1、高速铁路培训班讲义秦沈客运专线无碴轨道与大号码道岔施工技术第一节 世界上的无碴轨道无碴轨道由于结构高度低、维修保养工作量少、高速行驶时不存在道碴飞溅的现象，稳定性好、适用性强、耐久性强和少维修、使用寿命延长、轨道横向阻力大等特点，从而允许线路进一步提速及使用摆式列车技术等优点，在日本、德国、英国等都得到了较广泛应用，特别是在隧道内及高架桥上取得了良好的效果。一、无碴轨道的结构类型目前著名的无碴轨道结构有：以德国为代表的轨枕式轨道结构和以日本为代表的板式轨道结构两大类。代表性的国家与类型有：1、轨枕式轨道结构：轨枕式轨道由钢轨、扣件、轨枕、支承层(水泥支承层或沥青支承层)、混凝土基床构成。1)、
2、以德国为代表的轨枕式轨道结构：无碴轨道在德国发展迅猛，最著名的设计形式就是Rhede和Zublin结构，这两种结构均采用混凝土轨枕。2)、在法国，Stedef系统经常用于隧道中，轨枕下面的胶靴提供足够的弹性，也保证良好的静噪和隔音效果。还有Sonneville也采用枕块式设计形式，也穿胶靴，应用于英法海底隧道。3)、Corkelast弹性材料提供弹性支撑，工程应用包括荷兰的100公里传统铁路和轻轨线路及马德里地铁工程。4)、OBB(澳大利亚)拥有25公里无碴轨道，主要是隧道和高架桥，OBB-Porr系统由橡胶埋置单条轨枕构成，还有一个用混凝土板做的引申形式，称Porr系统，系统采用预应力轨枕，
3、弹性支撑在平板混凝土基础上。2、板式轨道结构：板式轨道由钢轨、扣件、轨道板、CA垫层、混凝土基床和凸形混凝土挡台构成。1)、以日本为代表的新干线板式轨道结构：日本的无碴轨道全部采用板式轨道(Slab轨道)，由混凝土基础、凸形挡台构成，凸形挡台防止板轨横向和纵向移动，预应力钢筋混凝土板轨尺寸为4.93m2.34m0.19m，轨枕下面填注水泥-沥青混凝土砂浆作为填充层，轨板重量约5吨。2)、德国铁路板式无碴轨道：1967年，在汉堡-福尔海间试铺了两种板式无碴轨道，第一种类型系预应力钢筋混凝土板，铺在厚度为0.15m、抗压强度为2MPa的聚苯乙烯泡沫混凝土保温层，轨道板之间是从一块板的端头伸出钢筋插
4、入邻近一块板的端头使之连接。第二种类型的轨道板系双向预应力钢筋混凝土板，被置于厚度为0.30m、用粘结材料处理过的砂砾层上，采用铝热焊的办法使板相互连接，目的是能承受弯矩和横向力的作用。第二节秦沈客运专线无碴轨道我国在发展高速铁路及快速客运专线过程中，也积极摸索和研究采用无碴轨道技术，在秦沈客运专线桥上铺设的无碴轨道选用长枕埋入式和板式，并自主开发了CAM和无级调整垫板等关键技术，成功地在3座特大桥上总长约为2km为无碴轨道，其中沙河采用长枕埋入式无碴轨道结构，在狗河、双河特大桥上采用板式无碴轨道结构。试验表明：轨道各项动力参数均在安全控制范围内，轨道结构强度及轨道横向稳定性具有相当的安全储备
5、。轨道的平顺性较好，即随着试验列车速度的提高，无碴轨道区段各项动力参数的变化不大，动力附加荷载较小。特别是板式轨道由于工业化水平高、性能稳定、施工方便、养护维修机具简单；其中CAM具有价格便宜、便于道床板与底座之内的填充、耐久性能好的特点。是一种很有发展前途、值得推广的轨道结构。第三节 板式无碴轨道秦沈客运专线狗河、双河特大桥上采用了新型无碴轨道结构板式无碴轨道。该板式无碴轨道道床主要由底座、CA砂浆、轨道板三部分组成，其中CA砂浆的施工是板式无碴轨道的核心技术。以狗河特大桥板式无碴轨道作为重点，介绍如下：板式轨道的特点是在混凝土基床与轨道板之间铺一层4050mm厚的CAM垫层，作为支承预制的
