铁道轨道和高铁轨道的结构研究与施工工艺探讨

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1、石家庄铁道大学四方学院毕业论文城市轨道和高铁轨道的结构研究及施工工艺探讨Implementation and Process Discussion of the New Track Structure Adopted In urban rail and high-speed rail2012届 土木工程 系专 业 土木工程 学 号 20085077 学生姓名 黄 文 斌 指导教师 杨 圣 飞 完成日期 2011年5月25日毕业论文成绩单学生姓名黄文斌学号20085077班级方0801-3专业土木工程毕业论文题目城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨指导教师姓名杨圣飞指导教师职称高级工程师评

2、 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：系主任签字：年 月 日毕业论文任务书题 目城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨学生姓名黄文斌学 号20085077班 级方0801-3专 业土木工程承担指导任务单位土木工程系导师姓名杨圣飞导师职称高级工程师一、课题背景近年来，城市轨道和高铁项目发展迅速。城市轨道交通按环保方式分为噪声控制、环境振动和景观美化型三种。振动和噪声成为城市轨道影响居民生活的主要元素，为了让城市轨道更好的融入居民生活，从扣件，施工工艺等方面做了一定的探讨。高铁作为现代社会进步的重要标志，大量新型轨道结构如无砟轨道得到推广，人们也切实地感受到了高铁的高效、方便

3、、快捷等优点，高铁发展刻不容缓。二、具体要求研究目前国内外城市轨道和高铁的主要特点，主要采用扣件及施工工艺。针对某种减振降噪型轨道结构，给出合适的施工方法及组织设计。论文1本，外文翻译3000字以上。三、参考文献1 王淑珍,和振兴.环境友好型城市轨道结构型式探析J.西部交通科技,2011年02期2 于春华.城市轨道交通轨道扣件综述.铁道工程学报J,2003年9月(第3期)3 吴建中,李腾万,李湘久.城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计J.都市快轨交通,2005年03期4 钟文文,方今义.广州地铁轨道单趾弹簧扣件锚固螺栓的研制J.铁道建筑,2001年01期5 金雪勇.盾构法在地铁中的应用J.科技咨询

4、,2010年15期6 张新金,刘维宁,路美丽,罗富荣,张成满.北京地铁盾构法施工问题及解决方案J.土木工程学报,2008年10月7 李俊君,唐丽娜,羊文琦,毛晓飞.浅谈高速铁路无砟轨道的发展J.科技传播,2011年5月8 张宏亮,孙京建等.轨道扣件及减振综合试验平台的研究与设计J.都市快轨交通,2011年6月第3期四、进度安排第1周第2周：外文翻译第3周第4周：搜集资料及熟悉参考文献第5周第7周：研究城轨交通新型轨道结构第8周第9周：研究实施工艺第10周第12周：撰写论文及答辩教研室主任签字时 间年 月 日毕业论文开题报告题目城市轨道和高铁轨道的结构研究和施工工艺探讨学生姓名黄文斌学号2008

5、5077 班 级方08013专业土木工程承担指导任务单位土木工程系导师姓名杨圣飞导师职称高级工程师一、课题背景近年来，城市轨道和高铁项目发展迅速。城市轨道交通按环保方式分为噪声控制、环境振动和景观美化型三种。振动和噪声成为城市轨道影响居民生活的主要元素，为了让城市轨道更好的融入居民生活，从扣件，施工工艺等方面做了一定的探讨。高铁作为现代社会进步的重要标志，大量新型轨道结构如无砟轨道得到推广，人们也切实地感受到了高铁的高效、方便、快捷等优点，高铁发展刻不容缓。二、当前形势铁路轨道得到越来越多的国家的承认，各国大力发展城市轨道和高铁，把轨道结构和环境完好地结合，并且达到减振降噪的效果成为了研究重心

6、。三、具体要求(1)研究城市轨道结构的特点、扣件及施工要求；(2)研究高铁轨道结构的特点、扣件及施工方法；(3)减振降噪型轨道结构具体实例，进行详细介绍与分析。四、参考文献1 王淑珍,和振兴.环境友好型城市轨道结构型式探析J.西部交通科技,2011年02期2 于春华.城市轨道交通轨道扣件综述.铁道工程学报J,2003年9月(第3期)3 吴建中,李腾万,李湘久.城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计J.都市快轨交通,2005年03期五、进度安排第1周第2周：外文翻译第3周第4周：搜集资料及熟悉参考文献第5周第7周：研究路基病害及防治措施第8周第9周：研究处理措施第10周第12周：撰写论文及答辩指导教师

7、签字日期摘 要铁路交通作为一种经济、高效、安全、快捷的交通模式，已成为国内外广泛采用的交通形式。轨道结构稳定性高，养护维修工作量小，能较好地适应现代社会人口和货物高密度运输的需求，故目前绝大多数城市和城市之间的运输方式选择为铁路运输。目前，我国铁路轨道交通正处于快速建设和发展时期，其应用前景十分广阔。本文在大量的文献调研基础上，以新型轨道结构为主要研究对象，从系统的观念出发，结合我国的国情和路情，综合考虑，对其进行研究。针对城市铁道结构和高铁轨道结构，结合近些年来科研成果和发展状况，从图纸举例，表格对比，以及文字综述等方面分别对其特点、轨道扣件、施工工艺做了分析和探讨。在我国城市轨道交通大规模

8、建设阶段，轨道交通产生的震动和噪声污染也引起了人们的普遍关注。针对深圳地铁5号线塘朗车辆段上盖物业开发的减振降噪问题，根据车辆段轨道振动和噪声源、以及振动和噪声值的预测成果，对各种减振与降噪措施进行综合比较，因地制宜地提出车辆段轨道的减振降噪措施，使列车运行的振动和噪声对上盖物业的影响达到环保要求。关键词：城市轨道 高速铁路 轨道结构 轨道扣件 AbstractRail transport as an economic,efficient,safe,and efficient modes of transport,has become widely used at home and abroa

