王繼軍，尤瑞林，杜香剛，范 佳，江 成

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.高速鐵路軌道技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

近年來，重載鐵路運(yùn)輸在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，在國際上被公認(rèn)為鐵路貨運(yùn)發(fā)展的方向。不僅在礦物和貨運(yùn)為主的國家(美國、加拿大、巴西、澳大利亞和南非等國)大量開行重載列車，而且在歐洲以客運(yùn)為主的客貨混運(yùn)干線上也開始發(fā)展重載運(yùn)輸。

我國重載鐵路運(yùn)輸近年來也有較大發(fā)展，除大秦線、朔黃線、神朔線等既有鐵路外，目前規(guī)劃建設(shè)的山西中南部鐵路通道及蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道將成為我國重要的重載運(yùn)輸鐵路。山西中南部鐵路通道自山西省呂梁市興縣的瓦塘開始，跨京廣、京九線后終至山東日照南站，線路正線長度1 268 km。蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程北起鄂爾多斯，途經(jīng)蒙西、陜西、山西等我國最重要的煤炭產(chǎn)區(qū)，終至江西吉安，是一條吸引蒙陜甘寧能源產(chǎn)地、覆蓋鄂湘贛等華中能源消費(fèi)地的便捷大能力煤運(yùn)通道，線路全長1 816 km。

以上兩條線路均按大軸重煤運(yùn)通道進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，軌道按重型軌道設(shè)計(jì)，重車方向預(yù)留特重型軌道結(jié)構(gòu)條件。山西中南部通道共有隧道198座，總長377.46 km。其中隧道長度≥6 km的隧道14座，長163.92 km。蒙華鐵路通道穿越呂梁山脈、中條山脈、東秦嶺山脈等山區(qū)，隧道總長428.4 km，且長大隧道較多，隧道長度≥10 km的隧道10座，其中長度≥15 km的隧道6座。

目前，國內(nèi)外重載鐵路大都采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。一方面，重載有砟軌道隨著運(yùn)量逐年增大，鋼軌、焊接接頭及道岔傷損數(shù)量大幅上升，道床殘余變形增大，道床粉化板結(jié)，軌道剛度不斷增大，加劇了列車對軌下基礎(chǔ)的破壞及線路幾何狀態(tài)的惡化，形成了軌道狀態(tài)劣化的惡性循環(huán)。另一方面，隨著行車密度和載重量的提高，軌道的維修工作更趨頻繁，但繁忙的貨運(yùn)鐵路，天窗兌現(xiàn)率越來越低，可用于線路養(yǎng)護(hù)維修的時(shí)間較短，難以對線路病害進(jìn)行及時(shí)維修。尤其在長大隧道內(nèi)，有砟軌道結(jié)構(gòu)養(yǎng)修作業(yè)更加困難。

針對山西中南部及蒙華重載鐵路煤運(yùn)通道工程隧道數(shù)量多、里程長，長大隧道比例較大的工程特點(diǎn)，在長大隧道內(nèi)采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，具有降低隧道凈空，結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)，維修工作量少，維護(hù)費(fèi)用低，軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、連續(xù)性和平順性好等優(yōu)點(diǎn)［1-2］。因此，結(jié)合國內(nèi)重載煤運(yùn)通道建設(shè)的工程背景，開展隧道內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)選型研究，對我國重載鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展以及重載鐵路軌道技術(shù)體系的完善具有重要意義。

1 國內(nèi)外重載無砟軌道應(yīng)用概況

1.1 國外重載無砟軌道應(yīng)用及隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)概況

1.1.1 美國重載無砟軌道［3-4］

2000年，美國波特蘭水泥協(xié)會(PCA)開展了一項(xiàng)“貨運(yùn)與高速客運(yùn)線路用無砟軌道研究與試驗(yàn)”的合作開發(fā)項(xiàng)目，目標(biāo)是開發(fā)先進(jìn)的無砟軌道技術(shù)。經(jīng)研究篩選，確定對直接式無砟軌道(DFST)和彈性支承塊式無砟軌道(IDBT)兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行試驗(yàn)研究，如圖1和圖2所示。

2003年7月—2006年7月由AAR下屬的TTCI在FAST重載線路上完成了無砟軌道現(xiàn)場試驗(yàn)及驗(yàn)證工作。重載列車包括3～4個(gè)機(jī)車以及60～80輛貨車，牽引質(zhì)量為8 000～10 000 t，貨車軸重為35.4 t;機(jī)車軸重為29 t，列車一般運(yùn)行速度為64 km/h。從2003年開始運(yùn)營試驗(yàn)至目前，累積通過總重4.5億t?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明兩種軌道結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)良好，能夠保證重載列車運(yùn)營的安全性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)的少維修。

