客運(yùn)專線鐵路無(wú)碴軌道工程技術(shù)(上)

      摘 要：簡(jiǎn)要論述了國(guó)內(nèi)外無(wú)碴軌道工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，介紹世界上各種無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)形式和發(fā)展方向，以及無(wú)碴軌道工程的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；并結(jié)合我國(guó)秦沈客運(yùn)專線橋上2種無(wú)碴軌道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)客運(yùn)專線鐵路無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)與施工、機(jī)械設(shè)備開(kāi)發(fā)、成套技術(shù)引進(jìn)提出思考和建議，可供無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)與施工等參考。

      關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)形式技術(shù)特點(diǎn)建議

      1 引言

      40多年來(lái)，隨著世界高速鐵路的發(fā)展，盡管無(wú)碴軌道初期造價(jià)比有碴軌道高，但由于其具有軌道平順性好，整體性強(qiáng)，縱向、橫向穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)高度低，幾何狀態(tài)持久，以及低維修量，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外越來(lái)越受到重視，越來(lái)越多的國(guó)家都在致力采用和發(fā)展無(wú)碴軌道工程技術(shù)，并取得了長(zhǎng)足發(fā)展。其采用范圍已從隧道、橋梁發(fā)展到了土質(zhì)路基和車站的道岔區(qū)，并且新的技術(shù)與新型結(jié)構(gòu)在不斷出現(xiàn)。毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)碴軌道工程技術(shù)在世界高速鐵路上的大范圍應(yīng)用將是大勢(shì)所趨。

      在我國(guó)，無(wú)碴軌道工程技術(shù)也取得了一定的成績(jī)，特別是在秦沈客運(yùn)專線上試鋪的長(zhǎng)枕埋入式、板式無(wú)碴軌道2種結(jié)構(gòu)，經(jīng)3次綜合試驗(yàn)的檢驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明其完全達(dá)到了有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求，并為無(wú)碴軌道的設(shè)計(jì)和施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，尤其是板式無(wú)碴軌道上使用的CA砂漿配方的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，接近國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)在即將建設(shè)的客運(yùn)專線鐵路上成規(guī)模鋪設(shè)無(wú)碴軌道奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管如此，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)無(wú)碴軌道工程技術(shù)相比仍存在較大差距，需要我們不斷學(xué)習(xí)和借鑒。隨著我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的批復(fù)和京津、武廣、鄭西、石太、合寧、合武、溫福、福夏、涌溫等9條客運(yùn)專線的立項(xiàng)與批準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)客運(yùn)專線工程建設(shè)開(kāi)始啟動(dòng)，無(wú)碴軌道技術(shù)在我國(guó)客運(yùn)專線中將大量采用，對(duì)無(wú)碴軌道工程技術(shù)進(jìn)行深入探討與實(shí)踐，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      2 國(guó)外無(wú)碴軌道工程技術(shù)概述