9、d forms of transport.The stability of the track structure,the maintenance workload,and can better adapt to the needs of modern society of people and goods of high-density transport,so the vast majority of cities and urban transport options for the rail transport.At present,Chinas railway rail transp

10、ort is in the rapid construction and development period，and its very broad application prospects.In this paper,an extensive literature survey on the basis of the new track structure as the main object of study,starting from the concept of the system,combined with Chinas national conditions and road

11、conditions,consider its study.City rail structure structure and high-speed rail track structure,combined with scientific research and development in recent years,from the drawings,for example,form comparison,as well as text Summary of its characteristics,track fasteners,construction techniques to do

12、 the analysis and explore.In the stage of large-scale construction of urban rail transit,rail traffic generated by the vibration and noise pollution also caused widespread concern.Vibration and noise problems for the superstructure of the Shenzhen Metro on the 5th line Tanglang Depot,Depot track vib

13、ration and noise sources,as well as vibration and noise values predict the outcome of a variety of damping and noise reduction measures compared to the light of local conditions depot track vibration and noise reduction measures,so that the vibration and noise of the trains running on the superstruc

14、ture to meet environmental requirements.Keywords: urban rail high-speed railway track structure track fasteners 目 录第1章 绪论11.1课题研究背景及意义11.1.1研究背景1 1.1.2研究意义1 1.1.3国内外研究现状11.2论文主要内容2第2章 城轨轨道结构32.1引言32.2城轨轨道结构特点32.2.1噪声控制型轨道结构32.2.2环境振动控制型轨道结构52.2.3景观美化型轨道结构72.3城轨轨道结构扣件82.3.1扣件作用及主要设计原则82.3.2主要设计参数82.3

15、.3我国城市轨道交通铺设的扣件92.4城轨施工方法152.4.1地铁施工技术发展概况152.4.2盾构法的简单介绍162.4.3盾构法在城市轨道中的应用172.4.4盾构法在施工中常见问题及分析21第3章 高铁轨道结构313.1引言313.2高铁轨道结构特点313.2.1高速铁路轨道结构应具备的主要性能313.2.2国外主要高速铁路轨道结构的基本形式323.3高铁轨道结构扣件333.3.1国外高速铁路扣件型式及其主要参数333.3.2京沪高速铁路扣件的基本设计参数333.3.3轨道扣件的设计原则343.4 无砟轨道383.4.1我国无砟轨道结构的研究及应用概况383.4.2我国无柞轨道结构设计

16、理论的研究状况393.5无砟轨道施工技术403.5.1施工方案403.5.2客运专线岔区无砟轨道施工技术42第4章 减振降噪型铁道轨道案例分析484.1深圳地铁塘朗车辆段及其上盖开发概况484.2车辆段轨道振动和噪声源分析494.3振动与噪声类比测试与分析494.3.1轨道交通列车运营振动和噪声测试494.3.2车辆段上盖物业振动和噪声测试分析494.4塘朗车辆段上盖开发敏感点振动和噪声预测504.5国内外车辆段上盖开发减振降噪措施经验504.6塘朗车辆段上盖开发减振降噪措施研究514.6.1振动控制措施514.6.2噪声控制措施524.6.3轨道减振降噪措施534.7结语54第5章 结论与展

17、望555.1结论555.2我国城市轨道交通发展有关对策的建议555.3高速轨道结构的发展趋向55参考文献57致 谢58附 录59附录A-1英文原文59附录A-2中文翻译64第1章 绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1研究背景目前我国城市特别是大中城市规模不断扩大，人口不断密集，卫星城的建设，必需积极发展以城市轨道交通为骨干的交通系统，缓解日益繁忙的城市交通。轨道交通具有安全、正点、快捷、舒适等特点，是一种大容量的公共交通运输方式，在城市发展中起到了不可忽视的作用。近年来，我国加快了改革开放步伐，国民经济进入高速发展的新阶段，在此情况下，使本来就很不适应的铁路运输更加全面紧张。大力提高货物列车

18、重量、积极增加行车密度、努力提高行车速度，既是扩大运输能力的有效途径，又是能否依靠科技进步、改善装备水平、综合应用高新技术、保持铁路在运输业中的地位和作用的关键措施。“铁路主要技术政策”中明确规定了我国铁路2000年前后阶段技术发展方向和原则。其中有关重量、密度和速度目标值的实现，无不与轨道结构标准和状态有极为密切的关。可见轨道结构无疑将围绕适应重载、高速的要求，走依靠科技进步、强化设备、科学管理的发展道路。1.1.2研究意义轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，引导列车运行。轨道是行车的基础，能否与运行条件相适取决于其结构的承载能力。它直接关系到列车运行的安全、旅行舒适度、更

19、换周期和养护维修一工作量。国内外运营实践表明，随着运量的增长和运行速度的提高，轨道结构日趋重型化，并辅以作业机械化和管理科学化，以期在确保安全、不间断运行的前提下达到经济和高效的目的。1.1.3国内外研究现状从技术上来说，世界上具有较长高速铁路发展历史以及高铁技术比较发达的国家有日本、法国和德国等。日本是世界上最早建成高速铁路的国家，1964年开通的新干线是世界上最早的高速铁路。这些国家通过高速铁路建设完善了各自的高速铁路网络，带动了相关产业的发展，也拉动了沿途城市的发展。中国的高铁技术，是在借鉴世界高铁技术先进的几个国家的基础上经过再创新而达到目前状况的，还在不断完善和发展中。在我国目前新建

20、的铁路中，大概包括以下几种形式：一是指时速在300公里以上的完全意义上的高速铁路，比如已经开通的京津城际铁路和武广客运专线，这种高速铁路的特点是速度快，同时只运行动车组；二是时速在200公里左右的准高速铁路，在这种路轨上，既运行高速列车，又开行普通列车，比如秦沈客运专线和石太客运专线；三是时速在200250公里，但是只运行动车组，比如长吉城际铁路等；四是时速在200公里左右，既运行客运列车，又兼顾货运列车，这种情况主要发生在一些原有的铁路基础比较薄弱的地区，比如闽东地区，2010年4月开通的福厦铁路就是这种情况。1.2论文主要内容近些年，铁道技术迅猛发展，在原有的铁道轨道结构基础上不断完善，形