圖1 美國直接式無砟軌道

圖2 美國彈性支承塊式無砟軌道

1.1.2 加拿大重載無砟軌道［5］

加拿大CP公司重載線路于1988年在Macdonald隧道(如圖3所示)及Shaughnessy隧道內(nèi)分別鋪設(shè)了15.1 km和1.6 km的直接式無砟軌道結(jié)構(gòu)(PACT)，主要考慮減少養(yǎng)護(hù)維修工作量［5］。

由于隧道內(nèi)排水不暢、洞口附近基礎(chǔ)不均勻沉降、道床板配筋及道床板與底座連接鋼筋設(shè)計(jì)不足等原因，導(dǎo)致道床板出現(xiàn)開裂、掉塊等傷損?，F(xiàn)場主要采用改進(jìn)表面排水、注入環(huán)氧材料以及傷損道床板的移除和換鋪等措施進(jìn)行修復(fù);目前已對約115 m長的地段進(jìn)行了換鋪維修。

圖3 加拿大隧道內(nèi)直接式無砟軌道(單位:mm)

1.1.3 南非重載無砟軌道［6］

南非目前有兩條典型的重載鐵路，里查茲灣(Richards Bay)運(yùn)煤專線和斯申—撒爾丹哈(Sishen-Saldanha)鐵礦石專運(yùn)線。

里查茲灣運(yùn)煤專線全長588 km，線路的設(shè)計(jì)年運(yùn)量1 750萬t/年，擴(kuò)能改造后為4 200萬t/年。運(yùn)營列車的機(jī)車軸重28 t(總重168 t)，車輛軸重26 t。全線共有隧道37座(共計(jì)44 km)，其中最長隧道為3.9 km。隧道內(nèi)全部為直接式無砟軌道結(jié)構(gòu)。

斯申—撒爾丹哈鐵礦石專運(yùn)線全長861 km，線路設(shè)計(jì)年運(yùn)量2 100萬t，完成既有線擴(kuò)能改造后，目前實(shí)際年運(yùn)量達(dá)到6 300萬t。運(yùn)營列車的機(jī)車軸重28 t，車輛軸重30 t。該線只有一座隧道，長787 m，隧道內(nèi)也是采用直接式無砟軌道(如圖4所示)。

圖4 南非隧道內(nèi)直接式無砟軌道

南非隧道內(nèi)無砟軌道總體使用情況較好。里查茲灣運(yùn)煤專線，在實(shí)際使用中無須任何養(yǎng)護(hù)作業(yè)，據(jù)介紹曾有一塊道床板在水壓作用下出現(xiàn)松動(dòng)，通過打入巖石錨桿進(jìn)行了修復(fù)。另外，里查茲灣運(yùn)煤專線一些隧道內(nèi)鋼軌扣件的扣壓效果不好，曾在個(gè)別隧道內(nèi)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。

1.2 國內(nèi)客貨混運(yùn)鐵路隧道內(nèi)無砟軌道應(yīng)用概況

我國客貨混運(yùn)無砟軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展也有較長歷史，早期曾試鋪過支承塊式、整體灌注式、短木枕式及無砟無枕式等無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，主要應(yīng)用于隧道和橋梁等剛性基礎(chǔ)地段，1965年—1984年間，整體道床鋪設(shè)長度達(dá)到300 km。在20世紀(jì)90年代，結(jié)合高速鐵路無砟軌道的前期研究，選定秦沈線沙河、狗河和雙何三座特大橋進(jìn)行長枕埋入式和板式無砟軌道的試鋪，為完善兩種無砟軌道技術(shù)，在渝懷線魚嘴2號隧道、圓梁山隧道和贛龍線楓樹排隧道又分別進(jìn)行了長枕埋入式和板式無砟軌道的鋪設(shè)。為形成區(qū)段鋪設(shè)無砟軌道成套技術(shù)，2004年在遂渝線建設(shè)了無砟軌道綜合試驗(yàn)段，線下基礎(chǔ)涵蓋了路基、橋梁、隧道及過渡段，試驗(yàn)段范圍內(nèi)鋪設(shè)了板式、雙塊式和長枕埋入式等多種形式無砟軌道結(jié)構(gòu)。此外，彈性支承塊式無砟軌道在西康線秦嶺、寧西線東秦嶺、蘭新線的烏鞘嶺隧道以及黔桂線、大麗線等干線鐵路長大隧道內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

