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近年来，我国的轨道交通发展较快，新技术也层出不穷。西南交通大学轨道工程教研室总结近年来轨道工程领域的创新成果，并结合轨道交通行业发展现状，编写了本书作为轨道工程课程的教材。本书理论联系实际，有助于培养学生解决实际工程问题的能力，为今后从事交通土建工程方面的工作和进一步学习奠定必要的基础。全书共分12章，主要介绍了轨道结构组成、轨道几何形位、轨道力学、无缝线路、轨道的维护与管理等内容，除此之外，还在无砟轨道、高速道岔、轮轨接触、振动和噪声、轨道施工等方面做了拓展，充分展示了我国近年来在轨道工程领域取得的*新技术成果。

本书内容全面，图表丰富，可读性较强，既可作为高等院校交通工程、铁道工程专业轨道工程课程的教材，也可作为轨道交通从业者的参考书。

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前言

第1章绪论1

1.1轨道的起源与发展1

1.1.1有砟轨道7

1.1.2无砟轨道7

1.1.3新型轨道结构8

1.2轨道的结构与工作特点9

1.2.1轨道的结构特点9

1.2.2轨道的荷载特点9

1.2.3轨道的服役特点10

1.3运营条件与轨道类型10

1.3.1运营条件与轨道的关系10

1.3.2高速铁路轨道的性能要求12

1.3.3重载铁路轨道的性能要求12

1.3.4地铁轨道的性能要求13

1.3.5轨道类型13

1.4轨道设计原则与方法14

1.4.1轨道设计原则14

1.4.2轨道选型15

1.4.3轨道设计方法16

小结20

习题20

第2章轨道结构21

2.1轨道的功能及组成21

2.2钢轨23

2.2.1钢轨的功能及类型23

2.2.2钢轨断面24

2.2.3钢轨的材质和力学性能28

2.2.4钢轨伤损及合理使用31

2.2.5钢轨连接37

2.3轨枕43

2.3.1轨枕的功用、基本要求及分类44

2.3.2木枕44

2.3.3钢枕44

2.3.4混凝土枕46

2.3.5新材料轨枕51

2.3.6轨枕铺设数量及布置52

2.4扣件54

2.4.1扣件组成与功用54

2.4.2木枕扣件55

2.4.3混凝土枕扣件57

2.5道床62

2.5.1道床的功能及材质62

2.5.2道床断面66

2.5.3有砟道床的病害与整治措施67

2.5.4道床的加固70

小结72

习题72

第3章车辆基本结构与轨道几何

形位74

3.1机车车辆基本结构74

3.1.1铁路车辆的基本组成74

3.1.2转向架的作用与组成75

3.1.3轮对组成及基本要求77

3.1.4轴箱及悬挂系统82

3.2轨道几何形位基本要素85

3.2.1轨距85

3.2.2水平87

3.2.3扭曲（或称三角坑）87

3.2.4前后高低88

3.2.5轨向88

3.2.6轨底坡89

3.3曲线轨道轨距加宽90

3.3.1曲线轨道轨距加宽的目的和方法90

3.3.2机车车辆通过曲线轨道的几何条件90

3.3.3轨距加宽的确定原则90

3.3.4轨距加宽计算91

3.3.5曲线轨道的最大允许轨距92

3.4曲线轨道外轨超高93

3.4.1曲线外轨超高设置的目的和方法93

3.4.2曲线外轨超高的计算93

3.4.3外轨未被平衡的超高95

3.4.4外轨最大允许超高值96

3.4.5曲线轨道上的超高限速97

3.5缓和曲线98

3.5.1缓和曲线的作用及其几何特征98

3.5.2缓和曲线的几何形位条件98

3.5.3常用缓和曲线100

3.5.4缓和曲线长度102

小结106

习题106

第4章轮轨关系107

4.1轮轨接触几何关系107

4.1.1轮轨接触参数107

4.1.2轮轨接触状态110

4.1.3轮轨接触几何参数的计算111

4.2轮轨滚动接触114

4.3轮轨滚动接触力118

4.3.1轮轨法向力计算118

4.3.2轮轨黏着/蠕滑力计算（轮轨滚动接触理论）121

4.4轮轨滚动接触问题的有限元算法124

4.4.1经典滚动接触理论模型的局限性124

4.4.2基于有限元法的轮轨接触力学理论125

小结126

习题126

第5章无砟轨道128

5.1铁路无砟轨道技术发展及应用128

5.1.1国外铁路无砟轨道技术发展128

5.1.2我国铁路无砟轨道技术发展133

5.2我国高速铁路无砟轨道结构135

5.2.1CRTS Ⅰ型板式无砟轨道135

5.2.2CRTS Ⅱ型板式无砟轨道136

5.2.3CRTS Ⅲ型板式无砟轨道138

5.2.4CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道139

5.2.5CRTS Ⅱ型双块式无砟轨道140

小结141

习题142

