京沈客運專線無砟軌道選型

牛鳳鳴

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

京沈客運專線無砟軌道選型

牛鳳鳴

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

以京沈客運專線項目為背景，從無砟軌道結(jié)構(gòu)本身技術(shù)特點、環(huán)境適應性、經(jīng)濟合理性、運營管理、施工以及養(yǎng)護維修便利性等方面進行分析，得出京沈客運專線無砟軌道選型結(jié)論：推薦采用CRTSⅢ型板式無砟軌道。

無砟軌道 結(jié)構(gòu)選型 軌道結(jié)構(gòu)

1 概況

北京至沈陽鐵路客運專線是國家鐵路網(wǎng)“四縱四橫”高速主骨架京哈通道的重要組成部分，該線建設將以北京為中心的京津冀地區(qū)和以沈陽為中心的遼中南城市群地區(qū)緊密連接起來，充分發(fā)揮鐵路經(jīng)濟橋梁和交通紐帶作用，對加快區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實施，促進城鎮(zhèn)化進程，加快區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)具有重大現(xiàn)實意義。

京沈鐵路客運專線自北京鐵路樞紐星火站引出，向東北方向依次經(jīng)過河北省承德市、遼寧省朝陽市、阜新市、錦州市，到達沈陽市既有沈陽站，正線長度696.8 km，設計時速350 km。

2 軌道結(jié)構(gòu)形式

國內(nèi)外高速鐵路軌道主要分為有砟軌道和無砟軌道兩種形式。與有砟軌道相比，無砟軌道具有軌道變形小、穩(wěn)定性強、剛度均勻、耐久性好、平順性高、使用壽命長等特點。無砟軌道建設成本高于有砟軌道，但線路養(yǎng)護維修設備減少，維修費用大幅度降低，其綜合經(jīng)濟效益明顯。

京沈客運專線是高速鐵路客運專線，設計行車速度為350 km/h。綜合考慮技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理等因素，正線原則上采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。

3 無砟軌道類型

無砟軌道結(jié)構(gòu)形式應根據(jù)全線線下工程、環(huán)境條件等具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后合理選擇。我國高速鐵路客運專線主要采用以下四種無砟軌道結(jié)構(gòu)形式： CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道及CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。四種無砟軌道自身結(jié)構(gòu)特點、對環(huán)境的適應性及經(jīng)濟性等方面有所不同。

3.1 不同形式無砟軌道結(jié)構(gòu)特點對比

(1)CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式及CRTSⅠ型雙塊式砟軌道結(jié)構(gòu)簡單、傳力明晰、便于施工。

(2)對于板式無砟軌道而言，CRTSⅠ型、Ⅱ型板式無砟軌道砂漿調(diào)整層為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，影響結(jié)構(gòu)耐久性；CRTSⅢ型板式無砟軌道采用配置鋼筋、強度等級為C40的自密實混凝土調(diào)整層，消除結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。

(3)CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道的軌道板為雙向預應力結(jié)構(gòu)，可以有效控制結(jié)構(gòu)裂紋，確保軌道結(jié)構(gòu)的耐久性，對嚴寒地區(qū)適應性較好。CRTSⅡ型板式無砟軌道為縱連結(jié)構(gòu)，軌道板間設置寬、窄接縫，并二次澆筑混凝土，結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫；CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)裂紋不易控制。因此，CRTSⅡ型板式無砟軌道與CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道后期養(yǎng)護維修工作量較大，對嚴寒地區(qū)的適應性較差。

(4)CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道的軌道板均采用工廠化預制，效率高，進度快，軌道板施工質(zhì)量易于控制；CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道現(xiàn)場混凝土澆筑量大，施工質(zhì)量不易控制。

(5)CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道在路橋隧地段均采用單元結(jié)構(gòu)，具有較好的修復性；CRTSⅡ型板式及路隧地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道采用縱連結(jié)構(gòu)，可修復性較差。

3.2 無砟軌道對氣候條件的適應性

(1)沿線地區(qū)氣候特點

沿線地區(qū)氣象資料如表1。

表1 沿線地區(qū)氣象資料 ℃

《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范》(TB/T 10005—2010)中對嚴寒條件、寒冷條件和微凍條件的規(guī)定為：嚴寒條件、寒冷條件和微凍條件下年最冷月的平均氣溫t分別為：t≤-8 ℃、-8 ℃

