高速铁路轨道技术综述

高速铁路轨道技术综述
1高速铁路轨道结构等级
铁路轨道结构等级与运输条件密切相关。在铁路运输发展的初期，速度、轴重、密度都处于较低水平，对轨道结构的要求以可靠性为主，等级划分则以年通过总质量为主，兼顾列车速度的要求。近年来发展的客运专线和重载铁路，对轨道结构提出了不同侧重的要求。客运专线以旅客运输为主，除要求极高的安全性和可靠性以外，对旅客的舒适度提出了很高的要求。在轨道结构方面，则除了传统轨道不允许存在的长波不平顺以外，还对短波不平顺作出了严格的限制。为了达到这些要求，欧洲AGC计划明确要求线桥设备采用统一标准。这些标准包括：
（2）利用标准列车计算桥梁荷载；
（4）全部采用立体交叉；
1.2轨道结构类型
高速铁路轨道结构主要类型有有碴轨道和无碴轨道。有碴轨道是铁路的传统结构。它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。但随着行车速度的提高，其缺点也逐渐显现。首先，由于有碴轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严重，轨道破损和变形加剧，从而使维修工作量显著增加，维修周期明显缩短。根据德国高速铁路的资料，当行车速度为250～300km/h时，其线路维修费用约为行车速度为160～200km/h时的2倍；速度为250～300km/h时，通过总重达3亿吨后道碴就需全部更换，而在160～200km/h时，通过总重则可达10亿吨。日本对高速铁路桥上的有碴轨道与无碴轨道维修费用进行的统计分析表明，有碴轨道的线路维修费用比无碴轨道高111%，也就是说有碴轨道的维修费用相当于无碴轨道的2倍多。基于这一情况，许多专家认为，从经济角度和维修管理角度看，高速铁路应采用无碴轨道。特别是在桥隧结构上，由于无碴轨道减少了二期恒载和建筑高度，采用无碴轨道更为有利。
1.2.2世界上一些国家铺设有碴轨道和无碴轨道的概况
达到80%以上。
荷兰高速铁路土质条件不好，软土较多，但也积极采用无碴轨道。
法铁总结有碴轨道道碴飞溅的原因主要有：
（2）线路修理作业后道床不稳定；
（4）列车高速和大风。当列车速度250km/h以上时，在2.5m距离内飞碴已经非常严重，不能靠近。
1.2.3无碴轨道的缺点
1.2.3.1投资问题：无碴轨道的初期投入比有碴轨道高得多，即使施工方法得到优化、建设数量增大，无碴轨道的成本系数仍为有碴轨道的1.5～2.0。另外，有碴轨道维修的大型养路机械作业精度越来越高、作业质量越来越好、保持轨道几何状态的周期延长，这些都会增强有破轨道的竞争力。而随着运营时间的延长，无碴轨道钢轨打磨工作量比有碴轨道大、修复工作比较复杂等都会增加投入，而这些投人在初期是无法计算的。
1.2.3.3无碴轨道的建设和维修都远未达到自动化程度，无碴轨道的质量需要高水平的养护措施提供保障，这意味着在施工工序和质量控制方面都要增加额外的费用和时间。建立期间的质量缺陷将为整个使用寿命期留下隐患，并需要花高昂的代价进行弥补。
1.2.3.5无碴轨道不能在粘土深路堑、松软土路堤或地震区域铺设。
1.2.3.7对脱轨或其他原因导致的严重损坏还没有特别有效的措施，而且一旦发生问题，修复时间很长。
1.2.3.9在路基上铺设无碴轨道时，在任何情况下都要铺设防冻层（至少70cm厚）。要延长无碴轨道的寿命周期，水凝性材料层厚度几乎不能减少。路基处理深度也比有碴轨道深。
1.3无缝线路
从理论上讲，无缝线路可以无限长，但多年来由于技术上的限制，区间信号和道岔区存在钢轨接头，成为无缝线路的薄弱环节。随着科学技术水平的提高和铁路技术装备的加强，无绝缘轨道电路技术和装备的普及、钢轨绝缘接头的采用、高碳中锰钢轨和高碳微钒钢轨与道岔高锰钢焊接技术的突破，无缝线路实现实际上的无限长已成为现实。沪宁线利用线路大修在20世纪末实现一根全长223.2km的跨几十个区间的超长无缝线路、秦沈客运专线首创新线建设全线一次铺设无缝线路、结合秦沈客运专线的京秦改造工程实现全线一次铺设无缝线路等，说明我国铺设超长无缝线路已进入可以全面实施的阶段。
新线铺设无缝线路有2种基本方案。一种是短轨过渡方案，即先铺设短轨有缝线路并经初期运营，待跻基、道床在列车作用下密实、稳定之后，保持道床、轨枕不动，将短轨更换为长轨条并焊接成无缝线路。这种经过短轨有缝阶段过渡而铺设的无缝线路，容易使钢轨接头部位的基床、道床受到破坏，使之在强度、弹性及其结构均匀性等方面成为固有的薄弱环节。而且这些己经形成的薄弱环节具有“记忆”特征，不可能通过维修手段彻底根除，它们将长期影响线路的平顺性和均匀性，不能满足高速列车的运营要求，同时也加大了养护维修工作量。另一种是一次铺设无缝线路方案，即新铺设长钢轨一次焊接成无缝线路，在无缝线路铺设之后，基本上不承受施工列车、更不承受初期运营列车的作用，从而免除了短轨过渡期形成的上述问题，保证高速线路的质量。世界各国高速铁路无一例外全部采用一次铺设无缝线路方案。