得了可喜的科研成果。從2006年開始引進消化吸收再創新德日等國外先進的無砟軌道技術,經過十多年的研發,逐漸形成了具有自主智慧財產權的CRTS無砟軌道系列品牌。

    (四)“中國品牌”的無砟軌道

    中國的無砟軌道可以按照“地段”進行區分,比如在高鐵正線使用的是CRTS系列板式無砟軌道;在道岔區呢,就用岔枕埋入式無砟軌道;進入了車站站線,就有雙塊式無砟軌道(國內早期客專正線也採用雙塊式無砟軌道,比如鄭西客專)。

    高鐵道岔區

    如果按結構來分,中國的無砟軌道一般可分為縱連式和單元式軌道板結構,比如CRTSⅡ型板式、路基隧道地段雙塊式無砟軌道為縱連式軌道板結構;而CRTSⅠ型和CRTS Ⅲ型板式無砟軌道、橋樑地段的雙塊式無砟軌道均為單元式軌道板結構。

    雙塊式無砟軌道

    單元式VS縱連式

    無砟軌道單元式結構受溫度影響較小,一般軌道板長度為5~ 7米,底座為15 ~20米,軌道結構裂縫控制相對較好。

    而對於縱連式結構,受溫度影響較大,設計時溫度荷載是它的主要荷載,它的結構整體性相對較好,需要解決單元軌道板間連線、連續結構端部縱向限位等關鍵設計,不過它後期出現“病害”可能性相對較大。

    CRTSⅠ——施工簡單,卻不適合“規模作業”

    CRTSⅠ型板式無砟軌道是引進的日本板式無砟軌道技術。如下圖所示,它是將已經預製好的軌道板,鋪到鋼筋混凝土底座上,中間透過水泥瀝青砂漿進行“連線”,然後加上凸形擋臺防止軌道板“亂動”,這樣就不需要再設定端刺和端梁等限位結構了

    CRTS I型板式無砟軌道圖

    所謂的端刺,指的是在底座板施工時,透過橋樑兩端埋設在路基中的倒 T 形構築物,用來阻止軌道變形,並且使底座板的溫度變形逐漸減小的結構。

    CRTSⅠ型板式無砟軌道結構型式單一,施工簡單,施工質量容易控制,軌道板與底座間處於可分離狀態,可修復性較強,軌道板的穩定性和耐久性較好。缺點就是成本高,施工工藝要求高,不適合規模化施工,後期養護維修工作量大。

    CRTS Ⅰ型板式無砟軌道已經在哈大客專、寧安城際、哈齊客專等8個專案上得到了應用。

    CRTS Ⅱ——“精度”準,造價高

    CRTS Ⅱ型板式無砟軌道則是引進的德國博格板無砟軌道技術。與CRTS Ⅰ的主要區別是,它的軌道板之間透過縱向精軋螺紋鋼筋連線成縱連結構。

    CRTS II型板式無砟軌道結構圖

    CRTS Ⅱ型板式無砟軌道縱向剛度均勻,整體性比較好,軌道幾何形位定位精確,平順度好,舒適度高,後期軌道精調工作量最小。缺點就是造價高,施工工藝複雜,後期增加維修工作量。

    CRTS Ⅱ型板式無砟軌道在京津城際、京滬高鐵、滬杭、寧杭、津秦客專等9個專案獲得應用。

    CRTS Ⅲ——中國高鐵軌道建設的“大方向”

    CRTS Ⅲ型板式無砟軌道是中國自主研發具有完全智慧財產權的新型無砟軌道結構,也是今後高速鐵路建設的主要無砟軌道結構形式。它的底座板在每塊軌道板範圍內設定兩個限位擋臺(凹槽結構)。

    CRTSⅢ型板式無砟軌道

    CRTSⅢ型板式無砟軌道具有較高的穩定性和耐久性,建成後維修工作量小。該無砟軌道結構已經在盤營、沈丹、鄭徐、成灌、京沈客專等7個專案上得以推廣應用。

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