浅谈无碴轨道技术性能与施工工艺

石岱君

摘要：无碴轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点，对于高速铁路较传统的有碴轨道有更好的适应性。本章主要介绍了无碴轨道系统结构及施工工艺。

关键词：无碴轨道；系统结构；施工工艺

无碴轨道是一种少维修的轨道结构，它利用成型的组合材料代替道碴，将轮轨力分布并传递到路基基础上。无碴轨道按照结构可以分为整体结构式和直接支承式。路基上的无碴轨道一般由基础防冻层、支承层、承载层、防排水系统、轨道扣件系统，以及其他附属设施共同构成。而桥梁和隧道中的无碴轨道的系统构成具有不同的特点，本章主要介绍了无碴轨道系统结构及期施工工艺。

1 结构整体性能

无碴轨道从诞生、发展、到目前为止，其结构型式种类繁多，技术上也各有特点。长枕埋入式和板式轨道两种结构均具有无碴轨道所具有的线路稳定性、刚度均匀性好、线路平顺性、耐久性高的突出优点，并可显著减少线路的维修工作量。从轨道结构每延米重量看，无碴轨道均要小于有碴轨道，而相对而言，板式轨道结构高度低，道床宽度小，重量最轻，这样在桥上铺设时可降低桥梁的二期恒载，在隧道内应用时可减小隧道的开挖断面，因此有可能降低桥梁、隧道结构的总造价;长枕埋入式无碴轨道受预制轨枕长度的限制，道床宽度要大于板式轨道，每延米重量较大。从“高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究”项目的室内落轴冲击的试验结果看，长枕埋入式无碴轨道结构的整体刚度要稍大于设置CA砂浆调整层的普通型板式轨道。对于在客运专线或高速铁路的桥上应用来说，无碴轨道结构具有的高平顺性、刚度均匀性，以及桥梁的挠曲变形在一定程度上可弥补无碴轨道结构整体刚度大的缺陷。

2 制造和施工

2.1 长枕埋入式无碴轨道

采用我国较成熟的“钢轨支撑架”法“由上至下”进行施工，轨道几何尺寸和绝对几何位置易于实现，由于其施工工艺简单，使得其工程质量也易于控制；

道床结构中除横向穿孔轨枕、混凝土支承块需要工厂预制外，其余混凝土均为现场浇筑，道床表面宜设置横向排水坡；

在桥上铺设时，与梁缝的配合上比较灵活；

在曲线地段施工时，线路的超高顺坡、曲线园顺度等易于控制。但施工过程中需要工具轨(新钢轨)作为控制线路标高的基准；

现场混凝土的施工量较大，受混凝土令期的影响，其施工进度相对较慢；

在需要特殊减振及过渡段区域，长枕埋入式无碴轨道由于混凝土底座中央两端设置限位凹槽，在底座与道床板之间弹性层的设计与施工方面都相对要困难一些。

2.2 板式轨道结构

轨道板(RC或PRC)为工厂预制，其质量容易控制，现场混凝土施工量少，施工的机械化程度高,将人为控制因素减至最少，施工进度较快;道床外表美观。由于其采用“由下至上”的施工方法，施工过程中不需工具轨，施工结束后，承轨面高低、水平误差小，为一次铺设跨区间无缝线路提供了平顺的工作面，但由于在秦沈线施工中，未能形成一合理的测量控制体系，实际施工中仍采用了工具轨，使其绝对几何位置不易实现，此方面和国外有一定差距;在特殊减振及过渡段区域，通过在预制轨道板底粘贴弹性橡胶垫层，易于实现下部基础对无碴轨道的减振要求;轨道状态整理过程中充填式垫板的应用，使钢轨支点的支承均匀性得到保证;在桥上铺设时，受桥梁不同跨度的影响，需要不同长度的轨道板配合使用;曲线地段铺设时，线路超高顺坡曲线矢度的实现对扣件系统调整要求较高;板式轨道结构中CA砂浆调整层的施工质量要求高，其质量的好坏直接影响轨道的耐久性;目前而言，因其技术含量较高，工艺复杂，现场施工时工程耐久性能不易保障;板式轨道的制造、运输和施工设备和机具的专业性较强，包括:轨道板的制造、运输、吊装、铺设CA砂浆的现场搅拌、试验、运输和灌注; 轨道状态整理过程中的充填式垫板树脂灌注等。