      雖然傳統(tǒng)有碴軌道具有鋪設(shè)簡(jiǎn)便，綜合造價(jià)低廉的特點(diǎn)，但隨著重載、高速鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，有碴道床的累積變形速率隨之增長(zhǎng)，而為了保持軌道平順性，不得不進(jìn)行頻繁維修，且作業(yè)量大，維修費(fèi)用不斷上升。自上世紀(jì)60年代開(kāi)始，德國(guó)和日本，對(duì)鐵路相繼開(kāi)展了以整體式或固化道床取代散粒體道碴的各類無(wú)碴道床的研究。其中德國(guó)鐵路最初對(duì)無(wú)碴軌道的研究與推廣應(yīng)用主要是針對(duì)土質(zhì)路基和隧道區(qū)段，后來(lái)逐步擴(kuò)大到預(yù)應(yīng)力混凝土橋上，而日本的無(wú)碴道床是一種軌道板結(jié)構(gòu)，由此組成的軌道稱為板式軌道。因此，從概念上講，由無(wú)碴道床組成的軌道稱為無(wú)碴軌道。至今，盡管大部分國(guó)家的無(wú)碴軌道由于建設(shè)初期造價(jià)高等原因還處于試鋪或短區(qū)段分散鋪設(shè)的狀況；但在德國(guó)已有Rheda系、Ztiblin系等5種無(wú)碴軌道得到批準(zhǔn)正式使用，并在新建的高速線上全面推廣，鋪設(shè)總長(zhǎng)度達(dá)660 km(含80組道岔區(qū))。值得指出的是德國(guó)在1972年就在Rheda車站首次試鋪了無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)(后稱“Rheda”型)，隨后德國(guó)鐵路曾對(duì)17種無(wú)碴軌道型式進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究。德國(guó)鐵路的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)大多由企業(yè)、院校等合作研發(fā)，研發(fā)單位擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，任何新開(kāi)發(fā)的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)在納入德國(guó)鐵路網(wǎng)之前，必須獲得EBA(德鐵技術(shù)檢查團(tuán))的批準(zhǔn)；EBA通過(guò)指定的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(包括實(shí)尺模型的連續(xù)激振試驗(yàn)等)。對(duì)獲得通過(guò)者，則有資格在線路上進(jìn)行有限長(zhǎng)度的試鋪，運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)通常為5年。若經(jīng)運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)滿足要求，EBA最終將批準(zhǔn)其在運(yùn)營(yíng)線上正式使用。日本的板式軌道已在新干線大量鋪設(shè)，總長(zhǎng)度已超過(guò)2 700 km。日本的無(wú)碴軌道最初一般都鋪設(shè)在隧道內(nèi)(或地下鐵道)，以后逐漸擴(kuò)大到橋梁和路基上，如日本的板式軌道鋪設(shè)在山陽(yáng)(岡山～博多段)、東北、上越、北陸等新干線全部的橋、隧結(jié)構(gòu)上。除此之外，英國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、意大利、荷蘭等國(guó)家都開(kāi)發(fā)過(guò)不同形式的無(wú)碴軌道。

      2.1 國(guó)外無(wú)碴道床結(jié)構(gòu)型式

      (1)LVT型(彈性支承塊式無(wú)碴軌道Low Vibra—tion Track)

      LVT型無(wú)碴軌道是在雙塊式軌枕(或2個(gè)獨(dú)立支承塊)的下部及周圍設(shè)橡膠套靴，在塊底與套靴間設(shè)橡膠彈性墊層，在雙塊式軌枕周圍及底下灌筑混凝土以成型，又稱為減振型軌道。其最初由RogerSonneville提出并開(kāi)發(fā)，瑞士國(guó)鐵于1966年在隧道內(nèi)首次試鋪該種無(wú)碴軌道。法國(guó)開(kāi)發(fā)的VSB—STE.DET系軌道也屬此類，在地下鐵道內(nèi)使用居多。1993年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的英吉利海峽兩單線隧道內(nèi)全部鋪設(shè)獨(dú)立支承塊式LVT型軌道(見(jiàn)圖1)。至今LVT軌道的鋪設(shè)總長(zhǎng)度約360 km。

      (2)PACT型(Paved Concrete Track)

      PACT型無(wú)碴軌道為就地灌筑的鋼筋混凝土道床(見(jiàn)圖2)，鋼軌直接與道床相連接，軌底與混凝土道床之間設(shè)連續(xù)帶狀橡膠墊板，鋼軌為連續(xù)支承。英國(guó)自1969年開(kāi)始研究和試鋪PACT型無(wú)碴軌道，到1973年正式推廣，并在西班牙、南非、加拿大和荷蘭等國(guó)重載和高速線的橋、隧結(jié)構(gòu)上應(yīng)用。鋪設(shè)總長(zhǎng)度約80 km。

      (3)Rheda型

      如前所述，德國(guó)鐵路于上世紀(jì)60年代開(kāi)始無(wú)碴軌道的研究，曾試鋪過(guò)多達(dá)17種無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)，其軌道的基礎(chǔ)分鋼筋混凝土(BTS)和瀝青混凝土(ATS)2類。Rheda型軌道是鋼筋混凝土底座上的結(jié)構(gòu)型式之一。

