淺談無(wú)碴軌道技術(shù)性能與施工工藝

石岱君

摘要：無(wú)碴軌道是以混凝土或?yàn)r青砂漿取代散粒道碴道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)型式，它具有軌道穩(wěn)定性高，剛度均勻性好，結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)和維修工作量顯著減少等特點(diǎn)，對(duì)于高速鐵路較傳統(tǒng)的有碴軌道有更好的適應(yīng)性。本章主要介紹了無(wú)碴軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及施工工藝。

關(guān)鍵詞：無(wú)碴軌道；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；施工工藝

無(wú)碴軌道是一種少維修的軌道結(jié)構(gòu)，它利用成型的組合材料代替道碴，將輪軌力分布并傳遞到路基基礎(chǔ)上。無(wú)碴軌道按照結(jié)構(gòu)可以分為整體結(jié)構(gòu)式和直接支承式。路基上的無(wú)碴軌道一般由基礎(chǔ)防凍層、支承層、承載層、防排水系統(tǒng)、軌道扣件系統(tǒng)，以及其他附屬設(shè)施共同構(gòu)成。而橋梁和隧道中的無(wú)碴軌道的系統(tǒng)構(gòu)成具有不同的特點(diǎn)，本章主要介紹了無(wú)碴軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及期施工工藝。

1 結(jié)構(gòu)整體性能

無(wú)碴軌道從誕生、發(fā)展、到目前為止，其結(jié)構(gòu)型式種類繁多，技術(shù)上也各有特點(diǎn)。長(zhǎng)枕埋入式和板式軌道兩種結(jié)構(gòu)均具有無(wú)碴軌道所具有的線路穩(wěn)定性、剛度均勻性好、線路平順性、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(wú)碴軌道均要小于有碴軌道，而相對(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(kāi)挖斷面，因此有可能降低橋梁、隧道結(jié)構(gòu)的總造價(jià);長(zhǎng)枕埋入式無(wú)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。從“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”項(xiàng)目的室內(nèi)落軸沖擊的試驗(yàn)結(jié)果看，長(zhǎng)枕埋入式無(wú)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。對(duì)于在客運(yùn)專線或高速鐵路的橋上應(yīng)用來(lái)說(shuō)，無(wú)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(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)整體剛度大的缺陷。

2 制造和施工

2.1 長(zhǎng)枕埋入式無(wú)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，軌道幾何尺寸和絕對(duì)幾何位置易于實(shí)現(xiàn)，由于其施工工藝簡(jiǎn)單，使得其工程質(zhì)量也易于控制；

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；

在橋上鋪設(shè)時(shí)，與梁縫的配合上比較靈活；

在曲線地段施工時(shí)，線路的超高順坡、曲線園順度等易于控制。但施工過(guò)程中需要工具軌(新鋼軌)作為控制線路標(biāo)高的基準(zhǔn)；

現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工量較大，受混凝土令期的影響，其施工進(jìn)度相對(duì)較慢；

在需要特殊減振及過(guò)渡段區(qū)域，長(zhǎng)枕埋入式無(wú)碴軌道由于混凝土底座中央兩端設(shè)置限位凹槽，在底座與道床板之間彈性層的設(shè)計(jì)與施工方面都相對(duì)要困難一些。

2.2 板式軌道結(jié)構(gòu)

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,將人為控制因素減至最少，施工進(jìn)度較快;道床外表美觀。由于其采用“由下至上”的施工方法，施工過(guò)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(wú)縫線路提供了平順的工作面，但由于在秦沈線施工中，未能形成一合理的測(cè)量控制體系，實(shí)際施工中仍采用了工具軌，使其絕對(duì)幾何位置不易實(shí)現(xiàn)，此方面和國(guó)外有一定差距;在特殊減振及過(guò)渡段區(qū)域，通過(guò)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(wú)碴軌道的減振要求;軌道狀態(tài)整理過(guò)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)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;目前而言，因其技術(shù)含量較高，工藝復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)工程耐久性能不易保障;板式軌道的制造、運(yùn)輸和施工設(shè)備和機(jī)具的專業(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)輸和灌注; 軌道狀態(tài)整理過(guò)程中的充填式墊板樹(shù)脂灌注等。

