2.4　扣件

扣件是联结钢轨和轨枕的中间联结零件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵、横向移动，并能在动力作用下充分发挥其缓冲减振性能，延缓轨道残余变形积累。

扣件应具备以下性能：

（1）足够的扣压力。这是钢轨和轨枕联结的重要保证。足够的扣压力是指当钢轨弯曲和转动时，不致使轨底沿垫板发生纵向位移，即要求扣件的纵向阻力大于道床的纵向阻力。当然，扣压力也不宜太大，否则会使扣件弹性急剧下降，影响扣件使用寿命。

（2）适当的弹性。适当的弹性可减小荷载对道床的压力，减小簧下振动加速度，延长部件使用寿命。扣件弹性主要由橡胶垫板和弹条等部件提供。对混凝土枕线路来讲，混凝土枕的弹性较木枕差许多，因而混凝土枕线路在垂直和水平方向的弹性主要由扣件提供。

（3）具有一定的轨距和水平调整量。为适应轨面标高及轨距变化的需要，钢轨扣件应在各个方向上具有充分的调整量。尤其在混凝土枕轨道和无砟轨道中，钢轨扣件的调整量问题更为突出。

此外，钢轨扣件还应构造简单，便于安装及拆卸，并具有足够的耐久性和绝缘性能。

2.4.1　木枕扣件

木枕扣件有混合式和分开式两种。

混合式扣件较为简单，且在木枕轨道上也用得最多。扣件系统由铁垫板和道钉所组成。铁垫板上有5个方形孔，勾头道钉为方形，从铁垫板孔中打入枕木后，既扣住钢轨，又固定住铁垫板。但这种道钉的扣压力较小，为防止钢轨纵向爬行，需要较多的防爬器配合使用，如图2-41（a）所示。为了提高扣件弹性，避免钢轨上翘时拔松道钉，有些铁路使用弹簧道钉，如图2-41（b）所示。

分开式扣件是将固定钢轨和固定铁垫板的螺栓或道钉分开。一般用螺旋道钉将铁垫板固定在枕木上，铁垫板有承轨槽，固定钢轨的螺栓安装在铁垫板上，然后用弹条或扣板将钢轨固定住。分开式扣件如图2-42所示，一般用在桥上线路。分开式扣件具有扣压力强，垫板振动得到减缓，并且能有效地制止钢轨的纵横向移动，更换钢轨时，不需要松开铁垫板，对枕木的伤损小，组装轨排方便。但分开扣件的零件较多，用钢量大，相应成本也较大。

2.4.2　混凝土枕扣件

混凝土枕由于重量大、刚度大的特点，对扣件性能要求较高，对其扣压力、弹性和可调性均有较严格要求。

我国混凝土枕扣件，在初期主要使用扣板式和拱形弹片式两种。拱形弹片式扣件由于其强度低，扣压力小，易变形折断，已在我国主要干线上被淘汰。扣板式扣件仍在一些次要干线上使用，目前用得最多的是弹条扣件。下面介绍我国常用的几种混凝土枕扣件类型。

1.扣板式扣件

扣板式扣件由扣板、螺纹道钉、弹簧垫圈、铁座及缓冲垫板组成，如图2-43所示。螺纹道钉用硫磺水泥砂浆锚固在混凝土枕承轨台的预留孔中，然后利用螺栓将扣板扣紧。扣板能将钢轨所受的横向力传递给轨枕。扣板的弹性由弹簧垫圈提供，弹性有限。为调整轨距，共有10种尺寸号码的扣板，利用不同号码扣板的搭配，可满足不同钢轨和轨距调整的需要。扣板式扣件用于50kg/m及以下钢轨的轨道。

2.弹条扣件

我国使用的弹条扣件有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。

弹条Ⅰ型扣件由ω弹条、螺旋道钉、轨距挡板、及橡胶垫所组成，60kg/m钢轨的弹条扣件如图2-44所示。弹条的直径为13mm，用60Si2Mn或55Si2Mn热轧弹簧钢制造。Ⅰ型弹条分A、B两种，A型用于50kg/m钢轨，B型用于60kg/m钢轨。轨距挡板的作用是传递横向力和调整轨距，所以也有多种号码，以满足轨距调整的需要。轨距挡板尼龙座也有多种号码，两斜面的厚度不一样，可翻转使用，与轨距挡板配合使用，加大轨距的调整量。目前规定在最高行车速度小于或等于120km/h的重型及以下轨道中可以使用弹条Ⅰ型扣件。