21、成了很多新的类型和技术，本文主要论述新型铁道轨道结构及施工，包括城市轨道和高铁的轨道结构特点，以及轨道扣件和施工技术。第2章 城轨轨道结构2.1引言城市轨道交通具有安全舒适、快速环保、运能大和耗能少的特点，已经成为解决大城市交通拥堵问题的首选措施。发展城市轨道交通已经成为解决大城市交通拥堵问题的首选措施。近几年来各大城市的轨道交通项目纷纷上马，打造绿色、环保的城市轨道交通已经成为城市轨道交通建设的时代要求。城市轨道交通基本采用钢筋混凝土整体道床，相对于砟石道床，列车运行时引起的环境振动和噪声有所增强，不仅影响人们的正常生活、工作和身心健康，而且对古建筑结构、精密仪器工作单位等其他敏感点也有不同

22、程度的影响。轨道结构及其基础混凝土外观与周围环境的不协调还会造成景观污染。鉴于上述原因，在环境友好型城市轨道交通建设中衍生出了各种各样的特殊轨道结构型式应对环境敏感点的不同要求，这些轨道结构可归结为噪声控制型、环境振动控制型和景观美化型三类。现从设计选型的角度，对每类轨道结构的使用特点、效果及应该注意的问题进行阐述。2.2城轨轨道结构特点2.2.1噪声控制型轨道结构城市轨道交通列车运行速度较低1，一般120km/h。轮轨动力噪声占城市轨道交通噪声70%以上是主要噪声源。轮轨噪声是由轮轨之间的动力作用产生的，如图2-1所示。钢轨的振动频率范围在数百到数千赫兹，尤以1000Hz以上频率成分为甚。轨

23、道结构对轮轨动力噪声的控制一方面可从振源入手，优化轮轨相互动力作用条件；另一方面是切断噪声、振动的传播路径或采用吸声结构、吸声材料加以控制，如采用钢轨辐射屏蔽系统、轨道吸声板等。 图2-1 轮轨噪声发声示意图2.2.1.1增大钢轨阻尼如图2-2所示，在钢轨轨腰、轨底表面粘贴由高阻尼材料和约束板材构成的复合阻尼板，改变钢轨噪声辐射特性，可以有效地减小钢轨的振动。在北京地铁试装了钢轨阻尼板，测试结果表明，这种方法可降低轨道附近3.5m处的噪声3.5dB左右。该类措施已经国产化，正处于试铺阶段，今后可以考虑在地铁车站及地面线上使用。图2-2 钢轨复合阻尼板示例图2.2.1.2噪声辐射屏蔽系统噪声辐射

24、屏蔽系统的作用是切断钢轨噪声的传播路径，目前已经出现的有安装在钢轨上的噪声屏蔽系统或设置在道床上的近轨声屏障。图2-3是英国某城市轨道交通。所采用的一种屏蔽系统，可降低噪声约4.8dB。图2-3 钢轨辐射屏蔽系统示例图2.2.1.3道床吸声道床吸声措施是在道床上铺设吸声板，根据材质不同可分为复合材料吸声板和混凝土吸声板，其吸声效果在3.2dB左右，这类措施一般用在车站及地面线上。图2-4是德国某城市轨道交通轨道上所使用的吸声板。图2-4 混凝土材料吸声板示例图以上噪声控制措施对轮轨动力噪声的控制能力差别不大，在实际应用中必须方便施工，不影响工期，且施工质量容易保证，方便维护，不能因为噪声控制部

25、件的加装而降低行车的安全性，结构设计应考虑钢轨扣件系统的安装和维护。因此噪声控制措施的选用关键在于综合考虑对轨道系统其它方面性能的影响。2.2.2环境振动控制型轨道结构列车运行时轮轨之间的相互动力作用产生的振动通过轨道结构传给基础(路基、隧道衬砌或桥梁的墩台及基础)再传给周围地层，进而诱发附近地下结构以及地面建筑物(包括其结构和室内家具)的振动，甚至诱发二次结构噪声。根据不同的减振要求，有众多轨道减振措施可供选择。根据减振弹性件所处位置的不同，可以分为钢轨下隔振、轨枕下隔振和道床下隔振。特定轨道减振措施的减振效果与车辆系统、轨道系统制造施工质量、轨道基础结构、行车速度、振动波的传播介质等众多因

26、素有关，因此同类产品在不同的使用场合得到的减振效果也存在较大差异。通常情况下，轨枕下隔振措施的隔振效果优于钢轨下隔振措施，道床下隔振措施的减振效果优于轨枕下隔振措施。减振效果越好，工程造价也会相应提高。2.2.2.1减振型扣件减振型扣件在国内外城市轨道交通建设中使用最为广泛，其种类有几十种之多，最常用的有“科隆蛋”型轨道减振器(如图2-5所示)、Lord减振扣件、GJIII减振扣件及设计新颖的Vanguard减振扣件。一般减振扣件的减振效果可达58dB左右，适用隧道、路基、高架等各类线路地段。Van-guard减振扣件在轨腰腹部采用弹性块对钢轨进行悬撑，可以取得比普通减振扣件更好的减振效果。“

27、科隆蛋”型轨道减振器是最先从国外引进的扣件减振措施，通过环形橡胶圈的剪切变形提供轨下支撑的弹性和阻尼，制造过程中铁座和橡胶圈之间的粘接工艺要求较高。GJIII减振扣件最近几年才出现，推广应用速度较快，橡胶减振垫板夹在两块铁垫板之间，上下铁垫板通过自锁结构实现连接。从目前的使用情况来看，为了提高减振性能而一味降低扣件刚度会增强轮轨之间的动力作用，钢轨过低的竖向支撑刚度、横向及扭转约束的不足与某些城市轨道交通出现不同程度的波浪形磨耗有关。因此在减振扣件选型设计中，必须根据车型确定扣件系统的动力学参数。图2-5 “科隆蛋”型轨道减振器示例图2.2.2.2轨枕下减振措施目前国内城市轨道交通使用的轨枕下

