摘要：簡(jiǎn)要論述了國(guó)內(nèi)外無碴軌道工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，介紹世界上各種無碴軌道結(jié)構(gòu)形式和發(fā)展方向，以及無碴軌道工程的技術(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種無碴軌道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)客運(yùn)專線鐵路無碴軌道設(shè)計(jì)與施工、機(jī)械設(shè)備開發(fā)、成套技術(shù)引進(jìn)提出思考和建議，可供無碴軌道設(shè)計(jì)與施工等參考。
關(guān)鍵詞：鐵路，無碴軌道，技術(shù)研究與探討
3.4 3種無碴軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
長(zhǎng)軌枕埋入式無碴軌道、板式無碴軌道、彈性支承塊式無碴軌道的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見表5。
結(jié)構(gòu)整體性能，3種結(jié)構(gòu)均具有無碴軌道的線路穩(wěn)定性好、剛度均勻性好、線路平順性高、耐久性高的突出優(yōu)點(diǎn)，并可顯著減少線路的維修工作量。
從軌道結(jié)構(gòu)每延米重量看，無碴軌道均要小于有碴軌道。相對(duì)而言，板式軌道結(jié)構(gòu)高度低，道床寬度小，重量最輕，這樣在橋上鋪設(shè)時(shí)可降低橋梁的二期恒載，在隧道內(nèi)應(yīng)用時(shí)可減小隧道的開挖斷面，因此有可能降低橋梁、隧道結(jié)構(gòu)的總造價(jià)；而長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道受預(yù)制軌枕長(zhǎng)度的限制，道床寬度要大于板式軌道，每延米重量較大；彈性支承塊式無碴軌道的自重則介于兩者之間。
從室內(nèi)落軸沖擊的試驗(yàn)結(jié)果看，長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道結(jié)構(gòu)的整體剛度要稍大于設(shè)置CA砂漿調(diào)整層的普通型板式軌道，彈性支承塊式無碴軌道結(jié)構(gòu)由于設(shè)置了雙層橡膠墊層，其整體剛度較小。對(duì)于在客運(yùn)專線或高速鐵路的橋上應(yīng)用來說，無碴軌道結(jié)構(gòu)具有的高平順性、剛度均勻性，以及橋梁的撓曲變形在一定程度上可彌補(bǔ)無碴軌道結(jié)構(gòu)整體剛度大的缺陷。
(2)制造與施工
①板式軌道
板式軌道結(jié)構(gòu)中的軌道板(RC或PRC)為工廠預(yù)制，其質(zhì)量容易控制，現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工量少，施工的機(jī)械化程度高，可將人為控制因素減至最少，且施工進(jìn)度較快(200 m／d)，道床外表美觀。
由于其采用“由下至上”的施工方法，施工過程中不需工具軌，施工結(jié)束后，承軌面高低、水平誤差小，為一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路提供了平順的工作面。
在特殊減振及過渡段區(qū)域，通過在預(yù)制軌道板底粘貼彈性橡膠墊層，易于實(shí)現(xiàn)下部基礎(chǔ)對(duì)無碴軌道的減振要求。
軌道狀態(tài)整理過程中充填式墊板的應(yīng)用，使鋼軌支點(diǎn)的支承均勻性得到保證。在橋上鋪設(shè)時(shí)，受橋梁不同跨度的影響，需要不同長(zhǎng)度的軌道板配合使用；曲線地段鋪設(shè)時(shí)，線路超高順坡、曲線矢度的實(shí)現(xiàn)對(duì)扣件系統(tǒng)高低、方向調(diào)整要求較高。板式軌道結(jié)構(gòu)中CA砂漿調(diào)整層的施工質(zhì)量要求高，其質(zhì)量的好壞直接影響軌道的耐久性。板式軌道的制造、運(yùn)輸和施工的專業(yè)性較強(qiáng)，包括軌道板的制造、運(yùn)輸、吊裝、鋪設(shè)；CA砂漿的現(xiàn)場(chǎng)攪拌、試驗(yàn)、運(yùn)輸和灌筑；軌道狀態(tài)整理過程中的充填式墊板樹脂灌筑等。
②長(zhǎng)枕埋入式和彈性支承塊式軌道
