欧洲与中国混凝土轨枕标准对比研究

尤瑞林

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）

欧洲与中国混凝土轨枕标准对比研究

尤瑞林

（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）

ISO（国际标准化组织）下属的TC269（轨道交通领域技术委员会）正在开展铁路行业国际标准编制研究工作，混凝土轨枕国际标准是其中的一项重要研究内容。中国是TC269的成员国，将参与混凝土轨枕国际标准的制定。本文从标准体系划分、设计荷载计算方法、强度试验方法、型式尺寸控制、原材料、生产工艺要求等方面对比研究了欧洲与中国混凝土轨枕标准之间的异同。对比发现，欧洲和中国混凝土轨枕标准不仅在体系的划分上不同，而且具体内容在上述几个主要方面均存在不同程度的差异。因此建议中国在参与混凝土轨枕国际标准的编制过程中，系统开展相关研究和试验工作，为中国混凝土轨枕标准与世界接轨提供有力支撑。

混凝土轨枕；欧洲标准；中国标准；对比研究

1　概述

轨枕是轨道结构的关键部件，轨枕按其材质分为木枕、混凝土枕、钢枕和复合材料轨枕等，其中混凝土轨枕在世界范围内应用最广泛［1-4］。目前，世界上铁路发展水平较高的国家和地区均制定了各自的混凝土轨枕标准。欧洲混凝土轨枕执行《铁路应用-轨道-混凝土轨枕和岔枕》（EN 13230）系列标准。中国也已发布了多项混凝土轨枕的铁道行业标准，包括：《混凝土枕》、《高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕》和《高速铁路有砟轨道预应力混凝土桥枕》等。近期中国完成了国家标准《有砟轨道轨枕混凝土枕》报批稿编制，很快将会发布实施。

随着全球化的发展，为实现世界范围内铁路的互联互通，ISO（国际标准化组织）正在推进铁路行业国际标准的编制工作，TC269是ISO在轨道交通领域新设立的技术委员会，旨在编制轨道交通领域的国际通用技术标准，中国是该委员会的成员国。TC269下属的基础设施分委员会（SC1）已经成立了“混凝土轨枕工作组”，开展混凝土轨枕的国际标准编制工作。未来“混凝土轨枕工作组”将参考EN 13230系列标准，同时兼顾世界各个国家和地区轨枕标准的实际情况来编制混凝土轨枕的国际标准。

在此背景下，积极开展中国混凝土轨枕标准与欧洲标准对比研究，将有利于推动中国铁路标准与国际标准接轨。

2　欧洲与中国混凝土轨枕标准对比

2.1混凝土标准体系划分

2.1.1欧洲标准体系

《铁路应用-轨道-混凝土轨枕和岔枕》（EN 13230）系列标准由欧洲标准委员会（CEN）发布，在欧洲地区33个成员国内执行，具有英语、法语和德语3个官方语言版本［5-9］。EN 13230系列标准按照一般要求及不同类型轨枕的特殊要求划分为5个部分：①一般要求；②整体式预应力混凝土轨枕；③双块式混凝土轨枕；④预应力混凝土岔枕；⑤特殊部件（包括桥枕、无砟轨道用轨枕、双轨距轨枕、电务枕等）。

2.1.2中国标准体系

中国铁路标准中轨枕分为国家标准、铁路行业标准、企业标准等不同级别的标准，目前以铁路行业标准为主。中国现行混凝土轨枕铁道行业标准［10-16］主要包括：①预应力混凝土枕静载抗裂试验方法（TB/T 1879）；②预应力混凝土枕疲劳试验方法（TB/T 1878）；③混凝土枕（TB/T 2190）；④有砟轨道预应力混凝土宽枕（TB/T 3298）；⑤高速铁路有砟轨道预应力混凝土桥枕（TB/T 3299）；⑥高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕（TB/T 3300）；⑦有砟轨道混凝土岔枕（TB/T 3080）。

