CN113584955A - 榫锚装配式轨道单元及具有其的榫锚装配式轨道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种榫锚装配式轨道单元及具有其的榫锚装配式轨道，包括：轨道板组、隔离层、及现场浇筑形成具有毫米级顶面平顺性控制精度并用于调平榫锚装配式轨道单元的底座板，轨道板组、隔离层、及底座板沿高度方向从上至下依次叠置，且轨道板组、隔离层、及底座板分别沿列车运行方向延伸。榫锚装配式轨道单元还包括连接结构，连接结构和轨道板组可一次浇筑成型，或两次浇筑一次成型为带榫复合板，连接结构连接于轨道板组、隔离层、及底座板之间，以用于将轨道板组、隔离层、及底座板连接成可快速装配式结构。本发明的榫锚装配式轨道单元，构造简单、施工方便、施工质量易于保证，易维修、更换，能有效抑制环境侵蚀，能长期保持轨道结构品质。

Description

榫锚装配式轨道单元及具有其的榫锚装配式轨道

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别地，涉及一种榫锚装配式轨道单元。此外，本发明还涉及一种具有榫锚装配式轨道单元的榫锚装配式轨道。

背景技术

我国高铁技术发展从无到有，由弱变强，历经了四个阶段，经过20多年的持续努力，我 国已经成为世界上高铁系统技术最全、创新能力最强、运营里程最长、运行速度最快、在建 规模最大的国家。

无砟轨道结构因其高平顺性、高稳定性、少维修等优点，已成为高速铁路的主要轨道结构型式，常用的结构组成为轨道板、充填层、混凝土底座或支承层。目前，高速铁路板式无砟轨道结构主要组成部件除了轨道板在工厂预制完成外，其它部分如底座板、填充层均采用现浇方式制作完成，并且轨道结构采用“逆作法”施工，即先浇筑混凝土底座或支承层，然后再在预制的轨道板和混凝土底座或支承层之间通过灌注填充形成充填层，以连接轨道板和混凝土底座或支承层，接着先进行轨道板的精调，然后再灌注板下调整层。该种竖向多层、纵向异构的带状结构体系，具有建造材料属性差别大、结构层次多、服役环境复杂等特征，故而容易存在以下问题：

①传统的高速铁路轨道结构施工方法现场湿作业工作量大，导致轨道结构精度控制难度大、质量稳定性差和建造成本高等问题；

②预制板式无砟轨道中混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆层/自密实混凝土现场施工，工序较多影响施工效率，且充填层施工难度大、充填层材料浪费大、容易引起施工质量隐患；

③由于轨道板、充填层、及底座板之间建造材料属性差别大、结构层次多，故而该多层轨道结构服役期间很难协同工作，各层结构服役功能达不到设计要求，且结构整体传力路径不明确，进而影响轨道结构服役期间的稳定性和使用寿命；

④由于轨道结构的组成和施工工艺，例如自密实混凝土层和轨道板采用门型筋连接，导致拆除困难，轨道结构快速修复和养护维修困难，更换困难，维修费用高；

综上所述，我国在无砟轨道结构方面取得了重要突破，为我国的高铁快速发展和“走出去”战略提供了保证，但是由于我国无砟轨道结构体系研发及营运时间短，传统轨道形式和施工方法难以满足高精度、少病害、节能环保、智能化的轨道结构建造要求，完全自主创新的轨道结构形式选择范围有限。因此，亟需基于安全服役的全寿命设计理念、智能建造和运维技术等，深入开展新型轨道结构及其建造技术研究，形成具有自主知识产权的新型装配式轨道结构及其智能建造成套技术。

发明内容

本发明提供了一种榫锚装配式轨道单元及具有其的榫锚装配式轨道，以解决现有无砟轨道结构施工时自密实混凝土层施工难度大、材料浪费大、容易引起施工质量隐患，轨道结构服役期间的稳定性差、使用寿命短、轨道结构快速修复、养护和维修困难、更换困难等技术问题。可应用于高铁、普铁、地铁、市域铁路等新建、改建、养护维修中，尤其是艰险山区施工条件较差的线路。