長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道和彈性支承塊式無碴軌道采用我國(guó)較成熟的“鋼軌支撐架”法“由上至下”進(jìn)行施工，其道床結(jié)構(gòu)中除橫向穿孔軌枕、混凝土支承塊需要工廠預(yù)制外，其余混凝土均為現(xiàn)場(chǎng)澆筑，道床表面宜設(shè)置橫向排水坡。
在曲線地段施工時(shí)，線路的超高順坡、曲線圓順度等易于控制。但施工過程中需要工具軌(新鋼軌)作為控制線路高程的基準(zhǔn)。
現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工量較大，受混凝土齡期的影響，其施工進(jìn)度相對(duì)較慢。
由于混凝土道床板表面為人工抹平，外觀上與板式軌道結(jié)構(gòu)預(yù)制的軌道板相比要差。
在需要特殊減振及過渡段區(qū)域，長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道由于混凝土底座中央兩端設(shè)置限位凹槽，在設(shè)計(jì)與施工底座和道床板之間的彈性層方面都相對(duì)要困難一些。
(3)線路維修
參照國(guó)外同類無碴軌道結(jié)構(gòu)的使用情況，長(zhǎng)枕埋入式和彈性支承塊式無碴軌道的維修工作主要體現(xiàn)在扣件螺栓的涂油工作。
板式軌道的維修除此之外，還存在控制和修補(bǔ)邊緣CA砂漿破損的問題。從13本鐵路板式軌道初期的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)看，由于板式軌道水泥瀝青(CA)砂漿調(diào)整層的存在，其受自然環(huán)境因素的影響較大，在凸形擋臺(tái)周圍及軌道板底邊緣的CA砂漿存在破損現(xiàn)象，特別是在線路縱向力較大的伸縮調(diào)節(jié)器附近，因此13本鐵路除相應(yīng)開發(fā)出了修補(bǔ)用的樹脂砂漿外，在設(shè)計(jì)方面，用強(qiáng)度高、彈性和耐久性好的合成樹脂材料替代凸形擋臺(tái)周圍的CA砂漿。對(duì)于軌道板底的CA砂漿調(diào)整層，以灌筑袋的形式取代初期的設(shè)置模板的直接灌筑，不僅節(jié)省了施工用模板的投入，而且減少CA砂漿層的環(huán)境暴露面，從而顯著提高了板式軌道結(jié)構(gòu)的耐久性，以實(shí)現(xiàn)無碴軌道結(jié)構(gòu)少維修的設(shè)計(jì)初衷。
從特殊情況下無碴軌道損壞時(shí)的可修復(fù)性方面來看，由于板式軌道的軌道板與下部基礎(chǔ)之間、彈性支承塊式無碴軌道的支承塊與混凝土道床之間是隔開的，其可修復(fù)性較強(qiáng)；而長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道的穿孔軌枕與混凝土道床板澆筑成一體，盡管有隔離層將道床板與下部基礎(chǔ)隔開，但相比而言，其可修復(fù)性較差。
(4)初期投資
無碴軌道工程的初期投資與多種因素有關(guān)，包括軌道的結(jié)構(gòu)型式、制造成本、施工地區(qū)、鋪設(shè)長(zhǎng)度、施工機(jī)具設(shè)備及施工工效等。
在試驗(yàn)段的初期投資方面，板式軌道的制造設(shè)備、施工機(jī)具的專用性強(qiáng)，初期投資包括軌道板制造模型的投入；軌道板運(yùn)輸、吊裝設(shè)備與鋪設(shè)機(jī)具；CA砂漿的攪拌、運(yùn)輸及灌筑設(shè)備、充填式墊板施工機(jī)具等，而長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道的制造和施工主要是預(yù)制穿孑L軌枕的模型與鋼軌支撐架、工具軌等的初期投入，因此相比而言，板式軌道的初期投資無論從軌道部件的制造成本、軌道的施工投入都要比長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道要大。
彈性支承塊式無碴軌道由于橡膠套靴和塊下橡膠墊板的成本較高，而施工設(shè)備和機(jī)具的投入基本上與長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道相同，其初期投資介于板式軌道和長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道之間。
但國(guó)內(nèi)外的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，無碴軌道結(jié)構(gòu)可大幅降低線路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。
3.5 板式、長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道結(jié)構(gòu)綜合試驗(yàn)結(jié)果