結(jié)合30 t軸重重載鐵路隧道內(nèi)無砟軌道關(guān)鍵技術(shù)的研究，相關(guān)單位開展了對我國客貨混運(yùn)鐵路無砟軌道應(yīng)用情況的調(diào)研工作，調(diào)研情況的總結(jié)分析表明:

1)國內(nèi)客貨混運(yùn)鐵路隧道內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)及線路狀態(tài)總體情況良好。

秦嶺、白清、烏鞘嶺隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)及線路狀態(tài)總體情況良好，相比有砟軌道，其維修工作量顯著減少。在渝懷線魚嘴2號隧道內(nèi)鋪設(shè)的長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)以及贛龍線楓樹排隧道板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，運(yùn)營了貨物列車，軌道結(jié)構(gòu)及線路狀態(tài)總體情況也較好，達(dá)到了減少養(yǎng)護(hù)維修工作量的目的。

2)部分隧道內(nèi)隧底處理不當(dāng)以及防排水措施不完善是無砟軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害的主要原因。

烏鞘嶺隧道內(nèi)由于隧道仰拱下未設(shè)排水設(shè)施、加之基底處理不當(dāng)?shù)仁┕ぴ驅(qū)е聫椥灾С袎K式無砟軌道出現(xiàn)兩處較大的道床下沉病害。黔桂線定水壩、銀洞坡隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道，由于前期施工質(zhì)量缺陷以及基底處理不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致出現(xiàn)道床板開裂、支承塊傷損、套靴與支承塊間離縫，形成動(dòng)態(tài)空吊等病害，軌道結(jié)構(gòu)及線路狀況總體情況不良。

3)加強(qiáng)隧道內(nèi)無砟軌道施工質(zhì)量控制是保證運(yùn)營階段少維修的一個(gè)前提條件。

客貨混運(yùn)條件下，雙塊式或長枕埋入式無砟軌道新老混凝土界面處為薄弱環(huán)節(jié)，施工處理不當(dāng)易產(chǎn)生開裂、離縫、軌枕松動(dòng)等病害，因此應(yīng)加強(qiáng)施工控制，采取枕面粗糙處理、設(shè)置連接鋼筋等措施加強(qiáng)預(yù)制枕與現(xiàn)澆混凝土的粘結(jié)，道床板施工時(shí)加強(qiáng)枕底面混凝土的振搗密實(shí)。彈性支承塊式無砟軌道在軌排組裝階段則應(yīng)嚴(yán)格控制支承塊、橡膠套靴和枕下彈性墊板之間各界面的密貼，封閉支承塊和套靴之間的縫隙，控制現(xiàn)澆道床板的頂面標(biāo)高，避免出現(xiàn)支承塊空吊、離縫、軌距不良等運(yùn)營病害。黔桂線定水壩、銀洞坡隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道以及遂渝線隧道內(nèi)雙塊式無砟軌道由于施工工藝和工程材料質(zhì)量方面的問題出現(xiàn)過支承塊空吊、雙塊式軌枕松動(dòng)、道床板開裂等病害。2011年7月遂渝線開行貨車之后，上述病害現(xiàn)象的發(fā)生呈上升趨勢。

2 隧道內(nèi)重載鐵路無砟軌道選型原則

2.1 重載鐵路煤運(yùn)通道長大隧道線路特點(diǎn)

結(jié)合我國山西中南部及蒙華鐵路煤運(yùn)通道工程概況，總結(jié)分析重載鐵路煤運(yùn)通道工程長大隧道線路主要有以下特點(diǎn):

1)運(yùn)量高、軸重大

大秦和大包等重載鐵路的運(yùn)營實(shí)踐表明，列車軸重的增加將帶來軌道部件傷損增多、軌道幾何狀態(tài)變化加快、軌道大中修周期縮短等不利影響。山西中南部及蒙華鐵路煤運(yùn)通道均按重載線路設(shè)計(jì)規(guī)劃，設(shè)計(jì)部分列車牽引質(zhì)量10 000 t，遠(yuǎn)期有可能開行30 t軸重貨車，且年運(yùn)量也會非常大，高運(yùn)量、大軸重的運(yùn)營條件，對軌道結(jié)構(gòu)的破壞作用可以預(yù)見。

