高速轨道交通的轨道结构 【技术领域】
本发明涉及一种高速轨道交通的轨道结构，特别是一种适合磁悬浮列车行驶的轨道结构，该轨道结构是由承重主梁(钢结构等或预应力砼梁、钢筋砼梁等)及轨面结构(钢筋混凝土板梁)组合而成。背景技术
磁悬浮列车是一种高速运行的运载系统。其在高速运行时，对支撑结构即轨道结构有异常高的精度要求，首先，对轨道结构的受力特性而言，要求轨道结构在移动车载、外界环境影响如温度变化影响、风力等作用时，其变形和挠度应控制在很小的范围内；同时，对轨道结构的动力特性也有严格的限制，磁悬浮列车要求轨道结构的第一阶自振频率(无论是相连结构的纵向还是横向)必须大于1.1倍的列车运行速度与轨道结构跨度比。其次，磁悬浮列车运行系统对轨道结构的功能区部分提出了非常严格的精度要求，功能区部分位于轨道结构的顶部两侧，包括顶面两侧滑行轨面、两侧列车导向面和定子铁芯底面，对以上三个功能面精度要求都在1mm及1mm以内(0.4mm)。以上磁悬浮列车系统对轨道结构的要求决定了磁悬浮列车轨道结构与常规铁路桥梁或轨道结构有较大差异。
根据结构分析计算可知，满足磁悬浮列车运行技术要求的轨道结构在结构刚度上比常规铁路轨道结构有大幅度提高，所以轨道结构按材料分类无论是采用钢结构还是预应力混凝土、钢筋混凝土结构，其结构高度、宽度及断面尺寸都大幅度增加，磁悬浮结构重量也同步增加。轨道结构按体系分类，主要有两种：一种是整体式结构，即承重结构和轨面结构一体化，梁轨一体化的结构根据轨面功能区的制作连接方式，可分为功能区与梁体一体化制作加工及分开制作加工再连接两种，前者功能区钢结构与承重主梁先整体加工制作，再采用先进的六轴数控镗铣床对功能区顶面滑行面、侧面导向面及定子铁芯固定钢梁连接槽进行整梁机加工，再安装定子铁芯；后者功能区钢结构、功能面等单独制作并机加工，主梁预埋连接件，连接件连接面整梁机加工，机加工完成后，功能区钢结构与主梁连为一体。以上两种方式都无法避免整梁机加工。由整体式结构材料及构造组成、制作加工的方式可知，该种结构型式虽整体性好、结构刚度大，但对制梁厂厂房布局、模板制作、机加工设备等有很高地要求，制梁厂厂房布置要满足多个工序同时有序工作，整梁机加工要有大型恒温车间。如采用预应力砼复合梁，模板制作要求有足够大的刚度，保证预埋连接件的位置正确；机加工设备要具备六轴数控能力，设备技术含量高、投资大，同时整梁机加工要求梁体支撑台座基本无变形，工程量十分巨大。另一种是分层式结构，即承重结构与轨面结构分开制作、分层布置，通过支撑结构组成为轨道结构。
这种分层式结构又称特殊结构，下层为常规的桥梁结构体系，上层为6.192m长、2.8m宽轨面结构，由本体结构钢筋混凝土板梁及功能区顶面滑行钢板、侧面导向钢板及定子铁芯固定用连接件组成。轨面结构与下层结构采用三个钢筋混凝土柱支撑，支撑柱与上层结构连接采用现浇一层水泥砂浆垫层并用钢螺杆固定，下层结构为混凝土结构时，支撑柱与下层结构直接连接，三个支撑柱中外侧两个支撑柱底部颈缩，以达到铰接作用。上述结构主要存在以下缺陷：
1、功能区钢结构与钢筋混凝土板梁整体制作时，因材料特性的不同，两种材料的结合面容易引起收缩缝隙，并在列车反复荷载作用下，混凝土板梁产生疲劳裂缝，降低轨道结构使用寿命。
2、上下层结构连接方式不可靠，板梁纵向温度伸缩将引起前后两支撑柱底部混凝土铰裂，反复荷载作用下将导致裂缝开展并损坏铰内钢筋，影响结构安全；混凝土板梁与支撑柱间用拉杆连接受力不明确，导致水泥砂浆垫层受力复杂，在纵向及横向、竖向荷载同时作用时容易损坏，危及结构安全。
3、支撑方式可调性差，由于板梁与支撑柱间拉杆部分已浇筑在板梁内，并且水泥砂浆垫层与板梁、支撑柱已粘结牢固，轨面结构板梁调整位置时需凿除结构部分混凝土，施工难度较大，可操作性差。
4、下层结构的侧向刚度小，为使轨道结构的侧向满足到本系统的动力特性要求，不得不将下层结构的侧向尺寸设计得很大。发明内容