随着我国铁路提速和重载运输的发展，Ⅰ型弹条的扣压力不足，弹程偏小。在原使用弹条Ⅰ型扣件地段，可用弹条Ⅱ型扣件进行更换。Ⅱ型弹条的外形与Ⅰ型弹条相同，弹程不小于10mm。选用了60SiCrVA合金钢作为弹条材料，屈服强度和抗拉强度分别提高了42％和36％。弹条Ⅱ型扣件具有扣压力大、强度安全储备大、残余变形小等优点。适用于Ⅱ或Ⅲ型混凝土枕的60kg/m钢轨线路。

Ⅲ型弹条为无挡肩扣件，如图2-45所示，适合于重载大运量、高密度的运输条件。我国Ⅲ型混凝土枕、60kg/m钢轨的线路采用此类扣件。Ⅲ型弹条扣件由弹条、预埋铁件、绝缘轨距块和橡胶垫组成。绝缘轨距块有7—9和11—13两种，用不同绝缘轨距块搭配调整轨距。

弹条Ⅲ型扣件具有扣压力大，弹性好等优点，特别是取消了混凝土挡肩，消除了轨底在横向力作用下发生横位移导距扩大的可能性。因此具有较强的保持轨距能力，又由于该扣件采用无螺栓联结，大大减小了扣件的维修养护工作量。

2.4.3　城市轨道交通扣件

城市轨道线路，绝大部分都采取了新型的结构和新型的轨下基础，为使扣件满足轨面调高、调整轨距和减振的要求，各专业研究院、设计院通过多年的研究和试验，设计出符合各类特点的新型扣件。主要有DT系列、WJ系列、ZX系列、弹簧系列和减振系列等。

1.DT系列

DT为地铁的意思。该系列的扣件有DT-Ⅰ、DT-Ⅱ、DT-Ⅲ、DT-Ⅲ2至DT-Ⅶ等形式，这些扣件，都在北京、上海、广州、深圳、南京、武汉等地的城轨线路中得到采用，并一直受到专业人员的广泛关注。下面介绍一些主要使用的类型。

DT-Ⅰ型扣件是我国最早期的城轨线路扣件，为全弹性分开式，由T形螺栓、弹性扣板、弹簧垫圈、轨距垫、轨下胶垫、玻璃钢套管、螺旋钢箍、铁垫板、板下槽式橡胶垫板组成，如图2-46所示。轨下设一层10mm厚的橡胶垫板，铁垫板下设一层8mm厚的塑料垫板，不仅起弹性作用，还起绝缘作用，扣件弹性一般。扣件与轨枕的联结，采取在枕内预埋玻璃钢套管，用螺旋道钉拧紧的方式。根据北京地铁的使用情况，效果良好。近年来，由于线路结构的设计不断更新，扣件的形式也在原有的基础上不断地研制、开发和更新。因此，目前新线铺设中DT-Ⅰ型扣件的使用已不多见。

DT-Ⅲ型扣件，如图2-47所示，是在DT-Ⅰ型扣件基础上进行改制而成，为全弹性分开式，多铺设于隧道内一般减振要求地段的带枕浇筑式整体道床线路。该扣件的主要特点是采用B型弹条，且通过轨下平式橡胶垫板和铁垫板下的槽式橡胶垫板双重弹性缓冲，减振效果较好。DT-Ⅲ型扣件采取分开固定式，用螺旋道钉将铁垫板与轨枕固定，再用T形螺栓通过弹条将钢轨与铁垫板固定，对于日常养护维修比较方便，在调整线路的轨距、水平、方向和高低时都不需要松动螺旋道钉，只需要松拆T形螺栓便可以操作。上海地铁1号线、2号线和北京地铁复八线的复西段均使用DT-Ⅲ型扣件，经多年运营实践，状况良好。但由于该扣件为有挡肩型，使扣件的调高量受限，有挡肩轨枕的制造工艺难度增加，且扣件零部件较多，构造较复杂，养护维修不便。鉴于此，在DT-Ⅲ型扣件的基础上进行相关的改进，成为无挡肩扣件即DT-Ⅲ2型扣件，如图2-48所示，其保持轨距、水平能力强，扣压力稳定，通过设置定位扣板的定位作用，使扣件铁垫板下沉量不受锚固螺栓的预压作用，从而保持铁垫板下胶垫弹性静刚度少受损失，显著改善轨道的受力状态和减振水平。在上海轨道交通4号线、6号线、8号线、9号线地下段采用。

