山區(qū)客貨共運鐵路隧道內(nèi)無砟軌道設(shè)計研究

寧星

（中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計研究院有限公司，福州350000）

1 工程概況

我國現(xiàn)有山區(qū)客貨共運鐵路大多采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。在長大隧道內(nèi)，有砟軌道結(jié)構(gòu)病害嚴(yán)重，且養(yǎng)護(hù)維修難度很大。另一方面，相對于無砟軌道，有砟軌道需要更大的隧道凈空，增加了隧道建設(shè)的成本[1]。

既有漳泉肖鐵路為客貨共運鐵路，全線采用有砟軌道，起點為福建省漳平，終點為泉州肖厝港，橫貫福建省南部，全長240km。漳泉肖鐵路改建段位于泉州安溪縣及永春縣境內(nèi)，改建長度為18km，改建地段位于戴云山脈東南部低山丘陵區(qū)，山巒起伏，山勢峻峭，地形條件困難，橋隧比占達(dá)67.9%。

為養(yǎng)護(hù)維修方便，本項目長度1km 及以上的隧道鋪設(shè)無砟軌道。目前，適用于本線鋪設(shè)的成熟無砟軌道主要有彈性支承塊式和CRTS 雙塊式無砟軌道2 種結(jié)構(gòu)形式。

2 無砟軌道結(jié)構(gòu)選型

2.1 彈性支承塊無砟軌道

彈性支承塊式無砟軌道由鋼軌、扣件、支承塊、鋼筋混凝土支承塊、橡膠套靴、塊下墊板、道床板等部分組成[2]。

彈性支承塊無砟軌道[3]是在雙塊式軌枕的下部及周圍設(shè)置橡膠套靴，軌枕底部和套靴之間設(shè)置彈性墊層，套靴周圍灌注混凝土而成型的一種無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。具有如下設(shè)計特點：

1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠、減振性能好，對客貨共線鐵路有更好的適應(yīng)性[4]。結(jié)構(gòu)的垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供，可有效達(dá)到減振和降噪的目的。

2）結(jié)構(gòu)簡單，施工相對容易。鋼筋混凝土支承塊為工廠預(yù)制，現(xiàn)場只需要將鋼軌、扣件、彈性支承塊組成軌排，并精確定位后，就地灌注混凝土即可成型。可以發(fā)揮軌排施工的優(yōu)勢，采用“鋼軌支承架”法“由上向下”施工，能夠確保鋼軌和軌排的高精度，從而保證整個無砟軌道的高精度[5]。

3）彈性支承塊式無砟軌道一般鋪設(shè)于隧道內(nèi)。在露天環(huán)境中，套靴防水措施可靠性差，影響其使用效果和結(jié)構(gòu)壽命。

4）混凝土支承塊、橡膠套靴及膠墊易于更換，對線路正常運營較小。

5）軌道結(jié)構(gòu)高度較低，可減少隧道開挖面積。

6）初期投資相對較低。

2.2 CRTS 雙塊式無砟軌道

隧道內(nèi)CRTS 雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、混凝土道床板、混凝土底座等組成。

軌枕為工廠預(yù)制，施工時將軌枕組成軌排，以現(xiàn)場澆筑混凝土方式將軌枕澆入混凝土道床內(nèi)[6]，具有如下特點：

1）軌道結(jié)構(gòu)的整體性強(qiáng)，采用桁架軌枕達(dá)到了減少預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面積、控制表面裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的效果[7]。

2）施工工藝簡單、成熟、可靠。“由上向下”的施工方法能夠保證鋼軌和軌排的高精度，從而保證整個無砟軌道的高精度。

3）結(jié)構(gòu)簡單，整體性好，具有較好的結(jié)構(gòu)耐久性，同時，具有穩(wěn)定的軌道幾何形態(tài)保持能力。

4）運營期間，軌道結(jié)構(gòu)的調(diào)整只能通過扣件完成，混凝土采用常規(guī)維修方法[8]。一旦軌枕或道床板混凝土結(jié)構(gòu)破壞時，修復(fù)較為困難。

5）投資相對彈性支承塊式無砟軌道高。

2.3 無砟軌道技術(shù)比較

彈性支承塊無砟軌道[9]與有砟軌道彈性最為接近，可降低振動及減少噪聲，且初期投資相對較低。CRTS 雙塊式無砟軌道具有整體性好、穩(wěn)定可靠、軌道幾何狀態(tài)穩(wěn)定等特點，但新舊混凝土結(jié)合面易產(chǎn)生裂紋，且軌道結(jié)構(gòu)彈性僅由扣件提供，相對彈性支承塊較差。綜合考慮國內(nèi)無砟軌道技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及本線運行條件，推薦本線長度1km 及以上的隧道內(nèi)鋪設(shè)彈性支承塊無砟軌道。

