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本文在系统总结我国隧道内无砟轨道设计和应用基础上,针对隧道地段环境条件,从提高系统技术经济性角度出发,开展隧道内CRTSⅢ型板式无砟轨道结构优化研究。论文提出了隧道内CRTSⅢ型板式无砟轨道预制轨道板单元、自密实混凝土层纵向连续的结构优化设计方案,取消了一般地段CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中的底座、凸凹槽限位机构和隔离层,下部采用纵向连续的支承层,以提高轨道结构的经济性。论文建立了基于ABAQUS的实体多尺度有限元模型,研究分析了自密实混凝土层和支承层纵向连续的合理长度;建立有限元模型,开展隧道内CRTSⅢ型板式无砟轨道结构优化设计方案中自密实混凝土层厚度、宽度等关键技术参数研究。建立列车-无砟轨道耦合动力学模型,计算分析了隧道内CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的行车安全性,计算结果表明,优化结构的安全性指标、轮轨垂向力和水平力、动位移、加速度等均满足相关规范要求。基于隧道内CRTSⅢ型板式无砟轨道结构优化方案,进行了轨道结构的受力特性分析,计算确定自密实混凝土层采用HRB400钢筋,纵向配置24根φ18钢筋,横向间隔150mm配置φ12钢筋的设计。提出了与隧道洞口单元结构衔接区,在连续结构的端部设置锚固结构的设计,提出了与隧道基底的连接方式、超高设置、排水、与轨道电路及综合接地的接口等设计。针对自密实混凝土层连续的结构特点,开展自密实混凝土工艺性试验,确定了自密实混凝土配合比、施工工艺和施工方法。提出了2块轨道板设置横隔带的灌注工艺,确定自密实混凝土塌落扩展度控制在630~680mm,含气量为3~6%,T500为3~7s。通过实测自密实混凝土灌注过程中的轨道板位移及横向位移与揭板试验,验证了采用2块轨道板设置1条横隔带、2块轨道板中部灌注孔同时灌注的工艺可满足自密实混凝土灌注的要求。选择京沈高铁三棱山隧道(单线510m)作为试验段。在距隧道进口约770m处,采用4块板下自密实混凝土层连续的“大单元”和纵向连续铺设的两种优化方案,结合京沈高铁联调联试进行了动力性能测试,最高试验速度360km/h。测试结果表明:列车运行稳定性及平稳性、设计荷载及动力系数、轨道结构稳定性、轨道板承载能力和振动性能满足相关标准要求。监测结果表明,隧道内整体温度变化10℃左右,轨道结构由于年温差所产生的纵向位移较小,钢筋内力较小。