歐洲與中國混凝土軌枕標準對比研究

尤瑞林

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

歐洲與中國混凝土軌枕標準對比研究

尤瑞林

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

ISO（國際標準化組織）下屬的TC269（軌道交通領域技術委員會）正在開展鐵路行業國際標準編制研究工作，混凝土軌枕國際標準是其中的一項重要研究內容。中國是TC269的成員國，將參與混凝土軌枕國際標準的制定。本文從標準體系劃分、設計荷載計算方法、強度試驗方法、型式尺寸控制、原材料、生產工藝要求等方面對比研究了歐洲與中國混凝土軌枕標準之間的異同。對比發現，歐洲和中國混凝土軌枕標準不僅在體系的劃分上不同，而且具體內容在上述幾個主要方面均存在不同程度的差異。因此建議中國在參與混凝土軌枕國際標準的編制過程中，系統開展相關研究和試驗工作，為中國混凝土軌枕標準與世界接軌提供有力支撐。

混凝土軌枕；歐洲標準；中國標準；對比研究

1　概述

軌枕是軌道結構的關鍵部件，軌枕按其材質分為木枕、混凝土枕、鋼枕和復合材料軌枕等，其中混凝土軌枕在世界范圍內應用最廣泛［1-4］。目前，世界上鐵路發展水平較高的國家和地區均制定了各自的混凝土軌枕標準。歐洲混凝土軌枕執行《鐵路應用-軌道-混凝土軌枕和岔枕》（EN 13230）系列標準。中國也已發布了多項混凝土軌枕的鐵道行業標準，包括：《混凝土枕》、《高速鐵路有砟軌道預應力混凝土軌枕》和《高速鐵路有砟軌道預應力混凝土橋枕》等。近期中國完成了國家標準《有砟軌道軌枕混凝土枕》報批稿編制，很快將會發布實施。

隨著全球化的發展，為實現世界范圍內鐵路的互聯互通，ISO（國際標準化組織）正在推進鐵路行業國際標準的編制工作，TC269是ISO在軌道交通領域新設立的技術委員會，旨在編制軌道交通領域的國際通用技術標準，中國是該委員會的成員國。TC269下屬的基礎設施分委員會（SC1）已經成立了“混凝土軌枕工作組”，開展混凝土軌枕的國際標準編制工作。未來“混凝土軌枕工作組”將參考EN 13230系列標準，同時兼顧世界各個國家和地區軌枕標準的實際情況來編制混凝土軌枕的國際標準。

在此背景下，積極開展中國混凝土軌枕標準與歐洲標準對比研究，將有利于推動中國鐵路標準與國際標準接軌。

2　歐洲與中國混凝土軌枕標準對比

2.1混凝土標準體系劃分

2.1.1歐洲標準體系

《鐵路應用-軌道-混凝土軌枕和岔枕》（EN 13230）系列標準由歐洲標準委員會（CEN）發布，在歐洲地區33個成員國內執行，具有英語、法語和德語3個官方語言版本［5-9］。EN 13230系列標準按照一般要求及不同類型軌枕的特殊要求劃分為5個部分：①一般要求；②整體式預應力混凝土軌枕；③雙塊式混凝土軌枕；④預應力混凝土岔枕；⑤特殊部件（包括橋枕、無砟軌道用軌枕、雙軌距軌枕、電務枕等）。

2.1.2中國標準體系

中國鐵路標準中軌枕分為國家標準、鐵路行業標準、企業標準等不同級別的標準，目前以鐵路行業標準為主。中國現行混凝土軌枕鐵道行業標準［10-16］主要包括：①預應力混凝土枕靜載抗裂試驗方法（TB/T 1879）；②預應力混凝土枕疲勞試驗方法（TB/T 1878）；③混凝土枕（TB/T 2190）；④有砟軌道預應力混凝土寬枕（TB/T 3298）；⑤高速鐵路有砟軌道預應力混凝土橋枕（TB/T 3299）；⑥高速鐵路有砟軌道預應力混凝土軌枕（TB/T 3300）；⑦有砟軌道混凝土岔枕（TB/T 3080）。