      Rheda型軌道由軌枕及其周圍灌筑的混凝土組成(見(jiàn)圖3)，在橋、隧和土質(zhì)路基上都適用。在德國(guó)鐵路鋪設(shè)的660 km無(wú)碴軌道中，Rheda型約占50％以上。

      Zublin型軌道是與Rheda型結(jié)構(gòu)類似的另一種無(wú)碴軌道。它是以雙塊式軌枕取代Rheda型中的整體軌枕，在施工時(shí)，采用特殊鋪設(shè)機(jī)械在灌筑好的新鮮混凝土中邊振動(dòng)邊將雙塊式軌枕埋入混凝土中就位，機(jī)械化施工性好。

      (4)ATD型

      ATD型軌道的結(jié)構(gòu)型式如圖4所示，采用雙塊式軌枕直接置于瀝青混凝土底座上，在軌枕與底座間設(shè)置一層無(wú)紡布來(lái)填平表面的凹凸，不需要填充層，并在底座上設(shè)凸臺(tái)，用樹(shù)脂填充軌枕與底座間的縫隙等以承受縱橫向水平力的作用。

      在瀝青混凝土底座上的其它結(jié)構(gòu)，如BTD、Walter型等是用軌枕取代ATD型中的雙塊式軌枕塊，且軌枕與底座間的聯(lián)接方式各不相同，這些聯(lián)接方式以滿足必要的縱、橫向阻力為前提。至1997年末，鋪設(shè)在瀝青混凝土底座上的無(wú)碴軌道約有66km。

      (5)板式軌道

      日本是鋪設(shè)板式無(wú)碴軌道最多的國(guó)家，技術(shù)成熟，類別齊全。日本板式軌道的開(kāi)發(fā)始于1965年，在最初的“新軌道結(jié)構(gòu)的研究”研究項(xiàng)目中，日本鐵道綜合技術(shù)研究所組建了由軌道結(jié)構(gòu)、材料、土工、物理、有機(jī)化學(xué)研究室人員構(gòu)成的新軌道結(jié)構(gòu)研究組，分別承擔(dān)相應(yīng)的課題研究。起初的開(kāi)發(fā)是用于橋梁和隧道的板式軌道(見(jiàn)圖5)，該軌道由預(yù)制的軌道板、混凝土底座以及介于兩者之間的CA砂漿填充層組成，在2塊軌道板之間設(shè)凸形擋臺(tái)以承受縱、橫向水平力。板式軌道不僅大量應(yīng)用于新干線，而且也應(yīng)用在窄軌既有線上。

      日本定型的軌道板有適用于隧道或高架橋上的A型軌道板，為減少材料用量、降低造價(jià)而開(kāi)發(fā)的框架型板式軌道(見(jiàn)圖6)，適用于土質(zhì)路基上的RA型軌道板及特殊減振區(qū)段用的防振G型軌道板(見(jiàn)圖7)等，這些構(gòu)成了適用于各種不同使用范圍的軌道板系列。

      日本對(duì)土質(zhì)路基上板式軌道的研究是與橋、隧上板式軌道同時(shí)起步的，曾在14處鋪設(shè)總長(zhǎng)約2.4km試驗(yàn)段，但在個(gè)別試驗(yàn)段上發(fā)生了基礎(chǔ)下沉、軌道板陷入瀝青鋪裝底座內(nèi)等問(wèn)題，為此開(kāi)展了長(zhǎng)期深入的研究。直到1993年，改進(jìn)后的板式軌道結(jié)構(gòu)在北陸新干線正式應(yīng)用，鋪設(shè)長(zhǎng)度約10.8 km，占北陸新干線(高崎～長(zhǎng)野段)總長(zhǎng)的4％ ，為土質(zhì)路基上軌道的25％。到目前為止，以新干線為主的板式軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度達(dá)到2 700 km，日本已成為鋪設(shè)無(wú)碴軌道最多的國(guó)家。

      意大利于1983年開(kāi)始鋪設(shè)IPA型無(wú)碴軌道，其設(shè)計(jì)參考了日本的板式軌道，鋪設(shè)長(zhǎng)度約92 km，其中，羅馬～佛羅倫薩高速線上鋪了25.4 km。

