客运专线道岔扣件及轨下基础.docx

客运专线道岔扣件及轨下基础文档视界客运专线道岔扣件及轨下基础客运专线道岔扣件及轨下基础目录第一部分客运专线道岔扣件(1)1.国内外道岔区扣件系统大概情况(1)2.客运专线道岔区扣件研发(11)3.组装与铺设(17)第二部分客运专线道岔轨下基础(22)1.有砟道岔混凝土岔枕(22)2.无砟道岔混凝土岔枕(26)3.岔区无砟轨道基础(30)客运专线道岔扣件及轨下基础第一部分客运专线道岔扣件1.国内外道岔区扣件系统大概情况1.1世界各国道岔区扣件系统大概情况世界各国在道岔区采用的扣件系统往往是区间采用的扣件系统的应用，因而根据惯例和使用经历采用不同的扣件系统。1法国情况法国道岔扣件种类较多，主要有Nabla、Vossloh、Pandrol扣件系统，分别如图1.1、1.2和1.3所示，各扣件系统均为带铁垫板的分开式弹性扣件。由于法国区间线路主要采用Nabla扣件，因而主要采用Nabla弹片式扣件，扣压力为1012kN，如图1.4所示。不同道岔部位因垫板构造不同而有所不同，如辙叉部分扣紧方式如图1.5所示。由于使用中发现道岔钢轨磨耗很小，所以道岔区轨距不可调。轨下垫层为4.5mm，板下垫层厚度为6mm，刚性滑床台板。图1.1法国道岔Nabla扣件系统图1.2法国道岔Vossloh扣件系统图1.3法国道岔Pandrol扣件系统图1.4Nabla扣件扣紧方式图1.5辙叉部位Nabla扣件对于滑床板处扣件系统，对基本轨的扣压件为形状，扣压力也为12kN，能够有效扣压基本轨，保证其不外翻和提供足够的扣件阻力抵抗温度力，如图1.6所示。考虑到转辙器部位钢轨承受较大的列车横向荷载，为加强扣件系统在此部位的抗横向荷载能力，在铁垫板的外侧增加了限位部件，这种处理措施的优点是增大了系统的抗横向荷载能力，缺点是螺栓较多，构造复杂。图1.6法国道岔转辙器部分扣件系统有砟轨道与无砟轨道道岔区扣件系统采用同一的扣件形式，其系统弹性问题在混凝土岔枕下解决，在无砟轨道道岔区的混凝土岔枕下设置橡胶套靴以实现与有砟轨道区段一样的系统弹性。图1.7为道岔不同部位的构造断面，能够看出各断面有砟轨道与无砟轨道均采用一样的扣件系统。这也就是法国处理有砟轨道与无砟轨道的设计理念。有砟轨道横断面无砟轨道横断面有砟道岔尖轨处的道床横断面无砟道岔尖轨处的道床横断面有砟道岔辙叉处道床横断面图无砟道岔辙叉处道床横断面图图1.7道岔不同部位的有砟轨道与无砟轨道构造断面2德国情况德国道岔的弹性扣压件主要采用Vossloh扣件，也属于弹性分开式扣件，扣压件采用SKL12型弹条，扣压力为1012kN。扣件与钢轨间不调距，以保证钢轨方向稳定。调距主要通过铁垫板钉孔内的偏心块实现，如图1.8所示。铁垫板下设置弹性很好的减振垫层，铁垫板与弹性垫层硫化成整体，也称为弹性基板。图1.8德国高速道岔扣件系统转辙器部位采用了可拆卸式的滑床台板，台板下垫片，几乎不提供任何弹性，其主要功能还是方便基本轨的安装和拆卸。另外台板两侧通过两个扣压条提供对基本轨的扣压力，也为12kN，如图1.9所示。道岔各部位扣件形式基本一样，只是铁垫板的长短不同罢了。图1.10和图1.11分别为转辙器和辙叉部位的扣件系统。