本发明采用的技术方案如下：

一种榫锚装配式轨道单元，包括：用于引导列车运行并传递荷载的预制轨道板组、用于隔离的隔离层、及现场浇筑成型起支撑作用并用于调平榫锚装配式轨道单元的底座板，轨道板组、隔离层、及底座板沿高度方向从上至下依次叠置，且轨道板组、隔离层、及底座板分别沿列车运行方向延伸；榫锚装配式轨道单元还包括连接结构，连接结构连接于轨道板组、隔离层、及底座板之间，以用于将轨道板组、隔离层、及底座板连接成可快速装配式结构。

进一步地，轨道板组包括采用预应力或非预应力并沿列车运行方向延伸的轨道板、沿轨道板的长度方向延伸并平行间隔布设于轨道板上方的钢轨、及沿轨道板的长度方向依次间隔布设于轨道板上表面上且用于支撑对应设置的钢轨的承轨台；承轨台上连接有用于将钢轨与承轨台锁紧固定的扣件组。

进一步地，连接结构包括配合设置的连接榫和连接榫槽；连接榫连接于轨道板的下表面上，且朝向隔离层凸出延伸；连接榫槽由底座板的上表面内凹形成；连接榫向下穿设隔离层后插入连接榫槽中，以将轨道板、隔离层、及底座板连接成可快速装配式结构。

进一步地，连接结构包括配合设置的连接榫和连接榫槽；连接榫连接于底座板的上表面上，且朝向隔离层凸出延伸；连接榫槽由轨道板的下表面内凹形成；连接榫向上穿设隔离层后插入连接榫槽中，以将底座板、隔离层、及轨道板连接成可快速装配式结构。

进一步地，连接榫槽为沿榫锚装配式轨道单元的宽度方向延伸的圆端型；连接榫的断面呈与圆端型相匹配的圆端型。

进一步地，轨道板与相连的连接榫预制成型为整体，且底座板上开设的连接榫槽与底座板一起浇筑成型，并连接榫与轨道板可一次浇筑成型，或两次浇筑一次成型为带榫复合板；轨道板上开设的连接榫槽与轨道板一起预制成型，且底座板与相连的连接榫浇筑成型为整体。

进一步地，连接结构的数量为多组，至少两组连接结构分设于榫锚装配式轨道单元靠近两端的位置。

进一步地，隔离层为橡胶板、聚乙烯薄膜、土工布、及防水卷材中的至少一种；隔离层上开设有供连接结构穿设的预留孔。

进一步地，底座板现场浇筑成型于铁路路基或桥梁或隧道上；底座板用于支撑轨道板组，并用于在浇筑形成过程中通过对其顶面平顺性的毫米级精确控制，进而精确控制榫锚装配式轨道单元具有毫米级顶面平顺性精度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种榫锚装配式轨道，包括：沿列车运行方向依次间隔布设的榫锚装配式轨道单元。

本发明具有以下有益效果：

从设计理念上，相比现有技术中混凝土底座和轨道板通过充填于两者之间的充填层而连接成多层复合或者叠合结构，构建本发明的榫锚装配式轨道单元时，底座板、隔离层、及轨道板组三者通过连接于三者之间的连接结构连接成整体，故而轨道板组、隔离层、及底座板三者之间建造材料属性差别对三者之间连接稳定性影响较小，不仅可实现快速装配，且整体结构构构造简单，整体协同工作性能稳定，整体传力路径清晰、明确，进而轨道结构服役期间稳定性好、使用寿命长，并能有效抑制环境侵蚀，能长期保持轨道结构品质，实现了多层复合/叠合结构到整体协同工作的转变。

从建造技术上，相比板式无砟轨道中混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆层/自密实混凝土现场施工，本发明的榫锚装配式轨道单元中，仅仅底座板是施工现场浇筑成型，故而现场湿作业工作量相对减少很多，由于充填造成的材料浪费小、质量稳定性好、且不易引起施工质量隐患，实现了充填层现浇成型到预制装配智能化建造的转变。