2)橫向荷載大

目前山西中南部及蒙華重載鐵路煤運(yùn)通道隧道設(shè)計(jì)最小曲線半徑均為800 m，列車軸重的增加勢必造成橫向荷載的增大，不僅對扣件系統(tǒng)的軌距保持能力及抗傾覆性能提出更高要求，對軌道結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性的要求也更為嚴(yán)格。

3)縱向荷載大

重載列車(特別是長編組重載及組合列車)對軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的縱向荷載主要源于列車前后部制動(dòng)力差，其與列車軸重、車長、編組方式、機(jī)車位置和配置、制動(dòng)系統(tǒng)的性能和參數(shù)、線路縱橫斷面參數(shù)等多種因素有關(guān)。山西中南部及蒙華重載鐵路煤運(yùn)通道隧道設(shè)計(jì)最大上坡6‰，最大下坡13‰，列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的縱向力要求扣件系統(tǒng)具有相適應(yīng)的縱向阻力，軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)有較好縱向穩(wěn)定性。

4)污染嚴(yán)重

大秦鐵路運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，煤粉對隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)污染嚴(yán)重，且清理難度較大，對軌道彈性產(chǎn)生不利影響。山西中南部及蒙華重載鐵路通道均為運(yùn)煤線路，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮煤粉對軌道結(jié)構(gòu)的影響。

5)地質(zhì)條件復(fù)雜、部分地段地下水發(fā)育

山西中南部及蒙華重載鐵路煤運(yùn)通道隧道眾多，分布在我國各個(gè)不同省份，地質(zhì)條件復(fù)雜。長大隧道內(nèi)的特點(diǎn)是溫度變化較小，且不受雨水侵蝕，可為無砟軌道鋪設(shè)提供良好的環(huán)境條件。但若隧道通過地段，地質(zhì)條件較差，隧道地下水發(fā)育，處理不當(dāng)將會對無砟軌道結(jié)構(gòu)造成不利影響。

結(jié)合上述特點(diǎn)分析，我國重載鐵路隧道內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)的選擇必須與線路特點(diǎn)相適應(yīng)。

2.2 長大隧道內(nèi)重載鐵路無砟軌道選型原則

為研究重載鐵路隧道內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，借鑒客運(yùn)專線無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新研究成果，并結(jié)合線路特點(diǎn)，提出長大隧道內(nèi)重載鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)選型原則:

1)安全可靠性。在設(shè)計(jì)荷載作用下，無砟軌道結(jié)構(gòu)具有足夠的承載強(qiáng)度儲備，線路應(yīng)保持安全、可靠的幾何狀態(tài)。

2)耐久性。結(jié)合軌道結(jié)構(gòu)生命周期理念，設(shè)計(jì)中考慮長期疲勞荷載，使無砟軌道結(jié)構(gòu)滿足使用壽命要求。

3)良好的適應(yīng)性。軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)與隧道工程和軌道電路等站后工程有良好的適應(yīng)性，同時(shí)，應(yīng)與煤運(yùn)通道具體條件相結(jié)合。

4)良好的施工性能。針對隧道條件，無砟軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)便于組織和施工，制造和施工精度應(yīng)易于保證，同時(shí)應(yīng)能較易實(shí)現(xiàn)與有砟軌道的過渡。

5)較強(qiáng)的可修復(fù)性。在隧道工程變形超限、結(jié)構(gòu)部件損壞時(shí)，無砟軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的調(diào)整量和可修復(fù)性。

6)適宜的彈性。為減緩輪軌沖擊力對軌道和車輛的不利影響，一般要求無砟軌道要有與有砟軌道相近的軌道彈性。

7)合理的經(jīng)濟(jì)性。在滿足軌道結(jié)構(gòu)安全可靠性和耐久性等的前提下，無砟軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能降低建造成本，提高綜合效益。

3 重載鐵路隧道內(nèi)無砟軌道選型分析

通過國內(nèi)外研究應(yīng)用情況的調(diào)研可以看出，目前國內(nèi)尚無重載鐵路無砟軌道的應(yīng)用先例，世界范圍內(nèi)也僅有少數(shù)國家在重載線路上進(jìn)行了無砟軌道結(jié)構(gòu)的有益嘗試;總的來說，重載鐵路無砟軌道領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，技術(shù)尚待完善。因此，在進(jìn)行重載鐵路隧道內(nèi)無砟軌道的結(jié)構(gòu)選型時(shí)，有必要對國內(nèi)外重載和客貨共線鐵路典型的無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)和分析。