3 线路维修

参照国外同类无碴轨道结构的使用情况，长枕埋入式无碴轨道的维修工作主要体现在扣件螺栓的涂油工作，而板式轨道的维修除扣件螺栓的涂油作业外，从日本铁路板式轨道初期的运营经验看，由于板式轨道水泥沥青(CA) 砂浆调整层的存在，其受自然环境因素的影响较大，在凸形挡台周围及轨道板底边缘的CA 砂浆存在破损现象，特别是在线路纵向力较大的伸缩调节器附近。因此日本铁路除相应开发出了修补用的树脂砂浆外，在设计方面，用强度高、弹性和耐久性好的合成树脂材料替代凸形挡台周围的CA砂浆。对于轨道板底的CA 砂浆调整层，以灌注袋的形式取代初期的设模板的直接灌注，不仅节省了施工用模板的投入，而且减少CA砂浆层的环境暴露面，从而显著提高了板式轨道结构的耐久性,以实现无碴轨道结构少维修的设计初衷。从特殊情况下无碴轨道损坏时的可修复性看，由于板式轨道的轨道板与下部基础之间、弹性支承块式无碴轨道的支承块与混凝土道床之间是隔开的，其可修复性较强。而长枕埋入式无碴轨道的穿孔轨枕与混凝土道床板浇筑成一体，尽管有隔离层将道床板与下部基础隔开，但相比而言，其可修复性较差。

从可靠度、使用寿命、安全性来说，无渣轨道优于有渣轨道，但从降低噪音和节省初次投资而言，有渣轨道优于无渣轨道。无碴轨道由于其保持轨道几何形状能力强、轨道平顺性高、使用寿命长及养护维修费用低等显著的优点，正越来越多地在世界高速铁路中得到运用。日本、德国二十世纪90年代后期修建的高速铁路以及台湾高速铁路无碴轨道比例接近100%,法国也在地中海线2km隧道内进行了无碴轨道试验。

国内对无碴轨道的研究始于20世纪60 年代，与国外的研究几乎同时起步。1995年以后，随着京沪高速铁路可行性研究的进程，无碴轨道在我国重新得以关注。到了1999年，在铁道部科技开发计划项目“秦沈客运专线桥上无碴轨道设计、施工技术条件的研究与编制”的有力推动下，秦沈客运专线选定了三座高架桥作为无碴轨道的试铺段。除在秦沈客运专线得到应用外，目前在一些隧道内试铺了长枕埋入式和板式轨道。

4 无碴轨道的优点

简单、透明的系统结构；完美的轨道定位；交叉轨枕的使用确保了轨矩和轨道的几何精确度；轨道盘采用摩擦锁定式固定装置；由于热量可以充分进入轨道跨距，因此可以消除轨道构架的浇注不足现象；采用优化的轨道系统,设计具有出色的粘合质量,可进行整体式施工；使用预组装部件确保轨道的弹性；轨道的弹性支撑或持续支撑；去除轨距连接杆；安全性极高、使用寿命长；符合电绝缘要求；具有“边建设边投入使用”的能力

另外，与其他型号轨道相比，这种轨道与植物的组合应用，可以产生出色的视觉效果。轨道表面的植物可降低噪音分贝，使维护费用最小化。轨道上的草皮本身就能消除噪音。在防振和结构噪音传播方面有严格规定的城市中，使用“绿色轨道”不失为一种成本效益极佳的方式。