在秦沈客運(yùn)專線建設(shè)過程中，3次綜合試驗(yàn)對(duì)板式、長(zhǎng)枕埋入式無碴軌道(沙河、狗河大橋和雙何特大橋)及2座橋上有碴軌道(石河二號(hào)、跨興閆公路特大橋)的軌道各項(xiàng)動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均滿足《秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道設(shè)計(jì)技術(shù)條件》的各項(xiàng)要求，并對(duì)今后設(shè)計(jì)與施工的完善提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。例如，對(duì)于高速鐵路路橋、無碴／有碴過渡段的處理技術(shù)方面，應(yīng)加以重視，建議在設(shè)置無碴軌道范圍內(nèi)橋臺(tái)取消耳墻式橋臺(tái)形式。由于2種新型無碴軌道結(jié)構(gòu)在我國(guó)首次鋪設(shè)，施工方法、施工機(jī)具、設(shè)備等都未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化程度，導(dǎo)致個(gè)別地段的軌道鋪設(shè)精度不高。因此為提高無碴軌道的施工質(zhì)量，在施工方法和機(jī)具的標(biāo)準(zhǔn)化方面應(yīng)進(jìn)行深入研究。對(duì)于板式軌道結(jié)構(gòu)，應(yīng)將樹脂充填式墊板作為其軌道結(jié)構(gòu)的組成部分納入板式軌道的設(shè)計(jì)技術(shù)條件中。箱梁的徐變上拱度初期發(fā)展較快(占60％ ～75％)，后期明顯減緩，建議在無碴軌道梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)增大梁體剛度，在施工過程中通過嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力張拉的齡期，準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力，盡可能地延長(zhǎng)無碴軌道施工與箱梁張拉完畢的時(shí)間間隔，箱梁自終張拉完畢至觀測(cè)結(jié)束期內(nèi)的總徐變上拱度均應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)。
4 無碴軌道扣件
發(fā)無碴軌道扣件除了應(yīng)具備普通鋼軌扣件所具有的所有功能外，它還應(yīng)具有其特殊的功能，具體表現(xiàn)在：(1)更強(qiáng)的保持軌距能力；(2)足夠的防軌爬行扣壓力；(3)良好的減振性能；(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和養(yǎng)維護(hù)工作量少；(5)可靠度高和較好的絕緣性能等。各個(gè)國(guó)家針對(duì)自己不同的無碴軌道形式均采用了不同軌道扣件系統(tǒng)，并在使用過程中進(jìn)行了改進(jìn)和完善。
(1)無碴軌道的小阻力扣件
無碴軌道扣件分為路基無碴軌道用扣件、橋上無碴軌道用扣件和隧道內(nèi)無碴軌道用小阻力扣件，要求富有彈性并便于調(diào)整軌距高低。用于無縫線路的無碴軌道扣件，要求具有較小的線路縱向阻力。
圖20是我國(guó)目前僅在橋上采用的無碴軌道小阻力的扣件，適用于橋上無碴軌道標(biāo)準(zhǔn)軌距鋪設(shè)60k#m鋼軌和混凝土整體道床，滿足高速鐵路橋上鋪設(shè)無縫線路對(duì)鋼軌扣件的要求。在軌下及其墊板下均設(shè)置有調(diào)高墊板，扣件具有+10 mm至一12 mm的軌距調(diào)整量，+30 mm至0 mm的鋼軌高低調(diào)整量。每副扣件，鋼軌縱向阻力為6.5 kN±0.5 kN。
如果采取結(jié)構(gòu)措施，可降低至3.6 kN±0.4 kN，其鋼軌縱向阻力值低于普通扣件7 kN。
(2)loarv300軌道扣件系統(tǒng)
loarv300軌道扣件系統(tǒng)是德國(guó)目前無碴軌道的標(biāo)準(zhǔn)形式(見圖21)，一般區(qū)段的無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須與標(biāo)準(zhǔn)扣件形式相匹配。此扣件的高低調(diào)整量為+26 mm至-4 mm，軌距調(diào)整為±4 mm，橡膠墊板厚度12 mm，靜剛度值為(22.5±2.5)kN／mm。
其它形式的扣件還有336、A8、ERL／BWG和Krupp型等。