从养护维修上，相比于现有结构中轨道板和底座板中间设置充填层或自密实混凝土层，且自密实混凝土层与轨道板采用门型筋连接，本发明的榫锚装配式轨道单元中，取消了中间层，采用工厂预制带连接结构的轨道板，轨道板组、隔离层、及底座板三者通过连接结构连接成可快速装配式结构，该整体结构连接固定简单、容易拆装维护，故而本发明的轨道单元结构养护、维修简单、更换简单、维修费用低、维修所需周期短、工人的劳动强度低，实现了快速养护维修、更换。

从平顺控制上，相比现有技术中通过现场施工浇筑充填层来控制轨道结构的整体高度和平顺性，本发明的榫锚装配式轨道单元结构中，通过浇筑底座板过程中精确控制底座板顶面平顺性，进而控制榫锚装配式轨道单元整体的平顺性，且轨道板组工厂预制，其高度和平顺性精度更容易控制，故而本发明的榫锚装配式轨道单元精调安装简单、安装精度高、安装精度可调性强、且整体施工工艺简单，并且轨道结构施工方便、施工质量易于保证。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的榫锚装配式轨道单元的三维结构示意图；

图2是图1的三维分解示意图；

图3是图1中榫锚装配式轨道单元构建于路基上的三维结构示意图；

图4是图1中榫锚装配式轨道单元构建于桥梁上的三维结构示意图；

图5是图1中榫锚装配式轨道单元构建于隧道上的三维结构示意图；

图6为工况一底座板尺寸布置示意图；

图7为工况二底座板尺寸布置示意图；

图8为工况三底座板尺寸布置示意图；

图9a类型1最大拉应力示意图；

图9b类型2最大拉应力示意图；

图9c类型3最大拉应力示意图；

图9d类型4最大拉应力示意图；

图9e类型5最大拉应力示意图；

图10为不同强度等级自密实混凝土的疲劳寿命示意图；

图11a为钢轨跨中-C30的加速度示意图；

图11b为轨道板跨中-C30的加速度示意图；

图11c为钢轨跨中-C40的加速度示意图；

图11d为轨道板跨中-C40的加速度示意图；

图11e为钢轨跨中-C50的加速度示意图；

图11f为轨道板跨中-C50的加速度示意图；

图12为轨道板与连接榫两次浇筑一次成型为带榫复合板时示意图。

图例说明

1、钢轨；2、扣件组；3、轨道板组；301、承轨台；302、轨道板；303、连接榫；4、隔离层；401、预留孔；5、底座板；501、连接榫槽；6、路基；7、箱梁；8、支座；9、桥墩；10、隧道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1和图2，本发明的优选实施例提供了一种榫锚装配式轨道单元，包括：用于引导列车运行并传递荷载的预制轨道板组3、用于隔离的隔离层4、及现场浇筑成型起支撑作用并用于调平榫锚装配式轨道单元的底座板5，轨道板组3、隔离层4、及底座板5沿高度方向从上至下依次叠置，且轨道板组3、隔离层4、及底座板5分别沿列车运行方向延伸。榫锚装配式轨道单元还包括连接结构，连接结构连接于轨道板组3、隔离层4、及底座板5之间，以用于将轨道板组3、隔离层4、及底座板5连接成可快速装配式结构。

构建本发明的榫锚装配式轨道单元前，首先在工厂预制出轨道板组3的各组成结构，然后将各组成结构装配连接形成轨道板组3，然后根据本发明榫锚装配式轨道单元的具体应用场景、及受力状况等，选择相适应的隔离层4；构建本发明的榫锚装配式轨道单元时，首先在铁路路基或桥梁箱梁或隧道隧基上现场浇筑出沿列车运行方向延伸的底座板5，且底座板5浇筑过程中和轨道板组3预制成型过程中，相应浇筑和预制出连接结构的配合结构，同时浇筑底座板5的过程中，根据榫锚装配式轨道单元的高度和平顺性要求，实时精确调节底座板5的高度和平顺性；最后再依次将隔离层4铺设定位于成型的底座板5上、将轨道板组3铺设定位于隔离层4上，并使底座板5、隔离层4、及轨道板组3三者通过连接结构连接成可快速装配式结构。