      2.2 國(guó)外無(wú)碴軌道道床的比較

      (1)無(wú)碴軌道道床的性能比較日本鐵道技術(shù)開(kāi)發(fā)部曾對(duì)上述幾種主要的無(wú)碴軌道在造價(jià)、施工性、維修費(fèi)、耐久性和環(huán)境適宜性等諸方面進(jìn)行相對(duì)比較，結(jié)果見(jiàn)表1，從表1可以看出各種軌道的少維修和耐久性能均很好，施工性差別不大，造價(jià)一般較高，特別是LVT型和板式軌道更偏高一些，對(duì)環(huán)境的影響必須采用減振型結(jié)構(gòu)才能滿足要求。

      (2)無(wú)碴軌道道床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

      ①無(wú)碴道床能長(zhǎng)期保持軌道的良好狀態(tài)，維修量小德國(guó)鐵路采用軌道質(zhì)量指數(shù)Q值來(lái)綜合評(píng)價(jià)軌道高低、水平、方向等的平順狀態(tài)。新線的軌道質(zhì)量指數(shù)Q值應(yīng)在3O以下，而在運(yùn)營(yíng)線上，當(dāng)質(zhì)量指數(shù)Q值超過(guò)100就必須進(jìn)行修理。圖8和圖9分別表示隧道內(nèi)和土質(zhì)路基上無(wú)碴軌道與相鄰接的有碴軌道5年間Q值變化的比較。從圖中很明顯看出，無(wú)碴軌道的質(zhì)量指數(shù)Q值在5年內(nèi)均保持在良好水平上，且變化很小，維修量也小。為此，德國(guó)鐵路在新建的漢諾威～柏林和科隆～萊茵／梅因等高速鐵路上全面鋪設(shè)無(wú)碴軌道。

      1995年日本對(duì)運(yùn)營(yíng)了20年的山陽(yáng)新干線板式軌道歷年各項(xiàng)作業(yè)的維修費(fèi)用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并與有碴軌道作了比較，如圖l0所示。由此可知，采用板式軌道結(jié)構(gòu)可減少其維修項(xiàng)目，且軌道的幾何狀態(tài)穩(wěn)定性好，該種軌道結(jié)構(gòu)為高速運(yùn)輸提供了安全可靠、平順高質(zhì)量的軌道，實(shí)現(xiàn)了維修量小和維修費(fèi)用大幅度降低的目標(biāo)。

      ② 經(jīng)濟(jì)比較

      至目前為止，無(wú)碴軌道的造價(jià)一般均高于有碴軌道，但由于無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)高度低、每延米重量輕的特點(diǎn)，可使橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物的建設(shè)費(fèi)用降低；另一方面，無(wú)碴軌道穩(wěn)定性、耐久性好的特點(diǎn)可顯著減小線路的維修工作量，由此帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

      比如對(duì)于Rheda型無(wú)碴軌道，據(jù)德國(guó)鐵路資料，有碴軌道的造價(jià)為800 DM／m，瀝青混凝土底座上無(wú)碴軌道為1000 DM／m，混凝土底座上Rheda型等軌道為1 400 DM／m，無(wú)碴軌道的造價(jià)為有碴軌道的1.3～1.7倍。而德國(guó)高速鐵路有碴軌道的年維修費(fèi)用約為3 000 DM／km，無(wú)碴軌道則很少。德國(guó)鐵路界經(jīng)分析認(rèn)為，在新線建設(shè)中采用無(wú)碴軌道，可使線路設(shè)計(jì)的總建筑高度和總寬度有所減小，可減小隧道和橋梁等結(jié)構(gòu)的斷面。因此，新線的綜合造價(jià)將趨于合理。

      同樣，對(duì)于日本板式軌道，其造價(jià)為有碴軌道的1.3—1.5倍；而維修費(fèi)用則明顯減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山陽(yáng)新干線16年的平均維修費(fèi)用為有碴軌道的18％ ，東北新干線9年的平均維修費(fèi)用為有碴軌道的33％ 。無(wú)碴軌道多投資的差額基本在10年(橋、隧結(jié)構(gòu)上)~12年內(nèi)(土質(zhì)路基上)可得以彌補(bǔ)。

