目 錄第1章 緒論11.1 課題研究背景和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第2章 高速鐵路技術(shù)概況42.1 高速鐵路發(fā)展概況42.2 高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)72.2.1 高速鐵路路基72.2.2 高速鐵路橋梁102.2.3 高速鐵路隧道122.2.4 高速鐵路軌道132.2.5 高速鐵路信號(hào)與通信152.2.6 高速列車162.3 高速鐵路經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢172.4 中國高速鐵路發(fā)展模式18第3章 無砟軌道選型213.1 無砟軌道概述213.1.1 無砟軌道主要技術(shù)條件213.1.2 世界各國無砟軌道的發(fā)展歷程243.1.3 無砟軌道和有砟軌道技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析283.2 國外無砟軌道類型及特點(diǎn)303.2.1 博格板式無砟軌道303.2.2 雷達(dá)型無砟軌道353.2.3 日本板式無砟軌道403.2.4 彈性支承塊型（LVT）無砟軌道423.2.5 旭普林型無砟軌道443.2.6 其他類型無砟軌道453.3 我國無砟軌道主要類型483.3.1 板式無砟軌道軌道483.3.2 雙式無砟軌道503.3.3 長枕埋入式無砟軌道513.4 適合中國國情和路情的無砟軌道軌道主要類型52第4章 京津城際客運(yùn)專線CRTS型板式無砟軌道施工技術(shù)554.1 無砟軌道發(fā)展概況554.2 系統(tǒng)技術(shù)的構(gòu)成564.3 系統(tǒng)技術(shù)的主要特點(diǎn)584.4 主要施工工藝法594.4.1 板廠概況594.4.2 重難點(diǎn)工程介紹594.4.3 軌道板混凝土材料選定及其灌注工藝604.5 軌道板鋪設(shè)工藝62第5章 結(jié)束語70參考文獻(xiàn)71致 謝72石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)論文第1章 緒論鐵路是一個(gè)國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具，在綜合交通運(yùn)輸體系中處于骨干地位。但是，速度的劣勢一度使這一傳統(tǒng)行業(yè)處于競爭危機(jī)之中。因此，自有鐵路以來，人們就不斷致力于提高列車的運(yùn)行速度，為此，許多優(yōu)秀的鐵路技術(shù)人員付出了艱苦卓絕的努力。1964年，世界上第一條高速鐵路日本東海道新干線建成通車，達(dá)到當(dāng)時(shí)最高運(yùn)行速度240Km/h，從此高速鐵路在世界發(fā)達(dá)國家迅速崛起，獲得蓬勃發(fā)展，在世界范圍內(nèi)引發(fā)一場深刻的交通革命。1.1 課題研究背景和意義高速鐵路是20世紀(jì)交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重大成果，是一個(gè)專業(yè)面極廣、技術(shù)先進(jìn)成熟的龐大系統(tǒng)工程，是人類共有財(cái)富。高速鐵路具有深刻的社會(huì)價(jià)值和巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，相對傳統(tǒng)鐵路交通它具有速度快、運(yùn)能大、安全性高、準(zhǔn)確性高、能耗少、占地少、工程投資低、污染環(huán)境輕、舒適度高、效益好十大顯著優(yōu)勢。20世紀(jì)60年代以來，世界各國大力研究高速鐵路技術(shù)，到目前為止已經(jīng)取得了豐碩成果，從中總結(jié)了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并從中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在全球經(jīng)濟(jì)一體化的今天，大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界各國的共識(shí)，2020年前中國將全面建設(shè)小康社會(huì)，這一時(shí)期經(jīng)濟(jì)將飛速發(fā)展，運(yùn)輸需求必將飛速增加，人口的增長，城市化進(jìn)程的加快，人民物質(zhì)文化生活水平的提高，人際交流的頻繁，這些現(xiàn)狀都使得中國大力發(fā)展新型交通系統(tǒng)成為必然。對我國而言，土地、能源、環(huán)境方面的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他國家，加之我國運(yùn)量大、集中度高、行程長的客流特點(diǎn)和客貨分線決策也使得發(fā)展高速鐵路成為必然。國務(wù)院于2004年批準(zhǔn)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，確立了我國鐵路宏偉的建設(shè)藍(lán)圖：到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到10萬公里，主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電氣化達(dá)到50%，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，我國鐵路主要通道將建設(shè)客運(yùn)專線1.2萬Km以上，環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)將建設(shè)城際客運(yùn)系統(tǒng)，同時(shí)既有線提速改造達(dá)到2萬Km，形成我國鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)，將建成以京滬、京廣、高哈、滬甬深及徐蘭、杭長、青太及滬漢蓉“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)。高速度必將帶來巨大的技術(shù)難題，尤其對鐵路軌道將提出更高的要求，傳統(tǒng)的有砟軌道很難滿足高速鐵路機(jī)車運(yùn)行所要求的高穩(wěn)定性和高舒適度，發(fā)展新型軌道結(jié)構(gòu)，使之有效提高機(jī)車速度，保證運(yùn)行要求，是世界各國的研發(fā)目標(biāo)，而無砟軌道恰恰具備穩(wěn)定性高、剛度均勻性好、結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)、維修工作量顯著減少和技術(shù)相對成熟的突出特點(diǎn)。所以，發(fā)展無砟軌道技術(shù)是鐵路加快提高裝備水平，實(shí)現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展的重要舉措之一。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1825年出現(xiàn)在英國的第一條鐵路，其速度只有24Km/h，隨著科技的進(jìn)步鐵路運(yùn)行速度有了質(zhì)的飛躍，1955年法國電力牽引機(jī)車的試驗(yàn)車組最高運(yùn)行速度突破了300Km/h，1964年世界上第一條高速鐵路-日本東海道新干線最高運(yùn)行速度達(dá)到210Km/h，旅行速度達(dá)到160Km/h。此后無砟軌道這種新型鐵路軌道結(jié)構(gòu)得到應(yīng)用，列車試驗(yàn)速度不斷刷新：1988年5月德國ICE最高速度達(dá)406.9Km/h，法國TGA-A型高速列車速度達(dá)515.3Km/h，2007年法國再次刷新紀(jì)錄，TGA最新型V150超高速列車試驗(yàn)行駛速度達(dá)574.8Km/h?？梢哉f，無砟軌道的應(yīng)用與發(fā)展使得高速鐵路運(yùn)行速度不斷創(chuàng)造奇跡，使之適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展的需要及提高了競爭力。無砟軌道技術(shù)發(fā)展比較成熟的主要國家是德國和日本，而它們的發(fā)展道路又不相同。目前，無砟軌道的優(yōu)越性已經(jīng)被世界許多建設(shè)高速鐵路的國家和地區(qū)所認(rèn)可。德國、法國、西班牙、意大利、日本、英國、韓國、印度、荷蘭、中國大陸以及臺(tái)灣地區(qū)修建的許多高速鐵路都成段、成線地采用無砟軌道技術(shù)。近年來，由于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平地不斷提高，我國已經(jīng)開始重視提高旅客列車的運(yùn)行速度，并為此采取了一系列行之有效的措施，先后多次進(jìn)行火車提速，2002年最高試驗(yàn)速度達(dá)到321.5Km/h。世界高速鐵路建設(shè)方興未艾，中國高速鐵路奮力崛起。