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铁路与轨道交通 |
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钢轨埋入式板式轨道系统 |
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作者：David Briginshaw |
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一家名为Balfour Beatty Rail 的工程公司开发了一种新型全支承钢轨埋入式板式轨道系统：Balfour Beatty Embedded Slab Track（简称BBEST）。这种轨道系统中，钢轨的横截面形状与常见钢轨截面不同，而且钢轨不是由轨枕或者基础垫层来支承的，是直接把钢轨放置于轨枕板的钢轨槽内，如图1所示。 
图1 新型全支承钢轨埋入式板式轨道系统
2002年该轨道系统在西班牙铺设了120m长的线路，以进行运营试验。2003年10月, 在英国Kidsgrove到Stock-on-Trent的铁路线上的克鲁地区（Crewe）铺设了160m长的线路。之后，就对这条线路实行了电气化改造，使之成为西海岸主干线的辅助线路。
BBEST系统由纤维——钢筋混凝土板加新型截面钢轨构成，从轨顶到板底只有270mm，相比普通有碴轨道的300mm～400mm的高度，该系统高度明显降低。板横向宽仅2.2 m，而一般的轨枕却有2.6m长，因此整个基础可以做得窄，引起的开挖量少。该系统的截面如图2所示。
图2 钢轨埋入式轨道系统横截面
钢轨采用74kg/m的新设计钢轨，名为BB 14072钢轨，钢轨横截面高140mm，轨头宽72mm，表面形状符合CEN60E1标准，由德国TSTG公司制造，材料为260级钢轨钢。
钢轨是连续支承，钢轨和钢轨槽接触的部分从里到外由弹性橡胶垫层和纤维加固塑料外壳包裹，并灌注薄水泥浆与轨枕板固定，制造公差非常小。在英国和西班牙的试验线上安装轨道时，还采用了独立密封层。
图3 用滑动模板铺设机（slipform paving machine）以1m/min铺设轨道板
图4 钢轨的铺设
BBEST同其他几种板式轨道相比有几个突出优点：
（1）由于钢轨固定良好，保证了轨距尺寸，轨距误差在±1mm；
（2）不用拆除板壳或者混凝土板就能替换钢轨、垫层和密封层；
（3）轨道板高度低，可以保证轨头位置；
（4）由于钢轨连续支承，因此可以控制横向和垂向荷载作用下的钢轨位移；
（5）减小钢轨扭转可以保证轨头接触区的几何形位，降低接触区向轨距角的位移，而且这种钢轨要比普通钢轨的残余应力小40％。
BBEST轨道系统稳定性、耐久性好，轨道几何形位固定，降低了轨道的动力响应，使得重载列车、摆式列车或者快速列车可以在轨道上安全运营。
诺丁汉特伦特大学的实验表明：当钢轨发生断裂时，此系统可以夹持钢轨就位，让列车安全运行，不发生脱轨。一般线路是不允许列车在没有安装紧急夹板的断裂钢轨上运行的，而BBEST系统不需要额外固定装置，就能保证列车运行安全。
在英国克鲁地区的该种轨道系统铺设于980m半径的曲线上，在每一端与有碴轨道的113A钢轨相连接处设置了过渡段。用滑动模板铺设机以1m/min的速度铺设轨道板，采用8小时工作制可以铺设400～500m的混凝土板。
混凝土板的设计可以满足用户的需要，适合于多种地面条件。在克鲁安装轨道时，还设置了自动警报系统、信号闭路系统和新型轨道排水系统。
目前采用铝热焊来焊接钢轨。焊接时，用闪光对头焊接BB14072钢轨截面，并进行同步测试。
有碴轨道的轨下垫层一般要比板式轨道的轨下垫层刚度大。后者的刚度是20kN/mm/650mm，过渡段是30kN～40kN/mm/650mm。目前既有线有碴轨道是60kN/mm/650mm，而且垫层的弹性满足运营性能和振动噪声的要求。
从安装到现在，克鲁地区BBEST轨道系统已经通过了约2百万吨的运营荷载。慕尼黑技术大学和西班牙国铁对BBEST系统进行的测试表明：BBEST轨道系统满足静、动力弹簧特性和双轴荷载疲劳性能测试。通过470万吨疲劳荷载后，轨道几何形位仍保持较好，而且没有损害垫层的迹象。
在克鲁安装的轨道板设计寿命是60年。只要钢轨在正常运营条件下使用，塑料外壳、垫层和密封层就能保证使用60年，而钢轨通常可以使用15～30年。
据统计，板式轨道比新型有碴轨道的成本高30％。但是，一旦考虑养护维修成本和排水系统的造价后，两者的差价就会很小。据估计约10年可以偿还BBEST系统的维修成本，因为它的维修成本只是有碴轨道的1/5。
Balfour Beatty工程公司还努力在将来开发一种新型的钢轨埋入式道岔系统。(end)
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(投稿)
(11/4/2006) |
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