長(沙)昆(明)客運專線軌道結構設計綜述

伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津　300142)

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長(沙)昆(明)客運專線軌道結構設計綜述

伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津300142)

摘要：系統(tǒng)總結長昆客運專線無砟軌道結構設計技術,主要包括CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道、CRTSⅡ型板式無砟軌道、過渡段軌道設計、鋼軌伸縮調節(jié)器設置等,結合長昆客運專線項目的特點,對其軌道系統(tǒng)設計中的難點和重點進行介紹。無砟軌道結構形式應根據線下工程類型合理確定,集中成段鋪設。山區(qū)鐵路宜采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,為減少溫度調節(jié)器的設置,大跨度連續(xù)梁地段可采用CRTSⅡ型板式無砟軌道,特殊大跨度橋梁地段宜設置鋼軌伸縮調節(jié)器,無砟軌道路基與橋梁過渡地段應設置過渡措施。

關鍵詞：長昆客運專線；無砟軌道；過渡段；鋼軌伸縮調節(jié)器；設計

1工程概況

長沙至昆明鐵路客運專線是我國“中長期鐵路網規(guī)劃”(2008年調整)“四縱四橫”客運專線網中滬昆客專的重要組成部分。長沙至昆明鐵路客運專線長沙至玉屏段，線路自長沙南站南端引出，至湘黔界，正線長度413.939 km。

正線軌道按一次鋪設跨區(qū)間無縫線路設計。客運專線正線采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)；為減少溫度調節(jié)器的設置，部分設置大跨度連續(xù)梁的橋梁區(qū)段采用CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)；與正線相鄰的到發(fā)線采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。

鋪設CRTSI型雙塊式無砟軌道的正線岔區(qū)范圍內采用軌枕埋入式道岔，鋪設CRTSⅡ型板式無砟軌道的正線岔區(qū)范圍采用板式道岔[1]，正線岔區(qū)除邵陽北站采用板式道岔外，其余正線岔區(qū)采用軌枕埋入式道岔。跟正線相鄰的到發(fā)線岔區(qū)范圍采用軌枕埋入式道岔。

2無砟軌道結構設計

2.1　CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道

2.1.1橋梁地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道

(1)結構組成

橋梁地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板、隔離層、底座及凹槽周圍彈性墊層等組成。

(2)主要技術要求

①軌道結構高度為725 mm，曲線超高在無砟軌道底座上設置。

②道床板、底座沿線路縱向在梁面上分塊構筑，分塊長度為5.0～7.0 m，相鄰道床板及底座的間隔縫為100 mm。

③道床板寬度為2800 mm，厚度為260 mm。底座寬度為2800 mm，直線地段靠近線路中心線側軌下厚度為210 mm。

④道床板及底座采用C40混凝土現場澆筑。

⑤底座頂面設置土工布隔離層，道床板設凸臺與底座凹槽配合限位。

⑥底座直接澆筑在梁面上，底座通過梁體預埋套筒植筋與橋梁連接。

2.1.2路基地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道

(1)結構組成

路基地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板、支承層等部分組成。

(2)主要技術要求

①軌道結構高度為815 mm，曲線超高在基床表層上設置。

②道床板為縱向連續(xù)的混凝土結構，在支承層上構筑。道床板寬度為2 800 mm，厚度為260 mm。

③支承層頂面寬度約為3 200 mm，底面寬度為3 400 mm，厚度為300 mm，沿線路縱向，每隔2～5 m設一橫向預裂縫。

④路基長度≥30 m時，連續(xù)道床板的兩端分別設置2個C40鋼筋混凝土端梁，端梁與道床板澆筑為一整體。

⑤在路基上連續(xù)道床板的起終點至距端部第2個端梁向道床板中部方向20 m范圍內，道床板下設置鋼筋混凝土底座，其他地段道床板下設置支承層結構。

⑥線間排水

直線地段兩線之間設C25混凝土封層，其上設2%的人字坡，將水排到線路兩側的排水設施內。曲線地段采用線間設集水井方式進行排水。

2.1.3隧道內CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道

(1)結構組成

隧道內CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板等部分組成。

(2)主要技術要求

①隧道內軌道結構高度為515 mm，曲線超高在無砟軌道道床板上設置。

②道床板為縱向連續(xù)的混凝土結構，直接在隧道仰拱回填層或鋼筋混凝土底板上構筑。道床板寬度為2 800 mm，厚度為260 mm。隧道施工縫處的道床板采用不斷開設計，沉降縫處采用斷開設計。