28、减振措施主要是弹性短轨枕整体道床和梯型轨枕整体道床。弹性短轨枕是目前世界上使用最多的减振措施之，一减振效果可达813dB。在我国广州、深圳等城市的地铁交通中被广泛采用，如图2-6所示。图2-6 弹性短轨枕整体道床示例图弹性短轨枕的楔状外形使其易于从道床中拔出，当钢轨内部残余应力较大时会出现轨枕空吊。因此，采取弹性短轨枕道床减振时，计要尽可能考虑消除钢轨内部的应力，施工单位要保证施工质量。梯型轨枕近年在我国北京和上海的地铁中使用较多，其使用效果有待观察。2.2.2.3道床下减振措施浮置板轨道是所有减振措施中性能最好的，减振效果可达18dB以上。根据减振器材质的不同，可分为橡胶浮置板轨道和钢弹簧浮

29、置板轨道(图2-7)。这类减振措施通常用在线路从振动敏感点下面或旁边通过，并且敏感点隔振要求较高的场合(如音乐厅、歌剧院、医院、市政厅、会议中心、博物馆、中高档住宅和酒店等)。浮置板轨道多用于地下段，地面线和高架段也有使用。橡胶浮置板可分为点支撑、线支撑、面支撑等多种型式，在国外使用较多。钢弹簧浮置板的减振效果一般比橡胶浮置板要好，在我国被广泛采用。由于钢弹簧浮置板轨道的关键部件靠进口，所以造价较高，因此应该积极推进钢弹簧浮置板轨道的国产化和相关替代产品的研发。图2-7 钢弹簧浮置板整体道床示意图2.2.3景观美化型轨道结构轨道结构引起的景观污染是指由于蜿蜒于城市中的轨道结构造型欠佳，或是与周

30、边环境、建筑缺乏协调而导致人们在视觉和心理上的不舒适和压抑感受。城市轨道交通宜采用钢筋混凝土整体道床轨道，以改善轨道结构的景观特征，并解决有砟轨道的粉尘污染问题。当线路穿过对景观有特殊要求的地段时，还可选择使用其他轨道景观优化方案。图2-8 “绿色”轨道结构示例图图2-8是德国某城市轨道交通穿过绿化区时采用的“绿色”轨道结构，这种“绿色”轨道不但可以产生出色的视觉效果，而且还可对噪音起到一定控制作用。“绿色”轨道主要用在运行速度低、对景观要求高的城市有轨电车线或旅游观光线上，这种线路会对钢轨、扣件的更换和杂散电流的防护带来困难。在高架段和桥隧过渡段，可对混凝土整体道床表面的颜色进行专业设计，使

31、轨道结构的色调和周围环境和谐一致，降低轨道结构的景观污染。振动、噪声控制措施与景观污染治理措施亦可综合使用，例如在道床表面安装吸声板，并合理设计吸声板的颜色，同时达到控制噪声污染和景观污染之目的。在绿色、环保的城市轨道交通建设中，轨道结构可以从噪声控制、振动控制、景观美化3个方面满足环境敏感点的不同要求。上文综合讨论了每一类中的代表性轨道结构的适用条件和效果，及选型设计中应该注意的问题。对于轮轨动力噪声，可以采用增大钢轨阻尼、设置噪声辐射屏蔽系统、在道床上铺设吸声材料三类措施加以控制； 对于列车引起的环境振动，可在钢轨下隔振措施、轨枕下隔振措施和道床下隔振措施中，根据减振轨道的性能和造价差别选

32、择合理的减振轨道结构；对景观有特殊要求的地段可采用“绿色”轨道结构，还可以对轨道结构及下部基础进行专门的颜色设计。以上噪声、振动、景观污染控制措施，既可以根据不同需要单独使用，也可以综合选用。2.3城轨轨道结构扣件2.3.1扣件作用及主要设计原则轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，引导列车运行。扣件是轨道中走行轨与道床之间的必要连接部件2。扣件的性能直接影响轨道的稳定及弹性。所以，扣件的重要性毋庸置疑。扣件的作用是固定钢轨正确位置，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻，还能提供适量的弹性，并将钢轨所受的力传递给轨枕或道床承轨台，其主要设计原则如下：(1)扣件应有足够的强度，

33、以抵抗钢轨的纵向力和横向力，其承受横向力40kN，抗拔力60kN，每组扣件防爬力8kN。在高架桥铺设无缝线路时，为了减少温度变化或桥梁承受列车荷载产生扰曲，梁面变形引起桥梁结构与焊接长钢轨的相互作用力，因此要求扣件阻力应控制在一定范围内。(2)整体道床刚度大，轨道弹性主要依靠扣件及垫层提供，因此扣件应具有较好的弹性，以减少列车荷载的冲击，使钢轨承受的荷载能均匀地传递到道床上，扣件节点垂直静刚度一般在50kN/mm以下。(3)扣件应具有良好的扣压力，每组扣件的扣压力12kN。同时还应有满足实际需要的轨距和高低调整量。在高架桥整体道床上的扣件需要较大的高低调整量以适应预应力梁的徐变和桥墩的不均匀沉

34、陷。(4)扣件应具有良好的绝缘性能，以减少杂散电流，地下及高架线均采用双绝缘设计；其绝缘部件的工作电阻应大于108。(5)根据使用地段确定扣件的具体结构，尽量统一全线各种扣件的通用零部件，简化扣件结构，结构简单易铺设及维修。(6)扣件金属部件应做防腐处理。(7)地面线及地下线均采用无螺栓扣件，高架线采用有螺栓扣件。(8)扣件应具有较高的减振性能，地面砟石道床采用单层减振垫层，地下及高架线采用双层减振垫层。2.3.2主要设计参数(1)扣件受力分析钢轨扣件所受轮轨横向力的大小取决于车辆轴重、车辆转向架轴距、线路曲线半径、钢轨横向抗弯刚度及扣件横向刚度等因素。扣件横向力一般通过经验公式估算，然后再通

