【正文】 .................................. 50 1 1 緒論 無(wú)砟軌道概述 軌道是鐵路線路設(shè)備的基礎(chǔ)和重要組成部分，它直接承受著列車(chē)荷載的作用并引導(dǎo)列車(chē)的運(yùn)行。因此，要求軌道結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，各組成部分的結(jié)構(gòu)要合理，尺寸及材質(zhì)要相互配合、等強(qiáng)配套、彈性連續(xù)，以保證列車(chē)按規(guī)定的速度，安全、平穩(wěn)和不間斷地運(yùn)行。 1964 年建成通車(chē)的日本東海道新干線，開(kāi)創(chuàng)了鐵 路高速行車(chē)的實(shí)用化歷史。目前，日本、法國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的高速列車(chē)最高時(shí)速已達(dá) 300 公里 /小時(shí)以上。 傳統(tǒng)有砟軌道結(jié)構(gòu)自誕生之日起，就顯現(xiàn)出穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，其原因在于碎石道床在列車(chē)荷載長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生變形及道砟的磨損和粉化。一般情況下，道床維修工作量占線路維修 工作量的 70%以上，而高速鐵路相對(duì)于普通既有線路，維修費(fèi)用要增加 2 倍，道砟使用周期減少一半。 日本于 20 世紀(jì) 70 年代率先開(kāi)發(fā)和使用板式無(wú)砟軌道技術(shù)，至今，鋪設(shè)的板式軌道已占日本先干線的 60%以上。 無(wú)砟軌道主要技術(shù)特點(diǎn) 無(wú)砟軌道是一種少維護(hù)的軌道結(jié)構(gòu)，它利用成型的組合材料代替道砟，將輪軌力分布并傳遞到路基基礎(chǔ)上。 無(wú)砟軌道的下部基礎(chǔ)、底座、道床板均為現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化澆注，雙塊式軌枕、軌道板、微孔橡膠墊 層、軌下膠墊、扣件、鋼軌等均為工廠預(yù)制件或標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可以保證其性能有較好的均一性。 ●良好的結(jié)構(gòu)恒定性和穩(wěn)定性 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)中，作為無(wú)縫線路穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)的軌道橫向阻力、軌道縱向阻力不再依賴于材質(zhì)和狀態(tài)多變的有砟道床，其整體式軌下基礎(chǔ)可為無(wú)縫線路提供更高和更恒定的軌道縱、橫向阻力，具有更好的耐久性和更長(zhǎng)的使用壽命。 客運(yùn)專線的行車(chē)速度高、密度大，所有線路地面檢查、維修作業(yè)都必須在“天窗”時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。要在白天、夜間均行車(chē)的條件下，安排“天窗”作業(yè)就更加困難。 無(wú)砟軌道采用整體式軌下基礎(chǔ)。 ●工務(wù)養(yǎng)護(hù)、維修設(shè)施減少 由于維修工作量減少，可以延長(zhǎng)每個(gè)綜合維修中心和維修工區(qū)的管轄范圍，從而減少上述維修部門(mén)的數(shù)量。 ●免除高速條件下有砟軌道的道砟飛濺 我國(guó)秦沈客運(yùn)專線在線路開(kāi)通之前進(jìn)行的行車(chē)試驗(yàn)表明：行 車(chē)速度達(dá)到 250km?h1時(shí)，道心道砟出現(xiàn)飛砟現(xiàn)象，造成車(chē)輛轉(zhuǎn)向架部分的車(chē)軸、制動(dòng)缸等被道砟打擊的現(xiàn)象。后將速度降到 320 km?h1時(shí)，飛砟現(xiàn)象才有所改善。另外，在進(jìn)行道床維修施工作業(yè)后，由于表層道砟松散，粉粒較多，也會(huì)產(chǎn)生飛砟，此時(shí)要求限速 170 km?h1行車(chē)。 ●有利于適應(yīng)地形選線，減少線路的工程投資 無(wú)砟軌道的縱、橫向穩(wěn)定性較之有砟軌道大大增加。 ●減少客運(yùn)專線特級(jí)道砟的需求 為了延緩客運(yùn)專線有砟軌道上道砟的磨耗和粉化，道砟材料要求采用為客運(yùn)專線專門(mén)制定的特級(jí)道砟標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展無(wú)砟軌道可以減少客運(yùn)專線建設(shè)對(duì)特級(jí)道砟的需求量。軌道彈性的降低會(huì)增加軸重對(duì)軌道破壞、失效和軌道狀態(tài)惡化的影響，也會(huì)隨著軸重的增加加劇環(huán)境振動(dòng)和噪聲。 進(jìn)一步改善無(wú)砟 軌道彈性和降低列車(chē)軸重是今后客運(yùn)專線上發(fā)展無(wú)砟軌道的努力方向。但無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)本身的工程費(fèi)用高于有砟軌道，特別是在對(duì)振動(dòng)和噪聲等環(huán)境要求較高的地段，用于減振降噪措施的費(fèi)用比有砟軌道要高。 4 ●對(duì)地震和環(huán)保的適應(yīng)性 根據(jù)日本的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)砟軌道在低等級(jí)地震條件下， 比有砟軌道具有更好的穩(wěn)定性，從而提高行車(chē)的安全性，但在大地震情況下，有砟、無(wú)砟軌道都會(huì)遭到破壞，而無(wú)砟軌道的修復(fù)更為困難。在靠近人口居住區(qū)及諸如學(xué)校、醫(yī)院、辦公區(qū)、度假區(qū)等環(huán)保要求較高的地段，其減振降噪措施及相應(yīng)的工程費(fèi)用也會(huì)增加。到 2020，德國(guó)鐵路無(wú)砟軌道縱鋪設(shè)長(zhǎng)度 600 多延長(zhǎng)公里。 先期在雷達(dá)車(chē)站土質(zhì)路基上鋪設(shè)的無(wú)砟軌道運(yùn)營(yíng)已超過(guò) 30 年，通過(guò)總重達(dá) 4000 億噸，運(yùn)營(yíng)速度達(dá) 230km?h1，除了在運(yùn)營(yíng)初期出現(xiàn)過(guò) 4～ 6mm 的均勻沉降和在軌枕周邊與素混凝土之間出現(xiàn)過(guò)某些無(wú)害裂紋外，軌道結(jié)構(gòu)完好。 日本新干線的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式相對(duì)單一。日本板式軌道的營(yíng)運(yùn)是從橋梁和隧道開(kāi)始的，在既有線和先干線上先后共鋪設(shè)了 20 多處近 30km 的試驗(yàn)段。 20 世紀(jì) 90 年代初，為了改善 RA 型板式軌道所用瀝青材料的溫度敏感性和耐久性，提出用混凝土道床代替瀝青混凝土道床的結(jié)構(gòu)方案，并用普通 A 型軌道板取代 RA 型軌道板，實(shí)現(xiàn)板式軌道結(jié)構(gòu)型式的統(tǒng)一。試驗(yàn)中確定路基的最大下沉量限值為 30mm。 1993 年板式軌道在北陸新干線土質(zhì)路基上鋪設(shè)了 ，占全線長(zhǎng)的 4%，占土質(zhì)路基的 25%。 英國(guó)鐵路從 1960 年開(kāi)始研究無(wú)砟軌道， 1966 年起開(kāi)始試鋪各種型式的板式軌道。這種軌道已被英國(guó)、西班牙、南非、加拿大和荷蘭等國(guó)廣泛用于大軸重高速客運(yùn)專線的隧道內(nèi)和橋梁結(jié)構(gòu)上，鋪設(shè)總延長(zhǎng)約為 80km。這種軌道也稱為 PACT 型無(wú)砟軌道。但由于軌道板與其基礎(chǔ)是剛性聯(lián)結(jié)，故要求基礎(chǔ)必須堅(jiān)實(shí)、不變形，一旦混凝土道床損壞，修復(fù)是很困難的。一期工程在光明車(chē)站和章上、花信、黃鶴 3 個(gè)隧道鋪設(shè)了 無(wú)砟軌道，主要采用德國(guó)普通雷達(dá)型無(wú)砟軌道。初期曾試鋪過(guò)支承塊式、短枕式、整體灌注式等整體道床以及瀝青道床等幾種形式，但正式推廣應(yīng)用的僅有軌枕嵌入式（支承塊式）整體道床。 