从设计理念上，相比现有技术中混凝土底座和轨道板通过充填于两者之间的充填层而连接成多层复合或者叠合结构，构建本发明的榫锚装配式轨道单元时，底座板5、隔离层4、及轨道板组3三者通过连接于三者之间的连接结构连接成整体，故而轨道板组3、隔离层4、及底座板5三者之间建造材料属性差别对三者之间连接稳定性影响较小，不仅可实现快速装配，且整体结构构造简单，整体协同工作性能稳定，整体传力路径清晰、明确，进而轨道结构服役期间稳定性好、使用寿命长，并能有效抑制环境侵蚀，能长期保持轨道结构品质，实现了多层复合/叠合结构到整体协同工作的转变；

从建造技术上，相比板式无砟轨道中混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆层/自密实混凝土现场施工，本发明的榫锚装配式轨道单元中，仅仅底座板5是施工现场浇筑成型，故而现场湿作业工作量相对减少很多，由于充填造成的材料浪费小、质量稳定性好、且不易引起施工质量隐患，实现了充填层现浇成型到预制装配智能化建造的转变；

从养护维修上，相比于现有结构中轨道板和底座板中间设置充填层或自密实混凝土，且自密实混凝土层与轨道板采用门型筋连接，本发明的榫锚装配式轨道单元中，取消了中间层，采用工厂预制带连接结构的轨道板，轨道板组3、隔离层4、及底座板5三者通过连接结构连接成可快速装配式结构，该整体结构连接固定简单、容易拆装维护，故而本发明的轨道单元结构，养护、维修简单、更换简单、维修费用低、维修所需周期短、工人的劳动强度低，实现了快速养护维修、更换；

从平顺控制上，相比现有技术中通过现场施工浇筑充填层来控制轨道结构的整体高度和平顺性，本发明的榫锚装配式轨道单元结构中，通过浇筑底座板5过程中精确控制底座板顶面平顺性，进而控制榫锚装配式轨道单元整体的平顺性，且轨道板组工厂预制，其高度和平顺性精度更容易控制，故而本发明的榫锚装配式轨道单元精调安装简单、安装精度高、安装精度可调性强、且整体施工工艺简单，并且轨道结构施工方便、施工质量易于保证。

可选地，如图1所示，轨道板组3包括用于施加预应力或非预应力并沿列车运行方向延伸的轨道板302、沿轨道板302的长度方向延伸并平行间隔布设于轨道板302上方的钢轨1、及沿轨道板302的长度方向依次间隔布设于轨道板302上表面上且用于支撑对应设置的钢轨1的承轨台301。承轨台301上连接有用于将钢轨1与承轨台301锁紧固定的扣件组2。本可选方案中，轨道板302和承轨台301由工厂预制成型，加工简单，制作精度高。本可选方案中，扣件组2的数量为两组，两组扣件组2分设于钢轨1的两侧；每组第一扣件组2包括用于扣紧钢轨的螺旋道钉和平垫圈、用于防止螺旋道钉安装后转动的弹条、用于扣紧钢轨下端边缘的绝缘块、用于顶抵钢轨1和承轨台301内凹槽的轨距挡板、轨下垫板、铁垫板、铁垫板下弹性垫板、铁垫板下调高垫板和预埋套管，螺旋道钉穿设轨下垫板、铁垫板、铁垫板下弹性垫板、铁垫板下调高垫板后拧入对应的承轨台301的预埋套管内，通过绝缘块与弹条扣紧钢轨。

可选地，如图2所示，连接结构的第一具体实施例，连接结构包括配合设置的连接榫303和连接榫槽501。连接榫303连接于轨道板302的下表面上，且朝向隔离层4凸出延伸。连接榫槽501由底座板5的上表面内凹形成。连接榫303向下穿设隔离层4后插入连接榫槽501中，以将轨道板302、隔离层4、及底座板5连接成可快速装配式结构。本可选方案中，如图2所示，连接榫303与轨道板302一体预制成型，增强连接结构和轨道板组3两者的结构刚度，且使连接榫303制备简单、结构精度高；同样的，连接榫槽501与底座板5一体浇筑成型，使连接榫槽501的制备简单，降低工人的劳动强度，且连接榫槽501的结构精度高，连接榫303穿设隔离层4后插入连接榫槽501后，使得轨道板302、隔离层4、及底座板5三者连接精度高、结构稳定性好。