DT-Ⅵ2型扣件为二阶弹性分开式扣件，无挡肩，无T形螺栓，带铁垫板。弹条为“e”型，刚度与DT-Ⅲ型相同，扣件用T30螺旋道钉及尼龙套管与轨枕联结，e型弹条直接穿入铁垫板的铁座内。扣件的主要优点是结构简单，无T形螺栓，零部件少，造价低，有利于制造、安装和维修，为少维修型扣件，能满足地铁最不利情况下的使用要求。缺点是e型弹条经长期运营后会发生小量松弛，使扣压力有所降低。该扣件已在北京地铁及天津地铁大量应用，扣件性能和减振效果良好，适用于地下铁路线路，如图2-49所示。

DT-Ⅶ2型扣件为小阻力弹性分开式，如图2-50所示，为DT-Ⅶ型扣件的改进型，无挡肩，适用于轨道交通高架线路。扣压件为13mm的型弹条，通过预埋套管与轨枕连接，螺旋道钉采用M30，采用绝缘轨距块调整轨距。铁垫板下采用8mm厚的橡胶垫板，铁垫板下采用12mm厚微孔胶垫，梁端部分的轨下采用不锈钢板或复合橡胶板。上海地铁2号线高架延伸段、北京城市铁路和南京地铁高架线上铺设了这种扣件，是一种技术成熟的扣件。

2.WJ系列

WJ系列，WJ为无挡肩的意思。该系列扣件有WJ-1、WJ-2至WJ-5等形式。下面介绍较为常用的扣件。

WJ-2为无挡肩、有螺栓、弹性分开式小阻力扣件，如图2-51所示。扣压件为特殊设计的ω（Φ13）弹条，其扣压力为4kN，弹程为11.5mm，扣件能最大承受横向力为40kN，扣件通过轨下胶垫或轨下小阻力复合胶垫，以及铁垫板下绝缘缓冲垫板来提供扣件弹性。轨下胶垫采用新型高性能热塑性聚酯弹性体制成，胶垫沿钢轨方向的上下两面为拱形沟槽状，受动态力作用时可通过挠曲和压缩形变来同时提供高回弹力实现扣件最大弹性；轨下复合胶垫则是在新型轨下胶垫表面再加一层耐磨的低摩擦系数自润滑高分子复合树脂材料，采用新型弹性材料后的WJ-2型扣件减振性能较好，扣件节点静刚度为25～35kN/mm。扣件轨距调整量为±10mm，调高量40mm。扣件T形螺栓不采用传统的松紧搭配方式布置，全线松紧程度一致，扣件受力均匀。

WJ-2型扣件设置的轨下胶垫可分：普通胶垫和复合胶垫。轨下胶垫有三种不同的组合方式，可使扣件具有三种纵向阻力，方便桥上无缝线路设计组合使用。

该扣件的小阻力、大调高量特点，比较适合高架线路。上海地铁高架线、武汉轻轨、天津津滨轻轨等轨道交通项目均使用了这种扣件，已运营线路的实践表明，该扣件的稳定性和使用情况均较好。

WJ-2A扣件如图2-52所示，是在原WJ-2扣件基础上做了改进，该扣件较原WJ-2型扣件进行了弹条底座的优化，将原有弧形底座加长4mm，解决了原扣件弹条安装时易脱落的缺点，并提高其绝缘性能，即通过加设尼龙绝缘轨距块，将弹条与钢轨隔离。该扣件有以下特点：

①无挡肩、弹性分开式扣件，配合梁跨布置，轨下采用普通垫板和小阻力垫板，可有效减小桥梁与焊接长钢轨的相互作用力，同时能够满足无缝线路稳定性和轨道防爬阻力要求。

②弹性好，能够保证扣件在小扣压力时亦有足够大的螺母扭矩，扣件不易松动、安全储备大，可减少养护维修工作量。

③有较大的调整钢轨高低、轨距的能力，能适应由于高架线道床施工误差、桥梁徐变及墩台工后沉降引起的线路不平顺。上海、无锡、杭州、宁波等城市轨道交通高架线多采用此系列扣件。

WJ-2A扣件主要技术性能如下：

节点垂向静刚度：25～35kN/mm；

初始扣压力：单个弹条扣压力4kN；

调高量：40mm；

轨距调整量：直线段或R>1500m曲线段为-8～+4mm，调整等级为2mm。R≤1500m曲线段为-28～+24mm，连续无级调整；

抗横向水平力：40kN；

绝缘电阻：≥108Ω。

3.ZX系列

ZX为专线意思，该系列扣件主要有ZX-2和ZX-3等形式。

ZX-2型扣件为有螺栓、弹性分开式扣件，扣压件采用国铁Ⅱ型弹条，如图2-53所示。铁垫板上设置T形螺栓座，通过T形螺栓紧固弹条。该扣件与弹条Ⅲ型分开式扣件最大的区别是可通过T形螺栓扭矩调整弹条的扣压力，确保扣压力的保持；轨下与铁垫板下可同时设置调高垫板，进一步加大轨面调高量。从技术性能看，螺栓分开式扣件具有较大的轨距调整量及轨面调高量，便于后期养护维修。这种扣件在沿海地区（长三角、深圳、天津等城市）广泛使用，效果良好。此外，在南京地铁3号线、宁高城际一期及10号线也有应用。