3.1 單元板式無砟軌道

主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、預(yù)制混凝土軌道板、砂漿充填層以及現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座等部件構(gòu)成。

單元板式無砟軌道鋪設(shè)于客貨共線鐵路贛龍線楓樹排隧道和遂渝線無砟軌道綜合試驗(yàn)段。目前，遂渝線開行有25 t軸重貨運(yùn)列車。

結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)形式簡單，力學(xué)傳遞路徑明確;預(yù)制軌道板采用工廠化生產(chǎn)，可施加預(yù)應(yīng)力，質(zhì)量(混凝土裂紋控制、絕緣處理等)易于控制;現(xiàn)澆混凝土量少，預(yù)制件現(xiàn)場組裝，施工進(jìn)度快;外觀質(zhì)量整潔美觀;結(jié)構(gòu)可修復(fù)性較好。

存在的不足有:鋪軌時(shí)，軌道狀態(tài)調(diào)整工作量略大;經(jīng)濟(jì)性一般;施工作業(yè)面相對較大，隧道內(nèi)施工存在一定困難;對小半徑曲線適應(yīng)性較差。

3.2 長枕埋入式無砟軌道

主要由混凝土道床板、整體式軌枕及配套扣件等部件構(gòu)成。長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)以現(xiàn)澆混凝土的方式將整體預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕埋入道床板中，使之成為整體，為保證軌枕與現(xiàn)澆道床的牢固連接，在軌枕上設(shè)橫向預(yù)留孔，使道床上層縱向鋼筋穿過，以增強(qiáng)其整體性。

長枕埋入式無砟軌道鋪設(shè)于客貨共線鐵路渝懷線魚嘴2號隧道、圓梁山隧道和遂渝線無砟軌道綜合試驗(yàn)段道岔區(qū)，遂渝線開行有25 t軸重貨運(yùn)列車。

結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)形式簡單，整體性好，軌距保持能力強(qiáng);經(jīng)濟(jì)性較好;道床混凝土灌注成型，均為常規(guī)施工工藝，利于掌握，軌枕單根設(shè)置，曲線適應(yīng)能力強(qiáng);可利用現(xiàn)有軌枕工廠，制造方便;軌枕的運(yùn)輸?shù)跹b方便。

存在的不足有:新老混凝土結(jié)合面較大;軌道結(jié)構(gòu)高度相對較大;施工質(zhì)量易受工具軌、扣件等因素影響;可修復(fù)性一般。

3.3 雙塊式無砟軌道

主要由混凝土道床板、雙塊式軌枕及配套扣件等部件構(gòu)成。工廠內(nèi)預(yù)制通過桁架鋼筋相連的雙塊式軌枕，施工時(shí)將雙塊式軌枕組裝成軌排，與現(xiàn)澆混凝土形成整體結(jié)構(gòu)。

雙塊式無砟軌道鋪設(shè)于襄渝線、遂渝線無砟軌道綜合試驗(yàn)段等客貨混運(yùn)線路。目前，遂渝線開行有25 t軸重貨運(yùn)列車。

結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng);道床混凝土灌注成型，為常規(guī)施工工藝，便于施工;預(yù)制軌枕生產(chǎn)工藝?yán)谡莆眨邆涑商咨a(chǎn)設(shè)備;預(yù)制件較小，運(yùn)輸?shù)跹b方便;經(jīng)濟(jì)性較好。

存在不足有:新老混凝土結(jié)合面易產(chǎn)生裂紋，控制較困難;工具軌施工，施工質(zhì)量受工具軌、扣件等因素影響;可維護(hù)性一般。

3.4 直接式無砟軌道

直接式無砟軌道是現(xiàn)場灌注的鋼筋混凝土整體道床結(jié)構(gòu)，鋼軌直接通過扣件系統(tǒng)與道床連接。西班牙、南非、加拿大和荷蘭等國重載和高速線的橋隧結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的PACT無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，以及美國HTL大軸重環(huán)線上鋪設(shè)DFST軌道都屬于直接式無砟軌道結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)有:由于道床板全部為現(xiàn)澆混凝土，軌道結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng);道床結(jié)構(gòu)中無預(yù)制結(jié)構(gòu)，不存在新老混凝土結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度問題。

存在不足有:現(xiàn)澆混凝土量大，施工速度相對較慢;對于軌距、高低、軌底坡等軌道幾何尺寸在施工時(shí)較難控制，尤其對于設(shè)置曲線超高或順坡等特殊區(qū)段;施工中對扣件連接件固定的精度要求高，施工出現(xiàn)的誤差只能通過扣件自身調(diào)整。