(3)無碴軌道上的潘德羅爾扣件
普通的潘德羅爾扣件與我國(guó)Ⅲ型扣件相似，其調(diào)整軌距及鋼軌高低的能力很低。無碴軌道使用的潘德羅爾扣件增加了帶槽的鐵墊板，以便調(diào)整鋼軌高低。利用鐵座孔內(nèi)的偏心齒輪以調(diào)整扣壓力，并利用楔形齒條以調(diào)整軌距。圖22是1997年在日本長(zhǎng)野新干線板式軌道上試鋪的潘德羅爾扣件，軌距可調(diào)范圍±10 mm。另有一種扣件，其鋼軌高低最大可調(diào)14 mm。
(4)日本直結(jié)型板式軌道扣件
日本在高速鐵路建設(shè)過程中，研制了多種針對(duì)采用不同形式的無碴軌道的鋼軌扣件，包括直結(jié)4型、5型、7型和8型。直結(jié)型軌道扣件是日本高速鐵路板式軌道使用的特制扣件，其中直結(jié)5型采用較多，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在鐵墊板開設(shè)了長(zhǎng)圓孔狀的螺栓孔，通過移動(dòng)鐵墊板的位置來進(jìn)行軌距和方向的調(diào)整。圖23是在一般區(qū)間使用的直接8型扣件，其鋼軌高低調(diào)節(jié)范圍是+30 mm至0 mm，軌距±10mm。在軟土路基的特殊區(qū)間，采用直結(jié)7型，具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)幾何形位能力，其鋼軌高低可調(diào)+50mm至0 mm，軌距±30 mm，如圖24所示。圖25為改進(jìn)型直結(jié)8型鋼軌扣件，它與直結(jié)8型扣件的區(qū)別在于采用錨固螺栓一塑料套管代替了T型錨固螺栓一固定鐵件和套管，其實(shí)質(zhì)是對(duì)緊固鐵墊的連接件進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后緊固鐵墊板更加可靠。
5 充填式墊板
由于板式軌道結(jié)構(gòu)中的軌道板為工廠預(yù)制，其施工方法為“由下至上”施工，軌道板狀態(tài)調(diào)整、CA砂漿灌筑完成后，其上部線路狀態(tài)的精細(xì)調(diào)整主要通過扣件進(jìn)行調(diào)整；特別是對(duì)于處在緩和曲線與豎曲線上(線路高低漸變)的無碴軌道來說，利用預(yù)制的、厚度一定的調(diào)高墊板進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，難以滿足高速鐵路對(duì)線路平順性、支承均勻性的設(shè)計(jì)要求，必須設(shè)置充填式無級(jí)調(diào)高墊板，見圖26、圖27。2001年在秦沈客運(yùn)專線無碴軌道科研項(xiàng)目的支持下，通過借鑒日本板式無碴軌道調(diào)節(jié)用充填式墊板經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)完成了充填式墊板的試制和各項(xiàng)性能試驗(yàn)工作(包括充填式墊板內(nèi)的樹脂注人材料的研制)，并成功地在秦沈線雙何特大橋曲線板式無碴軌道上鋪設(shè)，效果良好。
6 幾點(diǎn)思考
隨著我國(guó)客運(yùn)專線鐵路的建設(shè)與發(fā)展，考慮世界先進(jìn)國(guó)家無碴軌道工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，研究和應(yīng)用適用我國(guó)國(guó)情的無碴軌道技術(shù)，特別是掌握無碴軌道施工核心技術(shù)，對(duì)于施工企業(yè)來說，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，有以下幾個(gè)方面值得我們關(guān)注和思考。
(1)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的批復(fù)和客運(yùn)專線鐵 路建設(shè)標(biāo)志著我國(guó)鐵路建設(shè)理念的重大轉(zhuǎn)變，也是鐵路施工技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)。掌握客運(yùn)專線無碴軌道技術(shù)對(duì)鐵路施工企業(yè)的綜合能力和專業(yè)水平提出了更新、更高要求，也是對(duì)施工企業(yè)高層管理人員和專業(yè)技術(shù)人員的重大挑戰(zhàn)，必須給予前所未有的重視和高度關(guān)注。