可选地，连接结构的第二具体实施例，图未示，连接榫303连接于底座板5的上表面上，且朝向隔离层4凸出延伸。连接榫槽501由轨道板302的下表面内凹形成。连接榫303向上穿设隔离层4后插入连接榫槽501中，以将底座板5、隔离层4、及轨道板302连接成可快速装配式结构。本可选方案中，连接榫303与底座板5一体浇筑成型，增强连接结构和底座板5两者的结构刚度，且使连接榫303制备简单、结构精度高；同样的，连接榫槽501与轨道板302一体预制成型，使连接榫槽501的制备简单，降低工人的劳动强度，且连接榫槽501的结构精度高，连接榫303穿设隔离层4后插入连接榫槽501后，使得轨道板302、隔离层4、及底座板5三者连接精度高、结构稳定性好。

优选地，如图2所示，连接结构的第一和第二具体实施例中，连接榫槽501为沿榫锚装配式轨道单元的宽度方向延伸的圆端型。连接榫303的断面呈与圆端型相匹配的圆端型。实际施工时，连接结构的设置方式如图2所示，无砟轨道服役过程中，当底座板5上凹槽混凝土开裂时，将导致雨水侵入钢筋混凝土内部，降低轨道结构耐久性，影响线路运营质量，增加轨道线路的养护维修费用；另外，由数值分析可知，底座板连接榫槽边缘拉应力较大，是薄弱位置，基于以上原因，需要对底座板连接榫槽的结构型式进行优化设计，从而改善该部位的受力性能。

可选地，轨道板302与相连的连接榫303预制成型为整体，且底座板5上开设的连接榫槽501与底座板5一起浇筑成型，并连接榫303与轨道板302可一次浇筑成型，或两次浇筑一次成型为带榫复合板。本可选方案中，轨道板302和连接榫303的工厂预制方式可分为两种类型：（1）轨道板302和连接榫303一次浇筑成型；（2）先浇筑轨道板302的一部分，再采用不同强度的混凝土浇筑轨道板302的剩余部分和连接榫303，即两次浇筑一次成型为带榫的复合板，如图12所示，可形成良好的刚度过渡。或者，轨道板302上开设的连接榫槽501与轨道板302一起预制成型，且底座板5与相连的连接榫303浇筑成型为整体。

可选地，如图1和图2所示，连接结构的数量为多组，至少两组连接结构分设于榫锚装配式轨道单元靠近两端的位置。具体设计时，连接结构的组数、多组连接结构的布设方式等根据本发明榫锚装配式轨道单元的外形尺寸、受力状况、及安装设置环境条件等而具体设置，以使本发明榫锚装配式轨道单元结构稳定、服役状态良好。

可选地，如图2所示，隔离层4为橡胶板、聚乙烯薄膜、土工布、及防水卷材中的至少一种。隔离层4还可通过微量弹性变形，与轨道板302和底座板5紧密连接，使结构整体传力路径明确，轨道单元结构服役期间能很好的协同工作，且各层结构服役功能均能达到设计要求，进而轨道结构服役期间稳定性好、使用寿命长，还可有效隔离轨道板302和底座板5，以释放温度应力。隔离层4上开设有供连接结构穿设的预留孔401。

可选地，如图3-5所示，底座板5现场浇筑成型于铁路路基或桥梁或隧道上；如底座板5现场浇筑成型于铁路的路基6上，如图3所示，或者底座板5现场浇筑成型于桥墩9上支座8的箱梁7上，如图4所示，或者底座板5现场浇筑成型于隧道10的基础上，如图5所示，底座板5的可设置范围广，适应性强。底座板5用于支撑轨道板组3，并用于在浇筑形成过程中通过对其高度和平顺性的精确控制，进而精确控制榫锚装配式轨道单元的高度和平顺性。实际施工时，如采用进口摊铺机施工，并用机器视觉测量控制基层标高，同时加强沉降观测，以所观测得到的数据分析、预测路基稳定情况，为减少标高及厚度控制的误差，可采用每8m～10m一个断面，每个断面上依次间隔设置多个点测量；施工中标高测点较多时，标高比较和厚度计算工作量大，可采用电子计算机进行，将底座板的设置高程、各测点的实测标高以制成数据文件，通过编制的数据处理程序计算各测点标高与设计高程的差值，各测点处的厚度，各段落的厚度平均值、均方差、代表值，以此指导下一次的调整和控制。