ZX-2型扣件主要优点如下：

①增加调距扣板，直接扣压铁垫板，通过齿牙咬合力及摩擦力共同承担横向力，可减小螺栓扭矩，从而减少弹性损失。

②绝缘轨距块和调距扣板共同调整轨距，大大增加了轨距调整量，调距量可达到-28～+24mm，且调整方法简单，调整量小于±20mm时，只需错动调距扣板与铁垫板即可，给施工及养护维修带来很大便利。

③铁垫板上设1∶40的轨底坡，避免了在道床施工现场设置轨底坡，方便施工且施工精度高。

④板下调高垫板采用特殊设计，不需要拧下螺栓即可装入调高垫板，调整更方便。板下调高量为30mm，轨下调高量为10mm。

ZX-3型分开式扣件是一种无螺栓、弹性分开式扣件，扣压件采用国铁Ⅲ型弹条，如图2-54所示。该扣件扣压力大，零部件少，装卸方便，养护维修工作量小，能适合大坡度及小半径曲线使用。此外，ZX-3型扣件轨距调整量有明显的优势，更适合运营后线路的轨距调整，扣压力也较大，有利于养护维修。经过室内试验，并在国铁线路及北京地铁小半径曲线及大坡度地段铺设使用，北京地铁8号线二期和房山线采用，并已通车，运营反应效果良好，北京地铁7号线、昌平与8号线联络线、沈阳地铁10号线也设计采用。

ZX-3型扣件主要技术性能指标如下：

单个弹条扣压力：≥11kN；

扣件节点静刚度：40～50kN/mm；

轨面调高量：20mm；

轨距调整量：-28～+24mm；

预埋套管抗拔力：≥80kN；

绝缘电阻：>108Ω。

4.弹簧系列

弹簧系列，有单趾弹簧扣件和双趾弹簧扣件两种。

单趾弹簧扣件是一种无挡肩弹性分开式扣件，该扣件为无挡肩、无螺栓、二阶弹性分开式扣件，铁垫板上下均设有减振垫板；其结构的突出特点是取代传统的螺栓拧紧弹条的扣压方式，而采用通过敲击法直接将PR型弹条（φ20）弹条，如图2-55所示。目前为广州地铁普遍使用的扣件，该扣件保持轨距、水平能力强，扣压力稳定，有一定的调整量及减振性能。

通过试验和运营实践证明该扣件具有足够的强度和耐久性、稳定适中的扣压力、良好的弹性和电气绝缘性。但由于PR型弹条为第一代产品，弹条插孔起弯处直接受弯，受力条件较差。因此，弹条容易折断，目前广州地铁使用中问题较多，更换为Ⅲ型弹条的数量较多。

该扣件的缺点是扣件弹性较差、调整能力较低。由于联结螺栓扭力形成的较大压力直接作用于铁垫板及板下胶垫，使胶垫弹性有较大损失，扣件的刚度大。

双趾弹簧扣件其结构较单趾弹簧扣件有以下特点：

①双趾弹簧采用φ13、60Si2Mn圆钢，弹条设计为对称结构形式，在外力作用下，弹条两趾各承担一半的作用力。

②偏心轮采用增强聚酰胺制造，偏心轮可进行无级调距，调整量±12mm，偏心轮可保证两颗螺栓同时受力，以增大扣件的可靠性。

5.减振系列

减振系列扣件是为减少地铁振动对周边建筑的影响而专门设置的。由于城市地铁的正线穿越市区中心，地铁运行所产生的振动和噪声常常给周边的建筑群带来一定的影响，为使这种影响降到最低，必须在特殊的地段进行特殊的设计，加设减振设备。下面介绍几种目前轨道交通中常用的减振系列扣件。