其中前2項標準規定了中國鐵路混凝土軌枕力學性能試驗方法，包括靜載及疲勞試驗。其他標準規定了不同運營條件下混凝土軌枕、岔枕及橋枕等不同類型軌枕的原材料、生產工藝、檢驗規則等具體技術要求。2016年4月，中國完成了《有砟軌道軌枕混凝土枕》國家標準的報批稿，未來中國鐵路各類混凝土軌枕的標準將趨于統一。

2.1.3對比分析

對比歐洲標準體系與中國鐵路行業混凝土軌枕標準體系可以看出：

1）歐洲標準體系與中國混凝土軌枕標準體系劃分的依據不同，歐洲混凝土軌枕標準體系是按照一般要求和具體類型軌枕的特殊要求編制，中國混凝土軌枕標準體系則是按照線路速度及軌枕類型等因素進行劃分。

2）歐洲標準體系對軌枕類型的劃分較為粗獷，但涵蓋面較廣，利于將不同類型軌枕的技術指標統一管理。中國混凝土軌枕標準劃分較為細致，便于生產廠家針對定型的軌枕進行生產質量控制，但不同軌枕標準之間存在內容重復和指標不統一的情況，未來中國混凝土軌枕國家標準發布實施后可解決這一問題。

2.2軌枕設計荷載計算方法

2.2.1歐洲方法

目前歐洲混凝土軌枕設計荷載是按照《整體式混凝土軌枕設計方法》（UIC 713 R）中規定的方法計算得到的，UIC 713 R中規定混凝土軌枕設計枕上垂直動壓力通過下式計算［17］。

式中：Q0為列車的靜軸重，kN；γv為正常使用狀態由于軌道結構以及車輛不平順引起的動態荷載增量，推薦列車速度V＜200 km/h時取0.50，V＞200 km/h時取0.75；γp為扣件系統的彈性對枕上動壓力沖擊衰減的系數，配套低衰減扣件時取1.0，配套中等衰減扣件時取0.89，配套高衰減扣件時取0.78；γd為列車輪載在軌枕間的分配系數，推薦取0.5；γr為由于支承的缺陷導致軌枕在道床內支承反力變化的影響系數，推薦取1.35。

2.2.2中國方法

中國混凝土軌枕設計時，枕上垂直動壓力采用下式計算［18-19］。

式中：Rd為軌枕枕上垂直動壓力，kN；P0為靜輪重，kN，為設計軸重的1/2；α為綜合動載系數，高速鐵路取2.0、重載鐵路取1.5、其他取1.0；γ為輪重分配系數，可根據鋼軌類型、鋼軌支座剛度及軌枕間距取值，典型工況取0.48。

2.2.3對比分析

對比歐洲與中國軌枕設計荷載計算方法可以看出：

1）歐洲軌枕設計時，枕上動壓力考慮的因素較多，而且每種影響因素均以影響系數的形式在計算公式中體現；中國軌枕設計時，枕上動壓力計算是以綜合動載系數來統一考慮不同因素的影響，因此計算公式較為簡潔。

2）歐洲軌枕設計過程中除了考慮基本荷載彎矩外，還通過考慮附加沖擊系數的方式，確定軌枕異常荷載彎矩以及意外事故沖擊導致的荷載彎矩。這兩個彎矩值也是歐洲標準中軌枕強度測試的重要指標。中國軌枕設計計算時，主要以設計荷載彎矩作為軌枕強度的控制條件。

另外，歐洲軌枕設計時所采用的支承反力圖式與中國相似，但計算軌下截面荷載彎矩時，歐洲標準中是以軌枕中性軸作為計算基準，而中國軌枕設計時將軌枕看作梁來直接計算。

2.3軌枕強度試驗方法

2.3.1歐洲標準

歐洲EN 13230標準中規定了軌枕靜載、動載和疲勞彎曲的試驗方法，其中動載試驗在世界其他國家鐵路標準中均不要求，而且歐洲標準所規定的靜載、動載和疲勞彎曲試驗的步驟也較為復雜。以下以軌下截面正彎矩的試驗方法為例，對比歐洲標準與中國混凝土軌枕標準中強度試驗方法之間的差異。

