無(wú)砟軌道榮譽(yù)表彰

2019年9月，第44屆國(guó)際質(zhì)量管理小組會(huì)議(簡(jiǎn)稱ICQCC)在日本東京召開，來(lái)自全球20多個(gè)國(guó)家及地區(qū)354個(gè)QC小組2000余名代表參賽。由中國(guó)中鐵四局一公司QC小組主持的《提高CRTSⅢ型無(wú)砟軌道板預(yù)應(yīng)力張拉一次合格率》課題斬獲國(guó)際“質(zhì)量奧林匹克”金獎(jiǎng)。 2100433B

無(wú)砟軌道優(yōu)點(diǎn)

RHEDACITY無(wú)砟軌道板的優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單、透明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完美的軌道定位，與街道建筑相融，交叉軌枕的使用確保了軌矩和軌道的幾何精確度，軌道盤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”的能力等。

無(wú)砟軌道缺點(diǎn)

無(wú)砟軌道具有高穩(wěn)定性、少維修、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并在國(guó)外鐵路獲得了廣泛應(yīng)用，2005年德國(guó)出版的《軌道概論》對(duì)無(wú)砟軌道的缺點(diǎn)做了如下總結(jié)：

1)Rheda投資要比有砟軌道多1倍以上?？坡∫环ㄌm克福線預(yù)算46億歐元，實(shí)際費(fèi)用大約為50億歐元，增加大約30%，如此高的初期投資包括巨大的資本成本。有砟軌道成本為350歐元/m，無(wú)砟軌道最低為500歐元/m，最大為750—800歐元/m。即使施工方法得到優(yōu)化，建設(shè)長(zhǎng)度增加，成本系數(shù)仍達(dá)到1。

無(wú)砟軌道相對(duì)有砟軌道的經(jīng)濟(jì)效益僅能從有砟軌道需要增加的維修費(fèi)用計(jì)算得到。現(xiàn)有砟軌道的維修在很大程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，比手工作業(yè)費(fèi)用要低，并能夠持久地保持軌道幾何狀態(tài)；無(wú)碴軌道也需要維修，鋼軌打磨工作量相對(duì)有砟軌道要增加，隨著無(wú)砟軌道使用時(shí)間的增加，傷損將增多，而且無(wú)砟軌道的修復(fù)工作比較復(fù)雜，并需要大量費(fèi)用和時(shí)間，一旦損壞引起關(guān)閉線路帶來(lái)倒換相當(dāng)大，也是初期無(wú)法計(jì)算或預(yù)料的。

隧道內(nèi)的無(wú)砟軌道相對(duì)有砟軌道具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。但橋上和路基上的無(wú)砟軌道往往經(jīng)濟(jì)效益差一些，限制基礎(chǔ)的長(zhǎng)期沉降需要維護(hù)，比有砟軌道要增加2倍。

2)混凝土無(wú)砟軌道為剛性承載層，當(dāng)達(dá)到承載強(qiáng)度極限時(shí)將產(chǎn)生斷裂，并引起軌道幾何尺寸的突然變化和難以預(yù)見(jiàn)的惡化。

3)總體上來(lái)說(shuō)，無(wú)砟軌道建設(shè)和維修都沒(méi)有達(dá)到自動(dòng)化程度。無(wú)砟軌道的質(zhì)量需要高水平的養(yǎng)護(hù)措施提供保障。這意味著在施工工序和質(zhì)量控制方面都要增加額外的費(fèi)用和時(shí)間。建設(shè)期間的質(zhì)量缺陷將為整個(gè)使用壽命期留下隱患，并需要花費(fèi)高昂的代價(jià)進(jìn)行彌補(bǔ)。

4)無(wú)砟軌道作為剛性結(jié)構(gòu)，在后期運(yùn)營(yíng)階段僅允許做少量的完善，比如改善軌道幾何狀態(tài)很難。

5)無(wú)砟軌道很難在粘土深路塹、松軟土路堤或地震區(qū)域鋪設(shè)。

6)對(duì)脫軌或其他原因?qū)е碌膰?yán)重?fù)p壞還沒(méi)有特別有效的措施，要修復(fù)?；炷恋酿B(yǎng)生和硬化需要很長(zhǎng)的時(shí)間。也就是說(shuō)，嚴(yán)重的事故將導(dǎo)致線路關(guān)閉時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)運(yùn)輸影響比較大。