6、钢筋混凝土轨道板的支承层，给轨道提供足够的强度和一定的弹性。可以讲，板式轨道的关键是CAM，乳化沥青乳剂是核心的CAM。乳化沥青乳剂的质量是CAM的质量的根源和板式轨道应用成败的关键。由于无碴轨道的结构刚度远大于有碴轨道。轨道板下CAM垫层是提高板式轨道弹性，减缓振动的重要环节。研究表明，随着轨道板下CAM垫层弹性模量KCA的增大(亦即刚度变大)，轮轨作用力P稍有增大，轨道板位移ZS逐渐降低，轨道板加速度as和板下CAM垫层压应力CA明显增大，其合理范围是10001500MN/m3。轨道板下CAM垫层阻尼c对轮轨动力作用的影响，随着c的增大，轮轨力P、钢轨振动加速度ar都变化不大，但轨道板加速
7、度as、板下CAM垫层压应力CA以及轨道板振动位移均明显下降，特别是当c105Ns/m2时下降得尤为显著。需要采用高阻尼量值的板下CAM垫层是有利于降低轨道板振动的。施工前需要进行型式试验，事先确定CA砂浆的基本配合比。由于CA砂浆的流动时性(流动时间)、可用时分(流动直至停止的时间)或CA砂浆的膨胀程度，易受环境温度的影响，在确定现场施工配合比的时候，有必要考虑搅拌时的温度、注入后温度的变化等因素。现场施工时，需要根据标准配合比进行搅拌试验，再确定现场施工配合比。进行搅拌试验，测定其流动时间、可用时分、膨胀率和析水率，事先确认其产品质量。一、日本的轨道板制造与运输方式(一)轨道板的制造要求因
8、为轨道板的制造精度要求非常高，所以对模具的加工也要求非常严格，尤其是模具的刚度，每套模具所需要的钢材约8吨。日本轨道板制造工艺介绍如下：日本轨道板因生产量大，所以一般采用工厂制造，日方轨道板生产厂一般占地80亩，日生产量为60块，主要工艺包括以下三步。1、立模、钢筋绑扎。(见图1)2、混凝土浇注。(见图2)3、轨道板储存。(见图3)(二)轨道板运输轨道板运输可采用铁路平板运输，也可采用汽车运输。铁路平板运输轨道板应平放，支垫位置要正确，上下对齐；若采用汽车运输，则应使用特制支撑架，一般每车运输两块。二、CA砂浆的研制1、CA砂浆的开发过程及成果我国尽管在7080年代针对铁路沥青道床对CA砂浆开
9、展了长期、系统的试验研究工作，并在车站、隧道、专用线上进行了试铺，但针对高速、快速铁路板式轨道使用条件下的CA砂浆的研究最近几年才刚刚起步。因此，为了以科学的CA砂浆配方来保证板式无碴轨道施工质量，投入大量的财力、物力，成立了CA砂浆试验研究课题组，对CA砂浆组成材料和性能进行试验研究。为进一步对CA砂浆进行研究，使其达到国际先进水平，又和日方进行技术交流合作，并耗资近100万元从日本采购了500m原材料用于狗河特大桥下行线上，以便进行对比。通过比较，国产CA砂浆的技术方面和日方还存在一定的差距，差距主要在A乳剂的原材料配方上，因此，为进一步推广板式无碴轨道结构，还需要在A乳剂和配套的施工机具
10、与设备上下功夫，缩小与日方的差距，建立一套完整的施工体系。2、CA砂浆试验设备试验设备见表1。表1 CA砂浆试验仪器设备一览表编号名 称规格型号精度或分度值生 产 厂 家单位数量1CA砂浆搅拌机15L北京京申精密试验仪器厂台125千牛顿数显液压式万能试验机SWE-50.001KN山东威海试验机厂台13压力试验机NYL-3000.2KN无锡市建筑仪器厂台14电热鼓风干燥箱SY101-25天津市三水科学仪器有限公司台15多功能电子天平JD2000-20.01g沈阳龙腾电子称量仪器有限公司台16台称TGT-10050g济南金钟衡器厂台17案称AGT-105g济南金钟衡器厂台18电子万用炉1KW2北京
11、光明医疗器械厂台19沥青针入度仪LZR-20.01mm北京京申精密试验仪器厂台110沥青延伸度仪1.5m0.1mm江苏无锡市华南试验仪器有限公司台111沥青软化点仪0.1江苏无锡市华南试验仪器有限公司台112恩氏粘度仪WBE-14上海昌吉地质仪器有限公司台113游标卡尺0-150mm0.02mm沈阳量具厂把114秒表0.1秒上海秒表厂只115温度计01001北京京申精密试验仪器厂支1016温度计02001北京京申精密试验仪器厂支1017玻璃量筒1000ml10ml天津玻璃仪器四厂支218玻璃量筒500ml5ml天津玻璃仪器四厂支219玻璃量筒250ml2ml天津玻璃仪器四厂支20020烧杯50