35、过现场测试进行验证。通过对比分析，决定采用UIC估算法计算作用于单个扣件的垂直力(枕上压力)R和横向水平力H： (2-1)(大半径)或(小半径)式中速度系数，取1.5； 名义轮重，(P为轴重，P=141kN)。由此算得：R=52.9kN；H=21.15kN(大半径)或H=31.74kN(小半径)，小半径控制设计取H=35kN。根据北京地铁在R=200m曲线上实测的资料，当列车速度为50km/h时，测得的扣件横向力最大可能平均值为28.9kN。北京城铁最小曲线半径为350m，因此取H=35kN是偏于安全的。(2)扣件刚度确定扣件刚度与扣件结构、垫层材料、外形及外部荷载等因素有关，取值是否合理直接

36、影响到扣件减振性能的好坏。对于地面线砟石道床扣件节点，垂直静刚度取3050kN/mm；对于高架桥及地下整体道床扣件节点，垂直静刚度取2040kN/mm。(3)电绝缘性扣件必需具有良好的电绝缘性，以满足轨道电路的要求。同时扣件是城市轨道交通中防止杂散电流的第一道关卡，必须有较高的绝缘值，所有扣件绝缘部件的电绝缘性能均要求达到108以上。(4)调距调高量的确定对于地面线，由于可以起拨道作业，故不考虑调高问题，调距能力为-8+4mm；对于高架整体道床，应考虑桥墩下沉或桥梁混凝土收缩徐变的影响，调高量应大一些，为+40mm，其中轨下可调10mm、铁垫板下可调30mm；对于地下整体道床，由于不存在收缩徐

37、变的影响，调高能力定为+30mm。高架和地下线用扣件的调距能力均为-16+8mm。2.3.3我国城市轨道交通铺设的扣件我国已建和在建城市轨道交通铺设的扣件，类型较多，除天津地铁1号线(已建成段)铺设刚性扣板式扣件外其他均铺设弹性扣件，基本上是在国铁弹条扣件基础上设计的。扣件除刚性、弹性外，大致可分为有挡肩、无挡肩，分开式、不分开式，有T型螺栓、无T型螺栓几大类型。以下对铺设较多的扣件及其性能分述如下：JDI型扣件：适用于50kg/m钢轨为有挡肩刚性不分开式扣件，扣压件为70型刚性扣件，在天津地铁1号线已建成段使用，目前已拆除。利用更换扣板号码的方法调整轨距，调整量为+6mm10mm。在轨下设橡

38、胶垫板并增调塑料垫板及三圈弹簧垫圈，以增加轨道弹性，水平调整片可进行高低微量调整。DTI型扣件：适用于50kg/m钢轨为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为弹性扣板，该扣件在北京地铁使用。使用轨距调整块调整轨距，一期工程使用四边形调整块，调整量+4mm-8mm，二期工程使用六边形调整块，调整量+8mm-12mm。轨下设10mm厚橡胶垫，可调高低-5mm+10mm。DTIII型扣件：适用于60kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为13mm弹簧钢国铁标准B型弹条，单个弹条初始扣压力为8kN，弹程10mm，该扣件在上海地铁1、2号线上使用。使用轨距垫调整轨距，调整量+8mm-12mm。轨下设10m

39、m厚橡胶垫，轨垫板下设16mm厚的橡胶垫，可调高低-5mm+30mm，节点垂直静刚度21kN/mm。DTIV型扣件：适用于50kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件为13mm弹簧钢国铁标准A型及B型(接头)弹条。该扣件在北京地铁复八线复西段上使用。其性能同DT型扣件。DTVI型扣件：适用于50、60kg/m钢轨，为有挡肩弹性分开式扣件，扣压件类似潘多尔扣件，D弹条18mm弹簧钢制造，单个弹条初始扣压力8kN，弹程10.5mm，该扣件取消了T形螺栓减少零部件，在北京地铁复八线使用。使用轨距块调整轨距，调整量为+12mm-12mm，调高量+30mm。单趾弹簧扣件：适用于60kg/m钢轨，为无

40、挡肩弹性分开式扣件。扣压件为13kN。该扣件在广州地铁1、2号线使用。轨距调整量+12mm-12mm，高低调整量+10mm-5mm。弹条II型分开式扣件：适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件。扣压件为13mm弹簧钢国铁标准型弹条，材质采用新材料60SiCrVA。该扣件单个弹条初始扣压力9kN，使用轨距块调整轨距，调整量+8mm-12mm，高低调整量+15mm。该扣件具有扣压大，强度安全储备大，残余变形小的优点，弹条性能明显优于弹条型扣件。该扣件在深圳地铁一期工程使用。WJ-II型扣件：适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件，扣压件为13mm弹簧钢，单个弹簧初始扣压力4kN，弹

41、程11mm，采用轨下复合胶垫，每组扣件防爬阻力为4kN。适用于高架桥无缝线路，为小阻力扣件，该扣件在上海明珠线一期工程使用，轨距调整量+20mm-20mm，高低调整量40mm。DTVII2型扣件：适用于60kg/m钢轨，为无挡肩弹性分开式扣件，扣压件为13mm弹簧钢，单个弹条初始扣压力4kN，弹程11mm，为地铁高架无缝线路小阻力扣件，在上海地铁2号线东延伸段，北京城铁、北京地铁八通线使用，轨距调整量+8mm-6mm，高低调整量40mm。高架线采用无挡肩弹性分开式DT2型扣件，见图2-9。扣件节点垂直静刚度2040kN/mm。钢轨水平调整量为40mm，轨距调整量-16+8mm。扣压钢轨件采用D