      2.3 國(guó)外無(wú)碴軌道道床的發(fā)展

      無(wú)碴軌道的特點(diǎn)以及在高速鐵路中所體現(xiàn)的良好性能已被許多國(guó)家所接受。近10多年來(lái)的發(fā)展和推廣應(yīng)用很快，已開(kāi)發(fā)并正式鋪設(shè)的無(wú)碴軌道型式很多，而新的結(jié)構(gòu)還不斷涌現(xiàn)，使無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)等日臻完善，對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性提高，軌道造價(jià)更趨合理，其擴(kuò)大鋪設(shè)范圍的前景是不容置疑的。德國(guó)和日本等已制訂有關(guān)無(wú)碴軌道的設(shè)計(jì)、施工規(guī)程，并在新建高速線路和其它線路上進(jìn)行相當(dāng)規(guī)模鋪設(shè)，盡管如此，目前他們對(duì)新結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和既有結(jié)構(gòu)的改進(jìn)仍在繼續(xù)進(jìn)行。

      目前，德國(guó)有20家企業(yè)參與無(wú)碴軌道新結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)，形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的局面，推進(jìn)了新技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前在高速線上應(yīng)用最為廣泛且效果良好的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)類型是由弗萊德?tīng)柟驹O(shè)計(jì)、生產(chǎn)并安裝施工的Rheda一2000和由博格公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)并安裝施工的板式軌道。

      Rheda一2000型軌道(見(jiàn)圖1 1)是在1998年開(kāi)發(fā)的，它由兩根桁架形配筋組成的特殊雙塊式軌枕取代了原Rheda型中的整體軌枕，取消了原結(jié)構(gòu)中的槽形板，統(tǒng)一了隧道、橋梁和路基上的型式；同時(shí)，軌道的建筑高度從原來(lái)的650 mm降低為472 mm。

      Rheda一2000型中的特殊雙塊式軌枕只保留承軌和預(yù)埋扣件螺栓部位的預(yù)制混凝土，其余為桁架式的鋼筋骨架，使與現(xiàn)場(chǎng)灌筑混凝土的新、老界面減至最少，這有利于改善施工性，提高施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的整體性。建筑高度的下降，對(duì)降低軌道本身和線路的造價(jià)都是有利的。將無(wú)碴軌道的造價(jià)降低到有碴軌道的1.3—1.4倍是德國(guó)鐵路力爭(zhēng)的目標(biāo)。1996年德國(guó)鐵路還批準(zhǔn)了7種新結(jié)構(gòu)在曼海姆一卡爾斯魯厄線上試鋪。德國(guó)鐵路規(guī)定試鋪的軌道結(jié)構(gòu)要經(jīng)過(guò)5年的運(yùn)營(yíng)后經(jīng)批準(zhǔn)才能正式使用。從圖12可以看出Rheda一2000型無(wú)碴軌道的研發(fā)過(guò)程。

      日本在大量鋪設(shè)板式軌道的同時(shí)，還開(kāi)發(fā)了B型彈性軌枕直結(jié)軌道，在東北、上越新干線上均有鋪設(shè)。為了擴(kuò)大鋪設(shè)范圍，必須降低造價(jià)，因而，隨后即開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的D型彈性軌枕直結(jié)軌道，造價(jià)僅為B型的3／4，其減振性能較防振G型板式軌道還略有改善，同時(shí)解決了原結(jié)構(gòu)部件更換困難的技術(shù)問(wèn)題，因此更適合推廣。

