长(沙)昆(明)客运专线轨道结构设计综述

伍卫凡

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津　300142)



长(沙)昆(明)客运专线轨道结构设计综述

伍卫凡

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)

摘要：系统总结长昆客运专线无砟轨道结构设计技术,主要包括CRTSⅠ型双块式无砟轨道、CRTSⅡ型板式无砟轨道、过渡段轨道设计、钢轨伸缩调节器设置等,结合长昆客运专线项目的特点,对其轨道系统设计中的难点和重点进行介绍。无砟轨道结构形式应根据线下工程类型合理确定,集中成段铺设。山区铁路宜采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道,为减少温度调节器的设置,大跨度连续梁地段可采用CRTSⅡ型板式无砟轨道,特殊大跨度桥梁地段宜设置钢轨伸缩调节器,无砟轨道路基与桥梁过渡地段应设置过渡措施。

关键词：长昆客运专线；无砟轨道；过渡段；钢轨伸缩调节器；设计

1工程概况

长沙至昆明铁路客运专线是我国“中长期铁路网规划”(2008年调整)“四纵四横”客运专线网中沪昆客专的重要组成部分。长沙至昆明铁路客运专线长沙至玉屏段，线路自长沙南站南端引出，至湘黔界，正线长度413.939 km。

正线轨道按一次铺设跨区间无缝线路设计。客运专线正线采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统；为减少温度调节器的设置，部分设置大跨度连续梁的桥梁区段采用CRTSⅡ型板式无砟轨道系统；与正线相邻的到发线采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道。

铺设CRTSI型双块式无砟轨道的正线岔区范围内采用轨枕埋入式道岔，铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的正线岔区范围采用板式道岔[1]，正线岔区除邵阳北站采用板式道岔外，其余正线岔区采用轨枕埋入式道岔。跟正线相邻的到发线岔区范围采用轨枕埋入式道岔。

2无砟轨道结构设计

2.1　CRTSⅠ型双块式无砟轨道

2.1.1桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道

(1)结构组成

桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、隔离层、底座及凹槽周围弹性垫层等组成。

(2)主要技术要求

①轨道结构高度为725 mm，曲线超高在无砟轨道底座上设置。

②道床板、底座沿线路纵向在梁面上分块构筑，分块长度为5.0～7.0 m，相邻道床板及底座的间隔缝为100 mm。

③道床板宽度为2800 mm，厚度为260 mm。底座宽度为2800 mm，直线地段靠近线路中心线侧轨下厚度为210 mm。

④道床板及底座采用C40混凝土现场浇筑。

⑤底座顶面设置土工布隔离层，道床板设凸台与底座凹槽配合限位。

⑥底座直接浇筑在梁面上，底座通过梁体预埋套筒植筋与桥梁连接。

2.1.2路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道

(1)结构组成

路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、支承层等部分组成。

(2)主要技术要求

①轨道结构高度为815 mm，曲线超高在基床表层上设置。

②道床板为纵向连续的混凝土结构，在支承层上构筑。道床板宽度为2 800 mm，厚度为260 mm。

③支承层顶面宽度约为3 200 mm，底面宽度为3 400 mm，厚度为300 mm，沿线路纵向，每隔2～5 m设一横向预裂缝。

④路基长度≥30 m时，连续道床板的两端分别设置2个C40钢筋混凝土端梁，端梁与道床板浇筑为一整体。

⑤在路基上连续道床板的起终点至距端部第2个端梁向道床板中部方向20 m范围内，道床板下设置钢筋混凝土底座，其他地段道床板下设置支承层结构。

⑥线间排水

直线地段两线之间设C25混凝土封层，其上设2%的人字坡，将水排到线路两侧的排水设施内。曲线地段采用线间设集水井方式进行排水。

2.1.3隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道

(1)结构组成

隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板等部分组成。

(2)主要技术要求

①隧道内轨道结构高度为515 mm，曲线超高在无砟轨道道床板上设置。

②道床板为纵向连续的混凝土结构，直接在隧道仰拱回填层或钢筋混凝土底板上构筑。道床板宽度为2 800 mm，厚度为260 mm。隧道施工缝处的道床板采用不断开设计，沉降缝处采用断开设计。

③隧道进出口距连续浇筑道床板端部25 m范围内，道床板与隧道仰拱回填层或钢筋混凝土底板间采用连接钢筋进行锚固。

2.2　CRTSⅡ型板式无砟轨道

2.2.1结构组成

(1)桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层、纵连底座板、滑动层、侧向挡块等部分组成。一般情况下，每孔梁固定支座上方设置剪力齿槽，梁缝处设置高强度挤塑板，台后路基上设置摩擦板、端刺及过渡板等结构。

直线地段轨道结构高度为679 mm；曲线超高在无砟轨道底座板上设置，超高为175 mm圆曲线地段，轨道结构高度为751 mm。

(2)路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道

路基地段CRTSⅡ型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及支承层等部分组成。

轨道结构高度为779 mm，曲线超高在路基基床上设置。

(3)隧道内CRTSⅡ型板式无砟轨道

隧道内CRTSⅡ型板式无砟轨道主要由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层及支承层等部分组成。

