第一节　CRTSⅡ型板式无砟轨道

无砟轨道结构是一种长期反复承受动车组荷载、环境作用的带状结构物，由不同功能的多个部件组成。设计要求在动车荷载和环境因素作用下，轨道结构具有足够的承载能力、抗变形能力和耐久性。

一、设计理论与计算方法

CRTSⅡ型板式无砟轨道铺设在路基地段与桥梁地段的结构设计原理和设计方法差异较大。路基地段轨道板铺设在支承层上，轨道板和支承层间灌注砂浆层，通过对轨道板间接缝部位进行纵向联结锁定，增强相邻轨道板间的相互约束；轨道板设计计算按纵向和横向分别进行，纵向将轨道板模拟为弹性地基梁检算，包括活载检算、轨道板温度和收缩荷载检算等，轨道板、砂浆层、支承层和路基按刚度等效的原则进行截面高度换算。轨道板设计计算流程如图6.1.1所示。

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国前期无砟轨道系统研究的基础上，充分吸纳无缝线路的设计理念，应用开裂后钢筋混凝土杆件“拉伸加劲效应”理论，通过设置连续底座板、“两布一膜”滑动层、“高强度挤塑板”等多项构造措施，实现无砟道床的跨梁缝连续等厚度铺设。桥上连续底座板按轴向拉压杆件进行设计，底座板的设计思路主要体现在以下几方面：

1.提出允许底座板横向开裂的概念，并通过控制裂缝宽度保证结构的使用耐久性；

2.认为开裂后底座板抗弯刚度降低至较低的水平，所以不考虑底座板的抗弯能力，将其视为两端固定在端刺上的轴向拉压杆件进行设计；

3.应用钢筋混凝土结构开裂后轴向刚度折减理论，并考虑开裂结构抗压和抗拉刚度折减的不同；

4.采用极限状态法对底座板的正常使用极限状态和承载能力极限状态进行检算。

底座板按轴向拉压杆件采用极限状态法进行设计检算，主要考虑混凝土收缩和温度荷载、温差荷载、制动力荷载及活荷载等。底座板设计计算流程如图6.1.2所示。

二、结构设计组成

CRTSⅡ型板式无砟轨道是将预制轨道板通过水泥乳化沥青砂浆充填层，铺设于路基支承层或桥上底座板之上的一种纵向连续无砟轨道结构。CRTSⅡ型板式无砟轨道路基和隧道地段的结构组成基本相同，而桥梁地段的结构组成较为复杂。

路基和隧道地段CRTSⅡ型板式无砟轨道由钢轨、弹性不分开式扣件、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层及混凝土支承层等部分组成，轨道结构高度779mm，曲线超高在路基上设置。路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道示意如图6.1.3所示。

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道由钢轨、弹性不分开式扣件、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、底座板、滑动层、高强度挤塑板、侧向挡块等部分组成，如图6.1.4所示，桥台后路基设置锚固结构（包括摩擦板、土工布和端刺）及过渡板。每孔梁固定支座上方设置剪力齿槽，梁缝处设置高强度挤塑板，底座板设置钢板连接器后浇带。

1.扣　件

CRTSⅡ型板式无砟轨道配套采用弹性较好的不分开式扣件（如300-1型等），其主要功能是保持轨距，提供轨道弹性，轨道几何形位的精细调整，满足轨道绝缘性能要求。

2.预制轨道板

轨道板采用横向预应力混凝土结构；沿线路方向，轨道板间通过6根精轧螺纹钢筋相互联结，其主要功能是承受列车荷载、温度荷载等；轨道板通过承轨部位的高精度打磨和线路位置的对应精准定位，为钢轨空间几何位置的固定和扣件的安装提供平台；提供适应轨道电路和综合接地技术要求的接口。

3.水泥乳化沥青砂浆充填层

水泥乳化沥青砂浆充填层采用强度、弹性模量相对较高的水泥乳化沥青砂浆，厚度30mm，实现轨道板的均匀支承及其与底座板的可靠联结。

4.支承层

支承层是路基和隧道地段轨道结构的支承基础，沿线路纵向连续铺设，其主要功能是与轨道板共同承受荷载，并将荷载分散传递到路基基床和隧底填充层，以及轨道结构弹性模量的过渡。曲线超高在路基基床表层上设置。线间填充矿物混合料，其上设置混凝土封闭层。

5.底座板

跨梁缝连续铺设的底座板是桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的主要承重构件，其主要功能是承受荷载，包括列车活载、温度荷载（含整体温度变化和竖向温差）、混凝土收缩徐变等效荷载、牵引或制动荷载等；传递荷载，将垂向、纵向荷载传递至桥梁基础，横向荷载传递至侧向挡块；为桥梁地段曲线超高设置提供条件。

6.“两布一膜”滑动层

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道在梁面与底座板之间铺设“两布一膜”滑动层，即两层土工布夹一层土工膜。“两布一膜”滑动层的主要功能是减小桥梁温度伸缩变形对钢轨纵向受力的影响；为底座板跨梁缝连续铺设、扣件纵向阻力的统一创造条件。

7.高强度挤塑板

高强度挤塑板在梁缝两侧一定距离的梁面上设置，以减小梁端转角对轨道结构受力的影响。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道通过在梁缝3m范围内梁面上设置高强度挤塑板，减小梁端转角对轨道结构的影响。