      近年來(lái)，日本正大力研究一種“梯子形”軌道(見(jiàn)圖13)，它是由2根縱向軌枕(梁)支承鋼軌，橫向每隔3 m用鋼管將2根縱向枕連結(jié)成梯子形，在橋上縱向枕與軌道基礎(chǔ)(梁面)之間每隔1.5 m設(shè)減振支承裝置組成“浮置式梯子形軌道”。其主要特點(diǎn)是：低振動(dòng)，低噪聲；變傳統(tǒng)橫向軌枕支承鋼軌的方式為縱向支承；軌道自重輕，約為有碴軌道的1／4；軌道高度的調(diào)整除利用扣件的調(diào)整量外，減振支承裝置也有一定的調(diào)高功能。鋪設(shè)在橋梁上的浮置式梯子形軌道，使整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從“重型和傳統(tǒng)”到“輕型和現(xiàn)代化”的根本變革。路基上的梯子形軌道，其縱向軌枕下仍然鋪設(shè)有道碴，屬于有碴道床與整體軌下基礎(chǔ)的混合式結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明日本無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展出現(xiàn)了多樣化形式。

      目前，梯子形軌道已完成結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析、組成部件及實(shí)尺軌道的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)試驗(yàn)，并在美國(guó)TTC運(yùn)輸中心的環(huán)形線上完成了350 kN重軸的快速耐久性試驗(yàn)，通過(guò)噸位超過(guò)1億t。隨后還將對(duì)高速運(yùn)行的適應(yīng)性，以及采用橡膠支承取代減振裝置以降低造價(jià)等實(shí)用性作進(jìn)一步研究。

      除此之外，一向堅(jiān)持采用有碴軌道的法國(guó)鐵路，在地中海TGV的一座長(zhǎng)7.8 km隧道內(nèi)，試鋪了雙塊式減振型無(wú)碴軌道；荷蘭、韓國(guó)高速鐵路上也進(jìn)行了試鋪無(wú)碴軌道；我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)北至高雄高速鐵路上也大量采用了板式無(wú)碴軌道(約為正線長(zhǎng)度45％)。由此可見(jiàn)，無(wú)碴軌道在世界高速鐵路上大量鋪設(shè)已成為發(fā)展趨勢(shì)。

      3 我國(guó)無(wú)碴軌道道床結(jié)構(gòu)

      3.1 發(fā)展簡(jiǎn)況

      我國(guó)對(duì)無(wú)碴軌道的研究始于上世紀(jì)60年代，與國(guó)外的研究幾乎同時(shí)起步。初期曾試鋪過(guò)支承塊式、短木枕式、整體灌筑式等整體道床以及框架式瀝青道床等幾種形式，正式推廣應(yīng)用的僅有支承塊式整體道床(見(jiàn)圖14)。在成昆線、京原線、京通線、南疆線等長(zhǎng)度超過(guò)1 km的隧道內(nèi)鋪設(shè)，總鋪設(shè)長(zhǎng)度約300 km。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，以及由瀝青灌注的固化道床等，在大型客站和隧道內(nèi)試鋪，總長(zhǎng)約10 km，但并未正式推廣。此外，在橋梁上也試鋪過(guò)無(wú)碴無(wú)枕結(jié)構(gòu)，如在京九線九江長(zhǎng)江大橋引橋上全部采用了這種結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖15)，長(zhǎng)度約7 km。

      在此后的20多年期間，我國(guó)在無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝與方法、軌道基礎(chǔ)的技術(shù)要求，以及出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉等引起傷損的整治等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并吸取了有益的教訓(xùn)，為無(wú)碴軌道新技術(shù)的研究與發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

      1995年以后，隨著京滬高速鐵路可行性研究的深入，無(wú)碴軌道在我國(guó)重新得以關(guān)注。“九五”國(guó)家科技攻關(guān)專題“高速鐵路無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)參數(shù)的研究”提出了適用于高速鐵路橋、隧結(jié)構(gòu)上的3種無(wú)碴軌道型式(長(zhǎng)枕埋入式、彈性支承塊式和板式)及其設(shè)計(jì)參數(shù)，并正式納入《京滬高速鐵路線橋隧路站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》和《時(shí)速200公里新建鐵路線橋隧站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》之中；2個(gè)暫行規(guī)定原則上確定了在有條件的高架線路、隧道等地段可鋪設(shè)無(wú)碴軌道。