其中前2项标准规定了中国铁路混凝土轨枕力学性能试验方法，包括静载及疲劳试验。其他标准规定了不同运营条件下混凝土轨枕、岔枕及桥枕等不同类型轨枕的原材料、生产工艺、检验规则等具体技术要求。2016年4月，中国完成了《有砟轨道轨枕混凝土枕》国家标准的报批稿，未来中国铁路各类混凝土轨枕的标准将趋于统一。

2.1.3对比分析

对比欧洲标准体系与中国铁路行业混凝土轨枕标准体系可以看出：

1）欧洲标准体系与中国混凝土轨枕标准体系划分的依据不同，欧洲混凝土轨枕标准体系是按照一般要求和具体类型轨枕的特殊要求编制，中国混凝土轨枕标准体系则是按照线路速度及轨枕类型等因素进行划分。

2）欧洲标准体系对轨枕类型的划分较为粗犷，但涵盖面较广，利于将不同类型轨枕的技术指标统一管理。中国混凝土轨枕标准划分较为细致，便于生产厂家针对定型的轨枕进行生产质量控制，但不同轨枕标准之间存在内容重复和指标不统一的情况，未来中国混凝土轨枕国家标准发布实施后可解决这一问题。

2.2轨枕设计荷载计算方法

2.2.1欧洲方法

目前欧洲混凝土轨枕设计荷载是按照《整体式混凝土轨枕设计方法》（UIC 713 R）中规定的方法计算得到的，UIC 713 R中规定混凝土轨枕设计枕上垂直动压力通过下式计算［17］。

式中：Q0为列车的静轴重，kN；γv为正常使用状态由于轨道结构以及车辆不平顺引起的动态荷载增量，推荐列车速度V＜200 km/h时取0.50，V＞200 km/h时取0.75；γp为扣件系统的弹性对枕上动压力冲击衰减的系数，配套低衰减扣件时取1.0，配套中等衰减扣件时取0.89，配套高衰减扣件时取0.78；γd为列车轮载在轨枕间的分配系数，推荐取0.5；γr为由于支承的缺陷导致轨枕在道床内支承反力变化的影响系数，推荐取1.35。

2.2.2中国方法

中国混凝土轨枕设计时，枕上垂直动压力采用下式计算［18-19］。

式中：Rd为轨枕枕上垂直动压力，kN；P0为静轮重，kN，为设计轴重的1/2；α为综合动载系数，高速铁路取2.0、重载铁路取1.5、其他取1.0；γ为轮重分配系数，可根据钢轨类型、钢轨支座刚度及轨枕间距取值，典型工况取0.48。

2.2.3对比分析

对比欧洲与中国轨枕设计荷载计算方法可以看出：

1）欧洲轨枕设计时，枕上动压力考虑的因素较多，而且每种影响因素均以影响系数的形式在计算公式中体现；中国轨枕设计时，枕上动压力计算是以综合动载系数来统一考虑不同因素的影响，因此计算公式较为简洁。

2）欧洲轨枕设计过程中除了考虑基本荷载弯矩外，还通过考虑附加冲击系数的方式，确定轨枕异常荷载弯矩以及意外事故冲击导致的荷载弯矩。这两个弯矩值也是欧洲标准中轨枕强度测试的重要指标。中国轨枕设计计算时，主要以设计荷载弯矩作为轨枕强度的控制条件。

另外，欧洲轨枕设计时所采用的支承反力图式与中国相似，但计算轨下截面荷载弯矩时，欧洲标准中是以轨枕中性轴作为计算基准，而中国轨枕设计时将轨枕看作梁来直接计算。

2.3轨枕强度试验方法

2.3.1欧洲标准

欧洲EN 13230标准中规定了轨枕静载、动载和疲劳弯曲的试验方法，其中动载试验在世界其他国家铁路标准中均不要求，而且欧洲标准所规定的静载、动载和疲劳弯曲试验的步骤也较为复杂。以下以轨下截面正弯矩的试验方法为例，对比欧洲标准与中国混凝土轨枕标准中强度试验方法之间的差异。