我國現(xiàn)已有多條客運(yùn)專線如秦沈、京滬、武廣、石太、京津、桂廣等已建成投入運(yùn)營或正在建設(shè)即將投入運(yùn)營，這將有效地優(yōu)化和提升我國交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，大幅度提升旅客的運(yùn)輸能力，滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，同時(shí)也為我國鐵路技術(shù)發(fā)展提供廣大的空間。第2章 高速鐵路技術(shù)概況2.1 高速鐵路發(fā)展概況高速鐵路是一個(gè)具有國際性和時(shí)代性的概念。目前國際上公認(rèn)的列車最高運(yùn)行速度達(dá)到200Km/h及其以上的鐵路為高速鐵路。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和客觀條件的變化，有關(guān)高速鐵路的定義還在不斷更新。高速鐵路運(yùn)行速度是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，也是鐵路現(xiàn)代化水平的重要體現(xiàn)。20世紀(jì)70年代，日本把列車在主要區(qū)間能以200km/h以上速度運(yùn)行的干線鐵道稱為高速鐵路。隨著高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，歐洲鐵路聯(lián)盟于1996年9月發(fā)布的互通運(yùn)營指導(dǎo)文件(96/0048/EC)對高速鐵路有了更確切的規(guī)定：新建鐵路運(yùn)營速度達(dá)到或超過250km/h；既有線通過改造使基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)速度200km/h；線路能夠適應(yīng)高速，在某些地形困難、山區(qū)或城市環(huán)境下，速度可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。自以日本新干線、法國TGA為代表的高速鐵道投入運(yùn)營以來，高速鐵路以安全可靠、技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)服務(wù)等特色為鐵路的發(fā)展帶來了全新機(jī)遇，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大動(dòng)力。高速鐵路的成功，有力的促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)的增長和社會(huì)進(jìn)步，促進(jìn)了沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前世界上投入運(yùn)營的速度不小于250Km/h的高速鐵路總長達(dá)8000Km以上，擁有高速鐵路的國家和地區(qū)主要有德國、法國、西班牙、意大利、比利時(shí)、英國、韓國、日本、中國內(nèi)地和臺(tái)灣。歐洲高速鐵路建設(shè)有一個(gè)比較完整的規(guī)劃，根據(jù)這個(gè)規(guī)劃，2020年將形成以一個(gè)新建高速鐵路10000Km，改造既有線15000Km，遍及歐洲并連接主要國家首都的高速鐵路網(wǎng)。歐洲是目前高速鐵路投入運(yùn)營最多的地區(qū)。截止2002年末，歐洲高速鐵路已有3260Km投入運(yùn)營。法國1981年開通了TGA東南線，1989年開通了TGA大西洋線，1993年開通了TGA北方線，1994年開通TGA東南延伸線，1996年開通了TGA巴黎地區(qū)聯(lián)絡(luò)線，2001年6月，TGA地中海線開通運(yùn)營，完成了縱貫法國的高速鐵路干線。在德國，漢諾威-維爾茨堡鐵路和曼海姆-斯圖加特鐵路于1991年投入運(yùn)營，運(yùn)營速度為280Km/h。此后漢諾威-柏林鐵路于1998年投入運(yùn)營。2002年8月，德國科隆-法蘭克福高速線開通，是德國第一條客運(yùn)專線。在這條線上運(yùn)行的第三代ICE3型高速列車最高運(yùn)行速度為330Km/m，允許列車晚點(diǎn)時(shí)刻車在此速度上趕點(diǎn)運(yùn)行。2003年，德國聯(lián)邦交通網(wǎng)計(jì)劃確定修建連接南北的柏林-慕尼黑的高速線，現(xiàn)正在修建中。如今，一貫比較重視發(fā)展航空和公路運(yùn)輸?shù)拿绹查_始擬訂高速鐵路建設(shè)計(jì)劃。澳大利亞鐵路重載聞名于世，近年來也委托TMG公司對墨爾本-布里斯班東海岸鐵路的輪軌高速進(jìn)行論證。自有鐵路以來，人們就在不斷致力于提高列車的運(yùn)行速度。1825年出現(xiàn)在英國的第一條鐵路，其列車最高運(yùn)行速度只有24km/h，1829年“火箭號(hào)”蒸汽機(jī)車牽引的列車最高運(yùn)行速度就達(dá)到了47km/h，幾乎提高了1倍。19世紀(jì)40年代，英國試驗(yàn)速度達(dá)到120km/h，1890年法國將試驗(yàn)速度提高到144km/h，1903年德國制造的電動(dòng)車組試驗(yàn)速度達(dá)到了209.3km/h。這時(shí)期英國西海岸鐵路用蒸汽機(jī)車牽引的列車旅行速度達(dá)到了101km/h。1955年法國電力機(jī)車牽引的試驗(yàn)車組最高運(yùn)行速度突破了300km/h，達(dá)到了311km/h。1964年10月日本東海道新干線最高運(yùn)行速度達(dá)到了210km/h，旅行速度也達(dá)到了160km/h。此后列車試驗(yàn)速度不斷刷新：1981年2月法國TGV試驗(yàn)速度達(dá)到380km/h，1988年5月德國ICE把這一速度提高到406.9km/h，半年后法國人創(chuàng)造了482.4km/h的新紀(jì)錄，1990年5月18日法國TGV-A型高速列車把試驗(yàn)速度提高到515.3km/h，2007年4月3日法國再次刷新了自己的紀(jì)錄，TGV最新型“V150”超高速列車行駛試驗(yàn)速度達(dá)到574.8km/h，創(chuàng)下了有軌鐵路列車行駛的世界紀(jì)錄。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國也開始重視提高旅客列車的速度。2002年秦沈客運(yùn)專線鐵路最高試驗(yàn)速度達(dá)到了321.5km/h，2008年京津城際鐵路最高試驗(yàn)速度達(dá)到了394.3km/h，2009年12月武廣鐵路客運(yùn)專線列車跑出394.2km/h，創(chuàng)造了兩車重聯(lián)情況下的世界高速鐵路最高運(yùn)營速度。圖1-1為在京津城際鐵路上運(yùn)行的時(shí)速350km“和諧”號(hào)動(dòng)車組。圖2-1 時(shí)速350 km“和諧”號(hào)動(dòng)車組2.2 高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)高速鐵路在不長時(shí)期內(nèi)之所以能取得如此發(fā)展勢頭，根本原因是基于輪軌系的高速技術(shù)充分發(fā)揮了既先進(jìn)又實(shí)用的特點(diǎn)，特別是在中長距離的交通中的獨(dú)特優(yōu)勢。實(shí)踐表明，高速鐵路已是當(dāng)代科學(xué)發(fā)揮技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的象征。高速鐵路雖源于傳統(tǒng)鐵路，但借助于多項(xiàng)高新技術(shù)已全面突破了常速鐵路的概念，已形成一種能與既有路網(wǎng)兼容的新型交通系統(tǒng)。(1)高速鐵路是當(dāng)代高新技術(shù)的集成。(2)高速度是高速鐵路高新技術(shù)的核心。(3)系統(tǒng)間相互作用發(fā)生了質(zhì)變。高速鐵路從可行性研究、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、制造到運(yùn)營管理，都要超前、系統(tǒng)地進(jìn)行研究才能付諸實(shí)踐。隨著速度的提高，個(gè)子系統(tǒng)原有的規(guī)律和相互間關(guān)系將轉(zhuǎn)化為強(qiáng)作用而需要重新認(rèn)定。(4)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題更加突出。高速列車的振動(dòng)與沖擊問題更加突出；高速列車運(yùn)行中的慣性問題更加突出；列車空氣動(dòng)力學(xué)問題更加突出。(5)對高速鐵路主要子系統(tǒng)的基本要求更加嚴(yán)格。高速鐵路的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在整體的強(qiáng)大，而且其每個(gè)分項(xiàng)都是高科技的集成。