山西中南部鐵路隧道內無砟軌道結構選型分析

曾華亮 李明領

(1．鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142; 2．晉豫魯鐵路通道股份有限公司，山西太原 030045)

山西中南部鐵路隧道內無砟軌道結構選型分析

曾華亮1李明領2

(1．鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142; 2．晉豫魯鐵路通道股份有限公司，山西太原 030045)

對山西中南部鐵路通道的特點進行了闡述，分析了我國客貨混運線路現有的幾種無砟軌道的結構組成，并進行了性能對比，提出了適應山西中南部鐵路通道長大隧邊內的無砟軌道結構形式。

鐵路通道，隧道，無砟軌道，結構選型

1 概述

鐵路重載運輸因其運能大、效率高、運輸成本低、節能環保而受到世界各國鐵路的廣泛重視。特別是在一些幅員遼闊、資源豐富、煤炭和礦產等大宗貨物運輸占有較大比重的國家，如美國、澳大利亞、南非、瑞典、加拿大等國家的重載技術發展尤為迅速，重載運輸已成為世界鐵路大宗貨物運輸發展的重要趨勢。

我國在建的山西中南部鐵路通道工程為以煤炭運輸為主的貨運線路，預留30 t軸重重載運輸條件。目前我國現有鐵路隧道內采用的多是有砟軌道結構。由于重載鐵路具有軸重大、運量大的特點，運營中必然使軌道結構承受較大的荷載。由此造成軌道結構及其部件的損壞比普通線路加快，使線路養護維修工作量及維修成本急劇增加。此外，隧道內無法進行大機養護作業，特別是長大隧道內，作業環境惡劣，僅靠人工養護難以滿足基本養護需求，形成了軌道狀態的惡化與養護工作不到位的惡性循環，對正常運輸組織造成不利影響。基于以上因素，本工程長大隧道內考慮鋪設無砟軌道結構。

2 工程概況

山西中南部鐵路通道自山西省呂梁市興縣的瓦塘站引出，向南經臨縣、柳林、蒲縣，折向東經洪洞、長治，跨京廣線后引入湯陰東站，利用既有湯臺鐵路并增建第二線至臺前，再北跨京九線后向南跨越黃河，經泰安、萊蕪、沂源、沂水、巨峰南至日照南站，線路全長1 260 km(山西省、河南省、山東省境內分別為579 km，255 km，426 km)，其中新建線路1 089 km，利用既有線增建第二線171 km。全線共有171座隧道，隧道總長度358 km，其中擬鋪設無砟軌道的隧道共14座，計164．108雙線千米，占隧道總長度的 45．8%。

3 無砟軌道結構選型分析

1)無砟軌道結構基本組成及技術特點。

目前國內尚無重載鐵路無砟軌道的工程實踐，我國前期客貨混運線路隧道內采用的無砟軌道結構主要有雙塊式、長枕埋入式和彈性支承塊式。

a．雙塊式無砟軌道。隧道內雙塊式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕等部分組成，軌枕為工廠預制，施工時將軌枕組裝成軌排，以現場澆筑混凝土方式將軌枕澆入鋼筋混凝土道床內。結構斷面見圖1。

雙塊式無砟軌道結構主要優點為：結構整體性較強、施工工藝簡單;預制軌枕生產工藝利于掌握，已具備成套生產設備且運輸吊裝方便;經濟性較好。其主要存在不足為：道床板與軌枕新老混凝土結合面易產生裂紋，裂紋控制較困難;工具軌施工，施工質量受工具軌、扣件等因素影響。

圖1 雙塊式無砟軌道結構

b．長枕埋入式無砟軌道。長枕埋入式無砟軌道的結構組成主要包括：混凝土道床板、穿孔軌枕及配套扣件。長枕埋入式無砟軌道采用預應力長軌枕，澆入鋼筋混凝土道床中，為了保證軌枕與道床的連接，在軌枕上設5個橫向預留孔，使道床上層縱向鋼筋穿過，增強其整體性。橫斷面如圖2所示。

圖2 長枕埋入式無砟軌道結構

長枕埋入式無砟軌道結構的主要優點為：結構形式簡單、整體性好、軌距保持能力強;經濟性好;道床混凝土灌注成型，均為常規施工工藝，利于掌握;軌枕制造、運輸吊裝方便。其主要存在的不足為：新老混凝土結合面積較大，裂紋控制較困難;預制軌枕的自重較大，相比雙塊式無砟軌道，運輸、組裝鋪設難度較大。

c．彈性支承塊式無砟軌道。隧道內彈性支承塊式無砟軌道的結構組成主要包括：混凝土道床板、彈性支承塊(混凝土支承塊、橡膠靴套、塊下膠墊)及配套扣件。

彈性支承塊式無砟軌道是在雙塊式軌枕(或兩個獨立支承塊)的下部及周圍設橡膠或其他彈性復合材料套靴，軌枕塊底部與套靴間設橡膠彈性墊層，套靴周圍灌注混凝土而成型的一種無砟軌道結構形式(見圖3)。

圖3 彈性支承塊式無砟軌道結構

結構的主要優點為：軌道結構彈性好;施工工藝簡單;結構可修復性能較好;預制件吊裝方便。其主要存在的不足有：套靴防水、防塵性能差;結構中彈性元件耐久性問題;軌道幾何形位的保持能力相對較弱。