80 年代曾試鋪過(guò)瀝青整體道床、由瀝青混凝土鋪裝層與寬枕組成的整體道床以及由瀝青關(guān)注的固化道床等，在大型客站和隧道內(nèi)試鋪，總長(zhǎng)約 10km，但并為正式推廣。 在此 20 多年期間，我國(guó)無(wú)砟軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法、軌道基礎(chǔ)的技術(shù)要求以及出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降病害時(shí)的政治等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為發(fā)展無(wú)砟軌道新技術(shù)打下了基礎(chǔ)。在秦嶺隧道一線、秦嶺隧道二線正式推廣使用，一、二線合計(jì)無(wú)砟軌道長(zhǎng)度 ，并先后于 2020 年、 2020 年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。 6 隨著京滬高速鐵路可行性研究的進(jìn)展，無(wú)砟軌道在我國(guó)得到更大的關(guān)注。 以上研究成果為我國(guó)新型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中，沙河特大橋鋪設(shè)了長(zhǎng)枕埋入式無(wú)砟軌道，狗河特大橋直線和雙何特大橋曲線上鋪設(shè)了板式無(wú)砟軌道。 隨后，在西康線秦嶺隧道、蘭新線 烏鞘嶺隧道和宜萬(wàn)隧道內(nèi)都設(shè)計(jì)鋪設(shè)了彈性支承塊式無(wú)砟軌道，在渝懷線魚(yú)嘴 2 號(hào)隧道鋪設(shè)了長(zhǎng)枕埋入式無(wú)砟軌道，在贛龍線楓樹(shù)排隧道鋪設(shè)了板式無(wú)砟軌道。 我國(guó)新型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況如表 。 7 表 我國(guó)新型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況 試鋪段 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式 試鋪段長(zhǎng)度 備注 秦沈線 沙河特 長(zhǎng)枕埋入式 692 直線， 24m 簡(jiǎn)支箱梁 狗河特 板式 741 直線， 24m 簡(jiǎn)支箱梁 雙何特 板式 740 曲線， 32m 簡(jiǎn)支箱梁 贛龍 線 楓樹(shù)排隧道 板式 719 直線 渝懷線 魚(yú)嘴 2 號(hào)隧道 長(zhǎng)枕埋入式 710 曲線 為進(jìn)一步優(yōu)化長(zhǎng)枕埋入式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，鐵道科學(xué)研究院在鐵道部高速辦的指導(dǎo)下，提出了雙塊式無(wú)砟軌道，機(jī)構(gòu)方案，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)室試驗(yàn)。特別是對(duì)整體式無(wú)砟軌道進(jìn)行了一定的研究，對(duì)軌道板進(jìn)行了先張法和后張法生產(chǎn)與試驗(yàn)， CA 砂漿試驗(yàn)結(jié)構(gòu)達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品性能指標(biāo)，編制了板式無(wú)砟軌道技術(shù)條件，研發(fā)了成套鋪設(shè)設(shè)備。 總之，無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)相對(duì)于有砟軌道結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。必須看到，無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也只有 30 多年的 時(shí)間，中國(guó)發(fā)展無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，還存在很多問(wèn)題需要研究解決。 目前，國(guó)際上并沒(méi)有對(duì)無(wú)砟軌道的統(tǒng)一分類。