      1998年鐵道部立項(xiàng)開(kāi)展高速鐵路高架橋上無(wú)碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究，在此課題中，對(duì)3種結(jié)構(gòu)型式的無(wú)碴軌道(長(zhǎng)軌枕埋人式、板式軌道、彈性支承塊式)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在此基礎(chǔ)上，秦沈客運(yùn)專線特別選定了3座特大橋作為無(wú)碴軌道的試鋪段，其中，沙河特大橋(直線，長(zhǎng)692.33 m)試鋪長(zhǎng)枕埋人式無(wú)碴軌道，狗河特大橋(直線，長(zhǎng)741.71 m)和雙何特大橋(曲線，長(zhǎng)703.33 m)試鋪板式無(wú)碴軌道。

      1999年11月，在我國(guó)西康線上最長(zhǎng)的秦嶺隧道(長(zhǎng)度為18.5 km)內(nèi)，采用彈性支承塊式無(wú)碴軌道，于2001年正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，效果良好。這種彈性支承式無(wú)碴軌道與上述的LVT型軌道相類似，為減振型軌道，是我國(guó)目前鋪設(shè)無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)最長(zhǎng)的區(qū)段。另外，為適應(yīng)京滬高速鐵路的線路條件，2002年還選定了渝懷鐵路魚(yú)嘴2號(hào)隧道、贛龍鐵路楓樹(shù)排隧道分別作為長(zhǎng)枕埋人式和板式軌道在隧道內(nèi)的試鋪段，2座隧道長(zhǎng)度分別為710 m和719 m。

      2004年我國(guó)選定在遂渝鐵路的遂渝引入重慶樞紐工程內(nèi)的龍鳳隧道進(jìn)口至蔣家橋大橋(不含)正線12.63 km作為無(wú)碴軌道綜合試驗(yàn)段，其中含橋梁2座、隧道4座，其它為路基段，該綜合試驗(yàn)段將分別采用板式(路基、隧道內(nèi)采用)、雙塊式(路基、橋梁、隧道內(nèi)采用)、埋人式無(wú)碴軌道(道岔區(qū)采用)3種形式。它們是在總結(jié)秦沈客運(yùn)專線沙河、狗河大橋和雙何特大橋無(wú)碴軌道，贛龍鐵路楓樹(shù)排隧道內(nèi)板式無(wú)碴軌道，渝懷鐵路魚(yú)嘴2號(hào)隧道內(nèi)長(zhǎng)枕埋人式無(wú)碴軌道的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并參照德國(guó)、日本鐵路無(wú)碴軌道的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的。

      3.2 秦沈客運(yùn)專線橋上無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      在前期無(wú)碴軌道相關(guān)科研成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合秦沈客運(yùn)專線具體的運(yùn)營(yíng)條件和線路條件，最終選定在國(guó)外高速鐵路上應(yīng)用較為成熟的長(zhǎng)枕埋人式(圖16)和板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)(圖17)，并分別在秦沈客運(yùn)專線沙河特大橋、狗河特大橋和雙何特大橋上鋪設(shè)。

      (1)設(shè)計(jì)荷載

      列車運(yùn)行速度與軸重直接影響軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載的取值，在結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)階段，考慮我國(guó)高速列車與中速列車共線運(yùn)行的運(yùn)輸組織模式，在動(dòng)力仿真計(jì)算分析中，高速列車采用德國(guó)ICE一2機(jī)車(最高速度300 km／h、軸重195 kN)，中速列車采用國(guó)產(chǎn)韶山8電力機(jī)車和東風(fēng)11內(nèi)燃機(jī)車(最高速度160km／h、軸重230 kN)，計(jì)算中得出高速條件下的動(dòng)載系數(shù)為2.4—3.0，中速條件下的動(dòng)載系數(shù)為2.4～2.6。考慮無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，采用了動(dòng)輪載計(jì)算值較大的德國(guó)ICE一2型作為確定其設(shè)計(jì)荷載的機(jī)車類型。

      靜輪重設(shè)計(jì)：Pl=1/2X195 kN=97.5 kN；

      動(dòng)輪載設(shè)計(jì)：Pd：αPo，α為動(dòng)載系數(shù)，取3.0。則P =3.0 X97.5 kN=292.5 kN~--300 kN。