另外尖轨跟端进行特殊处理，如图1.12所示。图1.9德国高速道岔滑床板处扣件系统图1.10德国高速道岔转辙器部位扣件系统图1.11德国高速道岔辙叉部位扣件系统图1.12德国高速道岔尖轨跟端部位扣件系统另外对于高速线路有砟轨道与无砟轨道道岔区扣件系统采用同一的扣件形式，如图1.13所示。图1.13德国有砟与无砟轨道高速道岔采用一样扣件系统3日本情况日本高速道岔主要采用复合枕木，轨枕弹性较好，因而道岔区扣压件多为刚性扣板，靠弹簧垫圈实现弹性扣压，双层铁垫板实现无级调距，不设橡胶垫板。铁垫板下设置塑料垫板，防止切割枕木。滑床台为刚性，不提供扣压基本轨的功能。4中国情况与世界各国一样，我国在道岔区采用的扣件系统也是区间采用的扣件系统的应用。自1996年提速道岔研制成功以来，相继研制了多种型号的提速道岔。道岔区扣件系统作为道岔钢轨件与混凝土岔枕联合中的关键环节，基本构造一直沿用当时开发的带铁垫板的弹性分开式扣件构造，这种构造具有构造紧凑、扣压力大、弹性好、保持轨距能力强、安装方便等多种优点，有效地提高了道岔整体构造的强度和稳定性。以道岔中普通扣件设计为例，原构造为带铁垫板的弹性分开式扣件，如图1.14图1.16所示。其主要构造为：钢轨与铁垫板间设5mm厚橡胶垫板，铁垫板下设10mm厚开有横向沟槽的橡胶垫板，双层减振；铁垫板上部构造有两种，一种是型扣件构造，一种是型扣件构造，型扣件构造铁垫板上设T型螺栓插入铁座，通过T型螺栓的螺母拧紧而紧固型弹条，型扣件铁垫板上设型弹条插入铁座，采用型弹条扣压钢轨。铁垫板上开有32mm的螺栓孔，30螺栓与预先埋设于混凝土岔枕中的绝缘套管配合紧固铁垫板。螺栓与铁垫板间采用标准型弹簧垫圈。螺栓与套管配合螺纹为标准梯形螺纹，螺距6mm。这种构造是我国铁路工作者总结国内外研究现状，结合我国铁路实际运营经历研制成功的。提速道岔研制时，最初采用这种构造是基于九江长江大桥WJ-1型扣件的设计铺设运营经历，尤其是采用30螺栓与预先埋设于混凝土岔枕中的绝缘套管配合紧固铁垫板，具有零部件少、稳定性好、保持轨距能力强等优点。但由于道岔区受力复杂，导曲线半径小，辙叉区及护轨地段横向冲击力较大，造成上述一些部件伤损及病害的出现。1-T型螺栓2-螺母3-平垫圈4-弹条5-轨下胶垫6-轨距块7-锚固螺栓8-弹簧垫圈9-铁垫板10-板下胶垫11-绝缘套管图1.14提速道岔扣件构造图1.15提速道岔II型弹条分开式扣件图1.16提速道岔III型弹条分开式扣件5小结综合分析德、法两国高速道岔及我国提速道岔扣件构造，能够归纳为：1)扣件构造均采用带铁垫板的弹性分开式构造。铁垫板上安装弹性扣压件扣压钢轨，扣压件的紧固方式分有螺栓紧固和无螺栓紧固两种方式。2)钢轨与铁垫板及铁垫板与混凝土基础间均设置弹性或缓冲垫层。3)铁垫板均采用螺栓和混凝土基础中的预埋件配合与基础实现联合。4)调距方式：法国高速道岔区扣件构造不具备调整钢轨左右位置调距能力；德国高速道岔区扣件构造在铁垫板上部不具备调距能力，钢轨左右位置调整通过移动铁垫板实现；我国既有提速道岔扣件构造在铁垫板上通过调换轨距块实现轨距调整。