(2)我國(guó)目前鐵路提出的3種新型無碴軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還僅限于在橋梁和隧道中，規(guī)模小，施工大都采用傳統(tǒng)的方法和工藝，機(jī)械化施工程度不高，效率低，部分施工企業(yè)雖然儲(chǔ)備了一定的技術(shù)和積累了一些建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，但卻難以應(yīng)對(duì)即將建設(shè)的客運(yùn)專線鐵路建設(shè)工期、施工標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)提前進(jìn)行技術(shù)、人才的儲(chǔ)備和施工成套機(jī)械設(shè)備以及機(jī)具的開發(fā)和應(yīng)用。對(duì)于技術(shù)的引進(jìn)，應(yīng)針對(duì)適合我國(guó)客運(yùn)專線鐵路建設(shè)特點(diǎn)，采取成套引進(jìn)方式。因?yàn)閲?guó)外研究和發(fā)展高速鐵路已有多年，無論無碴軌道的設(shè)計(jì)和施工、運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)均形成了較為完善的成套技術(shù)，并在運(yùn)營(yíng)中積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)，避免同一類型的無碴軌道采用多國(guó)技術(shù)。同時(shí)，并結(jié)合我國(guó)幾條即將開工的客運(yùn)專線無碴軌道試驗(yàn)段的建設(shè)，深入研究不同軌道結(jié)構(gòu)的施工關(guān)鍵技術(shù)和施工機(jī)具配套，以在較短的時(shí)期內(nèi)取得適合我國(guó)客運(yùn)專線鐵路特點(diǎn)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。
(3)積極學(xué)習(xí)并借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，通過選派技術(shù)、管理人員赴國(guó)外學(xué)習(xí)交流，甚至參加國(guó)外無碴軌道工程建設(shè)，這是加快掌握無碴軌道設(shè)計(jì)和施工核心技術(shù)的有效途徑。
(4)板式無碴軌道的cA砂漿(乳化瀝青水泥砂漿)彈性調(diào)整層是板式無碴軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，其使用性能直接影響板式軌道的耐久性。由水泥、乳化瀝青(A乳劑)、聚合物(P乳劑)、細(xì)骨料(砂)、混合料、水、各種外摻劑等，必須在規(guī)定的條件下才能形成cA砂漿，生產(chǎn)工藝要求非常嚴(yán)格，其中A乳劑目前國(guó)內(nèi)尚未有固定的商品化品牌，CA砂漿配制和灌筑的設(shè)備和機(jī)具還不完善等，很大程度上會(huì)影響其質(zhì)量的穩(wěn)定性，對(duì)此有條件的施工企業(yè)應(yīng)進(jìn)行開發(fā)或合作開發(fā)，甚至技術(shù)引進(jìn)，其經(jīng)濟(jì)效益不可低估。
(5)基于我國(guó)采用高頻諧振式軌道電路的實(shí)際，除設(shè)計(jì)主要決定鋼軌阻抗參數(shù)特征外，在無碴軌道結(jié)構(gòu)的施工過程控制中，施工誤差也會(huì)對(duì)道床泄漏電阻造成影響，應(yīng)重視施工誤差對(duì)軌道電路技術(shù)要求的影響(國(guó)外由于采用的信號(hào)制式不同，不存在該問題)。
7 結(jié)束語(yǔ)
無碴軌道具有低維修量，長(zhǎng)久穩(wěn)定性保持好，使用壽命長(zhǎng)，全壽命周期費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)高度低、橫向軌道阻力大，能避免道碴飛濺等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外高速鐵路建設(shè)中的到了廣泛應(yīng)用。近幾年來，國(guó)內(nèi)的無碴軌道施工技術(shù)也取得了較大發(fā)展，學(xué)習(xí)并借鑒國(guó)外成熟的先進(jìn)無碴軌道工程技術(shù)，對(duì)于提高我國(guó)客運(yùn)專線建設(shè)水平，加快無碴軌道工程技術(shù)的發(fā)展，特別是對(duì)于施工企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
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