42、弹条(13mm、型)，弹程11mm，一个弹条的扣压力4kN。铁垫板用螺旋道钉与预埋尼龙套管的短轨枕连接。图2-9 DT2型扣件结构图DTVI2型扣件：地下线采用无挡肩弹性分开式DT2型扣件，见图2-10。其结构类似于有挡肩弹性分开式DTVI型扣件(已用于北京地铁复八线隧道整体道床)。扣件节点静刚度2040kN/mm，钢轨高度调整量015mm，轨距调整量-12+8mm。扣压件为DI弹条(18mm)，弹程10.5mm，单个弹条扣压力8.25kN，弹条直接插入铁垫板铁座内扣压钢轨。用螺旋道钉将铁垫板与短轨枕(预埋尼龙套管)连接。DTVI2型扣件是在北京地铁复八线DTVI型扣件的基础上改进的。原DTV

43、I型扣件是设混凝土挡肩的弹性分开式扣件，轮轨横向力由混凝土枕挡肩承受，螺旋道钉主要承受竖向拧紧力。DTVI2型扣件取消了混凝土枕挡肩，轮轨横向水平力由铁垫板与垫层之间的摩阻力平衡，从而解决了原DTVI型扣件铁垫板下垫调高垫板、挡肩处也要增加垫板等问题，简化了调高作业。另外，取消混凝土枕挡肩也使短枕的制造更方便。图2-10DT2型扣件结构图DTVI-3型：地面线采用无挡肩弹性不分开式DTVI3型扣件，见图2-11。其结构型式类似于英国PhndDl无螺栓弹条扣件。轨距调整量为-8+4mm，不能调高。扣件节点静刚度为30一50kN/mm。扣压钢轨件亦是DI(18mm)弹条，直接穿入铁座内，铁座的下半

44、部分预埋在轨枕内。图2-11 DT3型扣件结构单趾弹簧扣件：有挡肩分开式扣件是靠混凝土挡肩承受列车在曲线上运行时产生的横向水平力。国内外无挡肩分开式扣件的设计，大多采用减薄铁垫板下弹性垫片的厚度(一般为25mm)，提高弹性垫片的刚度(大于110kN/mm)，加大锚固螺栓拧紧力矩至300Nm，并增加传递给混凝土枕的横向水平力。而单趾弹簧扣件铁垫板下橡胶垫厚12mm，刚度仅为4060kN/mm，锚固螺栓拧紧力矩也只有100Nm，这就决定了锚固螺栓将承受列车运行时产生的大部分横向水平力，因此锚固螺栓的研究是研制单趾弹簧扣件的关键问题之一。随着运营速度的提高，或某些区域条件限制，如轨道曲率半径过小及坡

45、度过大等，对螺栓的技术要求也相应提高。香港地铁选用英国潘得罗尔扣件，锚固螺栓的性能等级相当于GB3098的10.9级，而广州地铁1号线最终也选用了同样等级的锚固螺栓，由此提出了单趾弹簧扣件锚固螺栓的研制。锚固螺栓的设计首先是设计荷载的确定。根据北京地铁动载试验统计结果，地铁列车以60km/h的速度在R=250m的曲线上行驶时，一组扣件承受的最大横向水平力约35kN。广州地铁一号线正线线路条件为：曲线最小半径R=300m，车辆轴重16t，轴距25m，转向架中心销距57m。在这种线路条件下，按轨道不出现危及行车安全的状态进行计算，一组扣件可能承受的最大横向水平荷载超过30kN，因此确定扣件按承受3

46、5kN的横向水平力设计。其次，扣件的设计考虑了使用的通用性，既能使用于短混凝土枕整体道床，也能用于减振道床。国外同类扣件用于连续支承的整体道床时，用2根锚固螺栓；用于减振道床时，用4根锚固螺栓，螺栓直径为M24，强度等级相当于GB3098的109级。再次，为使扣件相对于不分开式刚性扣件具有35dB的减振效果，设计考虑在单趾弹簧扣件铁垫板下橡胶垫板采用了刚性相对较小的静刚度4060kN/mm。在此条件下列车在曲线上运行产生的横向水平力，约80%由锚固螺栓承受，通过橡胶垫板剪切变形传给混凝土基础的仅是小部分。根据上述设计要求，单趾弹簧扣件的结构设计如图2-12所示。锚固螺栓选用M27220mm，强

47、度等级为10.9级，螺母选用GB6170标准产品，强度等级为10级，扣紧螺母选用GB805-M27。立面图平面图图2-12 单趾弹簧扣件立、平面图当前我国城市轨道交通项目铺设的扣件一个城市一种类型，甚至一条线一种类型，技术标准不统一，特别是扣件设计图不公开发行，被认为是知识产权，因此，其他建设项目只能另行设计新的扣件，这就造成了人力、物力的浪费，同时又增加了扣件的种类。跨入21世纪后，我国城市轨道交通建设进入发展期，有关部门应抓住这个有利时机，组织科研设计人员，总结以往经验，统一扣件标准，编制城市轨道交通的扣件通用图、标准图，并制定发展方向，这样一方面可使设计者有章可循，另一方面也有利于轨道配

48、件标准化、通用化，有利于降低城市轨道交通的建设成本。2.4城轨施工方法2.4.1地铁施工技术发展概况我国的地铁隧道施工中采用的方法主要有矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法、盾构法进行施工。(1)矿山法施工的优点是施工场地要求占用小，但是当地下出现有水的情况是无法正常进行作业，必须在作业过程中将地下水排除；在开挖和支护施工中必须人工操作，作业效率低，安全性差；此方法对于地表沉降问题难以得到有效解决，因此对于地下管道和地上建筑物会造成一定程度的破坏。(2)盖挖法施工过程中优点是施工占用场地也较小，对地面建筑物影响较小，施工作业也较安全，但是施工工序十分复杂，施工条件较差，且存在交叉作业现场。(3)明挖

