普通鐵路采用的是有砟軌道,而沒有“碎石子”(鐵路上成為“道砟”)的高鐵采用的是無砟軌道,為什麼呢?
所謂道砟,也就是我們常見的石頭構成的道床,即軌道的床。
道床的作用無外乎三個:
承載(上部結構:鋼軌、車輛、軌枕)
為軌枕提供橫向阻力(不讓軌枕亂跑)
排水(下雪、下雨、結冰等的水需要及時排走)
1、碎石道床
鋪滿了石子的道床
砕石道床是最常見的道床之一,它的構造是把兩條鋼軌連着扣件并透過橡膠絕緣墊闆固定在枕木或軌枕(sleeper)上,而枕木就放置在碎石(道碴,ballast)上,而碎石在鋪上路軌後必需經過砸實後才可使用。
道碴的作用——把列車的重量平均分布在路基上,并且防止軌道因為行車壓力而移位;道碴也具有容易排水和方便調整軌道位置等優點。其在鐵路發展的初期幾乎隻有這一種形式,我國也是開始建設客運專線後才嘗試了其他的道床形式。
通俗點講,就是通過碎石來分散火車的重量。鐵軌架設在泥土上,因為鐵軌與火車車輪的接觸面積小,但是火車非常重,因此鐵軌所承受的壓力相當地大(壓力=重量 ÷ 接觸面積)。
鐵軌下面鋪設枕木及石頭為了分散火車的重量,防止鐵軌因壓力太大而下陷到泥土裡。碎石頭還有一個任務就擔任着防止鐵軌下陷的緩沖工作。另外火車高速通過鐵軌,會産生噪音和高熱,而碎石頭的另外兩個重要工作就是吸收噪音和吸熱。
大家如果注意,會發現鐵軌間鋪的石頭都是鑿碎的,形狀非常不規則,這樣的石頭容易碎裂,如此一來,就可以因為石頭的碎裂而吸收掉火車通過時所産生的高熱;如果鋪的是圓潤光滑的石頭,因為不容易碎裂,吸熱的效果就不好了。
砕石道床的優點:彈性好、施工簡單、造價低(混凝土整體道床的缺點);
缺點也很明顯:易變形流失、維修工作量大、容易磨損激發灰塵。(它從一開始就幾乎和地鐵無緣,所以一般隻在停車場使用,總不能隧道裡天天灰蒙蒙的吧!? )
具體的,從專業上講( 沒有興趣的看官這裡可繞道 ):
(1)需要經常維護(這裡的“經常”是相對于無砟軌道而言)。換道砟和清篩等等是工務維護的重要工作之一。列車經過時會帶來震動,長期的震動會使路基上的泥土摻入道砟當中。不好理解的話,下完雨找塊泥地,用腳快速地踩兩分鐘,看是不是有水溢上來。摻入道砟的泥土會削弱路基的強度,導緻軌面沉降、不平。因此,幹線鐵路上,每年都需要進行清篩或換道砟、搗固作業。
(2)平順度和道砟飛濺問題。道砟再平整,也不可能達到混凝土整體道床的水平。并且,由于枕木不是剛性地固定在道床上,列車駛過時,車輪之間的鋼軌會帶動枕木一起向上彎曲,這一彎曲在重載鐵路上肉眼可見。另外列車高速駛過時會出現道砟飛濺的問題。
在碎石道床上鋪設的軌道系統即為“有砟( 就是石頭)軌道”
那為什麼高鐵(大多數 )和地鐵都對它避而遠之呢?
顯而易見,就因為那麼些個缺點。之所以括号中注明“大多數”,是因為一些出站後的非高架區段等低速、地面區段,仍有少量采用有砟軌道的。
(1)鐵路維護的時間稱為“開天窗”,普通鐵路可以開在白天,利用運行線的間隙進行,期間一些列車可能限速。春末夏初,有時候坐火車可以看到路邊的養護人員。車一來,立刻撤下線路;
車一過,繼續上。高鐵由于運行線密集,且幾乎全部是客運,調整運行線或限速運行影響很大,并且速度高,傳統作業方式不安全,因此需要易于維護的路基。(有同學可能會說夜間檢修,夜間施工畢竟不方便,高鐵的夜間檢修主要是信号、車輛、供電什麼的,既然現在無砟軌道技術已經可以承受,就别再來給施工添亂了)。
(2)為了更好的噪音控制、平順性和避免道砟飛濺。這一點不用多說了,坐既有線的時候,如果你對面有個胖紙,看TA的肉是怎麼顫抖的就行了……
2 、整體道床
沒有了石子的道床
混凝土整體道床 , 就是用混凝土把框架澆築在一起的道床形式,基本上就是一坨鋼筋混凝土然後把軌枕埋在裡面,它是地鐵(地下線路)的主流道床形式。
高鐵、動車組以及地鐵( 相對來說比高鐵的配置還要高)都已普遍使用整體道床!
不要看整體道床其貌不揚,但是穩定可靠:
混凝土整體道床也不是完全沒有缺點的:
(1) 道床太硬。比較硬的道床有助于減小列車運行時的阻力,提高列車運行的平順性,但是不利于吸收列車運行時帶來的沖擊,混凝土道床上扣件的壽命有時不及普通道床就是由于這個原因。
(2) 建設要求高 。混凝土道床一旦建成,很難再對其幾何參數進行調整,因此對建設的要求很高。
(3) 維護困難。與上一條相同的原因。雖然混凝土道床的幾何參數不容易随着列車運行而發生改變,但是一旦改變很難調整;而傳統道床可以通過增加或減少道砟進行調整。
(4) 噪聲高。由于缺乏對列車沖擊的吸收,列車在混凝土道床上運行時的噪聲高于傳統道床。
3、減震道床
沒有了石子的道床,還可以減震的道床
這個是新生事物,是專門為了城市軌道交通發展需要而建造的。
因為客運專線、高鐵大部分都是在橋上和郊外沒有減震的需求,而即便是少量隧道那也是山體隧道,也不需要減震。 而地鐵不同,大量穿越繁華城區大家可能都有過地下在地下走的時候覺得地面在震動的體會,要是地面上是個學校、醫院那可不得了,所以就需要減震 !
結構減震有很多手段,無非就是把要傳導地面的震動消化在隧道裡,減震道床就是其中之一!
一般的形式有橡膠浮置闆、剛彈簧浮置闆和梯形軌枕,這個梯形軌枕說是軌枕其實就是橡膠浮置闆的簡配形式,所以就一起來說了, 但是無論何種減震,都是把整體道床和隧道結構之間的剛性連接減弱以起到減震的效果。
減震道床實際上為了特别的目的而設置的,施工難度大、造價高,而且也很不好伺候,是不得已的選擇,也是城市軌道交通發展的需要!
在地鐵行業裡比較喜歡整體道床或者橋上闆式道床,為了節約價格所以在停車場使用碎石道床,為了滿足減震的需要部分采用減震道床!(來源:軌道邦)
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