整體結(jié)構(gòu)式是指支承鋼軌的混凝土塊與混凝土基礎(chǔ)澆注或預(yù)制成為一體，所以按照建造工藝又可分為現(xiàn)澆混凝土式和預(yù)制板式。 表 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)分類 整體結(jié)構(gòu)式 直接支承結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆 混凝土式 預(yù)制板式 軌枕或支承塊 雷達(dá) 博格板式 ATD 旭普林 日本板式 GETRAC HEITKAMP BTD 彈性支承塊式 SATO PACT 梯子形 WALTER 按照鋼軌支承方式還可以分為：間斷支承式和連續(xù)支承式。其層次構(gòu)成依次為：級(jí)配碎石構(gòu)成的防凍層（ FSS）、 30cm 厚的水硬性混凝土支承層（ HGT）、 3cm 厚的瀝青水泥砂漿層、 20cm 厚的軌道板，在軌道板上安裝扣件。 博格板式軌道的特點(diǎn) 博格板式軌道除了完全滿足德國(guó)鐵路對(duì)于軌道的技術(shù)要求外，還具有以下特點(diǎn)： （ 1）軌道板在工廠批量生產(chǎn)，進(jìn)度不受施工現(xiàn)場(chǎng)條件制約。工地安裝時(shí)，不需對(duì)每個(gè)軌道支撐點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工地測(cè)量工作可大大減少。 （ 4）現(xiàn)場(chǎng)的主要工作是瀝青水泥沙漿層的灌注，灌漿層在灌注 5~6h 后即可硬化。 （ 6）博格板式軌道的缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高。 mm2。軌枕與軌道承載層整體相連，現(xiàn)澆軌道板厚 240mm，軌枕上安裝 IOARV 高彈性膠墊，采用 Vossloh300 型扣件系統(tǒng)。無(wú)砟軌道的混凝土板（ B35）為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。圖 為雷達(dá) 2020 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 （ 2）埋入長(zhǎng)軌優(yōu)化為短枕，后期澆注混凝土與軌枕之間的裂縫減少。 （ 4）槽形板的取消，使得軌道混凝土承載層的灌注混凝土的搗固作業(yè)質(zhì)量易于保證。 （ 6）表面簡(jiǎn)潔、平整，美觀漂亮。 旭普林無(wú)砟軌道系統(tǒng)與雷達(dá)型無(wú)砟軌道系統(tǒng)相似，都是在水硬性混凝土承載層上鋪設(shè)雙塊式無(wú)砟軌道，但采用的施工工藝不同。圖 為旭普林無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)圖。 圖 旭普林無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)圖 11 ● 日本板式無(wú)砟軌道 系統(tǒng)組成 總體上說(shuō)，日本板式軌道也是由軌道板（厚度 190~200mm）、瀝青砂漿墊層（ 30mm）基礎(chǔ)組成，在路基上軌道板的基礎(chǔ)使用鋼筋混凝土板。 日本無(wú)砟軌道技術(shù)主要以新干線板式軌道結(jié)構(gòu)為代表。因此，日本的板式軌道的應(yīng)用非常廣泛，到目前位置，其板式軌道累計(jì)鋪設(shè)歷程已達(dá)到 2700 多延長(zhǎng)公里。 圖 普通 A型軌道板 圖 框架型軌道板 12 圖 用于特殊減振區(qū)段的防振 G 型軌道板 圖 用于路基上的 RA 型軌道板 日本板式軌道型式及其基本特征 日本對(duì)各種型號(hào)的板式無(wú)砟軌道的開(kāi)發(fā)是統(tǒng)一有序。 ●彈性支承塊式（ LVT 無(wú)砟軌道） 彈性支承塊式無(wú)砟軌道是在雙塊式軌枕（或兩個(gè) 獨(dú)立支撐塊）的下部及周?chē)O(shè)橡膠套靴，在底塊與套靴間設(shè)橡膠彈性墊層，而在雙塊軌枕周?chē)跋虏筷P(guān)注混凝土而成型，為減振型軌道。 （ 2）支承塊外設(shè)橡膠套靴提供了軌道的縱橫向彈性，使這種無(wú)砟軌道在 水平方向的承載、動(dòng)力傳遞和振動(dòng)能量吸收方面更接近于堅(jiān)實(shí)均勻基礎(chǔ)上碎石道床軌道，可以彌補(bǔ)無(wú)砟軌道側(cè)向剛度過(guò)大的不足，有利于減緩鋼軌的側(cè)磨。 （ 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工相對(duì)容易，支承塊為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可在工廠高精度預(yù)制，在現(xiàn)場(chǎng)只需將鋼軌、扣件、帶橡膠套靴的支承塊加以組裝、經(jīng)各向準(zhǔn)確定位后，就地灌注道床混凝土即可成型。 （ 6）由于采用橡膠套靴和塊下橡膠墊板，初期投資比有砟軌道大。 （ 7）如果用于露天，其缺點(diǎn)是雨水容易滲入套靴，列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)有污水?dāng)D出，污染道床，必須采用相應(yīng)的措施。軌枕通過(guò)特殊的混凝土錨塊彈性地連接到瀝青層 上，混凝土錨塊將來(lái)自軌排的橫向作用力傳到瀝青上?；炷淋壵硗ㄟ^(guò)澆注的瀝青固定到瀝青支持層上并永久性地保持其安裝位置。 ●PACT型無(wú)砟軌道（ Paved concrete track） 英國(guó)從 1969 年開(kāi)始進(jìn)行 PACT 無(wú)砟軌道的研究。 ●梯子型軌道（ Ladder track） 梯子型軌道是日本開(kāi)發(fā)的新型軌道結(jié)構(gòu)。梯子型軌道已在試驗(yàn)線上通過(guò)大軸重試驗(yàn)，取得了成功，在日本的城市城市軌道交通中已開(kāi)始使用 。 15 2 我國(guó)的板式無(wú)砟軌道 我國(guó)客運(yùn)專線主要無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式介紹 按照鐵道部標(biāo)準(zhǔn)定義，目前國(guó)內(nèi)客運(yùn)專線所確定的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)主要包括 3 種板式結(jié)構(gòu)型式和 2 種枕式結(jié)構(gòu)型式： CRTSⅠ 型板式無(wú)砟軌道、 CRTSⅡ 型板式無(wú)砟軌道、CRTSⅢ 型板式無(wú)砟軌道與 CRTSⅠ 型雙塊式無(wú)砟軌道、 CRTSⅡ 型雙塊式無(wú)砟軌道。 軌道結(jié)構(gòu)類型 應(yīng)用線路 CRTSⅠ 型板式 遂渝試驗(yàn)段、石太、廣州新客站、廣深港、廣株、滬寧 城際等 CRTSⅡ 型板式 京津城際、京滬、京石、石武、津秦、滬杭、合蚌等 CRTSⅠ 型雙塊式 武廣客專，合武、溫福、福廈、襄渝、太中銀等線路的長(zhǎng)大隧道內(nèi) CRTSⅡ 型雙塊式 鄭西客專 岔區(qū)無(wú)砟軌道 軌枕埋入式：京津城際、武廣客專、鄭西客專等 板式： 京津城際、武廣客專、京滬等 表 客運(yùn)專線無(wú)砟軌道類型 CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道 CRTSⅠ 型板式無(wú)砟軌道是將預(yù)制軌道板通過(guò)水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)澆筑的具有凸形擋臺(tái)的鋼筋混凝土底座上，并適應(yīng) ZPW2020 軌道電路的單元軌道 板無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式。 CRTSⅠ 軌道板為部分預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力混凝土板結(jié)構(gòu)，分為平板型、框架型和減 16 振型等幾種。在線下基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定，通過(guò)無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估達(dá)到軌道施工要求后，進(jìn)行底座混凝土及凸形擋臺(tái)的灌注，利用運(yùn)板車(chē)及龍門(mén)吊將軌道板運(yùn)輸、并鋪設(shè)至線路上，再對(duì)軌道板進(jìn)行精確調(diào)整后灌注 CA 砂漿，鋪設(shè)無(wú)縫線路。 圖 路基上 CRTSⅠ 型板式無(wú)砟軌道 圖 橋上 CRT