7)無(wú)砟軌道最嚴(yán)重的缺點(diǎn)是改進(jìn)的可能性受到限制。

8)無(wú)砟軌道的另外一個(gè)缺點(diǎn)是，在路基上鋪設(shè)時(shí)，任何情況下都要鋪設(shè)防凍層（至少70cm厚）。要延長(zhǎng)無(wú)砟軌道的壽命周期，水凝性材料層厚度幾乎不能減少。路基處理深度也比有砟軌道深。

9)大部分經(jīng)濟(jì)研究沒(méi)有考慮無(wú)砟軌道到了壽命周期后高昂的再建費(fèi)用。

無(wú)砟軌道計(jì)算參數(shù)

根據(jù)板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取基本計(jì)算參數(shù)。

為獲得最優(yōu)的軌道結(jié)構(gòu)，采用有限元梁-板模型研究了主要參數(shù)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)各組成部分力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律。如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，荷載作用于板中，CA砂漿彈性模量取300MPa，其它基本參數(shù)，計(jì)算結(jié)果中軌道板或底座彎矩均為每米范圍所受的彎矩值，單位取KN·m/m。

無(wú)砟軌道荷載

根據(jù)試算，荷載作用于板中和板端兩個(gè)位置時(shí)軌道結(jié)構(gòu)受力為最不利情況，因此選取這2種工況進(jìn)行研究。荷載作用于板中時(shí)，軌道板縱向正彎矩、底座縱橫向負(fù)彎矩較大；荷載作用于板端時(shí)，軌道板縱向負(fù)彎 矩、軌道板橫向正負(fù)彎矩、CA砂漿最大反力以及底座橫向縱橫向正彎矩較大。設(shè)計(jì)中，應(yīng)該綜合考慮這兩種荷載作用工況下的最大值。

無(wú)砟軌道扣件剛度

扣件剛度分別采用20KN/mm、40KN/mm、60KN/mm、80KN/mm進(jìn)行分析。軌道板和底座的彎矩以及CA砂漿最大反力都隨著扣件剛度的增大而增大，但是當(dāng)扣件剛度大于40KN/mm時(shí)，隨著扣件剛度增大，軌道板和底座的彎矩變化趨緩，底座的橫向負(fù)彎矩當(dāng)扣件剛度大于60KN/mm時(shí)反而有所減小。

無(wú)砟軌道軌道板

軌道板寬度分別采用2.0m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m進(jìn)行分析。

隨著軌道板寬度的增大，軌道板縱向彎矩逐漸減?。卉壍腊鍣M向正彎矩當(dāng)軌道板寬度小于2.4m時(shí)隨軌道板寬度的增大而增大，當(dāng)軌道板寬度大于2.4m時(shí)隨軌道板寬度的增大而減小；軌道板橫向負(fù)彎矩當(dāng)軌道板寬度 小于2.2m時(shí)隨軌道板寬度的增大而減小，當(dāng)軌道板寬度大于2.2m時(shí)隨軌道板寬度的增大而增大；CA砂漿反力當(dāng)軌道板寬度小于2.4m時(shí)隨軌道板寬度的增大而減小，當(dāng)軌道板寬度大于2.4m時(shí)變化不明顯；隨著軌道板寬度的增大，底座縱橫向正彎矩均逐漸減小，縱橫向負(fù)彎矩變化不明顯。

軌道板寬度為2.0m時(shí)，各別力學(xué)指標(biāo)明顯偏大，說(shuō)明軌道板不宜太窄，同時(shí)可以看到軌道板寬2.2~2.4m是力學(xué)指標(biāo)變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此結(jié)合力學(xué)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合分析，軌道板寬度取2.2~2.4m是合適的。

無(wú)砟軌道CA砂漿

CA砂漿彈性模量分別采用100MPa、300MPa、500MPa、1000MPa進(jìn)行分析。

隨著CA砂漿彈性模量的增大，軌道板彎矩減小，CA砂漿本身的反力增大，底座彎矩增大，其中軌道板縱向負(fù)彎矩和底座縱橫向負(fù)彎矩變化不明顯。

當(dāng)CA砂漿彈性模量大于300MPa時(shí)，各力學(xué)指標(biāo)變化趨緩，計(jì)算時(shí)其最大值可取300MPa，同時(shí)考慮CA砂漿彈性模量的離散性和軌道板受力的最不利情況，最小值取100MPa。