轨道结构高度为779 mm，曲线超高在隧道相关结构上设置。

2.2.2形式尺寸及技术要求

(1)轨道板

①轨道板宽度为2 550 mm，厚度为200 mm，标准轨道板长度为6 450 mm；

②轨道板采用C55混凝土工厂预制，并采用数控磨床打磨。

(2)砂浆调整层

砂浆调整层设计厚度为30 mm。

(3)底座板

底座宽度为2 950 mm，直线地段平均厚度为200 mm，全桥纵向连续铺设，通过剪力齿槽实现与桥梁的固结连接和力的传递。

底座板采用HRB500级钢筋和C30混凝土现场浇筑。

(4)台后锚固结构

图1　标准“摩擦板+倒T形端刺”结构纵剖面示意(单位：mm)

图2　隧道内摩擦板、端刺结构纵剖面示意(单位：mm)

一般路基地段采用标准“摩擦板+倒T形端刺”结构。桥隧相连或桥隧间路基较短地段采用在隧道内设置端刺结构。两桥间路基较短且长度在150 m以内时，采用在两桥间的路基上只设置摩擦板，摩擦板中部设小端刺。在摩擦板上将桥上底座板拉通，底座板与摩擦板间设置2层土工布。如图1、图2所示。

(5)侧向挡块

侧向挡块整体为倒“L”形结构。侧向挡块采用HRB400钢筋，C35混凝土现场浇筑，侧向挡块与下部结构间通过连接钢筋和齿槽进行固定，与底座板间通过限位板传力。

(6)滑动层

滑动层由两层土工布和一层滑动膜组成。

(7)高强度挤塑板

高强度挤塑板设置在梁缝处和过渡板下，宽度为0.50～0.60 m。

2.3　岔区轨枕埋入式无砟轨道

2.3.1桥上岔区轨枕埋入式无砟轨道

(1)结构组成

桥上岔区轨枕埋入式无砟轨道由道岔钢轨件、配套扣件、岔枕、道床板、分隔层、弹性垫板和底座等部分组成，结构高度为860 mm。

(2)主要技术要求

①道床板

道床板采用C40混凝土现场浇筑。桥上轨枕埋入式无砟轨道道床板构筑于底座上，中间设置分隔层，并通过底座的纵、横向限位凹槽限位。

②底座

底座混凝土强度等级为C40，采用现场浇筑方式进行施工。轨枕埋入式道床板与底座间设置“两布一膜”分隔层，底座顶面设置纵横向限位凹槽，限位凹槽四周安装弹性垫板。

2.3.2路基上岔区轨枕埋入式无砟轨道

(1)结构组成

路基上岔区轨枕埋入式无砟轨道由道岔钢轨件、配套扣件、岔枕、道床板和底座等部分组成，结构高度为954 mm。

(2)主要技术要求

①道床板

采用C40混凝土现场浇筑，采用HRB400级钢筋。

②底座

底座混凝土强度等级为C30，采用现场浇筑方式进行施工。

2.3.3隧道内岔区轨枕埋入式无砟轨道

(1)结构组成

岔区轨枕埋入式无砟轨道由道岔钢轨件、配套扣件、岔枕、道床板等部分组成，结构高度为654 mm。

(2)主要技术要求

采用C40混凝土现场浇筑，采用HRB400级钢筋。

2.4　路基地段岔区板式无砟轨道

路基地段岔区板式无砟轨道结构主要由道岔部件、预制道岔板、底座及找平层等部分组成，道岔板与底座间设置剪力筋，轨道结构高度为779 mm。

2.5　过渡段设计

2.5.1CRTSⅠ型双块式无砟轨道地段路基与桥梁过渡

一般地段桥台上轨道结构采用整体道床结构，台后设钢筋混凝土搭板，桥台与搭板过渡点处设置高强度挤塑板。搭板下表面与桥台接触位置铺设土工布。

2.5.2有砟轨道与无砟轨道过渡

(1)混凝土支承层

路基地段混凝土支承层从无砟轨道末端向有砟轨道延伸8～10 m，混凝土支承层厚30 cm。

(2)道砟粘结

无砟轨道末端向有砟轨道方向的道砟分3段粘结，第一段：全部粘结；第二段：轨枕下道砟和肩砟粘结；第三段：轨枕下道砟粘结。

(3)辅助轨

一般情况选用25 m标准轨做辅助轨，其中，5 m设置在无砟轨道上，20 m设置在有砟轨道上。

3轨道关键技术

3.1　无砟轨道路基与桥梁过渡技术

由于桥台与路基间差异沉降的存在[1-5]，若采用轨道结构跨越桥台与路基设计时，通过计算分析，轨道结构受力较大，在列车荷载的长期作用下有可能影响轨道结构的安全性。因此，轨道结构在路基与桥梁过渡处采用断开设计，同时为了保证轨道结构的整体性，桥台上采用整体道床结构。为了降低差异沉降对轨道不平顺的影响，在台后设置钢筋混凝土搭板结构。