1.2道岔区系统刚度的设置1)德国情况德国道岔扣件系统的刚度规定，当速度V小于160km/h时，道岔区仅轨下胶垫提供弹性参见图2.1，不采用弹性基板硫化橡胶垫层；当速度160V220km/h时，刚度为30kN/mm；当V220km/h时，无论有砟轨道还是无砟轨道，刚度均为17.5kN/mm，均采用弹性基板提供弹性参见图2.2，而轨下垫板为6mm厚橡胶垫层，其刚度很大。弹性基板是将铁垫板与橡胶整体硫化一体。德国以为道砟基本不提供弹性，或相对于它的弹性垫板而言，组合刚度变化不大。图1.17普通线路道岔弹性垫层图1.18硫化橡胶垫层德国高速道岔大部分位于无砟轨道上，轨下基础刚度很大，区间无砟轨道扣件系统刚度为22.5kN/mm。在岔前及长岔枕后应设置弹性过渡段，以减少冲击力。过渡段内轨道刚度仍采用弹性基板来实现。图1.19、和图1.20分别为无砟道岔与区间无砟轨道和区间有砟轨道的过渡段实例。图1.19无砟道岔与区间无砟轨道的过渡图1.20无砟道岔与区间有砟轨道的过渡2)法国情况法国线路区间轨下弹性垫层厚9mm，静刚度为90120kN/mm，法国以为道砟所提供的刚度为60kN/mm。道岔区基本轨轨下为4.5mm橡胶垫层，辙叉区铁垫板下为6mm厚垫层，在转辙器部分及辙叉部分所采用弹性垫层的静刚度均为200250kN/mm，整体刚度为75105kN/mm，其刚度组合如图1.21所示。导曲线部分刚度与区间线路一样，岔区及与区间线路轨道刚度的过渡在5m内完成。图1.21法国道岔区刚度组合3)中国情况中国既有提速道岔一般是在有砟轨道上铺设，道岔区岔枕以上刚度较大，一般在轨下设置5mm厚的弹性垫层，刚度在170220kN/mm范围内，可有效地防止钢轨的动态倾翻。铁垫板下一般为10mm厚的弹性垫层，其组装状态静刚度有一定差异，刚度分布在90120kN/mm。道岔区扣件节点系统刚度在70150kN/mm范围，试验表明道岔各区段节点刚度不均匀。如考虑道床提供的弹性，其弹性大致分布在4575kN/mm范围。4)小结综合分析德、法两国高速道岔及我国提速道岔扣件系统刚度的设置，能够归纳为：1钢轨与铁垫板及铁垫板与混凝土基础间均设置弹性或缓冲垫层。2为防止钢轨过大动态倾翻，钢轨与铁垫板间均设置刚度很大的弹性或缓冲垫层。3系统弹性的实现措施：法国高速道岔区扣件系统刚度很大，主要通过混凝土轨枕下实现弹性；德国高速道岔区扣件系统刚度很低，主要在铁垫板下弹性垫层实现弹性；我国既有提速道岔扣件系统弹性主要依靠铁垫板下弹性垫层和道床实现弹性。1.3扣件系统与基础联合方式1)德国情况德国高速道岔扣件系统与基础的联合方式如图1.22所示，采用预先在混凝土岔枕中埋设内部没有螺纹的塑料套管，其底部预先埋设金属螺母，螺母底部用环氧树脂胶封住，螺栓直径为27mm。该种方式能够彻底解决套管伤损问题，但预埋工艺复杂，螺栓较长，成本高、预埋金属螺母锈蚀问题不好解决。其铁垫板与螺栓间设置复合橡胶缓冲套，以缓冲横向力对螺栓的冲击，延长螺栓的使用寿命，螺栓通过橡胶弹簧垫圈扣压铁垫板如图1.23所示，即便螺栓螺母扭矩很大也不造成对铁垫板产生很大压力，能够充分发挥铁垫板下弹性垫层的弹性。图1.22德国高速道岔扣件系统与基础联合方式图1.23德国高速道岔铁垫板紧固方式