2.2.1 高速鐵路路基路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫線路下部結(jié)構(gòu)(2-1)。高速鐵路的出現(xiàn)對傳統(tǒng)鐵路的設(shè)計(jì)施工和維修提出了新的挑戰(zhàn)，在許多方面深化和改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法理念。高速鐵路路基按照土木結(jié)構(gòu)物進(jìn)行設(shè)計(jì)，其地基處理、路堤填筑、邊坡支擋防護(hù)以及排水設(shè)計(jì)等必須具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，使之能抵抗各種自然因素作用的影響，確保列車高速、安全和平穩(wěn)運(yùn)行。與普通鐵路路基相比，高速鐵路路基主要表現(xiàn)一下特點(diǎn)：(1)高速鐵路路基的多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)高速鐵路線路結(jié)構(gòu)，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的軌道、道床、土路基這種結(jié)構(gòu)形式，既有有砟軌道也有無砟軌道(圖2-2和2-6)。對于有砟軌道，在道床和土路基之間，已拋棄了將道砟層直接放在土路基上的結(jié)構(gòu)形式，做成了多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。無砟軌道放棄了道砟，直接在路基上鋪設(shè)軌道。表2-1 路基面標(biāo)準(zhǔn)寬度軌道類型設(shè)計(jì)最高速度(km/h)雙線線間距(m)路基面寬度單線(m)雙線(m)無砟軌道2504.68.613.23004.813.43505.013.6有砟軌道2504.68.813.43004.813.63505.013.8圖2-2 無砟軌道雙線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖圖2-3 無砟軌道雙線硬質(zhì)巖路塹標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖圖2-4 無砟軌道單線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖圖2-5 有砟軌道雙線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖圖2-6 有砟軌道雙線硬質(zhì)巖路塹標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖(2)控制變形是路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制變形是路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，采用各種不同路基結(jié)構(gòu)形式的首要目的是為了給高速鐵路線路提供一個(gè)高平順、均勻和穩(wěn)定的軌下基礎(chǔ)。由散體材料組成的路基是整個(gè)線路結(jié)構(gòu)中最薄弱、最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，是軌道變形的主要來源。它在多次重復(fù)荷載作用下所產(chǎn)生的累積永久下沉將造成軌道的不平順，同時(shí)其剛度對軌道面的彈性變形也起關(guān)鍵性作用，因而對列車高速行走有重要影響。高速行車對軌道變形有嚴(yán)格要求，因而，變形問題便成為高速鐵路設(shè)計(jì)所考慮的主要控制因素。就路基而言，過去多注重設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并以強(qiáng)度作為軌下系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要控制條件?，F(xiàn)在強(qiáng)度已經(jīng)不成問題，一般在達(dá)到強(qiáng)度破壞之前，可能出現(xiàn)過大的有害變形，所以控制變形成為路基設(shè)計(jì)重中之重。(3)在列車、線路這一整體系統(tǒng)中，路基是重要組成部分變形問題相當(dāng)復(fù)雜，這是世界性難題。日本及歐洲等國雖然實(shí)現(xiàn)了高速，但他們都是采用高標(biāo)準(zhǔn)的昂貴的強(qiáng)化線路結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)來彌補(bǔ)這方面的不足。所以，變形時(shí)軌下系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于普通鐵路行車速度慢、運(yùn)量小，因此在以往的設(shè)計(jì)中，只孤立地研究輪、軌的相互作用，并把這種作用狹義理解為輪、軌接觸部位的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的關(guān)系，而忽略了路基的影響，其中各部位的設(shè)計(jì)也只局限于本專業(yè)范圍內(nèi)。對于高速鐵路，輪軌系統(tǒng)應(yīng)該是車輪、鋼軌、道床、路基各部分相互作用的整體。因?yàn)榘坊趦?nèi)的軌下系統(tǒng)的垂向變形集中反映在軌面上，而且又直接影響著輪軌作用力的大小。所以，在輪軌系統(tǒng)的研究中，必須把各部分作為一個(gè)整體來分析，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，著眼于各自基本參?shù)和運(yùn)用狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輪軌系統(tǒng)的合理匹配，盡可能降低輪軌作用力，以保證列車的高速安全運(yùn)行。2.2.2 高速鐵路橋梁由于高速鐵路列車的運(yùn)營特點(diǎn)，對橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用提出了更高要求。橋梁出現(xiàn)較大撓度會(huì)直接影響橋上軌道平順性，造成結(jié)構(gòu)物承受很大的沖擊力，旅客舒適度受到嚴(yán)重影響，軌道狀態(tài)不能保持穩(wěn)定，甚至?xí)绊懶熊嚢踩?。高速鐵路橋梁具有以下工程特點(diǎn)：(1)剛度大：除控制撓度，梁端轉(zhuǎn)角，扭轉(zhuǎn)變形，結(jié)構(gòu)自振頻率，還要限制預(yù)應(yīng)力徐變、不均勻溫差引起的結(jié)構(gòu)變形，使其滿足軌道穩(wěn)定性、平順性的要求，符合高速列車運(yùn)行安全性和旅客乘座舒適度的要求。(2)耐久性要求高：主要承重結(jié)構(gòu)按100年使用要求設(shè)計(jì)，統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)要使結(jié)構(gòu)易于檢查維修以保證橋梁的安全使用(設(shè)計(jì)、施工 維護(hù)三個(gè)階段共同來保障)。(3)墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降控制嚴(yán)格。(4)上部結(jié)構(gòu)宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、噪音低，由溫度變化引起的結(jié)構(gòu)位移對線路結(jié)構(gòu)的影響小。(5)大跨度的特殊孔跨結(jié)構(gòu)多：跨越主要交通干線或通航河流大量采用鋼混結(jié)合梁、連續(xù)梁、斜拉橋、鋼桁拱等特殊結(jié)構(gòu)的大跨度梁式，技術(shù)復(fù)雜，施工難度大。(6)雙線簡支箱梁制、架需特殊的大型施工裝備：32 m跨度的雙線簡支箱梁重約900 t，制、運(yùn)、架需專門的大型施工設(shè)施與裝備。根據(jù)高速鐵路橋梁(圖2-7、2-8)的這些工程特點(diǎn)，為保證軌道的平順性還必須限制橋梁的預(yù)應(yīng)力徐變上拱和不均勻溫差引起的結(jié)構(gòu)變形，這些都對高速鐵路橋梁的剛度和整體性提出了嚴(yán)格要求。各國高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)基本遵循以下原則：1)采用雙線整孔橋梁，主梁整孔制造或分卡制造整體連接。雙線橋梁一方面可提供很大的橫向剛度，同時(shí)在經(jīng)常出現(xiàn)的單線荷載下，其豎向剛度也比單項(xiàng)橋梁增大一倍。2)除了小跨度橋梁之外，大都采用雙線單室箱型截面。3)增大梁高，各國高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁高跨比在1/91/12之間。4)盡量選用剛度大的結(jié)構(gòu)體系如簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)鋼構(gòu)、斜拉橋、拱及組合結(jié)構(gòu)等。5)橋梁不宜過大。