淺談無碴軌道技術性能與施工工藝

石岱君

摘要：無碴軌道是以混凝土或瀝青砂漿取代散粒道碴道床而組成的軌道結構型式，它具有軌道穩定性高，剛度均勻性好，結構耐久性強和維修工作量顯著減少等特點，對于高速鐵路較傳統的有碴軌道有更好的適應性。本章主要介紹了無碴軌道系統結構及施工工藝。

關鍵詞：無碴軌道；系統結構；施工工藝

無碴軌道是一種少維修的軌道結構，它利用成型的組合材料代替道碴，將輪軌力分布并傳遞到路基基礎上。無碴軌道按照結構可以分為整體結構式和直接支承式。路基上的無碴軌道一般由基礎防凍層、支承層、承載層、防排水系統、軌道扣件系統，以及其他附屬設施共同構成。而橋梁和隧道中的無碴軌道的系統構成具有不同的特點，本章主要介紹了無碴軌道系統結構及期施工工藝。

1 結構整體性能

無碴軌道從誕生、發展、到目前為止，其結構型式種類繁多，技術上也各有特點。長枕埋入式和板式軌道兩種結構均具有無碴軌道所具有的線路穩定性、剛度均勻性好、線路平順性、耐久性高的突出優點，并可顯著減少線路的維修工作量。從軌道結構每延米重量看，無碴軌道均要小于有碴軌道，而相對而言，板式軌道結構高度低，道床寬度小，重量最輕，這樣在橋上鋪設時可降低橋梁的二期恒載，在隧道內應用時可減小隧道的開挖斷面，因此有可能降低橋梁、隧道結構的總造價;長枕埋入式無碴軌道受預制軌枕長度的限制，道床寬度要大于板式軌道，每延米重量較大。從“高速鐵路高架橋上無碴軌道關鍵技術的試驗研究”項目的室內落軸沖擊的試驗結果看，長枕埋入式無碴軌道結構的整體剛度要稍大于設置CA砂漿調整層的普通型板式軌道。對于在客運專線或高速鐵路的橋上應用來說，無碴軌道結構具有的高平順性、剛度均勻性，以及橋梁的撓曲變形在一定程度上可彌補無碴軌道結構整體剛度大的缺陷。

2 制造和施工

2.1 長枕埋入式無碴軌道

采用我國較成熟的“鋼軌支撐架”法“由上至下”進行施工，軌道幾何尺寸和絕對幾何位置易于實現，由于其施工工藝簡單，使得其工程質量也易于控制；

道床結構中除橫向穿孔軌枕、混凝土支承塊需要工廠預制外，其余混凝土均為現場澆筑，道床表面宜設置橫向排水坡；

在橋上鋪設時，與梁縫的配合上比較靈活；

在曲線地段施工時，線路的超高順坡、曲線園順度等易于控制。但施工過程中需要工具軌(新鋼軌)作為控制線路標高的基準；

現場混凝土的施工量較大，受混凝土令期的影響，其施工進度相對較慢；

在需要特殊減振及過渡段區域，長枕埋入式無碴軌道由于混凝土底座中央兩端設置限位凹槽，在底座與道床板之間彈性層的設計與施工方面都相對要困難一些。

2.2 板式軌道結構

軌道板(RC或PRC)為工廠預制，其質量容易控制，現場混凝土施工量少，施工的機械化程度高,將人為控制因素減至最少，施工進度較快;道床外表美觀。由于其采用“由下至上”的施工方法，施工過程中不需工具軌，施工結束后，承軌面高低、水平誤差小，為一次鋪設跨區間無縫線路提供了平順的工作面，但由于在秦沈線施工中，未能形成一合理的測量控制體系，實際施工中仍采用了工具軌，使其絕對幾何位置不易實現，此方面和國外有一定差距;在特殊減振及過渡段區域，通過在預制軌道板底粘貼彈性橡膠墊層，易于實現下部基礎對無碴軌道的減振要求;軌道狀態整理過程中充填式墊板的應用，使鋼軌支點的支承均勻性得到保證;在橋上鋪設時，受橋梁不同跨度的影響，需要不同長度的軌道板配合使用;曲線地段鋪設時，線路超高順坡曲線矢度的實現對扣件系統調整要求較高;板式軌道結構中CA砂漿調整層的施工質量要求高，其質量的好壞直接影響軌道的耐久性;目前而言，因其技術含量較高，工藝復雜，現場施工時工程耐久性能不易保障;板式軌道的制造、運輸和施工設備和機具的專業性較強，包括:軌道板的制造、運輸、吊裝、鋪設CA砂漿的現場攪拌、試驗、運輸和灌注; 軌道狀態整理過程中的充填式墊板樹脂灌注等。