③隧道進出口距連續(xù)澆筑道床板端部25 m范圍內，道床板與隧道仰拱回填層或鋼筋混凝土底板間采用連接鋼筋進行錨固。

2.2　CRTSⅡ型板式無砟軌道

2.2.1結構組成

(1)橋梁地段CRTSⅡ型板式無砟軌道

橋梁地段CRTSⅡ型板式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、預制軌道板、砂漿調整層、縱連底座板、滑動層、側向擋塊等部分組成。一般情況下，每孔梁固定支座上方設置剪力齒槽，梁縫處設置高強度擠塑板，臺后路基上設置摩擦板、端刺及過渡板等結構。

直線地段軌道結構高度為679 mm；曲線超高在無砟軌道底座板上設置，超高為175 mm圓曲線地段，軌道結構高度為751 mm。

(2)路基地段CRTSⅡ型板式無砟軌道

路基地段CRTSⅡ型板式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、預制軌道板、砂漿調整層及支承層等部分組成。

軌道結構高度為779 mm，曲線超高在路基基床上設置。

(3)隧道內CRTSⅡ型板式無砟軌道

隧道內CRTSⅡ型板式無砟軌道主要由鋼軌、彈性扣件、預制軌道板、砂漿調整層及支承層等部分組成。

軌道結構高度為779 mm，曲線超高在隧道相關結構上設置。

2.2.2形式尺寸及技術要求

(1)軌道板

①軌道板寬度為2 550 mm，厚度為200 mm，標準軌道板長度為6 450 mm；

②軌道板采用C55混凝土工廠預制，并采用數控磨床打磨。

(2)砂漿調整層

砂漿調整層設計厚度為30 mm。

(3)底座板

底座寬度為2 950 mm，直線地段平均厚度為200 mm，全橋縱向連續(xù)鋪設，通過剪力齒槽實現與橋梁的固結連接和力的傳遞。

底座板采用HRB500級鋼筋和C30混凝土現場澆筑。

(4)臺后錨固結構

圖1　標準“摩擦板+倒T形端刺”結構縱剖面示意(單位：mm)

圖2　隧道內摩擦板、端刺結構縱剖面示意(單位：mm)

一般路基地段采用標準“摩擦板+倒T形端刺”結構。橋隧相連或橋隧間路基較短地段采用在隧道內設置端刺結構。兩橋間路基較短且長度在150 m以內時，采用在兩橋間的路基上只設置摩擦板，摩擦板中部設小端刺。在摩擦板上將橋上底座板拉通，底座板與摩擦板間設置2層土工布。如圖1、圖2所示。

(5)側向擋塊

側向擋塊整體為倒“L”形結構。側向擋塊采用HRB400鋼筋，C35混凝土現場澆筑，側向擋塊與下部結構間通過連接鋼筋和齒槽進行固定，與底座板間通過限位板傳力。

(6)滑動層

滑動層由兩層土工布和一層滑動膜組成。

(7)高強度擠塑板

高強度擠塑板設置在梁縫處和過渡板下，寬度為0.50～0.60 m。

2.3　岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道

2.3.1橋上岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道

(1)結構組成

橋上岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道由道岔鋼軌件、配套扣件、岔枕、道床板、分隔層、彈性墊板和底座等部分組成，結構高度為860 mm。