12、0ml天津玻璃仪器四厂只221李氏比重瓶0.1ml天津玻璃仪器四厂个422容量瓶500ml天津玻璃仪器四厂个323沥青乳化机RHS-5河南交通科学技术研究所台124容积升1L北京京申精密试验仪器厂个125容积升2L北京京申精密试验仪器厂个126漏斗日式640ml北京京申精密试验仪器厂个127漏斗日式1500ml北京京申精密试验仪器厂个128百分表0-100mm0.01mm桂林量具刃具厂个20续表1 CA砂浆试验仪器设备一览表编号名 称规格型号精度或分度值生 产 厂 家单位数量29试模70.7mm3北京京申精密试验仪器厂条6030试模70.770.770.7mm条北京京申精密试验仪器厂条3131
13、磁力表座北京京申精密试验仪器厂个2032千分表0-1mm0.001mm桂林量具刃具厂个433试模100100400mm北京京申精密试验仪器厂34试模5050mm北京京申精密试验仪器厂个103、CA砂浆的技术标准CA砂浆的技术标准见表2。表2 CA砂浆技术标准表序号指标名称标 准序号指标名称标准1流动度（S）16268抗压强度(MPa)1d0.13材料分离度（）37d0.74泛浆率（）028d1.82.55膨胀率(24h）()136含气量（）8129冻融300次相对动弹模量损失(%)407弹性模量（MPa）200600质量损失(%)54、组成材料技术标准1）水泥采用早强型普通硅酸盐水泥，强度等级
14、为42.5R。符合GB1751999标准。2）砂采用天然河砂，最大粒径为1.25mm，细度模数应在1.4-1.8范围内，其它技术指标应符合TB1021097标准。3）沥青采用A100甲道路石油沥青，技术指标应符合JTJ0522000标准。4）乳化沥青用A100甲道路石油沥青配制，含油量为60，生产乳化沥青时必须加入稳定剂聚乙烯醇。为悬浊液化状态，与水泥及其他材料掺合性能好。其技术指标应符合表3要求。表3 乳化沥青技术指标标准表序号指 标 名 称标准序号指 标 名 称标准1颗粒电荷+6水泥拌合试验合格2恩氏粘滞度(25)5157蒸发残余残余物含量（）58633筛 余（）3针入度(25)(110m
15、m)601204贮存稳定性(5d)（）5延伸度（25）（cm）1005低温贮存稳定性(5)合格溶解度(四氯化碳)()975）掺合材掺合材技术指标应符合表4要求。表4 掺合材技术指标表序号指标名称标准序号指标名称标准1细度0.08mm筛筛余(%)103限制膨胀率水中14d(%)0.021.25mm筛筛余(%)0.5空气中28d(%)-0.022氧化镁含量(%)5.06）水拌合水应清洁透明,PH7.0，其他技术指标符合JGJ6389标准。5、组成材料技术性能1）水泥水泥为河北省秦皇岛浅野水泥有限公生产的浅野牌早强型普通硅酸盐水泥，PO42.5R。主要技术指标试验结果见表5。表5 水泥技术指标试验结
16、果表序号技 术 指 标试验结果序技 术 指 标试验结果1细度(筛余)(%)0.45抗压强度（MPa）3d32.22安定性合格28d58.63密度（gcm3）3.064凝结时间初凝2时22分6抗折强度（MPa）3d6.2终凝3时22分28d9.32）砂砂为辽宁省绥中高岭砂场生产，河砂。筛除粒径为1.25mm以上颗粒后，进行试验，各种技术指标见表6。表6 砂技术指标试验结果表序号技术指标试验结果序号技术指标试验结果1堆积密度（kgm3）13804含泥量（）0.32紧密密度（kgm3）14805云母含量（）0.63表观密度（kgm3）26306有机物含量（）合格7颗粒分析筛孔（mm）1.250.63