3.5 彈性支承塊式無砟軌道

彈性支承塊式無砟軌道是在兩個(gè)獨(dú)立(或有連接)混凝土支承塊的下部及四周設(shè)橡膠套靴，支承塊底部與套靴間設(shè)橡膠彈性墊層，套靴周圍灌注混凝土而成型的一種無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。

彈性支承塊式無砟軌道作為一種低振動(dòng)軌道結(jié)構(gòu)，在國外高速鐵路、客貨共線鐵路和城市軌道交通領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)在我國干線鐵路隧道內(nèi)(如秦嶺、烏鞘嶺隧道等)累計(jì)鋪設(shè)300 km，開行有最大軸重25 t貨運(yùn)列車。美國TTCI試驗(yàn)段開行有軸重35.4 t重載列車。

結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)有:扣件和枕下墊板共同提供彈性，軌道結(jié)構(gòu)彈性好;支承塊之間相互獨(dú)立，曲線適應(yīng)性好;采用“自上而下”施工，工藝簡單，國內(nèi)有前期施工及使用經(jīng)驗(yàn);軌道結(jié)構(gòu)可修復(fù)性較好。

存在的不足有:橡膠套靴防水、防塵性能需進(jìn)一步研究;結(jié)構(gòu)中彈性元件耐久性問題;軌道幾何形位的保持能力減弱。

4 結(jié)論

針對我國重載鐵路隧道特點(diǎn)，以上幾種典型無砟軌道結(jié)構(gòu)性能綜合對比如表1所示。

表1 隧道內(nèi)重載無砟軌道方案比選

由以上各種無砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析及表1對比可以看出:

1)各種無砟軌道結(jié)構(gòu)均具有較好的耐久性，并能實(shí)現(xiàn)少維修。

2)對于單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，軌道板下水泥乳化瀝青砂漿承受重載運(yùn)營條件的適應(yīng)性仍有待研究;并且軌道結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性相對現(xiàn)澆道床結(jié)構(gòu)不具優(yōu)勢。

3)雙塊式、長枕埋入式以及直接式無砟軌道均為現(xiàn)澆整體道床結(jié)構(gòu)，綜合性能較好。這3種無砟軌道結(jié)構(gòu)受力體系基本相同，直接式無砟軌道施工性相對較差，并且對配套扣件系統(tǒng)要求較高，國內(nèi)目前沒有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。雙塊式與長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)在我國客貨混運(yùn)的線路上有一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但這兩種軌道結(jié)構(gòu)彈性完全由扣件系統(tǒng)提供，針對重載運(yùn)營條件，扣件的設(shè)計(jì)難度加大，且軌道結(jié)構(gòu)可維修性能一般。

4)彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)綜合性能良好，在我國客貨混運(yùn)線路隧道內(nèi)有一定規(guī)模的工程應(yīng)用，在施工和養(yǎng)護(hù)維修方面已積累了較多經(jīng)驗(yàn)。從現(xiàn)場調(diào)研和美國試驗(yàn)情況來看，總體狀態(tài)較好，是一種較為成熟的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。彈性支承塊式無砟軌道通過在支承塊下和軌下設(shè)置雙層彈性墊層，使得軌道結(jié)構(gòu)整體彈性較好，有利于降低重載運(yùn)輸條件下的輪軌相互作用力并衰減對隧道基底的振動(dòng)沖擊，且相對剛性道床而言，混凝土支承塊破損、隧道發(fā)生局部病害后具有一定的可維修性。

綜合以上分析，根據(jù)我國新建重載鐵路建設(shè)和運(yùn)營特點(diǎn)，隧道內(nèi)無砟軌道在安全可靠性滿足要求的前提下，側(cè)重于可修復(fù)性、低動(dòng)力特性，以及從前期工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的角度考慮，隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)為推薦方案;雙塊式和長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)可作為對比方案進(jìn)行研究。

對于彈性支承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)用于重載鐵路需重點(diǎn)研究解決軌道結(jié)構(gòu)剛度的合理匹配，彈性材料的耐久性以及重載運(yùn)營條件下的軌距保持能力;雙塊式和長枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)需開展針對重載運(yùn)營條件的研究設(shè)計(jì)和優(yōu)化，研究分析合理的剛度取值，設(shè)計(jì)配套扣件系統(tǒng)，并針對兩者新老混凝土結(jié)合面的粘結(jié)性能開展理論分析和相關(guān)試驗(yàn)對比研究。

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