或者，根据装配式轨道底座板位形高精确建造要求，综合考虑施工实效、可实施性及底座板精度可达性，研究装配式轨道底座板智能化建造装备技术，可包括如下技术模块：1）底座板混凝土浇筑技术：通过固定式和移动式混凝土搅拌站技术优势和可行性比较研究，给出混凝土原材料供给系统、原料拌和浇筑系统的构成模式，提出底座板混凝土浇筑工艺流程的实现技术及装备；2）智能化空间位形精密控制技术：通过比选融合惯性导航系统、全球定位导航系统(GPS、北斗)、视觉测量系统、三维激光扫描系统等，给出适用于装配式轨道结构底座板位形精密测量与智能控制技术；3）塑形定型技术：通过底座板塑形成型技术、空间位形挤压调整技术、顶面刨磨平整技术的可行性，给出相应的施工技术及装备，形成具有自适应性的智能化底座板塑形定型技术；4）智能控制系统：通过集成底座板混凝土浇筑技术、智能化空间位形精密控制技术、塑形定型技术，给出装配式轨道底座板智能化建造装备技术的中央控制系统，实现底座板建造全过程的感知识别、精确测量、智能决策、反馈调整，满足底座板空间位形精确定型要求。

实际设计时，进行了多项优化设计，如下所示：

1.1 各结构层强度匹配

既有线路上的无砟轨道结构中，轨道板混凝土强度等级为C60，自密实混凝土层的混凝土强度等级为C40，底座板所用混凝土强度等级为C30。在温度荷载与高速列车荷载共同作用下，考虑轨道板和底座板的强度等级不变，分析研究自密实混凝土层不同强度等级匹配对无砟轨道结构受力性能的影响。分析五种典型类型：自密实混凝土强度等级分别为C30（类型1）、C35（类型2）、C40（类型3）、C45（类型4）以及C50（类型5），如表1-1所示，进而分析不同的自密实混凝土强度等级对无砟轨道结构疲劳性能的影响。

表1-1五种典型类型

	自密实混凝土强度等级	弹性模量（MPa）
			类型1	<i>C</i>30	33000
类型2	<i>C</i>35	33500
			类型3	<i>C</i>40	34000
类型4	<i>C</i>45	34500
			类型5	<i>C</i>50	35000

（1）温度作用下各结构层强度匹配

由于无砟轨道结构在高速列车荷载静力作用下的响应较小，而温度荷载作用效果更为显著，故考虑温度荷载作用下各结构层强度匹配问题，对五种类型的无砟轨道结构施加保证率为95%的日最高均温与正温度梯度的典型荷载组合，计算该荷载组合下各类型中自密实混凝土层的最大拉应力，其结果见图9a-9e及表1-2。由图9a-9e及表1-2可知，自密实混凝土层的最大拉应力随着自密实混凝土强度等级的提高而增大，而其余各结构层应力基本没有变化。

众所周知，混凝土强度等级越高，其抗拉抗压强度越大，则在该温度荷载组合下五种类型的无砟轨道结构中自密实混凝土层的疲劳寿命如表1-2所示。以现行线路上强度等级C40的自密实混凝土为基准，进一步考虑其他强度等级，在上述荷载作用下，自密实混凝土层的疲劳寿命如图10所示。

表1-2自密实混凝土最大拉应力及疲劳寿命

	类型1	类型2	类型3	类型4	类型5
						最大拉应力（MPa）	1.71	1.77	1.82	1.89	1.92
疲劳寿命（次）	10<sup>3.15</sup>	10<sup>3.84</sup>	10<sup>4.42</sup>	10<sup>4.53</sup>	10<sup>4.7</sup>

