地铁轨道工程概述及铺轨工艺..pptx
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1、一、地铁的发展1863年1月10日,用明挖法施工的世界上第一条地铁在伦敦建成通车,列车用蒸汽汽车牵引,线路全长6.4km。1890年12月8日伦敦首次用盾构法施工,建成用电气机车牵引5.2km的另一条线路。从此,城市交通进入轨道交通时代,因此可以说城市轨道交通的历史比汽车的历史还悠久。城市轨道交通的发展经历了曲折的过程,大致分城市轨道交通的发展经历了曲折的过程,大致分为以下几个阶段:为以下几个阶段:初步发展阶段(初步发展阶段(1863186319241924年)年)在这一阶段,欧美的城市轨道交通发展较快,在这一阶段,欧美的城市轨道交通发展较快,期间期间1313个城市建成了地铁,还有许多城市建成
2、了个城市建成了地铁,还有许多城市建成了有轨电车。有轨电车。2020世纪世纪2020年代,美国、日本、印度和年代,美国、日本、印度和中国的有轨电车有了很大的发展。中国的有轨电车有了很大的发展。2 2停滞萎缩阶段(停滞萎缩阶段(1924192419491949)第二次世界大战的爆发和汽车工业的发展,促第二次世界大战的爆发和汽车工业的发展,促使了城市交通的停滞和萎缩。汽车的灵活、便捷使了城市交通的停滞和萎缩。汽车的灵活、便捷和可达性,一度成为城市交通的宠儿,得到飞速和可达性,一度成为城市交通的宠儿,得到飞速发展。而轨道交通因投资大、建设周期长,一度发展。而轨道交通因投资大、建设周期长,一度失宠。这一
3、阶段只有五个城市发展了地铁。失宠。这一阶段只有五个城市发展了地铁。3.高速发展阶段(1970年至今)世界各国城市化的趋势,导致人口高度集中,要求轨道交通高速发展以适应日益增加的客流运输、各种技术的发展也为轨道交通奠定了良好的基础。俄罗斯地铁站法国里尔地铁无人驾驶的全自动列车新加坡地铁东京地铁线路图二、我国地铁发展1969年,北京开通了我国第一条地铁线路,此后停顿了20多年,到1995年上海才建成地铁一号线。目前,我国已成为世界上最大的轨道交通市场。根据我国“十一五城市轨道交通发展规划,北京、上海、广州、南京、重庆、武汉、沈阳、西安、成都、杭州、苏州等15个大城市,在未来的10年里,规划建设轨道
4、交通线路55条,总长度约1700公里,投资额6000亿元。我国进入轨道交通大发展时期。三、轨道结构的形式最常见的最常见的钢轮钢轨钢轮钢轨系统由钢系统由钢轮轮缘和轮轮缘和钢轨之间钢轨之间的作用里的作用里来提供导来提供导向力。向力。轨道是铁路线路的组成部分,这里所指的轨道包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等。作为一个整体性工程结构,轨道铺设在路基之上,起着列车运行的导向作用,直接承受机车车辆及其荷载的巨大压力。在列车运行的动力作用下,它的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性,保证列车按照规定的最高速度,安全、平稳和不间断地运行。钢轮钢轨系统轮缘是有轮缘是有高度高度h h和坡和坡度的,
5、钢轨度的,钢轨顶面也是由顶面也是由圆弧组成,圆弧组成,保证钢轮向保证钢轮向中间靠。中间靠。2、轨道结构的组成轨道结构的组成:钢轨轨枕道床连接部分(扣件)道岔附属设备2-1钢轨(1)钢轨钢轨的化学成分钢轨的化学成分钢轨的主要成分为铁(钢轨的主要成分为铁(FeFe),其次是碳(),其次是碳(C),C),含碳量增加,含碳量增加,抗拉强度、耐磨性及硬度都增加,但是含碳量越高,会使抗拉强度、耐磨性及硬度都增加,但是含碳量越高,会使延伸率、冲击性越差,所以含碳量一般不超过延伸率、冲击性越差,所以含碳量一般不超过0.82%0.82%其他其他成分还有锰、硅、磷、硫等。锰能够提高强度和韧性,一成分还有锰、硅、磷
6、、硫等。锰能够提高强度和韧性,一般低碳钢含锰为般低碳钢含锰为0.6%1.0%0.6%1.0%,对含锰超过,对含锰超过1.2%1.2%的称为中的称为中锰钢,属于低合金钢,锰钢,属于低合金钢,钢轨类型钢轨类型钢轨的类型和强度以钢轨的类型和强度以kg/mkg/m来表示。每米钢轨的质量越重,来表示。每米钢轨的质量越重,它所承受的荷载越大。世界上第一条铁路的钢轨为它所承受的荷载越大。世界上第一条铁路的钢轨为18kg/m18kg/m,最重的钢轨在美国,重达,最重的钢轨在美国,重达77kg/m77kg/m。我国现行的。我国现行的钢轨标准有钢轨标准有50kg/m50kg/m、60kg/m60kg/m、75kg
7、/m75kg/m、43kg/m43kg/m四种。四种。接头和轨缝接头和轨缝接头接头轨道上钢轨和钢轨之间用夹板和螺栓连接,称为钢轨接头。轨道上钢轨和钢轨之间用夹板和螺栓连接,称为钢轨接头。接头处的轮轨动力很大,接头时轨道结构的薄弱环节。接头处的轮轨动力很大,接头时轨道结构的薄弱环节。轨缝轨缝为适应钢轨热胀冷缩的需要及便于更换钢轨,需要在街为适应钢轨热胀冷缩的需要及便于更换钢轨,需要在街头处预留轨缝头处预留轨缝预留轨缝的条件:预留轨缝的条件:(1 1)当轨温达到当地最高轨道温度时,轨缝应大于或等)当轨温达到当地最高轨道温度时,轨缝应大于或等于零,使轨端不受挤压力,以防止温度压力太大而胀轨于零,使轨
8、端不受挤压力,以防止温度压力太大而胀轨跑到。跑到。(2 2)当轨温达到当地最低轨道温度时,轨缝应小于或等)当轨温达到当地最低轨道温度时,轨缝应小于或等于构造轨缝,使接头螺栓不受剪力,以防止接头螺栓拉于构造轨缝,使接头螺栓不受剪力,以防止接头螺栓拉弯或者拉断。(构造轨缝是指受钢轨,接头夹板和螺栓弯或者拉断。(构造轨缝是指受钢轨,接头夹板和螺栓尺寸限制,在构造上能实现的轨端最大的缝隙值)。尺寸限制,在构造上能实现的轨端最大的缝隙值)。钢轨连接现场(2)无缝线路Longweldedrail钢和钢是同种材料,可以通过焊接的方式将其焊接成长钢轨。焊接长钢轨线路就是无缝线路。一般而言,焊接长钢轨的无缝线路