本发明要解决技术问题是克服上述已有技术的缺陷，提供一种适用于磁悬浮及其他现代化高速轨道交通的轨道结构，该轨道结构应该较易加工、安装，上下层结构连接可靠，并具有一定的可调性。
本发明的技术解决方案是：
一种高速轨道交通的轨道结构，包括下层承重主梁和上层轨面构件，轨面构件由功能区钢构件和本体钢筋混凝土板梁通过连接件连为一体，其特点在于：
(1)所说的钢筋混凝土板梁为小型构件，多块钢筋混凝土板梁沿线路通过连接机构纵向地架设在下层承重主梁上，而且两块钢筋混凝土板梁之间留有一定的伸缩间隙；
(2)在轨道线路双线平行时，下层承重主梁侧向之间，沿线路方向隔一定间距设有支撑横梁。
(3)所说的连接机构由支撑钢梁、焊钉、高强螺栓和钢垫板组成，支撑钢梁通过高强螺栓、钢垫板和连接钢板与下层承重主梁连接，所说支撑钢梁的顶部的焊钉深入钢筋混凝土板梁的后浇孔中，待钢筋混凝土板梁精确定位后浇筑混凝土而完成连接。
所说的每根钢筋混凝土板梁由多个支撑钢梁支撑，即纵向中部设刚性支撑钢梁，两端设纵向柔性支撑钢梁。
所说的刚性支撑钢梁设有多片纵向加劲板。
所说的柔性支撑钢梁设有腹板。
所说的下层承重主梁可采用梁式结构，也可采用拱式结构。
所说承重主梁的侧面设有横梁。
所说的下层承重主梁的两侧设有电缆架和检修人行道。
本发明的技术效果如下：
1.本发明采用分层式轨道结构，将承重主梁和轨面结构分开，主梁可按常规市政工程或铁路轨道结构精度要求制作，而精度要求很高的轨面结构从主体结构上分离，并且采用小型化构件，对该构件的制作及机加工将大大简化，无需采用大型机加工设备，采用常规的镗铣设备就能完成机加工工作，这对于大型磁悬浮工程而言，可节省投资，加快轨道结构制作进度。上下层结构可采用刚性及柔性两种支撑方式结合使用，以达到上下层结构间荷载传递及适应温度变形的目的。
2.本发明结构在双线时，轨道下层承重主梁的侧向之间在沿线路纵向每隔一定间距采用支撑横梁相连，使得轨道结构在不必增大横向尺寸的情况下，大大提高结构的侧向刚度，从而保证了列车系统对线路结构侧向刚度的要求。
3.轨面结构分成两部分，即功能区钢结构与本体钢筋混凝土板梁分开制作、加工，再通过连接件用高强螺栓连为一体，这种结构布置方式可大部分消除整体结构由于混凝土收缩、徐变引起的二次内力及内力重分布的问题。
4.轨面结构与下层承重主梁间采用钢结构连接，钢结构可用高强螺栓与下层结构连接，钢结构顶部焊接抗剪(抗拉)焊钉，上层轨面结构板梁预留现浇孔，待板梁精确定位后浇筑混凝土完成连接。该种连接方式结构简洁、受力明确，并且调整轨面结构板梁位置时只需放松高强螺栓，板梁调整至正确位置后调换钢垫板再拧紧高强螺栓即可。
5.本发明结构断面布置采用轨面结构与检修人行道、电缆架等分层布置，即轨面结构设在上层，检修人行道等设在第二层，分层设置的前提主要是基于磁悬浮列车系统对轨道结构动力特性有严格规定，满足动力特性要求的承重结构刚度大、结构建筑高度高。轨面结构等分层设置后承重结构宽度可限制在列车净空要求以内，轨面结构板梁支撑结构无高度要求，可采用较小高度的支撑体系。所以在上层轨面结构建筑高度和限界两方面，对于大、中跨度承重结构而言(如跨越中小河道的桥梁等)，本发明分层式结构断面布置是比较理想的结构形式。附图说明
图1是双层轨道结构布置立面示意图。
图2是双层轨道结构断面结构(包括附属设施)示意图。
图3是上层轨面结构平面示意图。
图4是上、下层结构连接构造之一——含刚性支撑钢梁。
图5是上、下层结构连接机构之二——含柔性支撑钢梁。
图6是连接机构局部透视图。
图7是上、下层结构连接机构之三。
图中：
1—承重主梁 11—支撑横梁
12—电缆架 13—检测人行道
2—上层轨面构件 20—伸缩间隙
21—钢筋混凝土板梁 22—连接件
23—功能区钢构件 24—后浇孔
3—连接机构 31—支撑钢梁
311—刚性支撑钢梁 3111—加劲板
312—柔性支撑钢梁 3121—腹板
32—焊钉 33—高强螺栓
34—钢垫板 35—连接钢板