      (2)道床板／軌道板承載能力設(shè)計(jì)

      根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載，采用相應(yīng)的靜力計(jì)算模式，可得出2種無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)道床板／軌道板的截面設(shè)計(jì)彎矩，見(jiàn)表2

      3.3 結(jié)構(gòu)型式

      秦沈客運(yùn)專線橋上長(zhǎng)枕埋人式和板式無(wú)碴軌道的主要型式的結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表3。

      (1)長(zhǎng)枕埋人式無(wú)碴軌道

      長(zhǎng)軌枕埋人式無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)組成主要包括混凝土底座、混凝土道床板、穿孔軌枕及配套扣件(見(jiàn)圖16)。

      (2)板式軌道板式軌道的結(jié)構(gòu)組成主要包括混凝土底座、RC或PRC軌道板、水泥瀝青(CA)砂漿調(diào)整層、凸形擋臺(tái)及WJ一2型扣件系統(tǒng)(見(jiàn)圖17)。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度軌道板的結(jié)構(gòu)型式(見(jiàn)圖18)。

      橋上軌道板與混凝土梁體之間設(shè)置混凝土底座，并設(shè)置CA砂漿層。2塊軌道板之間設(shè)置鋼筋混凝土凸形擋臺(tái)，以固定其水平位置，制止其移動(dòng)；CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料(砂)、混合料、水、鋁粉、各種外加劑等多種原材料組成，其作為板式軌道混凝土底座與軌道板間的彈性調(diào)整層，是一種具有混凝土的剛性和瀝青的彈性的半剛性體。

      CA砂漿調(diào)整層是板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，其性能的好壞直接影響板式軌道應(yīng)用的耐久性和維修工作量。我國(guó)對(duì)板式軌道CA砂漿開(kāi)展了為期3年的科研攻關(guān)工作，在科研、設(shè)計(jì)與施工單位的共同努力下，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平，為板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)在我國(guó)客運(yùn)專線上首次鋪設(shè)創(chuàng)造了條件。表4是CA砂漿主要性能指標(biāo)要求及我國(guó)CA砂漿與日本新干線板式軌道的性能指標(biāo)比較，它是在借鑒日本新干線板式軌道CA砂漿研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)前期的研究成果有針對(duì)性地提出的。

      從CA砂漿的材料組成及性能指標(biāo)要求可以看出，材料既要滿足強(qiáng)度和彈性要求，又必須具有必要的施工性能，同時(shí)考慮到CA砂漿在寒冷地區(qū)使用工況，還應(yīng)具備抗凍融性能，以保證其長(zhǎng)期使用的耐久性。

      凸形擋臺(tái)外形在梁跨的端部為半圓形，在梁跨中部均為圓形，其半徑為250 mm，高度為250 mm。凸形擋臺(tái)與軌道板端部的半圓形缺口共圓心，在曲線部分，凸形擋臺(tái)豎向軸線與底座的頂面垂直。凸形擋臺(tái)采用CA0級(jí)混凝土，在混凝土底座施工完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑，其周圍填充CA砂漿或樹(shù)脂材料。

      (3)彈性支承塊式無(wú)碴軌道

      彈性支承塊式無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)組成主要包括混凝土底座、混凝土道床板、混凝土支承塊、橡膠靴套、塊下膠墊及配套扣件(見(jiàn)圖19)。

      在混凝土支承塊底部設(shè)有厚12 mm的橡膠彈性膠墊，其周圍設(shè)有橡膠靴套，厚7 mm，使支承塊與混凝土道床板隔離，到達(dá)可修復(fù)的目的。該結(jié)構(gòu)的軌下與塊下的雙層彈性墊板為無(wú)碴軌道提供較好的垂向彈性，靴套提供軌道縱、橫向彈性，使軌道在荷載分布和動(dòng)能吸收方面更接近有碴軌道。由于彈性墊層具有材料均勻、彈性一致等性能，使鋼軌支承剛度一致，部件受力均勻，軌道幾何形位易于保持，達(dá)到了少維修的目的。

未完待續(xù)