轨道减振器扣件（俗称科隆蛋），该扣件由德国于1978年研制，并于1979年首次用于科隆地铁，因其外形呈蛋形，故称作科隆蛋扣件。在修建上海地铁1号线时，也设计了类似扣件，称作轨道减振器扣件。其构造是采用硫化工艺将减振橡胶圈与承轨板、底座黏结成一牢固整体，利用橡胶圈的剪切变形，获得较低的竖向刚度，垂向静刚度为11～13kN/mm。扣件轨距调整量-12～+8mm，调高量30mm。适用于隧道内和高架桥上减振要求较高地段。早期上海和广州地铁国产第一代减振器扣件经三至五年运营使用后，发现国产第一代减振器因橡胶配方、制造工艺等原因，扣件减振性能有较大衰减。目前国内第二代双刚度减振器因材料及橡胶配方改进较大，其节点静刚度为8～12kN/mm，动刚度为10～15kN/mm，动静刚度比不大于1.3。减振性能控制较好，铺设和养护维修也方便。经相关测试较一般整体道床轨道可减振5dB，减振器扣件如图2-56所示。

轨道减振器扣件缺点是扣件节点高度较高（约87mm），单个扣件造价约450～550元。并存在国内各生产厂家质量参差不齐，一旦弹性失效需要整体维修更换，代价较大。由于扣件刚度过低，减小钢轨阻尼，钢轨振动加剧，易造成小曲线半径地段钢轨波磨。

GJ-Ⅲ型扣件由轨下胶垫、上铁垫板、中间橡胶垫板、下铁垫板和自锁机构等组成，利用两层橡胶垫板的非线性压缩变形实现扣件减振，橡胶垫板与铁件分离，可实现独立部件单独更换，其独特的自锁机构稳定性较好，有利于扣件的组装和拆卸，如图2-57所示，该扣件节点结构高60±1mm，比轨道减振器低，有利于在小半径超高地段内使用。GJ-Ⅲ型扣件双层橡胶垫板采用非线性高扭抗减振垫板设计。在保证轨头横向弹性位移安全前提下，实现扣件在更低刚度下的安全减振降噪效果；节点静刚度为10～14kN/mm，动静刚度比约为1.25。经有关测试其减振效果约6～10dB。目前该类扣件已在上海地铁3、4、6号线，广州地铁，成都地铁等工程中应用。

LORD胶结弹性扣件，也称钢轨固定器，如图2-58所示，是美国Lord公司生产的一种减振型扣件。其主要特点是：垫板采用橡胶黏结铸铁板形成整体组合式弹性垫板，垫板表面全部由橡胶覆盖，提高了垫板的耐腐蚀性，延长使用寿命，并具有更好的电绝缘性能。扣件的静刚度可根据用户要求进行生产，一般情况下，静刚度值为15～25kN/mm。由于Lord公司在上海设有生产基地，扣件中的螺旋道钉、尼龙套管、弹条采用国铁定型设计。扣件整体性强，更换方便，便于维修，扣件具有轨距调整装置，垂向及横向调整均简单方便。试验表明，在隧道内较普通扣件可减少振动噪声13dB，适用于减振要求较高地段。该扣件大量应用于华盛顿、芝加哥、温哥华、纽约、洛杉矶、吉隆坡、台北等城市的地铁中，运营实践表明效果良好。缺点是：减振效果稍有欠缺，一旦硫化橡胶与上下铁垫板脱开，扣件失效不能实现更换，另外造价较高。

Vanguard先锋扣件是国际上著名的PANDROL公司开发的一种新型低刚度弹性扣件，通过弹性支承块扣紧钢轨两侧轨腰和轨头结合部位的特殊结构设计，让钢轨悬浮于轨下基础上，使扣件在很低刚度（7～10kN/mm）设计时，允许钢轨产生较大的垂向位移（3～4.5mm），又能很好地控制钢轨轨头的外翻变形。与常规扣件相比，该扣件具有较低的垂向刚度和较小的钢轨倾翻角。该扣件节点安装结构高度与常规扣件基本相同为37mm。

根据广州地铁1号线铺设的Vanguard扣件试验段和北京5号线使用并测试结果表明，Vanguard扣件较普通扣件普通道床减振达13～15dB。在降低噪声方面，根据公司网站介绍，欧洲一钢桥上，改换Vanguard扣件后，测试降低噪声最大可达6.7dBA。

Vanguard先锋扣件具有良好的轨距和高低调整能力，能很好地满足轨道几何状态的调整，如图2-59所示，目前在武汉市建有专门合资生产线，扣件基本实现了国产化，为Vanguard先锋扣件在国内的应用创造很好的条件，适合高等减振地段采用。采用Vanguard扣件轨道结构高度与采用一般扣件整体道床相同，缺点是钢轨高频振动引起的隧道及车内噪声有所增加，且专利产品造价较高。