無(wú)砟軌道地基

地基彈性系數(shù)采用K30，分別按50MPa/m、190MPa/m，500MPa/m，1000MPa/m進(jìn)行分析。

隨著地基彈性系數(shù)增大，除軌道板橫向負(fù)彎矩增大外軌道板其它彎矩減小，CA砂漿反力變化不明顯，底座彎矩減小。由此可知，隧道、橋梁地段由于基礎(chǔ)剛度較土質(zhì)路基大，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)整體而言受力是有利 的。

列車豎向荷載作用下板式軌道最不利彎矩計(jì)算基本參數(shù)取值，同時(shí)考慮荷載作用位置以及CA砂漿彈性模量的離散性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，計(jì)算列車豎向荷載作用下板式軌道的最不利彎矩。

在板式軌道力學(xué)計(jì)算中，荷載作用位置、扣件剛度、軌道板寬度、CA砂漿彈性模量以及地基彈性系數(shù)等基本參數(shù)的取值是影響計(jì)算結(jié)果正確與否的主要因素，只有基本參數(shù)合理才能保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

計(jì)算列車豎向荷載作用下軌道板和底座的最不利彎矩時(shí)，荷載作用位置應(yīng)分別考慮位于板中及板端兩種工況；CA砂漿彈性模量應(yīng)考慮離散性，按100MPa和300MPa分別計(jì)算。

路基地段地基彈性系數(shù)采用K30時(shí)取190MPa/m是最不利情況，計(jì)算結(jié)果較隧道和橋梁地段偏大。

隨著京津城際高速鐵路、武廣高速鐵路、滬杭高速鐵路和京滬高速鐵路的相繼開通和運(yùn)營(yíng)，我國(guó)高速鐵路無(wú)砟軌道技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)系列化、現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化。無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式在線路上主要有CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道、CRTSⅡ型雙塊式無(wú)砟軌道、CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道和CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道、CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，在道岔區(qū)段主要有長(zhǎng)枕埋入式無(wú)砟軌道和板式無(wú)砟軌道。

高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)與普通軌道結(jié)構(gòu)一樣，由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等部分組成。這些力學(xué)性質(zhì)截然不同的材料承受來(lái)自列車車輪的作用力，它們的工作是緊密相關(guān)的，任何一個(gè)軌道零部件性能、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的變化都會(huì)影響其他零部件的工作條件，并對(duì)列車運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。因此，軌道結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)，要用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)和方法進(jìn)行研究。鋼軌直接承受由機(jī)車車輛傳來(lái)的巨大動(dòng)力，并傳向軌枕；軌枕承受鋼軌傳來(lái)的豎向垂直力、橫向和縱向水平力后再將其分布于道床，并保持鋼軌正常的幾何位置；輪軌間的各種作用力通過(guò)軌枕和扣件的隔振、減振和衰減后傳遞給道床，并將作用力擴(kuò)散傳遞于路基。由于列車速度的提高與軌道結(jié)構(gòu)的作用力及速度成正比，高速鐵路的軌道必然比普通線路具有更高的安全性、可靠性和平順性。為保證軌ⅡⅡ道結(jié)構(gòu)的這些要求，軌道各部件的力學(xué)性能、使用性能和組成為結(jié)構(gòu)的性能都比普通軌道部件高得多。作為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的軌道結(jié)構(gòu)是一龐大的系統(tǒng)工程，其受力狀態(tài)極其復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)條件的任何變化都會(huì)直接引發(fā)受力狀態(tài)的變化，而作為軌道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的橋梁、路基的狀態(tài)和性能對(duì)軌道結(jié)構(gòu)有決定性影響，因此，作為高速鐵路和高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)，具備良好的基礎(chǔ)并在正常受力條件下運(yùn)營(yíng)就顯得特別重要。高速鐵路一般采用60kg/m鋼軌、長(zhǎng)度2.6m軌枕、彈性扣件、無(wú)砟的軌道結(jié)構(gòu)，大號(hào)碼道岔，直向過(guò)岔速度與區(qū)間正線一致，側(cè)向過(guò)岔速度與連接的聯(lián)絡(luò)線一致，利用標(biāo)準(zhǔn)列車計(jì)算橋梁荷載，規(guī)定統(tǒng)一的列車速度和軸重，全部采用立體交叉。

遂渝鐵路無(wú)砟軌道試驗(yàn)段在進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。據(jù)成都鐵路局發(fā)布的消息，我國(guó)首條無(wú)砟鐵路軌道于2007年1月10日晚完成綜合試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，動(dòng)車組時(shí)速達(dá)到232公里，其平穩(wěn)性、舒適度達(dá)到優(yōu)級(jí)，測(cè)試的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