EN 13230規定的軌下截面正彎矩試驗布置見圖1。圖中Fr為軌下截面試驗加載值，Lr為枕端至加載中線的距離，Lp為支承點之間的距離，Lr與Lp之間的關系由給定的公式確定。軌下截面正彎矩靜載、動載及疲勞試驗程序分別見圖2至圖4。圖中Fr0為軌下截面初始的試驗荷載，Frr為軌下截面底部產生第一條裂縫時的試驗荷載，Fr0.05為卸載后在軌下截面底部殘余裂縫寬度0.05 mm時的試驗荷載，FrB為軌下截面破壞時的試驗荷載，Fru為軌下截面疲勞試驗的最低荷載，k1d為用于計算Fr0.05試驗荷載的動態系數，k2d為用于計算FrB試驗荷載的動態系數。

圖1　軌下截面正彎矩試驗支承圖式

2.3.2中國標準

中國標準中規定的軌枕強度試驗方法相對簡便，根據標準給定的支承條件，按照不同類型軌枕設計指定的檢驗荷載值，直接緩慢加載即可，無繁瑣的加載程序。圖5為軌下截面正彎矩試驗的支承圖式（靜載和疲勞試驗的支承圖式相同）。

2.3.3對比分析

通過以上對比可以看出：歐洲和中國混凝土軌枕標準中強度試驗方法差異較大，歐洲標準規定的試驗程序相對較為復雜，而且額外增加了動載試驗的要求。另外，不僅強度試驗的具體方法有所區別，而且歐洲和中國混凝土軌枕標準規定的強度試驗過程中檢驗荷載值的計算方法也有所不同，這也是軌枕強度檢驗結果的重要影響因素。

2.4軌枕型式尺寸控制

2.4.1歐洲標準

歐洲和中國混凝土軌枕標準中對于各類軌枕型式尺寸的檢驗項目有一定差異，具體項目極限偏差取值也有所不同。表1是歐洲標準中規定的型式尺寸極限偏差要求。

圖2　軌下截面正彎矩靜載試驗程序（設計認可檢驗用）

圖3　軌下截面動載試驗程序

圖4　軌下截面疲勞試驗程序

圖5　軌下截面正彎矩試驗的支承圖式（單位：mm）

表1　歐洲標準中對軌枕型式尺寸偏差要求

歐洲混凝土軌枕標準中對外觀質量要求如下：①軌枕上表面和其他表面外觀應一致；②在任何表面允許存在隨機分布的氣孔；③用于有砟軌道的軌枕，底面應粗糙且均勻分布；④應特別注意，對于承軌面位置不允許出現大的孔洞，所有外觀質量的最低要求需買方和供應商均同意，并且應出具樣品或者是照片；⑤如果軌枕制造過程的工藝細則中已經有詳盡的步驟說明，在不影響軌枕力學性能的前提下，軌枕脫模后可以進行局部修補工作。

2.4.2中國標準

表2是中國混凝土軌枕標準中規定的型式尺寸偏差及外觀質量要求。

表2　中國標準中對軌枕型式尺寸偏差及外觀質量的要求

2.4.3對比分析

通過以上對比可以看出：①歐洲和中國混凝土軌枕標準中對軌枕的外形尺寸偏差要求和外觀質量要求有所不同。相對而言，中國標準規定的檢驗項目較為具體，而且大部分指標的限值更為嚴格，尤其是對外觀質量的要求。②對于關鍵的項目歐洲和中國混凝土軌枕標準中均提出了一定的要求，但由于各自國家和地區的具體情況不同，規定的數值不統一，這可在后期國際標準的制定過程中共同討論研究。

2.5原材料性能要求

歐洲和中國混凝土軌枕標準中對原材料性能的要求對比于表3。

表3　歐洲和中國軌枕標準中對原材料性能的要求對比

表4　歐洲和中國軌枕標準中對軌枕生產工藝的要求對比

由表3可以看出：

1）歐洲和中國混凝土軌枕標準中對軌枕的原材料性能均有相關規定，但具體指標有一定差異，原材料的性能主要是根據各國的工程實踐經驗，滿足各國混凝土材料方面的標準。對于原材料關鍵項目歐洲和中國混凝土軌枕標準中均提出了一定的要求，但規定的數值并不完全統一，這也可在后期國際標準的制定過程中共同討論研究。