EN 13230规定的轨下截面正弯矩试验布置见图1。图中Fr为轨下截面试验加载值，Lr为枕端至加载中线的距离，Lp为支承点之间的距离，Lr与Lp之间的关系由给定的公式确定。轨下截面正弯矩静载、动载及疲劳试验程序分别见图2至图4。图中Fr0为轨下截面初始的试验荷载，Frr为轨下截面底部产生第一条裂缝时的试验荷载，Fr0.05为卸载后在轨下截面底部残余裂缝宽度0.05 mm时的试验荷载，FrB为轨下截面破坏时的试验荷载，Fru为轨下截面疲劳试验的最低荷载，k1d为用于计算Fr0.05试验荷载的动态系数，k2d为用于计算FrB试验荷载的动态系数。

图1　轨下截面正弯矩试验支承图式

2.3.2中国标准

中国标准中规定的轨枕强度试验方法相对简便，根据标准给定的支承条件，按照不同类型轨枕设计指定的检验荷载值，直接缓慢加载即可，无繁琐的加载程序。图5为轨下截面正弯矩试验的支承图式（静载和疲劳试验的支承图式相同）。

2.3.3对比分析

通过以上对比可以看出：欧洲和中国混凝土轨枕标准中强度试验方法差异较大，欧洲标准规定的试验程序相对较为复杂，而且额外增加了动载试验的要求。另外，不仅强度试验的具体方法有所区别，而且欧洲和中国混凝土轨枕标准规定的强度试验过程中检验荷载值的计算方法也有所不同，这也是轨枕强度检验结果的重要影响因素。

2.4轨枕型式尺寸控制

2.4.1欧洲标准

欧洲和中国混凝土轨枕标准中对于各类轨枕型式尺寸的检验项目有一定差异，具体项目极限偏差取值也有所不同。表1是欧洲标准中规定的型式尺寸极限偏差要求。

图2　轨下截面正弯矩静载试验程序（设计认可检验用）

图3　轨下截面动载试验程序

图4　轨下截面疲劳试验程序

图5　轨下截面正弯矩试验的支承图式（单位：mm）

表1　欧洲标准中对轨枕型式尺寸偏差要求

欧洲混凝土轨枕标准中对外观质量要求如下：①轨枕上表面和其他表面外观应一致；②在任何表面允许存在随机分布的气孔；③用于有砟轨道的轨枕，底面应粗糙且均匀分布；④应特别注意，对于承轨面位置不允许出现大的孔洞，所有外观质量的最低要求需买方和供应商均同意，并且应出具样品或者是照片；⑤如果轨枕制造过程的工艺细则中已经有详尽的步骤说明，在不影响轨枕力学性能的前提下，轨枕脱模后可以进行局部修补工作。

2.4.2中国标准

表2是中国混凝土轨枕标准中规定的型式尺寸偏差及外观质量要求。

表2　中国标准中对轨枕型式尺寸偏差及外观质量的要求

2.4.3对比分析

通过以上对比可以看出：①欧洲和中国混凝土轨枕标准中对轨枕的外形尺寸偏差要求和外观质量要求有所不同。相对而言，中国标准规定的检验项目较为具体，而且大部分指标的限值更为严格，尤其是对外观质量的要求。②对于关键的项目欧洲和中国混凝土轨枕标准中均提出了一定的要求，但由于各自国家和地区的具体情况不同，规定的数值不统一，这可在后期国际标准的制定过程中共同讨论研究。