2004年9月，鐵道部決定在遂（四川遂寧）渝（重慶）鐵路建設(shè)我國(guó)首條無(wú)砟軌道試驗(yàn)段，正線全長(zhǎng)13.16公里。

2007年1月3日，遂渝鐵路無(wú)砟軌道試驗(yàn)段開始綜合試驗(yàn)。

2009年12月26日，武廣高速鐵路投入運(yùn)行。該線采用從德國(guó)睿鐵公司（RAIL.ONE）引進(jìn)的RHEDA 2000雙塊式無(wú)砟軌道技術(shù)。

京滬高鐵、京石高鐵、石武高鐵、廣深港高鐵、京沈高鐵、哈大高鐵、滬寧城際均采用CRTSⅠ或CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道技術(shù)。

2015年4月，第一條采用CRTSⅢ軌道板的鄭徐客運(yùn)專線開始鋪設(shè)。

無(wú)砟軌道采用自身穩(wěn)定性較好的混凝土或?yàn)r青道床代替有砟道床來(lái)傳遞行車時(shí)的動(dòng)、靜荷載，而行車時(shí)需要的彈性變形主要由設(shè)置在鋼軌或扣件下精確定義的單元材料提供。無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求其具有足夠的抗凍安全性，特別是對(duì)其下部結(jié)構(gòu)在鋪軌完成后出現(xiàn)的后續(xù)沉降變形要求十分嚴(yán)格。所以，無(wú)砟軌道線路的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好，特別是在高速行車條件下，屬于一種正常情況下很少需要維修的上部結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)下部結(jié)構(gòu)的類型，無(wú)砟軌道可分為路基上無(wú)砟軌道、隧道內(nèi)無(wú)砟軌道和橋上無(wú)砟軌道三大類。按下列五個(gè)參數(shù)，無(wú)砟軌道可以分為不同的結(jié)構(gòu)類型：

1)按鋼軌支承方式可分為點(diǎn)式和連續(xù)式；

2)按支承扣件方式可分為有軌枕和無(wú)軌枕；

3)按軌枕支承方式可分為埋入式、嵌入式和支承式；

4)按道床板材料可分為混凝土和瀝青；

5)按道床板施工方式可分為預(yù)制和現(xiàn)澆。

無(wú)論何種形式的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，由于采用了剛性較大的黏結(jié)硬化材料作為道床板，一方面使得系統(tǒng)的荷載傳遞、擴(kuò)散功能顯著提高，另一方面其適應(yīng)下部結(jié)構(gòu)沉降變形的能力卻大為下降，所以各種無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)或者說(shuō)路基的要求原則上是一樣的。大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)比表明，在其他條件相同的情況下，行車時(shí)，無(wú)砟軌道和有砟軌道下基床和路基中的動(dòng)荷載差別很大，如動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)速度，相比較而言，不同無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)條件下路基中動(dòng)荷載的差別較小。從這兩點(diǎn)出發(fā)，著眼于無(wú)砟軌道路基的設(shè)計(jì)，本章代表性地以德國(guó)軌枕埋入式無(wú)砟軌道Rheda系統(tǒng)為例，介紹其基本原理和設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上推出其對(duì)路基結(jié)構(gòu)功能性、耐久性和平順性的要求。

我國(guó)目前采用的板式無(wú)砟軌道有兩種結(jié)構(gòu)形式：分別是從日本新干線板式軌道引進(jìn)的CRTS I型板式無(wú)砟軌道和從德國(guó)博格板式軌道引進(jìn)的CRTS II型板式無(wú)砟軌道。CRTS I型板式無(wú)砟軌道是由混凝土底座、CA砂漿層、軌道板、凸形擋臺(tái)等部分組成，凸形擋臺(tái)的作用是防止單元軌道板發(fā)生橫向和縱向移動(dòng)。CRTS II型板式無(wú)砟軌道的軌道板是連續(xù)的，沒(méi)有凸形擋臺(tái)。

CRTSⅢ型無(wú)砟軌道具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、性能穩(wěn)定、用料節(jié)省、施工便捷、工效高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，適用于時(shí)速300公里及以上的高速鐵路，是我國(guó)高速鐵路無(wú)砟軌道技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的重要標(biāo)志。贛