9、长为12km,目前技术上已可能做到全路段的超长无缝线路。无缝线路技术无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路,无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路,又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要新技术新技术,世界各国竞相发世界各国竞相发展展。在普通线路上,钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,在普通线路上,钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于接缝的存在,列车通过是发生冲击和振动,并伴由于接缝的存在,列车通过是发生冲击和振动,并伴随有打击噪声,冲击力可达到非接头区的三倍以上。随有打击噪声,冲击力可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影响行车的平稳
10、和旅客的舒适,并促使道接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适,并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的占养护总经费的35%35%以上;钢轨因轨端损坏而抽换的以上;钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大数量较其他部位大2-32-3倍;重伤钢轨倍;重伤钢轨60%60%发生在接头发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长,上述上述缺点更加突出,更不能适应现代高速重载运输的需要。缺点更加突
11、出,更不能适应现代高速重载运输的需要。为了改善钢轨接头的工作状态,人们从本世纪三十年代开始至今,一直致力于这方面的研究与实践,采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了接头焊接质量问题;其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题;还有无缝线路设计、长轨逐步解运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一系列问题的决,无缝线路在世界各国得到了广泛的运用。缝线路由于消灭了大量的接头,因而具有行车平稳、旅客舒适,同时机车车辆和轨道的维修费用减少,使用寿命延长等一系列优点。有资料表明,从节约劳动力和延长设备寿命方面计算,无缝线路比有缝线路可节约维修费用30%70
12、%。在桥梁上铺设无缝线路,可以减轻列车车论对桥梁的冲击,改善列车和桥梁的运营条件,延长设备使用寿命,减少养护维修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。无缝线路原理无缝线路的特点是轨条长,当轨温变化时,钢轨要发生伸缩,但由于有约束作用,不能自由伸缩,在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。为保证无缝线路的强度和稳定,需要了解长轨条内温度力及其变化规律。为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。一根长度为一根长度为l l可自由伸缩的钢轨,当轨温变化可自由伸缩的钢轨,当轨温变化 t t时,其伸缩量时,其伸缩量为为 L=L=L Lt(5-1)t(5-1)式中式中-钢轨的线膨胀系数,取钢轨
13、的线膨胀系数,取11.811.8 10-6/10-6/;L-L-钢轨长度钢轨长度(mm)(mm);t-t-轨温变化幅度(轨温变化幅度()。)。如果钢轨两端完全被固定,不能随轨温变化而自由伸缩,如果钢轨两端完全被固定,不能随轨温变化而自由伸缩,则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律,温度应力则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律,温度应力 t t为为 t=Et=Et=Et=Et(5-2)t(5-2)式中式中EE钢的弹性模量,钢的弹性模量,E=2.1E=2.1 105Mpa105Mpa;t t钢的温度应变。钢的温度应变。将将E E、之值带入式(之值带入式(5-25-2),则温度应力为:),则温
14、度应力为:t=2.1t=2.1 105105 11.811.8 10-6=2.4810-6=2.48 t t(5-35-3)一根钢轨所受的温度力一根钢轨所受的温度力PtPt为:为:Pt=Pt=t t F=F=2.482.48 tFtF(5-5-4 4)式中式中F-F-钢轨断面积钢轨断面积(mm)(mm)。公式(公式(5-15-1、5-25-2、5-45-4)即为无缝线路温度应力)即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。由此可知:和温度力计算的基本公式。由此可知:1 1在两端在两端固固定的钢轨中所产生的温度力,仅定的钢轨中所产生的温度力,仅与轨温变化有关,而与钢轨本身长度无关。因此,与轨温变
15、化有关,而与钢轨本身长度无关。因此,从理论上讲,钢轨可以焊成任意长,且对轨内温从理论上讲,钢轨可以焊成任意长,且对轨内温度力没有影响,控制温度力大小的关键是如何控度力没有影响,控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度制轨温变化幅度 t t。2 2对于不同类型的钢轨,同一轨温变化幅度对于不同类型的钢轨,同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。如轨温变化产生的温度力大小不同。如轨温变化1 1所产生的所产生的温度力。对于温度力。对于7575、6060、50kg/m50kg/m轨分别是轨分别是23.623.6、19.219.2、16.3kN16.3kN。3 3无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度无缝线路钢
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