第6章道岔143

6.1道岔类型143

6.1.1连接设备143

6.1.2交叉设备143

6.1.3连接与交叉组合设备144

6.2单开道岔的构造145

6.2.1转辙器145

6.2.2辙叉及护轨147

6.2.3连接部分148

6.2.4岔枕及扣件148

6.3道岔的几何形位149

6.3.1单开道岔的主要尺寸149

6.3.2单开道岔各部分轨距150

6.3.3转辙器几何尺寸150

6.3.4导曲线及附带曲线几何尺寸151

6.3.5辙叉及护轨几何尺寸154

6.4道岔的平面线型156

6.4.1道岔尖轨平面线型156

6.4.2连接部分平面线型157

6.4.3过岔速度160

6.5道岔的铺设、维护与加强163

6.5.1道岔的铺设163

6.5.2道岔的维修与养护164

6.5.3道岔的加强165

6.6高速道岔166

6.6.1高速道岔的定义及技术要求166

6.6.2国外高速道岔关键技术166

6.6.3我国的高速道岔169

6.7重载道岔172

6.7.1重载道岔的定义及技术原则172

6.7.2重载道岔关键技术172

小结175

习题175

第7章铁路无缝线路176

7.1概述176

7.1.1无缝线路的定义及分类176

7.1.2铺设无缝线路的重要意义176

7.1.3无缝线路的发展史177

7.2无缝线路的基本理论178

7.2.1无缝线路的工作原理178

7.2.2无缝线路的基本参数180

7.2.3无缝线路的基本温度力184

7.3无缝线路稳定性187

7.3.1无缝线路稳定性概念187

7.3.2影响无缝线路稳定性的因素188

7.3.3无缝线路稳定性计算理论191

7.3.4无缝线路稳定性算例203

7.4普通无缝线路207

7.4.1普通无缝线路的主要组成207

7.4.2无缝线路的设计锁定轨温208

7.4.3无缝线路结构设计209

7.5无缝道岔210

7.5.1无缝道岔概述210

7.5.2无缝道岔的结构特点210

7.5.3无缝道岔的设计与检算214

7.5.4无缝道岔的布置216

7.6桥上无缝线路217

7.6.1桥上无缝线路概述217

7.6.2桥上无缝线路附加力的计算理论与方法218

7.6.3伸缩力的计算219

7.6.4挠曲力的计算221

7.6.5断轨计算224

7.6.6桥上无缝线路的有限元分析方法224

7.6.7伸缩调节器的应用225

7.7跨区间无缝线路226

7.7.1跨区间无缝线路发展现状226

7.7.2跨区间无缝线路的结构特点227

小结228

习题228

第8章轨道力学与轨道结构设计229

8.1概述229

8.2作用在轨道上的力及其特点230

8.3轨道结构竖向受力计算230

8.3.1基本假设和计算模型230

8.3.2连续弹性支承梁微分方程及其解232

8.3.3轨道的基本力学参数235

8.3.4轮群作用下的轨道力学计算238

8.4轨道力学分析的有限单元法239

8.4.1结构模型的离散化239

8.4.2梁单元刚度矩阵240

8.4.3连续梁的总刚度矩阵241

8.4.4轨道结构力学模型及矩阵方程241

8.5轨道动力响应的准静态计算242

8.5.1速度系数243

8.5.2偏载系数243

8.5.3准静态计算公式244

8.5.4动力系数245

8.6有砟轨道结构设计246

8.6.1轨道结构选型246

8.6.2钢轨应力检算247

8.6.3轨枕强度检算252

8.6.4道床与路基应力检算254

8.7无砟轨道结构设计256

8.7.1无砟轨道功能设计257

8.7.2无砟轨道结构设计方法259

小结264

习题264

第9章轨道减振与降噪266

9.1轨道交通振动与噪声的成因266

9.1.1轨道交通振动产生原因266

9.1.2轨道交通噪声产生原因266

9.2轨道交通振动与噪声标准及限值270

9.2.1轨道交通环境振动限值270

9.2.2轨道交通噪声限值270

9.3轨道交通振动与噪声的控制措施271

9.3.1轨道交通振动控制措施271

9.3.2轨道交通噪声控制措施274

小结276

习题277

第10章轨道建造与施工278

10.1有砟轨道施工278

10.1.1普通线路施工278

10.1.2道岔铺设284

10.1.3铺砟整道288

10.2普通无缝线路施工291

10.2.1长钢轨的装、运、卸291

10.2.2换轨作业车292

10.2.3旧轨回收293

10.2.4基本施工方法293

10.2.5线路整修工作的要点294

10.2.6无缝线路施工中应注意的几个问题294

10.3跨区间无缝线路施工294

10.3.1跨区间无缝线路铺设294

10.3.2连入法和插入法的比较296

10.3.3高速铁路一次性铺设跨区间无缝线路施工296