36—高度间隙 37—螺母套筒具体实施方式
图1中表示了本发明双层轨道结构的总体布置，从立面看，上层轨面结构钢筋混凝土板梁21(以下简称构件21)与下层承重主梁1通过一个连接机构3连为一体，构件21为一小型构件，长度可以是单个功能件长度(3.096m)的一至二倍，多个构件21沿线路纵向架设在下层支撑结构上，两个构件21间留在一定的伸缩间隙20，以满足纵横向活载变形及构件温度伸缩变形。构件21纵向采用较小尺寸的目的，主要是为了减小上层轨面结构的制作、加工难度，构件21单件重量较轻，现场安装、定位相关设备要求较低，可全线展开并快速施工；同时，构件21尺寸的小型化有利于减少纵向温度伸缩变形，简化支撑连接机构。图2中表示轨面结构的横向布置，轨面功能区钢构件23在完成制作、机加工及定子铁芯安装之后与构件21的连接件22用高强螺栓连为一体，连接件22在现浇构件21时预埋。
图4和图5表示了上、下层结构的连接机构横向结构示意图，每个连接机构3主要由支撑钢梁311或312、固定用焊钉32、高强螺栓33与钢垫板34组成。图1立面布置中可见每个构件21由多个钢梁支撑，构件21纵向中部设一个刚性支撑钢梁311(见图4)，两侧设纵向柔性支撑钢梁312(见图5)，钢梁311承受纵横向活载荷作用，钢梁312能承受横向活载荷作用，构件21纵向温度变形由钢梁312的腹板3121变形解决。钢梁311的纵向刚度主要由多片纵向加劲板3111提供，钢梁312不设纵向加劲板，纵向刚度较钢梁311小得多，钢梁312、311的腹板3121及加劲板3111布置见图1、图4、图5和图6。如图4所示，上层轨面结构构件21与钢梁311、312连接采用焊钉32，焊钉32焊接固定于钢梁311、312上，图3中表示在构件21内钢梁上方开设后浇孔24，焊钉32置于其中，待构件21精确定位后浇筑混凝土完成连接，在构件21与钢梁311和312间留有一定高度间隙36，用于构件21精确定位时调整承重主梁1位置施工误差及构件21尺寸偏差。下层承重主梁1与支撑钢梁311、312间连接可采用高强螺栓33，两构件间内插钢垫板34，在轨道结构运营之后，如轨道位置超出允许变位值，可调换不同厚度钢垫板调整轨面至正确位置。钢梁311、312可于承重结构制作、安装时先行与其实施连接，之后再安装轨面构件21，轨面构件21定位调节及临时支撑装置可设置在承重主梁1顶面上。
上下层结构连接机构3的另外一种形式如图7所示，该连接机构3由连接钢板35、钢垫板34、焊钉32、高强螺栓33及螺母套筒37组成，焊钉32与连接钢板35焊接，间隙36与钢垫板14作用同前方案(图4、5所示)，连接钢板35与承重主梁1之间连接采用高强螺栓33，螺母焊接固定在连接钢板35顶面，螺母套筒37与连接钢板35密封连接，连接强度须满足构件21浇筑混凝土时不漏浆。该连接形式与图4和图5所示连接形式受力方式有所不同，构件21范围沿纵向需设置多排焊钉以克服构件21、构件1间温度影响引起的水平剪力。
上下层结构采用钢梁311、312或连接钢板35连接时，根据承重主梁1结构形式及所用材料，焊钉32可采用其它抗剪构件代替，如抗剪型钢、钢筋混凝土抗剪块等。
本发明双层轨道结构布置如图2所示，由于承重主梁在高度方向不受到列车行车净空的影响，承重主梁高度可根据结构跨度及列车系统的动力特性等要求在较为自由的范围内选定。而在横向方向，由于受行车净空的影响，承重主梁的横向尺寸受到一定的限制，而对轨道交通而言，列车系统对线路结构在侧向也有较高的刚度要求。本发明的分离式主体结构在下层承重主梁的侧向之间，每间隔一定距离通过设置支撑横梁11，在不增大承重主梁横向尺寸的条件下，大大增加了线路结构的侧向刚度，巧妙地解决了高速轨道交通线路结构的侧向刚度问题。主体承重主梁根据结构跨径及所用材料可采用梁式、拱式等不同结构体系。图中所示电缆架12及检修人行道13设置于主体承重主梁两侧下方，该布置方式无需增加主体结构宽度，同时对列车横向净空不产生直接影响。