8.侧向挡块

侧向挡块设置于底座板两侧，采用C35混凝土现场浇筑，其主要功能是约束轨道结构的横向位移，保证轨道结构在温度荷载作用下的竖向屈曲稳定性。

9.台后锚固结构

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道在桥梁两端台后设置锚固体系。台后锚固结构主要由主端刺、摩擦板及过渡板等组成，摩擦板与底座板间铺设两层土工布，京沪高速铁路所采用的台后锚固结构形式主要有倒T形和双柱形两种，其主要功能是承受温度荷载、制动荷载和混凝土收缩等效荷载作用下桥上轨道结构传递的纵向力，控制最不利荷载组合作用下端刺的顶部水平位移，保证路基地段轨道结构稳定性，实现桥梁和路基地段轨道结构的平顺过渡。

三、技术特点

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道通过设置“两布一膜”滑动层、梁端剪力齿槽和高强度挤塑板等部件实现底座板和轨道板跨梁缝连续铺设，实现路基、桥梁和隧道不同下部基础上预制轨道板的设计、制造及施工标准化；轨道板间通过6根精轧螺纹钢筋纵向联结，较好地解决板端变形问题，轨道结构整体性较好，提高行车舒适度；轨道板通过成套打磨软件、布板软件和铺设精调软件保证铺设的轨道几何形位精度，实现轨道的高平顺性。

京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道在设计理论、设计方法和设计参数研究的基础上，结合现场应用试验，对桥上纵连轨道结构横向稳定性、纵向荷载锚固传递、轨道与桥梁接口技术和无砟轨道绝缘技术实现技术创新。

1.侧向挡块

京沪高速铁路侧向挡块设计在前期工程实践应用的基础上，为进一步统一侧向挡块类型、便于现场施工组织和质量控制，并综合考虑列车空气动力学影响和结构耐久性，在挡块类型、结构设计和挡块间距方面进行了优化创新。

（1）类型统一

京沪高速铁路侧向挡块统一采用扣压型侧向挡块，C35混凝土现场浇筑。简化施工组织，有利于质量控制。

（2）结构优化

在既有方形侧向挡块基础上，优化为圆弧形侧向挡块，可减小列车空气阻力，且外形美观。同时根据前期工程实践经验，在侧向挡块扣压部分设置倒角，优化配筋，避免侧向挡块斜裂纹的产生，提高结构整体耐久性。

（3）挡块间距

侧向挡块沿线路纵向间距主要通过无砟轨道稳定性分析进行确定，桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构可以视为一个纵向拉压杆件，当温度升高时，轨道结构内部产生压应力，压应力过高将产生失稳的危险。为安全考虑，将无砟轨道视为两端铰支的细长压杆来计算其稳定性。

根据桥上无砟轨道稳定性计算分析，优化侧向挡块的间距，减少侧向挡块设置数量，有效降低工程造价，一孔32m简支梁上侧向挡块布置如图6.1.5所示。

2.锚固体系

台后锚固结构主要由端刺、摩擦板和过渡板三部分组成，京沪高速铁路端刺结构形式主要有倒T形和双柱形两种，其中，北京至徐州段主要采用倒T形锚固结构，徐州至上海段主要采用双柱形锚固结构。不同结构形式台后锚固体系设计有所不同，设计检算主要控制端刺顶部水平位移和端刺结构的受力稳定性。

（1）倒T形台后锚固结构

CRTSⅡ型板式无砟轨道台后锚固结构由“倒T形端刺、摩擦板和过渡板”组成，摩擦板和端刺范围路基采用级配碎石掺水泥填筑。锚固结构纵向布置如图6.1.6所示，端刺为倒T形，纵断面如图6.1.7所示。

（2）双柱形台后锚固结构

双柱形锚固结构由双柱（主端刺和次端刺）、摩擦板和过渡板等组成，台后摩擦板下由掺水泥级配碎石和A、B组填料两种材料组成，如图6.1.8所示。

通过对倒T形和双柱形端刺的不同摩擦板长度、不同填料类型和填筑范围的理论计算分析，对不同路基填筑方案进行对比，并最终确定满足结构设计要求的端刺设置方案。理论计算中端刺、摩擦板混凝土计算参数见表6.1.1。

在理论计算分析的基础上，为进一步研究锚固结构在轨道结构中的受力变形状态，选取京沪高速铁路典型工点，对倒T形和双柱形端刺分别进行静力顶推以及长期温度荷载作用下的受力变形监测试验。倒T形和双柱形端刺静力顶推受力变形分别如图6.1.9～图6.1.12所示。

通过理论计算、静力顶推以及长期温度荷载作用下的受力变形等方面的综合分析，结果表明：两种结构均能够锚固桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道，有效控制最不利荷载组合作用下锚固结构的顶部水平位移，保证路基地段轨道结构稳定性，实现桥梁和路基地段轨道结构的平顺过渡。

3.轨道与桥梁接口

桥梁设计考虑桥梁和轨道的相互作用及构造协调，在保证梁端转角、墩台沉降符合相关设计规范要求的基础上，京沪高速铁路在梁面上底座板范围内设置65mm加高平台，梁端设置高强度挤塑板安装凹槽，底座板等厚通长铺设，如图6.1.13所示，纵向刚度更加均匀，减少底座板的薄弱环节，提高轨道结构的安全性和耐久性，避免滑动层被雨水浸泡的可能，按平坡设计的加高平台顶面平整度控制难度降低，减少打磨工作量。梁体固定端设置剪力齿槽，通过设置剪力钉联结底座板，减少底座板的纵向位移。

4.无砟轨道绝缘

为避免无砟轨道的钢筋网与轨道电路产生感应，使通信信号设备有效距离减小，根据信号专业要求，原来无砟轨道结构底座板内钢筋交叉点处要进行绝缘处理。京沪高速铁路根据前期无砟轨道工程实践和无砟轨道底座板绝缘试验，优化取消了底座板内的钢筋绝缘处理，简化施工工艺，降低成本，有效提高桥上底座板的耐久性。