按照不同不同用途，高速鐵路橋梁可以分為以下三類：高架橋用以穿越既有交通網(wǎng)、人口稠密地區(qū)及地質(zhì)不良地區(qū)，高架橋通常墩身不高，跨度較小，但橋梁很長，往往可以伸展達(dá)十余公里。谷架橋用以跨越山谷，跨度較大，墩身較高?？缭胶恿鞯囊话銟蛄?。圖2-7 設(shè)計(jì)時(shí)速350 km有砟橋面布置示意圖（單位：mm）圖2-8 設(shè)計(jì)時(shí)速350 km無砟橋面布置示意圖（單位：mm）2.2.3 高速鐵路隧道(1)空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)高速鐵路隧道與常規(guī)鐵路隧道最大的區(qū)別就是當(dāng)列車以高速通過隧道時(shí)，產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(瞬變壓力、微壓波、行車阻力、列車風(fēng)等)對行車、旅客舒適度、列車相關(guān)性能和洞口環(huán)境的將產(chǎn)生十分不利的影響。當(dāng)列車進(jìn)入隧道時(shí)，原來占據(jù)著空間的空氣被排開?？諝獾恼承砸约八淼辣诿婧土熊嚤砻娴哪ψ枳饔檬沟帽慌砰_的空氣不能像隧道外那樣及時(shí)、順暢地沿列車兩側(cè)和上部形成繞流。于是，列車前方的空氣受壓縮，列車后方則形成一定的負(fù)壓。這就產(chǎn)生一個(gè)壓力波動(dòng)過程，這種壓力波動(dòng)又以聲速傳播至隧道口，形成反射波Mach波，回傳，疊加，誘發(fā)對運(yùn)營產(chǎn)生一系列負(fù)面影響的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。主要是：由于瞬變壓力，造成旅客不適，并對鐵路員工和車輛產(chǎn)生危害；高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，會(huì)在隧道出口產(chǎn)生微壓波，引起爆破噪聲并危及洞口建筑物(如圖2-9所示)；行車阻力加大，引起對列車動(dòng)力和能耗的特殊要求；列車風(fēng)加劇，影響在隧道中待避的作業(yè)人員；其它，如隧道內(nèi)熱量的積聚，空氣動(dòng)力學(xué)噪聲等。圖2-20 隧道微氣壓波的產(chǎn)生過程圖2-9 隧道微壓波的產(chǎn)生過程高速鐵路進(jìn)入隧道的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)受多種因素影響，包括：1)機(jī)車車輛方面：行車速度，車頭和車尾形狀，列車橫斷面，列車長度，列車外表面形狀和粗糙度，車輛的密封性等。例如，計(jì)算結(jié)果表明，車輛對壓力波動(dòng)的影響可以歸結(jié)為車內(nèi)壓力波動(dòng)相應(yīng)于車外壓力的“緩解”和“滯后”。德國在Einmalberg隧道實(shí)測的結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)(圖2-10)。圖2-11 德國Einmalberg隧道的實(shí)測結(jié)果圖2-10 隧道機(jī)車壓力圖2)隧道方面：隧道凈空斷面面積，阻塞比，雙線單洞還是單線雙洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及輔助結(jié)構(gòu)物形式，豎井、斜井和橫洞，道床類型等。3)其它方面：列車在隧道中的交會(huì)等。因此，在高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從車輛及隧道兩方面采取措施，以減緩空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。隧道工程設(shè)計(jì)必須考慮列車進(jìn)入隧道誘發(fā)的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對行車 旅客舒適度 車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和環(huán)境等方面的不利影響。2.2.4 高速鐵路軌道高平順性是高速鐵路對軌道的最根本要求，也是建設(shè)高速鐵路的控制性條件。這是因?yàn)檐壍啦黄巾樖且疖囕v震動(dòng)、輪軌作用力增大的主要原因。在高平順的軌道上，高速列車的列車震動(dòng)和輪軌作用力較小，行車相對安全、舒適，軌道和機(jī)車車輛部件的使用壽命和維修周期也較長(表2-2 2-3 2-4)。高速鐵路軌道的高平順性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：鋼軌的原始平直度公差小；焊縫幾何尺寸公差小；道岔區(qū)不能有接頭軌縫、有害空間等不平順；高低、軌向、水平、扭曲和軌距偏差等局部孤立存在的不平順幅值要??；敏感波長和周期不平順的幅值要小；軌道不平順的波長功率譜密度要小。表2-2 有砟軌道靜態(tài)鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)項(xiàng)目容許偏差備注1軌距1 mm相對于標(biāo)準(zhǔn)軌距1435 mm1/1500變化率2軌向2 mm弦長10 m2 mm/5 m10 mm/150 m基線長30 m基線長300 m3高低2 mm弦長10 m2 mm/5 m10 mm/150 m基線長30 m基線長300 m4水平2 mm不包含曲線 緩和曲線上的超高值5扭曲2 mm基長3 m包含緩和曲線上由于超高順坡所造成的扭曲量6與設(shè)計(jì)高程偏差10 mm站臺(tái)處的軌面高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)值7與設(shè)計(jì)中線偏差10 mm 表2-3無砟軌道靜態(tài)鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)項(xiàng)目容許偏差備注1軌距1 mm相對于標(biāo)準(zhǔn)軌距1435 mm1/1500變化率2軌向2 mm弦長10 m2 mm/測點(diǎn)間距8a（m）10 mm/測點(diǎn)間距240a（m）基線長48a（m）基線長480a（m）3高低2 mm弦長10 m2 mm/測點(diǎn)間距8a（m）10 mm/測點(diǎn)間距240a（m）基線長48a（m）基線長480a（m）4水平2 mm不包含曲線 緩和曲線上的超高值5扭曲2 mm基長3 m包含緩和曲線上由于超高順坡所造成的扭曲量6與設(shè)計(jì)高程偏差10 mm站臺(tái)處的軌面高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)值7與設(shè)計(jì)中線10 mm表2-4 道岔（直向）靜態(tài)鋪設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目高低軌向水平扭曲（基長3 m）軌距幅值（mm）22221變化率1/1500弦長（m）10要達(dá)到高速鐵路軌道的高平順性，必須滿足以下條件：(1)路基設(shè)計(jì)和施工必須滿足路基的工后沉降小、不均勻沉降小，在動(dòng)力作用下變形小、穩(wěn)定性高等要求。(2)橋梁的動(dòng)撓度等變形必須滿足高平順性要求。(3)道床必須選用硬質(zhì)、耐磨的道砟，并在鋪枕前整平壓實(shí)。選用硬質(zhì) 耐磨道砟，并壓實(shí)道床，對保證高平順性、提高開通速度、減少道床殘余變形累積、降低軌道的養(yǎng)護(hù)維修工作量非常有效。(4)嚴(yán)格控制軌道出事不平順。2.2.5 高速鐵路信號(hào)與通信鐵路信號(hào)技術(shù)是隨著百年鐵路的發(fā)展以及繼電器、半導(dǎo)體、電子信息技術(shù)的變化而不斷演進(jìn)的。隨著運(yùn)行速度的提高，列控系統(tǒng)、超高速防護(hù)系統(tǒng)以及綜合調(diào)度系統(tǒng)等成為高速鐵路必不可少的信號(hào)技術(shù)。高速鐵路與普通鐵路不同之處主要有：(1)高速鐵路設(shè)置綜合調(diào)度系統(tǒng)，對列車運(yùn)營指揮實(shí)行集中控制方式；(2)取消傳統(tǒng)的地面信號(hào)機(jī)，采用衛(wèi)星列控系統(tǒng)；(3)采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換與行車 旅客服務(wù)相關(guān)信息。高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)由綜合跳讀系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)等幾部分組成，各部分之間具有保護(hù)功能的廣域網(wǎng)連接，并傳輸信息。傳統(tǒng)的話音 信號(hào)憑證指揮方式不再適用于高速鐵路。高速鐵路通信系統(tǒng)概況如表2-5所示。