49、法施工占用场地较大，在一些交通比较拥挤的地方难以施工，环境污染严重。(4)暗挖法施工优点是对于地面的情况干扰较小且比较经济，但是施工作业效率低，风险大，劳动强度高。(5)盾构法施工基本集合了前几种方法的优点，地层适应性强，可以在地下有水情况进行作业，对环境污染较小，全机械化施工，作业效率高，且对地表沉降能够合理控制因此对地面建筑影响较小。目前针对隧洞掘进施工方法有两种，一种是利用掘进机掘进，另一种是利用钻爆法形成隧洞。钻爆法施工主要是采用钻孔爆破方法将破砟岩土，例如鲁布革水电站利用了机械钻爆法进行施工。随着技术的进步，掘进机开始出现并且体现了自身的许多优点，具有掘进安全、经济效益显著、隧洞洞壁

50、质量高、掘进速度快等。近年来，掘进机施工工艺已取得较大进步，采用了技术含量较高的盾构技术，能够实现全断面掘进，然后进行放置管道，盾构技术的出现使得施工效率更高，月进尺能够达几百甚至千米，而且盾构技术的适用范围较广，对于岩石较硬和软土等复杂的地质条件均能使用，尤其是针对地下水力压力大的工况下，更能显示出其优点，弥补了其他方法的不足，如图2-13。随着经济社会发展，我国的城市建设日程逐渐加快，地铁需要逐渐增加，盾构技术的应用更加广泛。图2-13 盾构法施工地铁隧道2.4.2盾构法的简单介绍2.4.2.1盾构技术所谓“盾构”，是指配有护罩的一种专门用于隧道开挖的专用设备，工作原理是在盾构后面带有衬砌

51、，利用它当做支撑点支撑整套设备前进，然后利用刀盘来将岩土切割，并将切割后的岩土砟屑排除，同时将衬砌拼装。所谓“盾构技术”是指用盾构设备的盾壳来支撑和保护隧洞，以防出现水侵和坍塌现象，将隧洞中的岩土切削，将管片安装后进行灌浆，保障隧洞洞身的质量。它具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可以控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下施工时不影响水面交通等特点，在隧道洞线较长、埋深较大的情况下，盾构法更为经济合理。盾构法施工最早出现在欧洲，随后在美洲和日本发展较快，迄今为止已在世界各地得到广泛应用。2.4.2.2盾构法地铁应用技术参数针对土压平衡式盾构机来进行分析相

52、关的技术参数，其主要是靠压力仓的土压力来支撑隧道壁面。(1)平衡压力值。根据经验公式有： (2-2)其中：P为平衡总压力；R为土体平均重度，kNm ；H为隧道埋深，m；取0.60.8。(2)出土量。每环理论出土量： (2-3)其中：D为最大直径。实际出土量取理论值98100。(3)推进速度。一般取3cm/min5cm/min，当有建筑物时，取1cm/min。(4)盾构轴线。与设计偏离不得大于50mm。(5)地面变形量。一般控制在1030mm内。(6)同步注浆。每环空隙 (2-4)其中：D为盾构外径；d为管片外径。压浆量为空隙的150250。(7)壁后压浆。当需特殊保护时，根据地层变形监测的信息

53、来进行操作。2.4.3盾构法在城市轨道中的应用一般情况下对于盾构法施工作业来说包括以下几项内容：一是首先搞清楚盾构隧道的地质条件，包括岩石指标、地质构、地下水以及地层渗透性等方面；二是搞清楚隧道的几何尺寸，包括隧洞直径、长度、隧洞端面形状、转弯处的曲率半径以及纵向坡度等方面；三是必须搞清楚隧洞的外界条件，包括隧洞上面的建筑物分布情况、隧洞埋深、环境保护要求和标准等方面；四是针对以上条件来进行合理选择盾构机械；五是必须要制定出地铁盾构法施工的总体布置、包括出砟系统布置、管片的运输与制作、通风、供水和换气系统等必须的工厂；六是针对特殊情况要多加考虑，例如是否需要超前加固地层等4。已建成的某市的地铁

54、也是采用盾构法穿越铁路区间隧道，左线里程为：ZDK21777.051ZDKCK23819.487，盾构右线长1991.436m，右线历程为：YDK21828.051YDK23966.7。针对已建成的地铁盾构段为例进行详细介绍盾构法在地铁施工作业过程中的施工工艺过程。2.4.3.1盾构法施工地质情况在盾构机施工作业过程中，需要穿越砂层、全风化花岗岩、砾质茹上、砾砂和球风化弧石，在DK23330处的地铁隧道的底部且存在含量不是很多的中风化和强风化的花岗岩材料，按照前面所述，一方面需要搞清楚地层岩土性质，另外还需要搞清楚的内容主要有地下水位的埋深为1.2m8.0m之间，水位的高程为58.2m77.0

55、m之间，地铁隧道的底板的标高大约是57.75m，地下的水位变化幅度为0.5m3.0m之间，而且在施工过程中地下水有可能对对施工带来一些影响。2.4.3.2盾构法施工地质情况在盾构机施工作业过程中，需要穿越砂层、全风化花岗岩、砾质茹上、砾砂和球风化弧石，在DK23330处的地铁隧道的底部且存在含量不是很多的中风化和强风化的花岗岩材料，按照前面所述，一方面需要搞清楚地层岩土性质，另外还需要搞清楚的内容主要有地下水位的埋深为1.2m8m之间，水位的高程为58.2m77.0m之间，地铁隧道的底板的标高大约是57.75m，地下的水位变化幅度为0.5m3.0m之间，而且在施工过程中地下水有可能对对施工带来