(2)主要技術要求

①道床板

道床板采用C40混凝土現場澆筑。橋上軌枕埋入式無砟軌道道床板構筑于底座上，中間設置分隔層，并通過底座的縱、橫向限位凹槽限位。

②底座

底座混凝土強度等級為C40，采用現場澆筑方式進行施工。軌枕埋入式道床板與底座間設置“兩布一膜”分隔層，底座頂面設置縱橫向限位凹槽，限位凹槽四周安裝彈性墊板。

2.3.2路基上岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道

(1)結構組成

路基上岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道由道岔鋼軌件、配套扣件、岔枕、道床板和底座等部分組成，結構高度為954 mm。

(2)主要技術要求

①道床板

采用C40混凝土現場澆筑，采用HRB400級鋼筋。

②底座

底座混凝土強度等級為C30，采用現場澆筑方式進行施工。

2.3.3隧道內岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道

(1)結構組成

岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道由道岔鋼軌件、配套扣件、岔枕、道床板等部分組成，結構高度為654 mm。

(2)主要技術要求

采用C40混凝土現場澆筑，采用HRB400級鋼筋。

2.4　路基地段岔區(qū)板式無砟軌道

路基地段岔區(qū)板式無砟軌道結構主要由道岔部件、預制道岔板、底座及找平層等部分組成，道岔板與底座間設置剪力筋，軌道結構高度為779 mm。

2.5　過渡段設計

2.5.1CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道地段路基與橋梁過渡

一般地段橋臺上軌道結構采用整體道床結構，臺后設鋼筋混凝土搭板，橋臺與搭板過渡點處設置高強度擠塑板。搭板下表面與橋臺接觸位置鋪設土工布。

2.5.2有砟軌道與無砟軌道過渡

(1)混凝土支承層

路基地段混凝土支承層從無砟軌道末端向有砟軌道延伸8～10 m，混凝土支承層厚30 cm。

(2)道砟粘結

無砟軌道末端向有砟軌道方向的道砟分3段粘結，第一段：全部粘結；第二段：軌枕下道砟和肩砟粘結；第三段：軌枕下道砟粘結。

(3)輔助軌

一般情況選用25 m標準軌做輔助軌，其中，5 m設置在無砟軌道上，20 m設置在有砟軌道上。

3軌道關鍵技術

3.1　無砟軌道路基與橋梁過渡技術

由于橋臺與路基間差異沉降的存在[1-5]，若采用軌道結構跨越橋臺與路基設計時，通過計算分析，軌道結構受力較大，在列車荷載的長期作用下有可能影響軌道結構的安全性。因此，軌道結構在路基與橋梁過渡處采用斷開設計，同時為了保證軌道結構的整體性，橋臺上采用整體道床結構。為了降低差異沉降對軌道不平順的影響，在臺后設置鋼筋混凝土搭板結構。

3.2　大跨梁上采用CRTSⅡ型板式無砟軌道技術

對于長昆客專漣水特大橋(60+3×100+60) m連續(xù)梁、洪田特大橋(45+3×75+45) m連續(xù)梁、資江特大橋(60+3×100+60) m連續(xù)梁，若采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構，根據橋上無縫線路鋪設技術條件[6-10]，需設置鋼軌伸縮調節(jié)器；但設置鋼軌伸縮調節(jié)器，將增加工務部門養(yǎng)護維修工作量及影響行車的舒適度，故應減少鋼軌伸縮調節(jié)器的設置；為避免鋼軌伸縮調節(jié)器的設置，該范圍內軌道采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構。

3.3　湘江特大橋上曲線上設置鋼軌伸縮調節(jié)器技術

湘江特大橋(75+3×135+75) m連續(xù)剛構梁位于平曲線地段，溫度跨度較大，全橋若采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構，如不設置鋼軌伸縮調節(jié)器，鋼軌強度及穩(wěn)定性無法通過檢算。且目前部分已開通的線路大跨梁梁端出現了鋼軌碎彎、混凝土結構破損、膠墊竄出等病害。