2）總體而言，中國鐵路混凝土軌枕標準中對原材料性能的要求相對較嚴，如三氧化硫含量不應大于3.0%（歐洲標準規定最大含量為4.0%）、骨料堿活性檢驗至少每年檢驗1次（歐洲標準規定為至少每2年檢驗1次）、細骨料采用天然中粗河砂、強度等級不應低于C60（歐洲標準規定為不低于C45/C55）等。另外在混凝土的耐久性指標中，中國標準中相對于歐洲標準增加了氯離子含量、三氧化硫含量、電通量以及氯鹽環境下使用的軌枕的氯離子擴散系數等規定。

3）歐洲標準相對于中國標準增加了混凝土吸水性試驗和細骨料的耐磨性試驗要求，這兩項試驗在中國軌枕標準中沒有要求。

2.6生產工藝要求

歐洲和中國混凝土軌枕標準中對軌枕生產工藝的要求對比見表4。

由表4可以看出：對于軌枕生產制造過程中的關鍵工序，歐洲和中國混凝土軌枕標準中的規定也有所不同。總體來看，中國規定的制造工藝要求更為細致具體，除了養護和放張以外，中國混凝土軌枕標準中對于預應力鋼絲的下料偏差、預應力施加工藝、脫模后的養護等也給出了具體的規定。

3　結論

綜合對比研究可以看出，歐洲和中國混凝土軌枕標準不僅在體系的劃分上不同，而且具體內容在以下幾個主要方面也存在一定差異。

1）歐洲和中國混凝土軌枕設計的方法不同，枕上動壓力和荷載彎矩計算方法也存在一定差異，這就導致在相同運營條件下，設計出的軌枕承載能力有所不同，相應的檢驗荷載也存在差異。

2）歐洲和中國混凝土軌枕標準中規定的軌枕強度試驗方法有一定的差別，歐洲標準規定的試驗程序相對較為復雜，而且額外增加了動載試驗的要求。另外，歐洲和中國混凝土軌枕標準規定的強度試驗過程中檢驗荷載值的計算方法也有所不同，這會對軌枕強度檢驗結果產生重要影響。

3）歐洲和中國混凝土軌枕標準中規定的型式尺寸偏差和外觀質量要求有所不同。相對而言，中國標準規定的檢驗項目較為具體，且大部分指標的限值更為嚴格，尤其是對外觀質量的要求。對于關鍵的檢驗項目歐洲和中國軌枕標準中均提出了一定的要求，但由于各國的具體情況不同，規定數值不統一，可在后期國際標準的制定過程中共同討論。

4）歐洲和中國混凝土軌枕標準中對軌枕的原材料性能均有相關規定，但由于各國的具體情況不同，規定的具體數值有所不同。

5）對于軌枕生產制造過程中的關鍵工序，歐洲和中國混凝土軌枕標準的規定也有差別。總體來看，中國規定的制造工藝要求更為細致具體。

歐洲和中國混凝土軌枕都已經發展多年，具有各自成熟的標準體系，由于各個國家和地區實際運營、軌枕生產工藝、養護維修體制等情況存在差異，標準的具體內容均有所不同，因此建議中國在參與混凝土軌枕國際標準的編制過程中，系統開展相關研究和試驗工作，為中國混凝土軌枕標準與世界接軌提供有力支撐。

［1］陳秀方.軌道工程［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005.

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Comparison Research on Concrete Sleeper Standards of Europe and China

YOU Ruilin
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

T C 269（T echnical committee for the railway transit industry）of ISO（International Organization for Standardization）is carrying out the international standardization formation research work for all products and services specifically related to the rail industry and the international standard of concrete sleeper is one of the important content.As a T C269 member state，China will participate in the international standard formation of concrete sleepers.T his paper compared and studied the similarities and differences between European and Chinese concrete sleeper standards from such aspects as the standard system division，load calculation method design，strength test method，geometrical size control，raw material，and production process requirements.T he comparison results indicate that there are different degrees of difference between European and Chinese concrete standards that are not only in the system division but also in the specific content of the above main aspects，which suggested that the related research and experimental work should be implemented systematically during the international standard formation process of concrete sleeper in order to provide a strong support for the Chinese concrete sleeper standard connecting with the world.

Concrete sleeper；European standard；Chinese standard；Comparison research

U213.3+4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.28

1003-1995（2016）09-0112-07

（責任審編葛全紅）

2016-05-10；

2016-07-10

中國鐵路總公司科技研究開發計劃（Z2016-028）

尤瑞林（1986—），男，助理研究員，碩士。