10.4无砟轨道施工297

10.4.1CRTSⅠ型板式无砟轨道施工298

10.4.2CRTSⅡ型板式无砟轨道施工304

10.4.3CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道施工316

10.4.4CRTS Ⅱ型双块式无砟轨道施工319

10.4.5CRTSⅢ型板式无砟轨道施工326

10.4.6弹性支承块式无砟轨道施工328

小结334

习题334

第11章轨道检测与监测技术335

11.1轨道检测概述335

11.1.1轨道几何状态检测335

11.1.2轨道设备状态检测336

11.1.3行车平稳性检测337

11.1.4工务安全检测监测系统技术337

11.2轨道质量状态评价338

11.2.1轨道不平顺及其危害338

11.2.2轨道几何状态静态评价339

11.2.3轨道几何状态动态评价344

11.2.4线路设备状态评定349

11.3轨道静态检测技术351

11.3.1轨道几何状态静态检测351

11.3.2钢轨表面状态静态检测357

11.3.3其他轨道部件状态静态检测361

11.3.4线路控制测量364

11.4轨道动态检测技术366

11.4.1轨道动态检测技术及发展366

11.4.2轨道几何动态检测系统367

11.4.3钢轨短波不平顺检测371

11.4.4线路检查仪372

11.4.5轨道状态巡检系统372

11.4.6综合检测列车372

11.5轨道检测数据分析应用374

11.5.1轨道几何不平顺数据分析374

11.5.2钢轨损伤数据分析380

11.5.3铁路大数据平台382

小结383

习题383

第12章工务设备维护与管理385

12.1轨道维护的工作特点385

12.2轨道维护的内容386

12.2.1有砟轨道维护的主要内容386

12.2.2无砟轨道维护的主要内容388

12.2.3曲线缩短轨计算389

12.2.4曲线整正计算391

12.2.5线路大修397

12.3线路维修的机械化401

12.3.1铁路养路机械的发展401

12.3.2几种典型的大型养路机械402

12.4轨道精调406

12.4.1高速铁路精密测量406

12.4.2区间轨道精调量计算方法408

12.4.3道岔区精调411

12.5轨道维护管理体系413

12.5.1国外高速铁路维修管理模式413

12.5.2我国高速铁路工务维修管理

模式416

12.6现代工务管理信息系统417

12.6.1国外工务信息管理系统417

12.6.2我国的工务信息管理系统419

小结420

习题420

参考文献421

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前言

近年来，我国的轨道交通事业发展迅速，截至2020年，我国铁路营业里程位居世界第一；许多城市开通了城市轨道交通线路。我国已成为名副其实的轨道交通强国。

随着经济的发展和社会的进步，人们对轨道交通的舒适性和安全性有了更高的要求。在此背景下，轨道作为轨道交通的主要技术装备，必然会面临更高的要求。为了适应行业的发展，轨道工程从业者借助新材料、新技术和新工艺，在设计理论、建造技术、检测与监测、维护和管理等方面都有新的突破，并取得了丰硕的成果。为了满足工程教育和从业者的需求，西南交通大学轨道工程教研室在经典轨道力学基础上，总结近年来的最新研究成果，编写了本书。

全书共分12章。第1章为绪论，介绍了轨道的历史沿革、组成、功用及特点；第2章介绍了轨道结构；第3章介绍了车辆基本结构与轨道几何形位；第4章介绍了轮轨接触几何关系与相互作用；第5章介绍了国内外高速铁路、城市轨道交通的无砟轨道结构；第6章介绍了传统铁路道岔、高速道岔的结构和几何尺寸，以及新型轨道交通的道岔结构；第7章介绍了无缝线路基本原理和稳定性计算，介绍了普通无缝线路、无缝道岔、桥上无缝线路与跨区间无缝线路；第8章介绍了轨道力学原理和轨道结构设计方法；第9章介绍了轮轨系统振动和噪声的成因、分析方法和控制措施；第10章介绍了有砟轨道和几种典型无砟轨道的施工技术与建造方法；第11章介绍了轨道几何状态、设备状态和行车平稳性等指标的检测和监测技术；第12章介绍了轨道维护与管理的工作内容和管理模式。

本书由西南交通大学王平和杨荣山主编，各章编写人员如下：王平（第1章），刘学毅（第2章），徐井芒（第3章），韦凯（第4章），任娟娟（第5章），陈嵘（第6章），肖杰灵、井国庆（第7章），赵坪锐（第8章），赵才友（第9章），刘钰（第10章），郭利康，何庆（第11章），杨荣山（第12章）。

本书在编写过程中得到了李成辉教授的大力支持，还参考了相关同行的最新研究成果，在此一并表示衷心感谢。

由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。

编者