表2-5 高速鐵路通信信號(hào)系統(tǒng)列控系統(tǒng)地面設(shè)備信號(hào)室 道旁設(shè)備（軌道電路 應(yīng)答器等）車載設(shè)備接受線圈 司機(jī)室顯示器 測速傳感器 車載主機(jī) 車-地通信設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度中心運(yùn)行管理計(jì)算機(jī) 表示盤 控制終端設(shè)備 通信終端設(shè)備信號(hào)室通信終端設(shè)備 列車車次核查裝置 安全監(jiān)控設(shè)備終端車輛段 維修基地等表示終端聯(lián)鎖系統(tǒng)信號(hào)室計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備 控制盤/控制終端 道旁設(shè)備信 號(hào) 地面固定信號(hào) 線路標(biāo)志其 他 列車防護(hù)設(shè)備 隧道報(bào)警設(shè)備2.2.6 高速列車高速列車是高速鐵路的核心，它涉及許多方面新的技術(shù)問題，對它的基本要求是啟動(dòng)快、速度高、停得住、運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)與噪聲小。為滿足上述基本要求，必須采用相應(yīng)的高新技術(shù)。高速鐵路的技術(shù)水平和技術(shù)難度集中反映在高速列車上。(1)以交直交變流技術(shù)為核心的大功率電力傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)高速列車要求啟動(dòng)快，使其在最短時(shí)間和距離內(nèi)達(dá)到額定最高速度。為此必須加大牽引功率，以增加其啟動(dòng)牽引力。同時(shí)當(dāng)列車速度達(dá)到額定最高運(yùn)行速度后，為保持其恒速運(yùn)行，必須要有足夠的持續(xù)牽引力來克服列車運(yùn)行阻力。高速列車對牽引動(dòng)力的基本要求就是功率大、軸重輕、自重小、黏著性好、整體控制好。所以高速列車采用交直交變流技術(shù)為核心的大功率電力傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)，不但可以提供大功率牽引，而且電機(jī)重量輕、體積小、維修量小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等突出優(yōu)勢。(2)復(fù)合制動(dòng)技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性是高速列車行車安全的基本保證。在高速行車條件下制動(dòng)系統(tǒng)失靈后果將不堪設(shè)想。制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性應(yīng)該通過符合制動(dòng)系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)來保證。高速列車采用由微機(jī)控制和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的電器指令制動(dòng)方式。整個(gè)控制過程只需要大量的輸入信息、指令，就可以發(fā)揮良好的制動(dòng)動(dòng)效果。(3)高速轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)機(jī)車轉(zhuǎn)向架直接參與輪軌相互作用，并決定列車行走性的能的最關(guān)鍵部位。高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的主要技術(shù)除穩(wěn)定外，還有舒適性、曲線通過性能、輕量化、動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的牽引電機(jī)懸掛和傳動(dòng)技術(shù)等。(4)高速受流技術(shù)采用電力牽引的高速列車必須采用弓網(wǎng)受流系統(tǒng)不間斷的從接觸網(wǎng)上獲取電能。弓網(wǎng)受流良好的受流質(zhì)量保證了高速行車中的電力供應(yīng)。(5)高速列車車體結(jié)構(gòu)及輕量化技術(shù)采用優(yōu)化金屬，使車體重量減輕，速度提高。(6)高速列車的車輛連接技術(shù)高速列車車輛連接包括機(jī)械連接、風(fēng)管連接、電器連接和通過臺(tái)風(fēng)擋連接。車輛間的緩沖裝置可以使列車的連接更穩(wěn)固，行車更安全。(7)高速列車新材料技術(shù)高速鐵路的發(fā)展除了當(dāng)今信息技術(shù)，軌道動(dòng)力學(xué)和輪軌關(guān)系等一系列理論有所突破，采用新材料、新工藝也在推動(dòng)著高速鐵路的發(fā)展。(8)高速鐵路列車控制及診斷技術(shù)2.3 高速鐵路經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(1)速度快速度是高速鐵路的技術(shù)核心，也是其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢所在。迄今，高速鐵路是陸地上運(yùn)行距離最長、運(yùn)行速度最高的交通運(yùn)輸方式。近幾年相繼建成的高速鐵路，其最高運(yùn)行速度都在300Km/h左右，其中京津城際客運(yùn)專線的最高時(shí)速應(yīng)經(jīng)達(dá)到350Km/h。這大大提高了高速鐵路的競爭力和經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值。(2)運(yùn)能大高速鐵路旅客列車行車間隔小，行車密度達(dá)，每次載客數(shù)量比較多，輸送能力是高速公路和民用航空等現(xiàn)代交通運(yùn)輸方式不可比擬的。(3)安全性高安全性是人們出行選擇交通運(yùn)輸方式最關(guān)心的因素。盡管各種現(xiàn)代交通運(yùn)輸都竭力提高自身安全性能，但交通事故仍有時(shí)有發(fā)生。高速鐵路采用了先進(jìn)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，能保證前后兩列車有必要的安全距離，防止列車追尾及正面沖撞事故。幾乎與行車有關(guān)的固定設(shè)施與移動(dòng)設(shè)備，都有信息化程度很高的診斷與檢測設(shè)備，并有科學(xué)的養(yǎng)護(hù)維修制度。對一些有可能危及行車安全的自然災(zāi)害，設(shè)有預(yù)報(bào)預(yù)警裝置，所有這些構(gòu)成了高速鐵路現(xiàn)代化的、完善的安全保障系統(tǒng)。(4)準(zhǔn)確性高高速鐵路安全保障系統(tǒng)不但保證了高速列車行車安全，也使得鐵路運(yùn)輸全天候的優(yōu)勢得到了更充分的發(fā)揮。除了可能危及行車安全的自然災(zāi)害，幾乎不受大氣和氣候條件影響。(5)能耗少高速鐵路在能源的使用方面具有絕對優(yōu)勢。(6)占地少鐵路是占地比例最少的交通運(yùn)輸方式。(7)工程投資低高速鐵路在工程投資在高速交通中是比較低的。(8)污染環(huán)境輕高速鐵路相對公路、航空可大大減少對環(huán)境的污染。(9)舒適度高高速鐵路線路平順、穩(wěn)定，列車運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)和擺動(dòng)幅度很小。(10)效益好高速鐵路可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2.4 中國高速鐵路發(fā)展模式中國高速鐵路發(fā)展幾乎與世界發(fā)達(dá)國家同步,在幾十年的發(fā)展過程中,通過不斷的探索與學(xué)習(xí),截至目前為止，中國的高速鐵路已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績，2020年中國即將全面建設(shè)小康社會(huì)，高速鐵路將承擔(dān)著經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈的角色，為中國的現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)力量。中國需要高速鐵路，這一點(diǎn)體現(xiàn)在其必要性上，眾所周知，任何一種運(yùn)輸方式的傳輸量和成本都不可能和鐵路相比，尤其是速度方面相對傳統(tǒng)鐵路具有極大優(yōu)勢的高速鐵路。高速鐵路在中國幾十年的發(fā)展過程中已經(jīng)充分體現(xiàn)其可行性，尤其近年來中國多條客運(yùn)專線的成功運(yùn)營，實(shí)踐證明高速鐵路的應(yīng)用在中國取得的巨大的效益。幾十年的發(fā)展，中國高速鐵路通過不斷整合，取利除弊，不斷吸取世界各國的高速鐵路發(fā)展中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，價(jià)值對自身情況的深入探索，研究出了一套適合中國國情和路情的發(fā)展模式。