2.5原材料性能要求

欧洲和中国混凝土轨枕标准中对原材料性能的要求对比于表3。

表3　欧洲和中国轨枕标准中对原材料性能的要求对比

表4　欧洲和中国轨枕标准中对轨枕生产工艺的要求对比

由表3可以看出：

1）欧洲和中国混凝土轨枕标准中对轨枕的原材料性能均有相关规定，但具体指标有一定差异，原材料的性能主要是根据各国的工程实践经验，满足各国混凝土材料方面的标准。对于原材料关键项目欧洲和中国混凝土轨枕标准中均提出了一定的要求，但规定的数值并不完全统一，这也可在后期国际标准的制定过程中共同讨论研究。

2）总体而言，中国铁路混凝土轨枕标准中对原材料性能的要求相对较严，如三氧化硫含量不应大于3.0%（欧洲标准规定最大含量为4.0%）、骨料碱活性检验至少每年检验1次（欧洲标准规定为至少每2年检验1次）、细骨料采用天然中粗河砂、强度等级不应低于C60（欧洲标准规定为不低于C45/C55）等。另外在混凝土的耐久性指标中，中国标准中相对于欧洲标准增加了氯离子含量、三氧化硫含量、电通量以及氯盐环境下使用的轨枕的氯离子扩散系数等规定。

3）欧洲标准相对于中国标准增加了混凝土吸水性试验和细骨料的耐磨性试验要求，这两项试验在中国轨枕标准中没有要求。

2.6生产工艺要求

欧洲和中国混凝土轨枕标准中对轨枕生产工艺的要求对比见表4。

由表4可以看出：对于轨枕生产制造过程中的关键工序，欧洲和中国混凝土轨枕标准中的规定也有所不同。总体来看，中国规定的制造工艺要求更为细致具体，除了养护和放张以外，中国混凝土轨枕标准中对于预应力钢丝的下料偏差、预应力施加工艺、脱模后的养护等也给出了具体的规定。

3　结论

综合对比研究可以看出，欧洲和中国混凝土轨枕标准不仅在体系的划分上不同，而且具体内容在以下几个主要方面也存在一定差异。

1）欧洲和中国混凝土轨枕设计的方法不同，枕上动压力和荷载弯矩计算方法也存在一定差异，这就导致在相同运营条件下，设计出的轨枕承载能力有所不同，相应的检验荷载也存在差异。

2）欧洲和中国混凝土轨枕标准中规定的轨枕强度试验方法有一定的差别，欧洲标准规定的试验程序相对较为复杂，而且额外增加了动载试验的要求。另外，欧洲和中国混凝土轨枕标准规定的强度试验过程中检验荷载值的计算方法也有所不同，这会对轨枕强度检验结果产生重要影响。

3）欧洲和中国混凝土轨枕标准中规定的型式尺寸偏差和外观质量要求有所不同。相对而言，中国标准规定的检验项目较为具体，且大部分指标的限值更为严格，尤其是对外观质量的要求。对于关键的检验项目欧洲和中国轨枕标准中均提出了一定的要求，但由于各国的具体情况不同，规定数值不统一，可在后期国际标准的制定过程中共同讨论。

4）欧洲和中国混凝土轨枕标准中对轨枕的原材料性能均有相关规定，但由于各国的具体情况不同，规定的具体数值有所不同。

5）对于轨枕生产制造过程中的关键工序，欧洲和中国混凝土轨枕标准的规定也有差别。总体来看，中国规定的制造工艺要求更为细致具体。

欧洲和中国混凝土轨枕都已经发展多年，具有各自成熟的标准体系，由于各个国家和地区实际运营、轨枕生产工艺、养护维修体制等情况存在差异，标准的具体内容均有所不同，因此建议中国在参与混凝土轨枕国际标准的编制过程中，系统开展相关研究和试验工作，为中国混凝土轨枕标准与世界接轨提供有力支撑。

［1］陈秀方.轨道工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［2］蔡小培，曲村，高亮.国内外高速铁路桥上有砟轨道轨枕结构研究现状分析［J］.铁道标准设计，2011（11）：5-11.