(2)無砟軌道對氣候條件的適應性

CRTSⅠ型板式無砟軌道：

CRTSⅠ型板式無砟軌道采用雙向預應力軌道板，設計采用預應力鋼筋配合普通結(jié)構(gòu)鋼筋，避免表面裂縫的產(chǎn)生。根據(jù)哈大客運專線設計經(jīng)驗，通過增加軌道板厚度，特別是我國針對嚴寒地區(qū)的實際情況，對CA砂漿相關(guān)技術(shù)性能指標進行了研究。考慮以上技術(shù)措施并結(jié)合哈大客運專線的開通運營，可以認為CRTSⅠ型板式無砟軌道能夠適應嚴寒地區(qū)的氣候特點。

CRTSⅡ型板式無砟軌道：

CRTSⅡ型板式無砟軌道采用單向預應力軌道板，軌道板間存在寬、窄接縫，需要二次澆筑混凝土，在新老混凝土結(jié)合處容易產(chǎn)生裂縫；同時，橋上縱連底座結(jié)構(gòu)也按允許開裂進行設計。嚴寒地區(qū)冬季漫長多雨雪，軌道系統(tǒng)長期在凍脹的作用下，裂縫會加速發(fā)展，將導致無砟軌道的承載強度以及使用壽命的下降。

CRTSⅢ型板式無砟軌道：

CRTSⅢ型板式無砟軌道吸收了CRTSⅠ型板式無砟軌道的優(yōu)點，采用雙向預應力軌道板，可有效控制軌道系統(tǒng)的開裂，同時取消了結(jié)構(gòu)中薄弱的CA砂漿層，結(jié)構(gòu)設計滿足溫暖、寒冷及嚴寒等不同氣候條件要求，可以適應本線的氣候環(huán)境。

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道：

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道為非預應力結(jié)構(gòu)，且路基和隧道地段道床板為連續(xù)結(jié)構(gòu)，其道床板在荷載作用下必然產(chǎn)生裂紋，軌道系統(tǒng)長期在凍融循環(huán)作用下，裂縫會加速發(fā)展，進而影響結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。

CRTSⅠ型與CRTSⅢ型板式無砟軌道可適用于嚴寒地區(qū)。CRTSⅡ型板式與CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道由于自身結(jié)構(gòu)特點導致其結(jié)構(gòu)在荷載作用下易產(chǎn)生裂縫，不適于嚴寒地區(qū)應用。目前，CRTSⅡ型板式與CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道尚無在嚴寒地區(qū)大規(guī)模應用的工程實例。

3.3 不同形式無砟軌道經(jīng)濟比較

京沈客運專線全線鋪設無砟軌道范圍暫按(星火站)CK12+200～DIK686+300(沈陽樞紐外)計，根據(jù)每鋪軌公里指標，經(jīng)初步測算，得出本線采用不同形式無砟軌道造價(如表2、表3)。

表2 軌道類型經(jīng)濟比較

注：CRTSⅡ型板式無砟軌道端刺費用另計，60萬/處。

表3 不同形式無砟軌道造價

采用CRTSⅢ型板式無砟軌道較采用CRTSⅠ型板式無砟軌道工程費用少5.6億元，較采用CRTSⅡ型板式無砟軌道少3.2億元，較采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道多12.1億元。CRTSⅢ型板式無砟軌道經(jīng)濟性較好。

4 結(jié)論

綜上所述，京沈客運專線線路大部分位于嚴寒地區(qū)，CRTSⅠ型雙塊式、CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫，軌道系統(tǒng)在凍融循環(huán)作用下，裂縫會加速發(fā)展，影響軌道結(jié)構(gòu)的耐久性，對嚴寒地區(qū)環(huán)境適應性較差；與CRTSⅠ型板式無砟軌道相比，CRTSⅢ型板式無砟軌道采用C40自密實混凝土取代CA砂漿，結(jié)構(gòu)上取消了薄弱環(huán)節(jié)，且工程造價較CRTSⅠ、CRTSⅡ型低。因此，京沈客運專線區(qū)間正線無砟軌道形式推薦采用CRTSⅢ型板式無砟軌道。

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NIU Feng-ming

2014-10-10

牛鳳鳴(1974—)，男，1997年畢業(yè)于上海鐵道大學鐵道工程專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2014)06-0081-02

U238

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