中國目前的最佳發(fā)展模式是在不斷改造既有線的前提下，根據(jù)需要建設(shè)一些新的高速鐵路線路，并實(shí)現(xiàn)客貨分運(yùn)，是鐵路線路資源得到最大程度的利用，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的最大化。但是中國的發(fā)展模式尚不十分成熟，有的地方尚需改進(jìn)，下面根據(jù)世界高速鐵路的發(fā)展模式進(jìn)行具體研究。世界上有許多國家擁有高速鐵路，而高速鐵路的建設(shè)管理模式，各國因國情不同而已，大致有四種類型：一是新建高速鐵路雙線，專門用于旅客快速運(yùn)輸，如日本新干線和法國高速鐵路；二是新建高速鐵路雙線，實(shí)行客貨共線運(yùn)營，如意大利羅馬-佛羅倫薩高速鐵路；三是部分新建高速線與部分既有線混合運(yùn)營，如德國柏林-漢諾威線，承擔(dān)著客運(yùn)和貨運(yùn)任務(wù)；四是在既有線上使用擺式列車運(yùn)行，這在歐洲國家多見，在美國“東西走廊”行駛的擺式列車速度為240Km/h。根據(jù)所采用的不同技術(shù)，高速鐵路分為輪軌技術(shù)類型和磁懸浮技術(shù)類型。輪軌技術(shù)有非擺式車體和擺式車體兩種；磁懸浮技術(shù)有超導(dǎo)排斥型和常導(dǎo)吸引型兩種。非擺式車體的輪軌技術(shù)是目前世界高速鐵路的主流。中國在高速鐵路發(fā)展模式方面曾進(jìn)行過大量探索，但是根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力不足的現(xiàn)實(shí)情況，在既有線上使用擺式列車這種運(yùn)行模式并不適合中國國情。這種模式比較著名的是瑞典等國采用的ATP擺式列車模式，它的主要原理是對機(jī)車進(jìn)行改良，使列車根據(jù)線路不同情況自動(dòng)調(diào)節(jié)傾斜度等運(yùn)營參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，種種模式下的鐵路系統(tǒng)對軌道的要求不是很高，但卻對線路的信號(hào)系統(tǒng)有極高要求，加之復(fù)雜的地理情況，中國目前的科技尚不能滿足需，所以這種模式并不適合在中國普及使用。截止到2010年5月，中國已經(jīng)有武廣、石太、京津城際客運(yùn)專線等多條高速鐵路建成投入運(yùn)營，其中京津城際客運(yùn)專線的最高時(shí)度達(dá)到350Km/h，達(dá)到了世界最高運(yùn)營速度，這些承載著世界尖端技術(shù)和自主研發(fā)新成果的高速鐵路，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為中國2020全面建設(shè)小康社會(huì)打下了堅(jiān)實(shí)的交通基礎(chǔ)。中國地域遼闊，地理?xiàng)l件復(fù)雜多樣，在高速鐵路的建設(shè)過程中，通過不斷吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)結(jié)合自主研發(fā)等諸多過程，中國整合了一套適合國情和路情的高速鐵路發(fā)展模式。中國有大量的既有線，因?yàn)榻ǔ蓵r(shí)代較早，加之當(dāng)時(shí)的社會(huì)需要和科學(xué)技術(shù)的不足使得這些鐵路大多數(shù)并不適合高速列車的運(yùn)營，隨著社會(huì)的發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活需求的不但增加，發(fā)展高速鐵路已經(jīng)勢在必行，而新建高速鐵路不但需要大量資金投入，而且需要使用大量的土地資源，尤其是農(nóng)用耕地的征用，而既有線改造則可以有效地節(jié)約這些資本投入，所以既有線改造是一種很好的發(fā)展模式，通過一系列的改造，使其運(yùn)營條件得到提高從而能夠滿足高速列車的運(yùn)營需求，既節(jié)約了成本，又節(jié)省資源，最重要的使可以大大縮短工程建設(shè)時(shí)間，所以一般情況下中國的鐵路可以采用這種模式。但是有些線路本身的特點(diǎn)使其不適合進(jìn)行改建，例如地勢較復(fù)雜的既有線，對其進(jìn)行改造的成本很大程度上會(huì)超過新建線路，在這種情況下，為適應(yīng)國家的現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就要建設(shè)一些新的高速鐵路，中國目前新建的客運(yùn)專線就屬于這種情況，對不適合改造的線路，采用貨運(yùn)列車專營的運(yùn)營方式，使其自身價(jià)值的得到最大程度的發(fā)揮，從而創(chuàng)造出最大的價(jià)值。例如，已經(jīng)建成投入使用的京津城際客運(yùn)專線，該線將采用公交化城際列車和跨線列車混合開行的運(yùn)輸組織模式，全長約120Km，連接首都北京和天津兩大直轄市，鐵路設(shè)計(jì)最高時(shí)速為350Km，全程直達(dá)運(yùn)行時(shí)間約為30min，使得許多在北京工作的可以在其他城市居住，大大減小了北京的人口壓力，在一定程度上緩解了社會(huì)矛盾。京津城際客運(yùn)專線，不僅是中國最早開工建設(shè)并最先建成的第一條高標(biāo)準(zhǔn)鐵路客運(yùn)專線，而且代表著中國高速在發(fā)展模式上樹立了新的里程碑。綜上所述，目前適合中國國情和路情的高速鐵路發(fā)展模式是在最大程度上進(jìn)行既有線改造，并根據(jù)需要建設(shè)新的高速線路，實(shí)現(xiàn)客貨分運(yùn)，有效地提高列車的運(yùn)營速度，在此基礎(chǔ)上還要不斷加大包括機(jī)車在內(nèi)的高速鐵路附屬工程科研力度，努力提高本國鐵路系統(tǒng)的的科技裝備水平，爭取在其他模式上有新的突破。第3章 無砟軌道選型3.1 無砟軌道概述無砟軌道是以混凝土或?yàn)r青砂漿取代散粒道砟道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)型式，它具有軌道穩(wěn)定性高，剛度均勻性好，結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)和維修工作量顯著減少等特點(diǎn)，對于高速鐵路較傳統(tǒng)的有砟軌道有更好的適應(yīng)性。3.1.1 無砟軌道主要技術(shù)條件(1)良好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和平順性有砟軌道采用均一性較差的天然道砟材料，在列車荷載作用下其道床肩寬、砟肩堆高、道床邊坡、軌枕間距及軌枕在道床中的支承狀態(tài)相對易于變化，并導(dǎo)致軌道幾何形變。無砟軌道可以保證其性能有較好的均一性。由此組成的軌道整體結(jié)構(gòu)與有砟軌道相比具有更好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和彈性均勻性，為提高軌道的平順性，改善乘車質(zhì)量提供了有利條件。(2)良好的結(jié)構(gòu)恒定性和穩(wěn)定性無砟軌道結(jié)構(gòu)中，作為無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)的軌道橫向阻力、軌道縱向阻力不再依賴于材質(zhì)和狀態(tài)多變的有砟道床，其整體式軌下基礎(chǔ)可為無縫線路提供更高和更恒定的軌道縱、橫向阻力，具有更好的耐久性和更長的使用壽命。(3)良好的結(jié)構(gòu)耐久性和少維修性能無砟軌道維修工作量大大減少，被稱為“省維修”軌道，為延長線路的維修周期以及客運(yùn)專線列車的高密度 準(zhǔn)點(diǎn)正常運(yùn)行提供重要保證?？瓦\(yùn)專線的行車速度高、密度大，所有線路地面檢查、維修作業(yè)都必須在“天窗”時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。我國客運(yùn)專線由于跨線列車多，自身的行車密度又大，不可能完全像國外高速鐵路那樣白天行車、夜間軌道維修作業(yè)。要在白天、夜間均行車的條件下，安排“天窗”作業(yè)就更加困難。減少線路維修工作量是保證客運(yùn)專線列車準(zhǔn)點(diǎn)正常運(yùn)行的前提條件。無砟軌道采用整體式軌下基礎(chǔ)。與采用散粒體結(jié)構(gòu)的有砟道床基礎(chǔ)相比，在列車荷載作用下不會(huì)產(chǎn)生道砟顆粒磨耗、粉化、相對錯(cuò)位所引起的道床結(jié)構(gòu)變形；在列車荷載反復(fù)作用下不會(huì)產(chǎn)生變形積累，使軌道幾何尺寸的變化基本控制在軌下膠墊、扣件及鋼軌的松動(dòng)和磨損等因素之內(nèi)，從而大大降低軌道幾何狀態(tài)變化的速率，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，延長維修周期和軌道使用壽命。