［3］李斌，刘学毅.混凝土轨枕抗力的影响因素及其计算方法研究［J］.铁道学报，2011（6）：94-98.

［4］杨宝峰，于春华.铁路轨枕现状及发展［J］.铁道工程学报，2007（2）：36-40.

［5］European Committee for Standardization.EN 13230-1Railway Applications-Track-Concrete Sleepers and Bearer—Part 1：General Requirements［S］.Brussels：European Committee for Standardization，2009.

［6］European Committee for Standardization.EN 13230-2Railway Applications-Track-Concrete Sleepers and Bearer—Part 2：Prestressed Monoblock Sleepers［S］.Brussels：European Committee for Standardization，2009.

［7］European Committee for Standardization.EN 13230-3Railway Applications-Track-Concrete Sleepers and Bearer—Part 3：Twin-block Reinforced Sleepers［S］.Brussels：European Committee for Standardization，2009.

［8］European Committee for Standardization.EN 13230—4Railway Applications-Track-Concrete Sleepers and Bearer—Part 4：Prestressed Bearers for Switches and Crossings［S］.Brussels：European Committee for Standardization，2009.

［9］European Committee for Standardization.EN 13230-5Railway Applications-Track-Concrete Sleepers and Bearer—Part 5：Special Elements［S］.Brussels：European Committee for Standardization，2009.

［10］中华人民共和国铁道部.TB/T 1879—2002预应力混凝土枕静载抗裂试验方法［S］.北京：中国铁道出版社，2002.

［11］中华人民共和国铁道部.TB/T 1878—2002预应力混凝土枕疲劳试验方法［S］.北京：中国铁道出版社，2002.

［12］中华人民共和国铁道部.TB/T 2190—2013混凝土枕［S］.北京：中国铁道出版社，2013.

［13］中华人民共和国铁道部.TB/T 3298—2013有砟轨道预应力混凝土宽枕［S］.北京：中国铁道出版社，2013.

［14］中华人民共和国铁道部.TB/T 3299—2013高速铁路有砟轨道预应力混凝土桥枕［S］.北京：中国铁道出版社，2013.

［15］中华人民共和国铁道部.TB/T 3300—2013高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕［S］.北京：中国铁道出版社，2013.

［16］中华人民共和国铁道部.TB/T 3080—2013有砟轨道混凝土岔枕［S］.北京：中国铁道出版社，2013.

［17］International Union of Railway.UIC 713 R，Design of Monoblock Concrete Sleepers［S］.Paris：International Union of Railway，2004.

［18］中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.预应力混凝土轨枕设计方法［R］.北京：中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，1994.

［19］尤瑞林，范佳，刘伟斌，等.30 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究［J］.铁道建筑，2015（1）：113-118.

Comparison Research on Concrete Sleeper Standards of Europe and China

YOU Ruilin
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

T C 269（T echnical committee for the railway transit industry）of ISO（International Organization for Standardization）is carrying out the international standardization formation research work for all products and services specifically related to the rail industry and the international standard of concrete sleeper is one of the important content.As a T C269 member state，China will participate in the international standard formation of concrete sleepers.T his paper compared and studied the similarities and differences between European and Chinese concrete sleeper standards from such aspects as the standard system division，load calculation method design，strength test method，geometrical size control，raw material，and production process requirements.T he comparison results indicate that there are different degrees of difference between European and Chinese concrete standards that are not only in the system division but also in the specific content of the above main aspects，which suggested that the related research and experimental work should be implemented systematically during the international standard formation process of concrete sleeper in order to provide a strong support for the Chinese concrete sleeper standard connecting with the world.

Concrete sleeper；European standard；Chinese standard；Comparison research

U213.3+4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.28

1003-1995（2016）09-0112-07

（责任审编葛全红）

2016-05-10；

2016-07-10

中国铁路总公司科技研究开发计划（Z2016-028）

尤瑞林（1986—），男，助理研究员，硕士。