全橋若采用CRTSⅡ型板式無砟軌道，軌道結構配筋較大，且通過對縱連底座板剛度折減本構關系的研究及試驗證明：鋼筋混凝土底座剛度折減本構關系與技術轉讓資料存在一定區(qū)別，且在卸載時開裂后的鋼筋混凝土試件具有明顯的殘余應變。通過對國內鋼軌伸縮調節(jié)器使用現狀進行調研[11，12]，根據試驗研究及我國高速鐵路軌道建設實踐經驗，該地段不推薦采用CRTSⅡ型板式無砟軌道。

《高速鐵路設計規(guī)范》(TB10621—2014)規(guī)定“9.7.1橋梁、線路和軌道之間應進行系統(tǒng)設計，減小鋼軌伸縮調節(jié)器的設置。平面曲線和豎曲線地段應避免設置鋼軌伸縮調節(jié)器”[13]。考慮到目前無砟軌道無縫線路穩(wěn)定性研究不足，結合已開通項目運營經驗，為避免出現鋼軌碎彎、無砟軌道結構破損、扣件墊板竄動等病害，保證線路安全運營，在該工點采用設置鋼軌伸縮調節(jié)器軌道結構。

3.4　隧道內設置端刺技術

一般情況下，橋后為較長段的非硬質巖石路基，這時就可按標準設計來設置摩擦板及倒T形錨固結構。隨著CRTSⅡ型板式無砟軌道的廣泛應用，由于線路條件的復雜性及限制性，在錨固結構設計中遇到的特殊工況越來越多，如橋后為短路基、橋臺后路基為硬質巖石路塹、橋隧相連等情況，甚至出現需在橋上設置錨固結構的情況，這時就無法根據一般情況在橋后路基段設置標準錨固結構和摩擦板，需要進行特殊設計研究[14-16]。對于橋隧相連或橋隧之間設置短路基的情況，采用隧道內設置錨固結構的方案：從隧道口往里軌道分別由底座+墊層普通段、錨固結構區(qū)段、錨固結構后區(qū)段、過渡板區(qū)段、混凝土支承層區(qū)段組成。錨固結構區(qū)段采用底座和仰拱之間大面積植筋方案或錨固結構和仰拱結合并采用植筋方式與隧道承載襯砌形成傳力連接的方案。

4結論

長昆客專長沙至懷化段已開通運營，從聯(lián)調聯(lián)試動態(tài)測試結果及客車的實際運營情況來開，軌道結構提供了高平順性、高穩(wěn)定性的基礎，為行車的舒適性和安全性提供了可靠的保證。通過系統(tǒng)總結長昆客專無砟軌道結構設計技術，為其他工程中類似問題提供一定的參考依據。

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Design Summary of Track Structure of Changsha-Kunming Dedicated Passenger LineWU Wei-fan

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

Abstract：This paper summarizes the design of ballastless track structure of Changsha-Kunming dedicated passenger line, including CRTSⅠ double block ballastless track, CRTSⅡ type slab track, transition section and the arrangement of rail expansion joint. With reference to the characteristics of Changsha-Kunming dedicated passenger line, the difficulties and key issues in the design of rail system are introduced to provide references for other similar projects. The form of ballastless track structure should be reasonably determined according to the types of substructure works and the track laying should be conducted in full sections. Railway lines in mountainous areas should adopt CRTSI double block ballastless track in order to reduce the quantity of rail temperature regulator. Large-span continuous beam sections may adopt CRTSⅡSlab track, and extra-long-span bridges should be provided with rail expansion joint. The ballastless track subgrade and transition section shall employ transitional measures.

Key words：Changsha-Kunming dedicated passenger line; Ballastless track; Transition section; Rail expansion joint; Design

中圖分類號：U238； U213.2+44

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.002

文章編號：1004-2954(2016)02-0007-04

作者簡介：伍衛(wèi)凡(1972—)，男，高級工程師，1994年畢業(yè)于西南交通大學鐵道工程專業(yè)，E-mail：729592327@qq.com。

收稿日期：2015-10-27； 修回日期：2015-11-13