(4)工務(wù)養(yǎng)護(hù)、維修設(shè)施減少由于維修工作量減少，可以延長每個(gè)綜合維修中心和維修工區(qū)的管轄范圍，從而減少上述維修部門的數(shù)量。同時(shí)也可相應(yīng)減少每個(gè)部門配置的維修機(jī)械、停車股道數(shù)量和房屋等設(shè)施。(5)免除高速條件下有砟軌道的道砟飛濺我國秦沈客運(yùn)專線在線路開通之前進(jìn)行的行車試驗(yàn)表明：行車速度達(dá)到250kmh-1時(shí)，道心道砟出現(xiàn)飛砟現(xiàn)象，造成車輛轉(zhuǎn)向架部分的車軸、制動(dòng)缸等被道砟打擊的現(xiàn)象(這種飛砟現(xiàn)象與線路開通前道床表面細(xì)砟、粉塵較多也有一定的關(guān)系)。根據(jù)法國TGV鐵路的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，有砟軌道在列車速度達(dá)到350kmh-1時(shí)，出現(xiàn)較嚴(yán)重的道砟飛濺現(xiàn)象。后將速度降到320kmh-1時(shí)，飛砟現(xiàn)象才有所改善。此外，在嚴(yán)寒冬季，凍結(jié)在車體下部的冰塊融化時(shí)，冰塊打在道砟上，濺起的道砟會(huì)打壞鋼軌踏面。另外，在進(jìn)行道床維修施工作業(yè)后，由于表層道砟松散，粉粒較多，也會(huì)產(chǎn)生飛砟，此時(shí)要求限速170kmh-1時(shí)行車。法國TGV鐵路在嚴(yán)寒多雪地區(qū)，為了防止下雪天因道砟表面裹雪被列車風(fēng)吹起，曾采取過在道床表面噴撒乳膠和雪天降速運(yùn)行等措施。采用無砟軌道之后，就可以完全免除道砟飛濺的顧慮。(6)有利于適應(yīng)地形選線，減少線路的工程投資無砟軌道的縱 橫向穩(wěn)定性較之有砟軌道大大增加。在選線困難的地段可以利用無砟軌道能承受較大輪軌橫向力的有利條件，在保證舒適度的前提條件下，適當(dāng)放寬曲線允許超高 欠超高的限制，減小最小曲線半徑，從而有利于選線，減少工程量。(7)減少客運(yùn)專線特級道砟的需求為了延緩客運(yùn)專線有砟道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用為客運(yùn)專線專門制定的特級道砟標(biāo)準(zhǔn)。我國特級道砟標(biāo)準(zhǔn)與國外高速鐵路道砟標(biāo)準(zhǔn)相比，盡管在性能指標(biāo)上仍有一定的差距，但符合這種性能要求的巖葳資源在我國，特別是中南和西南地區(qū)仍相當(dāng)稀少，可能難以滿足我國新建客運(yùn)專線的需求。發(fā)展無砟軌道可以減少客運(yùn)專線建設(shè)對特級道砟的需求量(8)無砟軌道彈性較差日本、德國開發(fā)無砟軌道的初衷是力求無砟軌道的軌道彈性等于或接近于有砟軌道的軌道彈性。但實(shí)際開發(fā)的結(jié)果卻是無砟軌道的彈性仍低于有砟軌道。軌道彈性的降低會(huì)增加軸重對軌道破壞、失效和軌道狀態(tài)惡化的影響，也會(huì)隨著軸重的增加加劇環(huán)境振動(dòng)和噪聲。因此，在軸重較大的客貨共線鐵路以及軸重更大的重載鐵路，國內(nèi)外規(guī)模鋪設(shè)無砟軌道的范例尚屬罕見。高速列車的軸重較輕、車輛轉(zhuǎn)向架懸掛性能改善、簧下質(zhì)量減少，為在高速鐵路上采用無砟軌道創(chuàng)造了有利條件。(9)建設(shè)期工程總投資大于有砟軌道與有砟軌道相比，盡管無砟軌道的結(jié)構(gòu)高度低、自重輕，無砟軌道在隧道中鋪設(shè)時(shí)，軌頂面以下的隧道開挖面積可適當(dāng)減當(dāng)；在橋上鋪設(shè)時(shí)，由于其二期恒載相應(yīng)減輕，從而降低橋、隧工程費(fèi)用。但無砟軌道結(jié)構(gòu)本身的工程費(fèi)用高于有砟軌道，特別是在對振動(dòng)和噪聲等環(huán)境要求較高的地段，用于減振降噪措施的費(fèi)用比有砟軌道要高?？傮w來說，無砟軌道建設(shè)期投資大于有砟軌道。(10)對地震和環(huán)保的適應(yīng)性日本是多地震國家。根據(jù)日本的經(jīng)驗(yàn)，無砟軌道在低等級地震條件下，比有砟軌道具有更好的穩(wěn)定性，從而提高行車的安全性；但在大地震情況下，有砟、無砟軌道都會(huì)遭到破壞，而無砟軌道的修復(fù)更為困難。和有砟軌道相比，無砟軌道的彈性較差、環(huán)境振動(dòng)和噪聲的量級較高。在靠近人口居住區(qū)及諸如學(xué)校、醫(yī)院、辦公區(qū)、度假區(qū)等環(huán)保要求較高的地段，其減振降噪措施及相應(yīng)的工程費(fèi)用也會(huì)增加。(11)關(guān)于線下工程的“工后零沉降”建設(shè)理念無砟軌道的永久變形只能通過扣件進(jìn)行調(diào)整以恢復(fù)其正常的軌道幾何形狀。由于扣件的調(diào)整量非常有限，因此對于無砟軌道的變形，特別是由于線下工程的沉降所引起的軌道永久變形必須做出嚴(yán)格的限制。線下工程工后沉降能否控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，是無砟軌道能否在線路上進(jìn)行規(guī)模鋪設(shè)的關(guān)鍵。線下工程“工后零沉降”建設(shè)理念正是基于這樣的要求而提出的?！肮ず罅愠两怠苯ㄔO(shè)理念就是在客運(yùn)專線線下工程的設(shè)計(jì)（特別是合理的工程預(yù)算） 施工(特別是嚴(yán)格的工程質(zhì)量監(jiān)控)和管理(特別是合理的施工期限)中，都要以“工后零沉降”為追求目標(biāo)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、管理中“預(yù)留沉降”的概念不再適用。我們把“工后零沉降”說成是一種“理念”，而不是說成一種“理論”或“原理”，是因?yàn)樵趯?shí)際工程中我們還沒有一種可靠的理論或方法，把工后沉降準(zhǔn)確 可靠地控制為零。但是人們只有“求其上”，才能保證至少“得其中”，只有按“零沉降”理念要求，最后才能取得實(shí)際工程“小沉降”的結(jié)果。為此，人們在線路上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中為這種“小沉降”提供了進(jìn)行調(diào)整的手段，并為線路下部工程的工后沉降規(guī)定了一個(gè)允許值(“零沉降”理念基礎(chǔ)上的允許偏差)，作為工程實(shí)際操作和控制的標(biāo)準(zhǔn)，從而在目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)之間留有一定的余地。國外的高速鐵路不僅在無砟軌道，即使在有砟軌道的線下工程中也已引入了“工后零沉降”理念。德國高速鐵路路基“追求的目標(biāo)是不再產(chǎn)生工后沉降”。韓國高速鐵路路基的要求是“一般情況為運(yùn)營后要求路基沉降”。日本高速鐵路也要求路基工后零沉降?？梢哉J(rèn)為，高速鐵路的線下工程，不論其上部是采用有砟軌道還是無砟軌道，其工后沉降的追求目標(biāo)和設(shè)計(jì)、施工、管理理念是相同的，即“工后零沉降”。由此可以推論，在通常的 大多數(shù)的地基條件下，統(tǒng)一按“工后零沉降”理念建設(shè)的有砟軌道和無砟軌道線下工程，其工程造價(jià)就應(yīng)當(dāng)在同一水平。正是高速鐵路(不論是有砟軌道還是無砟軌道)對線下工程所提出的上述嚴(yán)格要求，為無砟軌道鋪設(shè)提供了所必須的線下基礎(chǔ)條件。當(dāng)前，有一種概念認(rèn)為無砟軌道線下工程的造價(jià)要大大高于有砟軌道線下工程的造價(jià)，其實(shí)這是把高速鐵路無砟軌道的線下工程與普通鐵路有砟軌道的線下工程相比較的結(jié)果。如果比較的前提都是高速鐵路，其線下工程的工程造價(jià)就會(huì)比較接近。如果比較的是高速鐵路和普通鐵路，即使同樣是有砟軌道，其線下工程的造價(jià)也會(huì)有顯著差異。德國高速鐵路有砟軌道的工程費(fèi)是1000歐元m-1，而普通鐵路有砟軌道的工程費(fèi)是590歐元m-1。同樣是有砟軌道，又幾乎是大體相同的鋼軌、扣件、軌枕和道床，其工程費(fèi)的巨大差異，主要原因是劃歸軌道范疇的路基保護(hù)層(PSS)顯著不同和高速鐵路 普通鐵路對路基保護(hù)層的不同要求。高速鐵路線下工程(不論是有砟軌道還是無砟軌道)必須按“工后零沉降”建設(shè)，這也是國外高速鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的總結(jié)。日本東海道新干線全部為有砟軌道，是世界上第一條高速鐵路。當(dāng)時(shí)由于對提高路基建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)不足，更談不上“工后零沉降”理念，線路自1964年開通后，就發(fā)現(xiàn)路基下沉嚴(yán)重。1965年開始出現(xiàn)路基翻漿冒泥，不得不在多處設(shè)置臨時(shí)或長期慢行點(diǎn)，致使從東京到大阪全長515.3km，“光”號(hào)列車運(yùn)行4h，“聲”號(hào)列車運(yùn)行5h。