3 線路維修

參照國(guó)外同類無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的使用情況，長(zhǎng)枕埋入式無(wú)碴軌道的維修工作主要體現(xiàn)在扣件螺栓的涂油工作，而板式軌道的維修除扣件螺栓的涂油作業(yè)外，從日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。因此日本鐵路除相應(yīng)開(kāi)發(fā)出了修補(bǔ)用的樹(shù)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(shù)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，以灌注袋的形式取代初期的設(shè)模板的直接灌注，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(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)少維修的設(shè)計(jì)初衷。從特殊情況下無(wú)碴軌道損壞時(shí)的可修復(fù)性看，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(wú)碴軌道的支承塊與混凝土道床之間是隔開(kāi)的，其可修復(fù)性較強(qiáng)。而長(zhǎng)枕埋入式無(wú)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(kāi)，但相比而言，其可修復(fù)性較差。

從可靠度、使用壽命、安全性來(lái)說(shuō)，無(wú)渣軌道優(yōu)于有渣軌道，但從降低噪音和節(jié)省初次投資而言，有渣軌道優(yōu)于無(wú)渣軌道。無(wú)碴軌道由于其保持軌道幾何形狀能力強(qiáng)、軌道平順性高、使用壽命長(zhǎng)及養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用低等顯著的優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越多地在世界高速鐵路中得到運(yùn)用。日本、德國(guó)二十世紀(jì)90年代后期修建的高速鐵路以及臺(tái)灣高速鐵路無(wú)碴軌道比例接近100%,法國(guó)也在地中海線2km隧道內(nèi)進(jìn)行了無(wú)碴軌道試驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)碴軌道的研究始于20世紀(jì)60 年代，與國(guó)外的研究幾乎同時(shí)起步。1995年以后，隨著京滬高速鐵路可行性研究的進(jìn)程，無(wú)碴軌道在我國(guó)重新得以關(guān)注。到了1999年，在鐵道部科技開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“秦沈客運(yùn)專線橋上無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)、施工技術(shù)條件的研究與編制”的有力推動(dòng)下，秦沈客運(yùn)專線選定了三座高架橋作為無(wú)碴軌道的試鋪段。除在秦沈客運(yùn)專線得到應(yīng)用外，目前在一些隧道內(nèi)試鋪了長(zhǎng)枕埋入式和板式軌道。

4 無(wú)碴軌道的優(yōu)點(diǎn)

簡(jiǎn)單、透明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；完美的軌道定位；交叉軌枕的使用確保了軌矩和軌道的幾何精確度；軌道盤(pán)采用摩擦鎖定式固定裝置；由于熱量可以充分進(jìn)入軌道跨距，因此可以消除軌道構(gòu)架的澆注不足現(xiàn)象；采用優(yōu)化的軌道系統(tǒng),設(shè)計(jì)具有出色的粘合質(zhì)量,可進(jìn)行整體式施工；使用預(yù)組裝部件確保軌道的彈性；軌道的彈性支撐或持續(xù)支撐；去除軌距連接桿；安全性極高、使用壽命長(zhǎng)；符合電絕緣要求；具有“邊建設(shè)邊投入使用”的能力

另外，與其他型號(hào)軌道相比，這種軌道與植物的組合應(yīng)用，可以產(chǎn)生出色的視覺(jué)效果。軌道表面的植物可降低噪音分貝，使維護(hù)費(fèi)用最小化。軌道上的草皮本身就能消除噪音。在防振和結(jié)構(gòu)噪音傳播方面有嚴(yán)格規(guī)定的城市中，使用“綠色軌道”不失為一種成本效益極佳的方式。