（2）动力作用下各结构层强度匹配

由于不同强度等级的自密实混凝土弹性模量各不相同，需进一步考虑使用不同强度等级的自密实混凝土作为填充层时板式无砟轨道结构的动力性能差异。基于板式无砟轨道结构精细化有限元模型，将一个轮对以350 km/h的速度从板一段移动到另一端，钢轨跨中、轨道板跨中位置的加速度（m/s2）如图11a-11f所示。由图可知，自密实混凝土层强度等级的变化对钢轨和轨道板的加速度几乎没有影响。

（3）优化建议

由于自密实混凝土强度等级从C30~C50弹性模量变化不大，故其对轨道结构的动力性能影响不大，在优化建议时，重点考虑其对疲劳性能的影响。温度疲劳荷载，按每一天作用一次，若要保证60年的设计使用寿命不开裂，则可换算成10^4.34温度疲劳荷载作用，进一步考虑成本因素，本发明中的轨道板和连接榫采用两次浇筑一次成型为带榫的复合板方式时，浇筑连接结构的混凝土强度等级在C40~C50之间。

1.2 连接榫槽结构形式

经验表明，施工过程中，板式无砟轨道底座板凹槽混凝土开裂现象时有发生。无砟轨道开裂将导致雨水侵入钢筋混凝土内部，降低轨道结构耐久性，影响线路运营质量，增加轨道线路的养护维修费用。另外，底座板连接榫槽边缘拉应力较大，是薄弱位置。基于以上原因，需要对底座板连接榫槽的结构型式进行优化设计，从而改善该部位的受力性能。

（1）根据结构优化型式

现对连接榫槽尺寸提出不同设计，以探究榫槽结构尺寸参数与疲劳荷载作用间的关系，具体分为以下3种工况：

工况一，榫槽尺寸为1000mm×700mm×60mm，平面尺寸布置如图6所示；

工况二：榫槽边角处在工况一基础上增加倒角设计，倒角半径为100mm，底座板平面尺寸布置如图7所示；

工况三：榫槽设置为中央为长方形，两侧为半圆的圆端型，底座板平面尺寸布置如图8所示。

（2）疲劳荷载作用下的性能演化

在板式无砟轨道结构疲劳有限元模型的基础上，分别考虑上述三种工况，并在此模型上考虑保证率为95%的最大轴向均匀温度及正温度梯度的荷载组合的作用，进一步研究不同工况下底座板连接榫槽处的性能演化，其结果见表1-3所示。由表可知，工况一在该荷载组合下初始状态时，榫槽处的最大应力就达到了该混凝土的设计抗拉强度，进而发生开裂；工况二、工况三连接榫槽处的应力随着服役时间的增加而增加，到第5年时，工况二的最大拉应力接近设计值，而工况三的最大拉应力与设计值还存在一定距离。

表1-3连接榫槽处最大拉应力（单位：MPa）

	初始	1年	2年	3年	5年	设计
							工况一	1.43	1.43	1.43	1.43	1.43	1.43
工况二	1.10	1.15	1.20	1.24	1.30	1.43
							工况三	0.80	0.83	0.84	0.85	0.87	1.43

（3）优化建议

根据各工况下最不利应力值比较分析可知，榫槽边角处的温度应力值与采用的工程措施有关，采用圆形倒角和圆端型过渡会减小凹槽周边混凝土温度应力，其中采用圆端型的设计效果更显著，因此本发明中采用圆端型的连接榫槽型式。

参照图3-图5所示，本发明的优选实施例还提供了一种榫锚装配式轨道，包括：沿列车运行方向依次间隔布设的榫锚装配式轨道单元。由于榫锚装配式轨道单元取消了充填层，并且轨道板组、隔离层、及底座板三者通过连接结构连接成可快速装配式结构，故而本发明的榫锚装配式轨道连接固定简单、养护维修方便、维修费用低、维修所需周期短、工人的劳动强度低，可实现快速修复；现场湿作业工作量相对减少很多，不易引起施工质量隐患，可实现预制装配智能化建造；施工方便、施工质量易于保证，各结构层功能清晰、传力路径明确，能有效抑制环境侵蚀，能长期保持轨道结构品质。榫锚装配式轨道可应用于高铁、普铁、地铁、市域铁路等新建、改建、养护维修中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种榫锚装配式轨道单元，其特征在于，包括：