當(dāng)時(shí)采取了更換道砟和鋪設(shè)土工纖維布等措施。到1966年11月，軌道狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)，限速區(qū)段相對減少，使“光”號(hào)列車全線運(yùn)行時(shí)間縮短到3h10min，“聲”號(hào)列車縮短到4h，但道床板結(jié)和路基翻漿現(xiàn)代并未得到根本好轉(zhuǎn)。1968年日本引進(jìn)普拉塞公司道床清篩機(jī)進(jìn)行道床機(jī)械化清篩。至1969年，在土質(zhì)路基地段，路基翻漿和道床板結(jié)每年新增約50km。自1971年開始，每年更換道床3040km仍不能滿足需要。許多不能及時(shí)換砟的區(qū)段，因軌面前后高低差超過7mm而不得不限速運(yùn)行。3.1.2 世界各國無砟軌道的發(fā)展歷程為適應(yīng)列車高速行車需要 提高線路穩(wěn)定性和耐久性、減少線路維修工作量，世界各國研究開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)形式的無砟軌道。如日本新干線的板式、德國高速鐵路的雷達(dá)(Rheda)型、英國的PACT型、英吉利海峽隧道的彈性支承塊(LVT)式 法國的Monaco型和STEDEF型無砟軌道等。國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，任何一種新型軌道結(jié)構(gòu)的大規(guī)模推廣應(yīng)用必須經(jīng)過以下幾個(gè)研究發(fā)展階段，即：結(jié)構(gòu)形式的提出與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析與進(jìn)取室內(nèi)實(shí)尺模型試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)段鋪設(shè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能測試長期運(yùn)營考驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改完善全區(qū)間推廣應(yīng)用。其中現(xiàn)場試驗(yàn)段鋪設(shè)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能測試與長期運(yùn)營考驗(yàn)是新型軌道結(jié)構(gòu)發(fā)展過程中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)。(1)德國鐵路無砟軌道的研究與發(fā)展德國是世界上研究開發(fā)無砟軌道較早的國家。德國鐵路研究開發(fā)無砟軌道采用的體制是由德鐵制定統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基本要求，由公司、企業(yè)自行研制開發(fā)。新開發(fā)的無砟軌道在進(jìn)入德失路網(wǎng)之前，必須通過指定試驗(yàn)室的實(shí)尺模型激振試驗(yàn)及性能綜合評估，并經(jīng)EBA（德鐵技術(shù)檢驗(yàn)團(tuán)）認(rèn)證、批準(zhǔn)后，方有資格在線路上進(jìn)行有限長度的試鋪。試鋪的無砟軌道要經(jīng)過5年的運(yùn)營考驗(yàn)并經(jīng)EBA的審定，通過后方可正式使用。由于采用了上述既向企業(yè) 公司開放，又嚴(yán)格科學(xué)管理的研發(fā)方針，大大激發(fā)了全社會(huì)研發(fā)無砟軌道的積極性。自1959年開始研究、試鋪無砟軌道，首先在希爾賽德車站試鋪了3種結(jié)構(gòu)，隨后又在雷達(dá)車站和奧爾德車站試鋪2種結(jié)構(gòu)，1977年又在慕尼黑試驗(yàn)線試鋪6種。19591988年是德國無砟軌道的試鋪期，共鋪設(shè)無砟軌道36處，累計(jì)21.6km。在此期間先后在土質(zhì)路基、高架橋上及隧道內(nèi)試鋪了各種混凝土道床和瀝清混凝土道床的無砟軌道。經(jīng)過不斷改進(jìn)、優(yōu)化和完善，不僅形成了德國鐵路的無砟軌道系列，而且還形成了比較成熟的技術(shù)規(guī)范和管理體系，研制了成套的施工機(jī)械設(shè)備和工程質(zhì)量檢測設(shè)備，為無砟軌道在德鐵的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。先期在雷達(dá)車站土質(zhì)路基上鋪設(shè)的無砟軌道運(yùn)營已超過30年，通過總重達(dá)4000億t，運(yùn)營速度達(dá)230kmh-1，除了在運(yùn)營初期出現(xiàn)過46mm的均勻沉降和在軌枕周邊與素混凝土之間出現(xiàn)過某些無害裂紋之外，軌道結(jié)構(gòu)完好。運(yùn)營中僅少數(shù)扣件需調(diào)整，維修工作量很少。由于德國無砟軌道技術(shù)、裝備、施工工藝及建設(shè)管理的成熟與完善，世界許多國家使用德國的無砟軌道系統(tǒng)。正在建設(shè)的中國臺(tái)北高雄的高速鐵路上的123組道岔中，有96組道岔區(qū)采用德國雷達(dá)2000型無砟軌道技術(shù)。在荷蘭南部高速線、英國佩斯貝瑞和麥克爾斯菲爾德隧道、法國StMartindEstreaux隧道都使用雷達(dá)2000型無砟軌道。韓國無砟軌道主要采用德國普通雷達(dá)型無砟軌道。目前德國有20多家企業(yè)參與無砟軌道新型結(jié)構(gòu)的開發(fā)，形成了市場競爭的局面，推動(dòng)了新技術(shù)的發(fā)展。(2)日本鐵路無砟軌道的研究與發(fā)展日本新干線的無砟軌道結(jié)構(gòu)型式相對單一。從20世紀(jì)60年代中期開始就針對板式無砟軌道結(jié)構(gòu)開展了系統(tǒng)的理論研究與試驗(yàn)。鐵道綜合技術(shù)研究所專門成立了由軌道、土工、橋隧、材料以及化工等專業(yè)的研究人員組成的板式軌道研究小組，系統(tǒng)攻關(guān)。在研究開發(fā)初期，研究小組對不同的板式軌道方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)、部件試驗(yàn)、實(shí)尺模型加載試驗(yàn)、設(shè)計(jì)修改、運(yùn)營線試驗(yàn)段鋪設(shè)。在實(shí)尺模型加載試驗(yàn)中，采用X200型試驗(yàn)車，在車的中央設(shè)置特殊的加載軸，施加各種輪重和橫向力，測定軌道各部件由荷載產(chǎn)生的位移、應(yīng)力和壓力，與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對比。此外，還將兩軸車固定在試驗(yàn)軌道上，在車軸上安裝激振裝置產(chǎn)生激振，測定鋼軌和軌道板的振幅，取得軌道振動(dòng)特性方面的數(shù)據(jù)。對軌道部件進(jìn)行靜載、疲勞試驗(yàn)，確認(rèn)在營業(yè)線上的實(shí)用性。日本板式軌道的應(yīng)用是從橋梁和隧道開始的，在既有線和新干線上先后共鋪設(shè)了20多處近30km的試驗(yàn)段。為研究新干線的環(huán)境振動(dòng)和噪聲問題，又在“小山試驗(yàn)線”鋪設(shè)了每段長為200m的17種板式軌道試驗(yàn)段。日本板式軌道在土質(zhì)路基上的應(yīng)用同樣經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，開展了大量室內(nèi)外的試驗(yàn)研究工作。1968年提出RA型板式軌道，并在鐵道技術(shù)研究所進(jìn)行性能試驗(yàn)。1971年在東海道本線(平琢一大磯區(qū)間)100m的營業(yè)線上進(jìn)行初次試鋪。1974年在東海道新干線含慧橋站內(nèi)共鋪設(shè)14處合計(jì)2.3km試驗(yàn)段。由于一些試鋪地段使用1年后出現(xiàn)路基下沉，軌道板陷人鋪裝層，故沒有在山陽新干線和東北新干線土質(zhì)路基上鋪設(shè)無砟軌道。20世紀(jì)90年代初，為了改善RA型板式軌道所用瀝青材料的溫度敏感性和耐久性，提出用混凝土道床替代瀝青混凝土道床的結(jié)構(gòu)方案，并用普通A型軌道板取代RA型軌道板，實(shí)現(xiàn)板式軌道結(jié)構(gòu)型式的統(tǒng)一。正式在土質(zhì)路基上鋪設(shè)普通A型板式軌道前，1991年在北陸新干線(高崎一長野)路堤上鋪設(shè)了60m的試驗(yàn)段，進(jìn)行靜 動(dòng)載試驗(yàn)。試驗(yàn)中確定路基的最大下沉量限值為30mm。經(jīng)模擬通過總重4500萬t的重復(fù)加載試驗(yàn)后，最終下沉量為62mm，達(dá)到了試驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)。1993年板式軌道在北陸新