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为何高铁与地铁却不用铺道砟?原因竟是它
添加时间:2019/9/24 17:59:11

普通铁路采用的是有砟轨道,而没有“碎石子”(铁路上成为“道砟”)的高铁采用的是无砟轨道,为什么呢?

所谓道砟,也就是我们常见的石头构成的道床,即轨道的床。


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道床的作用无外乎三个:

承载(上部结构:钢轨、车辆、轨枕

为轨枕提供横向阻力(不让轨枕乱跑

排水(下雪、下雨、结冰等的水需要及时排走


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1、碎石道床

铺满了石子的道床

砕石道床是最常见的道床之一,它的构造是把两条钢轨连着扣件并透过橡胶绝缘垫板固定在枕木或轨枕(sleeper)上,而枕木就放置在碎石(道碴,ballast)上,而碎石在铺上路轨后必需经过砸实后才可使用。

道砟的作用——把列车的重量平均分布在路基上,并且防止轨道因为行车压力而移位;道碴也具有容易排水和方便调整轨道位置等优点。其在铁路发展的初期几乎只有这一种形式,我国也是开始建设客运专线后才尝试了其他的道床形式。



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通俗点讲,就是通过碎石来分散火车的重量。铁轨架设在泥土上,因为铁轨与火车车轮的接触面积小,但是火车非常重,因此铁轨所承受的压力相当地大(压力=重量 ÷ 接触面积)。

铁轨下面铺设枕木及石头为了分散火车的重量,防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里。碎石头还有一个任务就担任着防止铁轨下陷的缓冲工作。另外火车高速通过铁轨,会产生噪音和高热,而碎石头的另外两个重要工作就是吸收噪音和吸热。

大家如果注意,会发现铁轨间铺的石头都是凿碎的,形状非常不规则,这样的石头容易碎裂,如此一来,就可以因为石头的碎裂而吸收掉火车通过时所产生的高热;如果铺的是圆润光滑的石头,因为不容易碎裂,吸热的效果就不好了。

砕石道床的优点:弹性好、施工简单、造价低(混凝土整体道床的缺点);

缺点也很明显:易变形流失、维修工作量大、容易磨损激发灰尘。(它从一开始就几乎和地铁无缘,所以一般只在停车场使用,总不能隧道里天天灰蒙蒙的吧!?

具体的,从专业上讲(没有兴趣的看官这里可绕道):

(1)需要经常维护(这里的“经常”是相对于无砟轨道而言)。换道砟和清筛等等是工务维护的重要工作之一。列车经过时会带来震动,长期的震动会使路基上的泥土掺入道砟当中。不好理解的话,下完雨找块泥地,用脚快速地踩两分钟,看是不是有水溢上来。掺入道砟的泥土会削弱路基的强度,导致轨面沉降、不平。因此,干线铁路上,每年都需要进行清筛或陕西道砟、捣固作业。

(2)平顺度和道砟飞溅问题。道砟再平整,也不可能达到混凝土整体道床的水平。并且,由于枕木不是刚性地固定在道床上,列车驶过时,车轮之间的钢轨会带动枕木一起向上弯曲,这一弯曲在重载铁路上肉眼可见。另外列车高速驶过时会出现道砟飞溅的问题。

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在碎石道床上铺设的轨道系统即为“有砟(就是石头)轨道”

那为什么高铁(大多数)和地铁都对它避而远之呢?

显而易见,就因为那么些个缺点。之所以括号中注明“大多数”,是因为一些出站后的非高架区段等低速、地面区段,仍有少量采用有砟轨道的。


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(1)铁路维护的时间称为“开天窗”,普通铁路可以开在白天,利用运行线的间隙进行,期间一些列车可能限速。春末夏初,有时候坐火车可以看到路边的养护人员。车一来,立刻撤下线路;

车一过,继续上。高铁由于运行线密集,且几乎全部是客运,调整运行线或限速运行影响很大,并且速度高,传统作业方式不安全,因此需要易于维护的路基。(有同学可能会说夜间检修,夜间施工毕竟不方便,高铁的夜间检修主要是信号、车辆、供电什么的,既然现在无砟轨道技术已经可以承受,就别再来给施工添乱了)。

(2)为了更好的噪音控制、平顺性和避免道砟飞溅。这一点不用多说了,坐既有线的时候,如果你对面有个胖纸,看TA的肉是怎么颤抖的就行了……

2 、整体道床

没有了石子的道床

混凝土整体道床,就是用混凝土把框架浇筑在一起的道床形式,基本上就是一坨钢筋混凝土然后把轨枕埋在里面,它是地铁(地下线路)的主流道床形式。


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高铁、动车组以及地铁(相对来说比高铁的配置还要高)都已普遍使用整体道床!

不要看整体道床其貌不扬,但是稳定可靠:

混凝土整体道床也不是完全没有缺点的:

(1)道床太硬。比较硬的道床有助于减小列车运行时的阻力,提高列车运行的平顺性,但是不利于吸收列车运行时带来的冲击,混凝土道床上扣件的寿命有时不及普通道床就是由于这个原因。


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(2)建设要求高。混凝土道床一旦建成,很难再对其几何参数进行调整,因此对建设的要求很高。


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(3)维护困难。与上一条相同的原因。虽然混凝土道床的几何参数不容易随着列车运行而发生改变,但是一旦改变很难调整;而传统道床可以通过增加或减少道砟进行调整。

(4)噪声高。由于缺乏对列车冲击的吸收,列车在混凝土道床上运行时的噪声高于传统道床。


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3、减震道床

没有了石子的道床,还可以减震的道床

这个是新生事物,是专门为了城市轨道交通发展需要而建造的。

因为客运专线、高铁大部分都是在桥上和郊外没有减震的需求,而即便是少量隧道那也是山体隧道,也不需要减震。而地铁不同,大量穿越繁华城区大家可能都有过地下在地下走的时候觉得地面在震动的体会,要是地面上是个学校、医院那可不得了,所以就需要减震


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结构减震有很多手段,无非就是把要传导地面的震动消化在隧道里,减震道床就是其中之一!

一般的形式有橡胶浮置板、刚弹簧浮置板和梯形轨枕,这个梯形轨枕说是轨枕其实就是橡胶浮置板的简配形式,所以就一起来说了,但是无论何种减震,都是把整体道床和隧道结构之间的刚性连接减弱以起到减震的效果。


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减震道床实际上为了特别的目的而设置的,施工难度大、造价高,而且也很不好伺候,是不得已的选择,也是城市轨道交通发展的需要!


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