用于引导列车运行并传递荷载的预制式轨道板组（3）、用于隔离的隔离层（4）、及现场浇筑成型起支撑作用并用于调平所述榫锚装配式轨道单元的底座板（5），轨道板组（3）、所述隔离层（4）、及所述底座板（5）沿高度方向从上至下依次叠置，且所述轨道板组（3）、所述隔离层（4）、及所述底座板（5）分别沿列车运行方向延伸；

所述榫锚装配式轨道单元还包括连接结构，所述连接结构连接于所述轨道板组（3）、所述隔离层（4）、及所述底座板（5）之间，以用于将所述轨道板组（3）、所述隔离层（4）、及所述底座板（5）连接成可快速装配式结构。

2.根据权利要求1所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述轨道板组（3）包括采用预应力或非预应力并沿列车运行方向延伸的轨道板（302）、沿所述轨道板（302）的长度方向延伸并平行间隔布设于所述轨道板（302）上方的钢轨（1）、及沿所述轨道板（302）的长度方向依次间隔布设于所述轨道板（302）上表面上且用于支撑对应设置的所述钢轨（1）的承轨台（301）；

所述承轨台（301）上连接有用于将所述钢轨（1）与所述承轨台（301）锁紧固定的扣件组（2）。

3.根据权利要求2所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述连接结构包括配合设置的连接榫（303）和连接榫槽（501）；

所述连接榫（303）连接于所述轨道板（302）的下表面上，且朝向所述隔离层（4）凸出延伸；

所述连接榫槽（501）由所述底座板（5）的上表面内凹形成；

所述连接榫（303）向下穿设所述隔离层（4）后插入所述连接榫槽（501）中，以将所述轨道板（302）、所述隔离层（4）、及所述底座板（5）连接成可快速装配式结构。

4.根据权利要求2所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述连接结构包括配合设置的连接榫（303）和连接榫槽（501）；

所述连接榫（303）连接于所述底座板（5）的上表面上，且朝向所述隔离层（4）凸出延伸；

所述连接榫槽（501）由所述轨道板（302）的下表面内凹形成；

所述连接榫（303）向上穿设所述隔离层（4）后插入所述连接榫槽（501）中，以将所述底座板（5）、所述隔离层（4）、及所述轨道板（302）连接成可快速装配式结构。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述连接榫槽（501）为沿所述榫锚装配式轨道单元的宽度方向延伸的圆端型；

所述连接榫（303）的断面呈与所述圆端型相匹配的圆端型。

6.根据权利要求3或4中任一项所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述轨道板（302）与相连的所述连接榫（303）预制成型为整体，且所述底座板（5）上开设的所述连接榫槽（501）与所述底座板（5）一起浇筑成型，并所述连接榫（303）与所述轨道板（302）可一次浇筑成型，或两次浇筑一次成型为带榫复合板；

所述轨道板（302）上开设的所述连接榫槽（501）与所述轨道板（302）一起预制成型，且所述底座板（5）与相连的所述连接榫（303）浇筑成型为整体。

7.根据权利要求2所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述连接结构的数量为多组，至少两组所述连接结构分设于所述榫锚装配式轨道单元靠近两端的位置。

8.根据权利要求2所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述隔离层（4）为橡胶板、聚乙烯薄膜、土工布、及防水卷材中的至少一种；

所述隔离层（4）上开设有供所述连接结构穿设的预留孔（401）。

9.根据权利要求2所述的榫锚装配式轨道单元，其特征在于，

所述底座板（5）现场浇筑成型于铁路路基或桥梁或隧道上；

所述底座板（5）用于支撑所述轨道板组（3），并用于在浇筑形成过程中通过对其顶面平顺性的毫米级精确控制，进而精确控制所述榫锚装配式轨道单元具有毫米级顶面平顺性精度。

10.一种榫锚装配式轨道，其特征在于，包括：

沿列车运行方向依次间隔布设的所述榫锚装配式轨道单元。

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