德国高速铁路轨道技术简介

1　概述

　　郑西客运专线是我国首批开工建设的速度目标值350 km /h的高标准客运专线之一,全线一次铺设跨区间无缝线路,以铺设无碴轨道为主。本项目是由高新技术集成的复杂庞大的系统工程,技术含量非常高。

　　我国目前还没有建设高速客运专线铁路的设计、施工及管理经验,应加强对国外高速铁路技术的学习与探讨,以便于在以后的工作中提高设计水平与创新能力。

　　2　德国高速铁路轨道技术概况

　　211　德国无碴轨道结构类型及发展

　　德国高速铁路在建设初期也使用有碴轨道,其散粒状碎石为轨道提供了良好的弹性,但经过多年运营发现了碎石道床容易产生变形、粉化和脏污等现象,需要不断地进行维修。因此,在修建第三代高速铁路时普遍采用了无碴轨道。无碴轨道具有稳定性好、耐久性强、轨道平顺性好、少维修、结构高度小、自重轻、能避免高速行车产生的道碴飞溅和有利于保持无缝线路稳定性等优点。但是无碴轨道对施工精度和基础要求较高,相对于有碴轨道初期建设费用较高,产生噪声较大等。早在1968年德国便开始研究试铺无碴轨道,其中在1972年德国Rheda车站试铺了长枕埋入式无碴轨道,这就是Rheda系列的最早结构。该结构运营了30多年,未经过任何养护。到目前,德国已研制并铺设了多种型式的无碴轨道。其中有代表性的是Rhe2da2000、旭普林和博格板式轨道。

　　德国铁路的无碴轨道技术经历了30多年的发展历史,为了研究和发展无碴轨道技术,德国铁路曾在卡尔斯鲁厄到巴塞尔线路上,选择8 km地段铺设了8种不同的轨道类型。其中有长枕埋入式、双块式、绿色无碴轨道、长梁式、宽轨枕等,如图1～图7。每段长度约390m,不同结构间采用了过渡型式。各种不同型式的轨道在运营后通过检测和观测,通过不断总结和改进,研制出更先进的无碴轨道结构型式。

　　法兰克福至科隆铁路是德国第一条客运专线,也是德国第三条高速线路,设计速度为300 km /h,个别地段速度330 km /h。全线主要采用无碴轨道型式,其中在中间一段铺设了Rheda2Berlin系统无碴轨道。德国无碴轨道在路基地段其轨道板或道床板和支承层是连续铺设的。即将建成的从纽伦堡到慕尼黑的另一条高速铁路,使用了博格板式轨道。这是一种预制轨道板,在制作、铺设方面有更特殊的工艺要求。

　　212 无碴轨道对基础的要求

　　无碴轨道铺设时对基础要求非常严格,这是高速铁路对轨道的高平顺性和高可靠性要求决定的。首先必须严格控制基础沉降,使基础刚度达到所需数值,以改善支承层受力状况,同时还要满足排水要求。为满足上述要求,路基要选择优质填料并进行严格压实。在无碴轨道施工前,要对基础进行严格的观测,一般观测1年左右,便可预测剩余沉降量并铺设无碴轨道。如果工期比较紧或基础地质条件较差,可以采用预压、灌浆方法加速地基的稳定,也可以采用过渡桥方法。

　　213　测量控制体系

　　无碴轨道要求施工精度非常高,因此,如何保证测量精度要求是无碴轨道施工质量的重要环节。一般沿线路布置基桩,可设置在线路两侧的接触网杆基础上,也可设在接触网杆上。如果在隧道里,可设置在边墙上。基桩三维坐标引自国家系统控制点。基桩在施工和养护维修中,可起到基准点的作用。

　　214　减振降噪措施

　　无碴轨道尽管有许多好处,但同有碴轨道相比噪声较大。在德国,铁路有规范明确指出,沿线两侧噪声不能超过55 dB。但如果不采取措施,噪声仍可达58dB。为了使噪声控制在允许范围内,德国一般采用以下几种方法。

　　(1)采用适宜的刚度(图8)

　　德国无碴轨道地段多使用Vossloh loarv300 型扣件,该扣件在轨下设置了橡胶垫板,为轨道提供弹性。扣件刚度在2215～35 kN /mm,实践证明效果明显。

　　(2)设置吸音设备(图9)

　　为降低噪声在线路两侧及中间设置吸音材料,也收到很好的效果。

　　(3)设置隔音设备(图10)

　　为使噪声尽量少地传到线路外,沿线路两侧设置隔音墙,隔音墙的高度、材料等需根据要求确定。

　　215　跨区间无缝线路

　　德国铁路(包括城市轨道交通)均设计为跨区间无缝线路。道岔区只要不是特殊道岔结构,岔区无缝线路都可以满足要求。

　　(1)桥上无缝线路

　　德国铁路有钢筋混凝土梁桥和钢梁桥。在一些特殊桥跨上,需设置伸缩调节器。据DE C公司某负责人介绍,在德国当钢筋混凝土梁跨度超过120 m,钢梁跨度超过90 m时,需设置伸缩调节器。在科隆站外莱茵河桥是3 孔下承式钢桁架拱桥。3 孔梁跨度为118188、167175、122116 m,在中间跨两端设置了伸缩调节器,如图11、图12所示。该桥为明桥面,采用木枕及K形扣件。桥面上用板盖住纵、横梁及桥面系,养护维修人员可以在上行走。

　　(2)桥上无缝道岔(图13)

　　在上述桥梁上靠近科隆站一段,有2组无缝道岔,其辙叉及尖轨已进入梁跨,且距梁端很近。说明桥上无缝道岔能满足强度等要求。

　　3　德国高速铁路轨道技术特点

　　311　优化结构受力条件(图14、图15 )

　　德国的无碴轨道结构与国内有很大区别,在路基地段,其轨道板或道床板和支承层沿纵向按连续铺设。这种结构可以改善支承层的受力条件,使支承层顶面压力基本均匀分布(设置结构缝处除外) 。支承层是由砂、石、水泥、水和其他添加剂组成的。连续道床板或轨道板由于动力传递性能好,对其下面的支承层很有利。支承层材料弹性模量低,可起到很好的过渡作用;另外,支承层的水泥用量很少,可以降低投资;路基地段轨道板或道床板内纵向钢筋接近结构的断面中间,配筋率1%左右;此外,在道床板结构表面切开部分缝隙,可控制裂缝。

　　312　桥梁上道岔技术特点

　　莱茵河钢梁桥上设有无缝道岔,位置接近梁端,该梁端采用固定支座,梁的变形小,国外专家介绍,桥梁上设道岔时活动心轨和岔尖必须避开桥梁结构伸缩缝。

　　313　重视科学的方法、加强科学试验

　　德国铁路轨道技术经历了长期降低试验研究。通过铺设试验段,进行各项试验、检测,取得大量参数,为总结经验、修改设计方案和开发新型无碴轨道提供了科学依据,德国讲究科学方法、高度重视科学试验的认真态度,值得我国学习和借鉴。