17、0.3150.16散失（）细度模数筛余（g）0125.4265.894.660.202.0分计（）025.153.218.9累计（）02578973）掺合材掺合材为北京市慕湖外加剂厂生产，简称“CAA”，慕湖牌，UEA型混凝土膨胀剂。主要技术指标试验结果见表7。表7 掺合料技术指标试验结果表序号指标名称试验结果序号指 标 名 称试验结果1细度0.08mm筛筛余(%)2.03密度（kgm3）27501.25mm筛筛余(%)04限制膨胀率水中14d(%)0.032氧化镁含量(%)1.7空气中28d(%)-0.0134）沥青采用山东济南炼油厂生产的A100甲道路石油沥青，主要技术指标试验结果见表8。
18、表8 沥青技术指标试验结果表序号技 术 指 标试验结果1针入度（25 100g）(1/10mm)1002延度（25）（cm）1003软化点（环球法）（）48.54溶解度（四氯化碳）（）99.85）乳化沥青乳化沥青自行配制。配制时，采用的乳化机为河南省交通科学技术研究所研制的RHS5型乳化沥青试验机。乳化时，每600g沥青用10g乳化剂，0.8g聚乙烯醇，390g水。沥青加热到150160，水加热到6070。先将热水乳化剂和聚乙烯醇加入后，再加入沥青。乳化沥青密度1.027g/cm3，PH=7.0。6）沥青乳化剂沥青乳化剂由天津师范大学兴安化工生产，简称“OT”，化学名称为十八烷基三甲基氯化铵。
19、有效物含量5827）稳定剂乳化沥青稳定剂由天津市天助精细化工厂生产，化学名称为聚乙烯醇。8）减水剂减水剂为广东省湛江外加剂厂生产的FDN混凝土高效减水剂，钻石牌，主要成份为萘磺酸甲醛高缩合物。其技术指标符合JGJ5684标准。9）表面活性剂表面活性剂，由天津市天助精细化工厂生产，简称“O10”，化学名称为辛基酚聚环氧乙烷10醚。10）铝粉铝粉由天津化学试剂厂生产，简称“AL”，鳞片状。11）水饮用自来水。12）聚丙烯纤维聚丙烯纤维由山东泰安化工厂生产，简称“纤维”，直径20m，长度20mm。13）消泡剂消泡剂由河北省秦皇岛化学试剂厂生产，化学名称为磷酸三丁酯，密度为0.978gcm3。14）氯
20、丁胶乳氯丁胶乳为重庆市长寿化工总厂生产，以氯丁二烯为单体，阳性皂作乳化剂，经乳液均聚制得的白色乳状液。各种技术指标试验结果见表9。表9 氯丁胶乳技术指标表序号指标名称试验结果序号指标名称试验结果1总固物含量(%)483表面张力（N/M103）402粘度（MpaS）354PH值7氯丁胶乳在1030下保存，防冻、防日光曝晒。6、试验研究结果从试配193个配合比中，优选出九个配合比，其物理力学指标试验结果列于表10。表10 CA砂浆各种物理力学指标试验结果表序号配合比编号技术指标2001012001022001032001042001052001062001072001082001091流动度（S）
21、22.016.320.220.219.021.021.221.222.02可工作时间（min）4040404545455040453分离度（）1.061.331.521.522.282.511.070.460.984泌水率（）0000000005膨胀率（24h）（）1.941.961.841.612.981.572.312.421.786含气量()密度(kg/m3)计算177717171729180917651739176517251739实测158715471574163415941545156915621561含气量10.79.99.09.79.711.211.09.410.27抗压强度(