56、一些影响。在相差一个月的时间进行出洞，且两台盾构机的距离保持在50m以上，以便能够减小对地层的影响。2.4.3.3实现盾构端头井加固工艺首先针对该市铁路进行加固，在铁路的路基进行加固时采用了预应力锚索对拉的方法，锚墩作为桩板墙。锚墩桩作为挖孔其中桩长为8m，用到的是1.0m1.5m的钢筋混凝土板，将钢筋混凝土板沿铁路的路基的两侧按照对称分布原则进行布置，保证纵向的间距约为3m左右。锚墩桩与锚墩桩之间采用0.2m厚的钢筋混凝土板进行连接。采用预应力锚索将铁路两侧的锚墩桩进行对拉，其中锚索就是17的钢绞线，并且在竖向上已设置3道，采用预应力锚索桩进行板墙加固，如图2-14(a)、(b)所示。采用预

57、应力锚索桩进行板墙加固的施工顺序为：一是进行挖孔桩。采用人工操作进行挖孔，采用厚15cm的混凝土进行护壁，在护壁时保证高出地面约30cm，目的是不让其他的杂物落到井内，保证安全。在人工挖孔后的井口周围需要设置一个护栏，在护栏的上面需要标上安全警示标志，在不开挖的时候将其盖上保护起来。在地下水位以下的地方每节护壁长约0.5m，水位以上时每节护壁长约1.0m，并且在两节护壁之间的位置处需要设置直径16mm、拉筋长40cm的钢筋拉杆，环向间距约为30cm左右，采用3mm厚的组合钢材料的模版来作为护壁的模版，并且用10cm10cm的方型木块来对撑住。当人工挖孔出现水量较大的情况时，需用1.5KW的潜水

58、泵抽水使水位降到一定位置然后进行施工。将板桩的钢筋笼进行集中加工，在下笼时需采用履带吊进行吊装，当放置到设计的高度时，然后用槽钢扁担放置到护壁上面来进行控制其标高。采用C20商品混凝土来作为桩身使用的混凝土。(a)加固横剖面图(b)平剖图图2-14 预应力锚索桩板墙加固示意图在井口位置处设料斗，然后在其下面悬挂串筒，保证串筒底与孔底的距离不大于1.0m，用汽车泵输送混凝土，混凝土用汽车泵水平输送，采用插入式振动棒进行振捣。二是预应力锚索。将3道预应力锚索以竖向方式设置在挖孔桩桩身，保证预应力锚索的竖向间距为2m，纵向间距为3m，每道锚索是通过17根钢绞线而制成，钢绞线的强度高达1860mMPa

59、，采用张拉油泵、油压千斤顶进行张拉，在使用张拉机具前须标定。在张拉操作后采用高压注浆泵将浆体进行注入。三是安装桩间钢筋混凝土板。钢筋混凝土板制成桩间板，并且在板顶处设置吊环，方便汽车整体吊装。在挖孔桩作业时在桩侧面留槽口，用方木成槽，且保证桩间混凝土板与槽口尺寸小5cm，以便于安装预制板，桩身与混凝土板之间的间隙用水泥浆填充。2.4.3.4穿越平南铁路方案如图2-15所示，在DK23107DK22683段，该市铁路和盾构隧道大致平行，从DK23107段隧道左转曲线与铁路交叉，隧道穿过铁路后向右拐弯下穿铁路，到DK23670时穿出铁路。盾构机在下穿铁路时，存在砾砂层，由于理深较浅且，距离较近，此

60、时盾构掘进需采取加固措施，采用超前钻进打眼注浆。确定出注浆的范围在隧道外侧的3m内。(a)DK23+300(b)DK23+200图2-15 地铁隧道与铁路关系图2.4.3.5盾构机掘进措施(1)调整盾构机，当地质地段相类似时，需进行模拟掘进工作，在盾构机靠近铁路前，需将盾构机掘进参数和状态调整好。(2)在工作时需保证盾构机运转良好，尽量减少或避免盾构机发生故障的次数，以免造成时间拖延，降低工作效率。在施工过程中采用土压平衡施工方法保障沉降量较小。(3)选择了加泥土压平衡盾构机，跟好地保证了施工安全和进度。通过改良地层减小地表沉降。(4)采取错缝拼装进行隧道衬砌，目的是可以发挥管片环间螺栓的纵向

61、加强作用，从而加强了管片间接头处的薄弱部位，使得管片环整体刚度有所增加，从根本上控制了砂层地段管片的结构变形、结构受力和防水方面的问题，使得地铁施工过程中出现的大变形和渗漏问题得到有效地解决和控制。质量控制中管片拼装关键环节之一。必须严格把关管片的制作，杜绝投入使用不合格管片；采用高强度螺栓作为连接螺栓；施工管片接头的防水必须严格按设计要求进行，确保接头防水的效果和管片拼装的质量，防止地下水的渗入。(5)根据施工环境和地层情况，选用泌水性小、和易性好、具有一定强度的浆液，及时填充地层和隧道间的空隙，通过适当加大浆液的注入量来保护周围环境和建筑物。同步注浆不足时采用二次注浆。采用双液注浆(水泥水

62、玻璃浆液)可以减少地面变形和地基不均匀沉降量。注意注浆量和注浆压力，防止地基隆起现象发生。(6)实测反馈盾构施工过程中的地面变形情况，采取优化调整参数，检验参数是否合理。平南铁路和砂层地层时，推进速度不宜过快，减小超挖量，缩短注浆时间，保持稳定。(7)咨询铁路主管部门，信号线及铁路允许变形指标，保证安全和通信正常，将施工前的地层沉降预测量与设定的沉降控制指标和预警值对比，出现问题时，及时报警。必须加强监控量测工作及信息反馈工作，及时采取注浆措施来调整沉降曲线。2.4.4盾构法在施工中常见问题及分析通过比较详细的资料调查和统计分析，了解北京目前的几条地铁线路上盾构法的施工现状，发现盾构法在大规模应用中面临的主要问题有：盾构法连续施工的区间分散；盾构设备的利用率偏低；盾构机的非推进作业过多；盾构法施工的工期延误；盾构法施工的额外成本较多。通过分析，认为最根本的原因在于盾构区间施工与车站施工在速度和组织上的矛盾未能得到很好的协调，实际上也就是盾构过站的问题没有得到很好的解决。目前采用的三种实施方案没能真正