3.2　大跨梁上采用CRTSⅡ型板式无砟轨道技术

对于长昆客专涟水特大桥(60+3×100+60) m连续梁、洪田特大桥(45+3×75+45) m连续梁、资江特大桥(60+3×100+60) m连续梁，若采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构，根据桥上无缝线路铺设技术条件[6-10]，需设置钢轨伸缩调节器；但设置钢轨伸缩调节器，将增加工务部门养护维修工作量及影响行车的舒适度，故应减少钢轨伸缩调节器的设置；为避免钢轨伸缩调节器的设置，该范围内轨道采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。

3.3　湘江特大桥上曲线上设置钢轨伸缩调节器技术

湘江特大桥(75+3×135+75) m连续刚构梁位于平曲线地段，温度跨度较大，全桥若采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构，如不设置钢轨伸缩调节器，钢轨强度及稳定性无法通过检算。且目前部分已开通的线路大跨梁梁端出现了钢轨碎弯、混凝土结构破损、胶垫窜出等病害。

全桥若采用CRTSⅡ型板式无砟轨道，轨道结构配筋较大，且通过对纵连底座板刚度折减本构关系的研究及试验证明：钢筋混凝土底座刚度折减本构关系与技术转让资料存在一定区别，且在卸载时开裂后的钢筋混凝土试件具有明显的残余应变。通过对国内钢轨伸缩调节器使用现状进行调研[11，12]，根据试验研究及我国高速铁路轨道建设实践经验，该地段不推荐采用CRTSⅡ型板式无砟轨道。

《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)规定“9.7.1桥梁、线路和轨道之间应进行系统设计，减小钢轨伸缩调节器的设置。平面曲线和竖曲线地段应避免设置钢轨伸缩调节器”[13]。考虑到目前无砟轨道无缝线路稳定性研究不足，结合已开通项目运营经验，为避免出现钢轨碎弯、无砟轨道结构破损、扣件垫板窜动等病害，保证线路安全运营，在该工点采用设置钢轨伸缩调节器轨道结构。

3.4　隧道内设置端刺技术

一般情况下，桥后为较长段的非硬质岩石路基，这时就可按标准设计来设置摩擦板及倒T形锚固结构。随着CRTSⅡ型板式无砟轨道的广泛应用，由于线路条件的复杂性及限制性，在锚固结构设计中遇到的特殊工况越来越多，如桥后为短路基、桥台后路基为硬质岩石路堑、桥隧相连等情况，甚至出现需在桥上设置锚固结构的情况，这时就无法根据一般情况在桥后路基段设置标准锚固结构和摩擦板，需要进行特殊设计研究[14-16]。对于桥隧相连或桥隧之间设置短路基的情况，采用隧道内设置锚固结构的方案：从隧道口往里轨道分别由底座+垫层普通段、锚固结构区段、锚固结构后区段、过渡板区段、混凝土支承层区段组成。锚固结构区段采用底座和仰拱之间大面积植筋方案或锚固结构和仰拱结合并采用植筋方式与隧道承载衬砌形成传力连接的方案。

4结论

长昆客专长沙至怀化段已开通运营，从联调联试动态测试结果及客车的实际运营情况来开，轨道结构提供了高平顺性、高稳定性的基础，为行车的舒适性和安全性提供了可靠的保证。通过系统总结长昆客专无砟轨道结构设计技术，为其他工程中类似问题提供一定的参考依据。

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Design Summary of Track Structure of Changsha-Kunming Dedicated Passenger LineWU Wei-fan

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

Abstract：This paper summarizes the design of ballastless track structure of Changsha-Kunming dedicated passenger line, including CRTSⅠ double block ballastless track, CRTSⅡ type slab track, transition section and the arrangement of rail expansion joint. With reference to the characteristics of Changsha-Kunming dedicated passenger line, the difficulties and key issues in the design of rail system are introduced to provide references for other similar projects. The form of ballastless track structure should be reasonably determined according to the types of substructure works and the track laying should be conducted in full sections. Railway lines in mountainous areas should adopt CRTSI double block ballastless track in order to reduce the quantity of rail temperature regulator. Large-span continuous beam sections may adopt CRTSⅡSlab track, and extra-long-span bridges should be provided with rail expansion joint. The ballastless track subgrade and transition section shall employ transitional measures.

Key words：Changsha-Kunming dedicated passenger line; Ballastless track; Transition section; Rail expansion joint; Design

中图分类号：U238； U213.2+44

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.002

文章编号：1004-2954(2016)02-0007-04

作者简介：伍卫凡(1972—)，男，高级工程师，1994年毕业于西南交通大学铁道工程专业，E-mail：729592327@qq.com。

收稿日期：2015-10-27； 修回日期：2015-11-13