22、MPa)1d0.270.240.150.140.150.120.110.120.153d0.920.920.860.871.040.841.080.830.967d1.391.411.211.301.571.381.621.201.3028d2.132.422.122.422.302.322.422.122.058弹性模量(MPa)437552439560511532532422390三、施工流程、技术要求与质量控制（一）施工方法概述 当桥梁架设以后，首先进行防护墙、凸形挡台及基床混凝土的施工，然后进行板式轨道的施工。施工先是从基准点测量开始，把中线测量和水准测量的资料经过整理，按规定位置设置
23、基准器。然后将工厂预制的轨道板搬运至现场，以基准器为准绳，把轨道板调整至准确的位置上，并用轨道板支撑调整螺栓加以支撑，随后在轨道板底面和混凝土基床之间注入CA砂浆，固定轨道板，最后在其上铺设长钢轨，调整轨下衬垫，整正钢轨的微量偏差，上紧钢轨扣件，即完成了板式轨道的施工。（二）施工工艺流程施工工艺见图4。（三）施工方法及工艺1、桥面处理图4 板式无碴轨道施工工艺流程图1）桥梁架设以后，对桥面进行凿毛处理，用水或压缩空气清除浮碴及碎片。2）按设计要求处理好桥面与底座之间的连接钢筋。2、底座及凸形挡台施工1）施工方法A、按要求做好基标测设工作，根据控制基标确定底座的设计位置。测量梁面的实际标高，根据
24、实测标高与设计轨顶标高对底座的厚度作相应调整。B、在现场焊接或绑扎底座钢筋骨架，同时放好钢筋保护层垫块。连接底座结构钢筋与桥面预埋钢筋，若钢筋相碰，可沿线路纵向稍作调整。C、按底座设计位置与位置，确定模板安装位置和高程，安装模板。采用组合式模板，每24.6m为一单元，模板外侧可与防护墙撑联，内侧采用对拉或支撑形式，以确保模板稳定。D、按设计要求预埋底座内的横向PVC排水管，在桥梁中心线一侧，PVC排水管端部设置PVC篦。应采取措施防止混凝土灌注时水泥砂浆堵塞管道。在每块底座侧面与端部的相应位置留出镶嵌防水卷材的凹槽。E、每个底座单元之间均设置伸缩缝，在伸缩缝处固定好20mm厚的沥青板，沥青板的
25、尺寸根据梁面横坡与设计标高确定。底座单元中不留施工缝，施工缝应安排在伸缩缝处。F、底座和凸台混凝土灌注分两次进行。混凝土灌注完毕后，在12小时内用麻袋、草帘等覆盖并洒水养生，养护期一般不应少于7昼夜。G、在进行凸形挡台施工时，应预埋好基准器底座，同时凸形挡台混凝土施工达到设计高程后，表面必须抹平。已施工完毕的凸形挡台见图5。图5 板式无碴轨道底座及凸形挡台2）外形尺寸要求混凝土底座及凸形挡台外形尺寸允许偏差要求见表11、表12。表11 底座及挡台模型组装后的偏差表序号项 目允许偏差值（mm）1混凝土底座顶面与设计高程差32宽 度103混凝土底座前后位置4与 设 计 中 线 差3表12 凸形挡台
26、外形尺寸允许偏差序号项 目允许偏差值（mm）1圆形挡台的直径32半圆形挡台的半径23挡台中心偏离线路中心2挡台中心间距34顶面高程与设计值23、基准器设置1）混凝土底座与凸形挡台的定位A、以定测导线为依据，用极坐标法确定混凝土底座与凸形挡台的中线与纵向位置。B、高程自水准点引出，按精密水准方法往返观测。2）基准器设置A、凸形挡台施工时，应在每个凸形挡台上设置基准器底座。基准器见图6。B、基准器的设置位置：圆形挡台应设在圆的中心；半圆形挡台应设在半圆的中部。C、在基准器底座上精密测量基准点的位置，包括水准测量、中线测量和正矢测量。凸形挡台上基准器测设精度应符合以下要求：D、与线路中线横向允许偏差、高程允许偏差均不大于2mm。距离允许偏差不大于1/5000。基准点间距偏差应在梁长范围内调整。E、相邻基准器间的横向、高程允许偏差均不大于1mm。4、轨道板铺设1）轨道板检查轨道板在使用前，为避免发生有害伤损和变形，应进行外观尺寸检查、平面性检查及外观检查，其精度应符合下表13规定：表13 轨道板允许偏差表检 查 项 目允许偏差（mm）轨道板长度5轨道板宽度3各断面厚度30普通受力钢筋丝位5预应力钢筋丝位