3 線路維修

參照國外同類無碴軌道結構的使用情況，長枕埋入式無碴軌道的維修工作主要體現在扣件螺栓的涂油工作，而板式軌道的維修除扣件螺栓的涂油作業外，從日本鐵路板式軌道初期的運營經驗看，由于板式軌道水泥瀝青(CA) 砂漿調整層的存在，其受自然環境因素的影響較大，在凸形擋臺周圍及軌道板底邊緣的CA 砂漿存在破損現象，特別是在線路縱向力較大的伸縮調節器附近。因此日本鐵路除相應開發出了修補用的樹脂砂漿外，在設計方面，用強度高、彈性和耐久性好的合成樹脂材料替代凸形擋臺周圍的CA砂漿。對于軌道板底的CA 砂漿調整層，以灌注袋的形式取代初期的設模板的直接灌注，不僅節省了施工用模板的投入，而且減少CA砂漿層的環境暴露面，從而顯著提高了板式軌道結構的耐久性,以實現無碴軌道結構少維修的設計初衷。從特殊情況下無碴軌道損壞時的可修復性看，由于板式軌道的軌道板與下部基礎之間、彈性支承塊式無碴軌道的支承塊與混凝土道床之間是隔開的，其可修復性較強。而長枕埋入式無碴軌道的穿孔軌枕與混凝土道床板澆筑成一體，盡管有隔離層將道床板與下部基礎隔開，但相比而言，其可修復性較差。

從可靠度、使用壽命、安全性來說，無渣軌道優于有渣軌道，但從降低噪音和節省初次投資而言，有渣軌道優于無渣軌道。無碴軌道由于其保持軌道幾何形狀能力強、軌道平順性高、使用壽命長及養護維修費用低等顯著的優點，正越來越多地在世界高速鐵路中得到運用。日本、德國二十世紀90年代后期修建的高速鐵路以及臺灣高速鐵路無碴軌道比例接近100%,法國也在地中海線2km隧道內進行了無碴軌道試驗。

國內對無碴軌道的研究始于20世紀60 年代，與國外的研究幾乎同時起步。1995年以后，隨著京滬高速鐵路可行性研究的進程，無碴軌道在我國重新得以關注。到了1999年，在鐵道部科技開發計劃項目“秦沈客運專線橋上無碴軌道設計、施工技術條件的研究與編制”的有力推動下，秦沈客運專線選定了三座高架橋作為無碴軌道的試鋪段。除在秦沈客運專線得到應用外，目前在一些隧道內試鋪了長枕埋入式和板式軌道。

4 無碴軌道的優點

簡單、透明的系統結構；完美的軌道定位；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入軌道跨距，因此可以消除軌道構架的澆注不足現象；采用優化的軌道系統,設計具有出色的粘合質量,可進行整體式施工；使用預組裝部件確保軌道的彈性；軌道的彈性支撐或持續支撐；去除軌距連接桿；安全性極高、使用壽命長；符合電絕緣要求；具有“邊建設邊投入使用”的能力

另外，與其他型號軌道相比，這種軌道與植物的組合應用，可以產生出色的視覺效果。軌道表面的植物可降低噪音分貝，使維護費用最小化。軌道上的草皮本身就能消除噪音。在防振和結構噪音傳播方面有嚴格規定的城市中，使用“綠色軌道”不失為一種成本效益極佳的方式。