2)無砟軌道性能對比分析。

根據前述無砟軌道結構組成及技術特點的分析，結合本線的實際工程特點，對各種無砟軌道結構進行綜合對比，如表1所示。

表1 重載鐵路隧道內無砟軌道選型對比分析

通過綜合對比可以看出各種無砟軌道結構均具有良好的安全可靠性，通過完善和加強結構設計均可適用于重載鐵路的運營條件。但針對本線運營特點，重載鐵路隧道內無砟軌道應在安全可靠性滿足要求的前提下，側重于可修復性、低動力特性以及良好的耐久性等進行結構的選型分析。

1)雙塊式和長枕埋入式。

兩種軌道結構均為現澆枕式整體道床結構，彈性主要由扣件系統提供。考慮重載運營條件的扣件結構保持軌距的安全性和彈性墊層的疲勞耐久性，扣件彈性墊層的剛度不可能太低，軌道整體剛度較大，列車沖擊荷載將會加劇，對軌道結構整體性和耐久性產生不利影響。此外，軌枕(長枕)和道床板新老混凝土結合面易產生裂紋，其受力特性需要開展進一步的理論分析和試驗對比研究。

目前我國客貨混運線路中，雙塊式和長枕埋入式無砟軌道尚無大面積使用經驗，軌道結構長期適應性尚缺乏運營實踐經驗。據相關資料顯示，遂渝線綜合試驗段二巖隧道(987 m)和木魚山隧道(569 m)鋪設了雙塊式軌道，2011年7月才開始通行貨車，軌道結構不同程度出現軌枕松動和道床板產生裂紋等病害;渝懷線魚嘴二號隧道(710 m)鋪設了長枕埋入式無砟軌道，2005年開通運營，自2011年4月起出現了整體道床下沉、軌枕松動冒漿嚴重、線路幾何尺寸變化大等病害。

此外，兩種無砟軌道結構發生病害后維修困難。

2)彈性支承塊式。

彈性支承塊式無砟軌道通過在混凝土支承塊下和軌下橡膠墊板設置彈性墊層，其軌道整體彈性較好，有利于降低重載運輸條件下的輪軌相互作用力，改善軌道結構的受力環境。

根據相關資料顯示，彈性支承塊已成功應用于西康線秦嶺隧道和蘭武二線烏鞘嶺隧道等客貨混運線路，累計已鋪設300余鋪軌公里，其中秦嶺隧道和烏鞘嶺隧道已開通運營近10年，在隧道基底穩固地段，彈性支承塊軌道結構狀態整體良好。

此外，相比雙塊式而言，混凝土支承塊破損、隧道發生局部病害后，可修復性更好。

4 初步結論

彈性支承塊式無砟軌道綜合性能良好，且在我國客貨混運線路隧道內有一定規模的工程應用，在施工和養護維修方面已積累了較多經驗，是一種較為成熟的結構形式。此外相對剛性道床而言，混凝土支承塊破損、隧道發生局部病害后具有一定的可維修性。

雙塊式無砟軌道僅靠扣件提供彈性，軌道整體剛度相對較大，導致重載列車沖擊荷載加劇，對軌道結構整體性和耐久性產生不利影響，軌道結構長期適應性尚缺乏運營實踐經驗。另外雙塊式軌枕和現澆混凝土結合面是雙塊式無砟軌道薄弱環節，軌枕和道床板新老混凝土結合面的受力特性需要進一步理論研究和試驗驗證。

綜合以上分析，本線長大隧道內宜鋪設彈性支承塊式無砟軌道，同時考慮重載鐵路隧道內無砟軌道結構科研研究，個別地段可鋪設雙塊式無砟軌道作為試驗工點。

5 需深入研究的問題

1)本線預留30 t軸重重載運輸條件，無論采用哪種軌道結構形式，均需要重新開發配套的扣件系統。

2)我國目前尚無重載鐵路無砟軌道的設計和工程經驗，本線無砟軌道結構關鍵設計參數需要進一步研究和試驗驗證。

［1］李 宏．國外重載鐵路綜述［J］．鐵道工程學報，2000(4)：32-34．

［2］楊德修．重載鐵路運輸軌道結構面臨的主要問題及強化措施［J］．鐵道標準設計，2005(12)：10-12．

［3］鄧彥成．鐵路隧道常見病害原因及防治［J］．科技創新導報，2008(29)：61．

［4］張大偉．大秦線重點病害調查情況及建議［J］．鐵道標準設計，2002(4)：32-34．

［5］常衛華．重載鐵路力學特性與選型設計研究［D］．北京：北京交通大學，2009．

［6］劉 偉．長大隧道無砟軌道施工技術研究［J］．山西建筑，2009，35(28)：295-296．

［7］成紹路．淺談鐵路CRTSⅠ雙塊式無砟軌道軌枕預制［J］．企業技術開發，2009(11)：62-63．

［8］劉 彬．武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工工藝及質量控制［J］．鐵道標準設計，2010(1)：58-63．

［9］王建華．鐵路隧道彈性支承塊式整體道床施工技術［J］．建筑，2007(10)：10-12．

Analysis on ballastless track structure lectotype of central south railway in Shanxi province

ZENG Hua-liang1LI Ming-ling2

(1．Railway 3rd Survey and Design Institute Group Co．，Ltd，Tianjin 300142，China; 2．Jin-Yu-Lu Railway Channel Co．，Ltd，Taiyuan 030045，China)

The paper describes the features of central south railway channel in Shanxi province，analyzes several ballastless track structure composition of domestic passenger-goods transportation railway line，carries out performance comparison，and finally points out ballastless track structure in the tunnel which is fitting for central south railway channel．

railway channel，tunnel，ballasstless track，structural lectotype

U459．1

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.032

1009-6825(2013)10-0122-02

2013-01-14

曾華亮(1980-)，男，工程師; 李明領(1968-)，男，高級工程師