3 無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道由60kg/m 鋼軌、預(yù)埋鐵座式彈性可調(diào)扣件、預(yù)制C50 混凝支承塊、支承塊下彈性墊板、橡膠套靴及道床板等組成。

3.1 鋼軌

隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道鋼軌采用60kg/m、25m 定尺長U71Mn 有孔新鋼軌，鋼軌質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。

3.2 扣件

隧道內(nèi)彈性支承塊式無砟軌道扣件采用預(yù)埋鐵座式防銹彈性可調(diào)扣件，預(yù)埋鐵座式彈性可調(diào)扣件由標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型彈條、軌距擋板、絕緣軌距塊、T 形螺栓、蓋形螺母、預(yù)埋鐵座組成。

扣件支點間距一般為595mm，施工時可根據(jù)現(xiàn)場情況均勻調(diào)整，扣件支點間距調(diào)整范圍575～625mm[10]。

3.3 支承塊

彈性支承塊式無砟軌道支承塊式為C50 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在工廠預(yù)制，按1 680 對/km 進(jìn)行鋪設(shè)，技術(shù)條件應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，具體尺寸如圖1 所示。

支承塊表面不得有裂紋，支承塊四側(cè)面宜設(shè)置一定坡度，方便混凝土支承塊脫模和運營后的養(yǎng)護(hù)維修；支承塊上部宜寬于橡膠套靴，減少灰塵和水進(jìn)入套靴。

3.4 支承塊下彈性墊板及橡膠套靴

彈性墊板材料應(yīng)采用三元乙丙橡膠制作，不得摻用其他膠種和再生膠。

墊板靜剛度為75～105kN/mm。

圖1 彈性支承塊尺寸

橡膠套靴應(yīng)在軌道部定點橡膠制品廠加工生產(chǎn)。橡膠套靴材料應(yīng)采用三元乙丙橡膠制作，不得摻用其他膠種和再生膠。

套靴靜剛度為120～150kN/mm（從套靴小側(cè)面取樣）。

3.5 道床板

道床板混凝土強(qiáng)度等級為C40，混凝土在軌排精調(diào)完成后澆筑，內(nèi)軌下截面處道床頂面低于支承塊頂面63mm，道床板頂面設(shè)置橫向1%的人字排水坡。

隧道內(nèi)道床板為分塊結(jié)構(gòu)，道床板寬度為2 800mm，厚度為351mm，每塊道床板長度一般為6.58m，根據(jù)具體情況可適當(dāng)調(diào)整，長度可為5～8m，2 塊道床板間設(shè)置伸縮縫，伸縮縫寬度為20mm，用聚乙烯泡沫板填充和采用聚氨酯密封。在隧道沉降縫處道床板對應(yīng)設(shè)置20mm 寬伸縮縫。

道床板采用HRB400 級鋼筋，雙層配筋。

曲線超高在道床板上設(shè)置，采用外軌抬高方式，并在緩和曲線范圍完成過渡。

4 道床板和隧道基底的連接

線路中心線2.8m 范圍內(nèi)的隧道仰拱（底板）混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行拉毛或鑿毛處理，其表面浮砟、碎片、油漬等應(yīng)清除干凈，無積水。

道床板與下部基礎(chǔ)通過植筋進(jìn)行可靠連接，為軌道結(jié)構(gòu)提供限位。距洞口50m 范圍內(nèi)，每相鄰兩支承塊間植一排5 根鋼筋；植筋采用HRB400 螺紋鋼筋，鋼筋直徑為20mm，鋼筋長度為480mm，其中采用植筋膠植入隧道仰拱回填層或底板內(nèi)的長度為200mm，設(shè)伸縮縫的2 個支承塊間不植筋。施工時應(yīng)根據(jù)實際軌枕間距合理布置預(yù)埋鋼筋，使其位于相鄰2 個支撐塊中間并避免與道床板結(jié)構(gòu)鋼筋相碰。

5 綜合接地

無砟軌道板接地應(yīng)利用軌道板結(jié)構(gòu)鋼筋，每段無砟軌道板的長度按不大于100m 設(shè)置。

每塊道床板取上層縱向結(jié)構(gòu)鋼筋中3 根（中間1 根和外側(cè)2 根）作為縱向接地鋼筋，取道床板上層中間部位1 根橫向結(jié)構(gòu)鋼筋作為橫向接地鋼筋。縱、橫向接地鋼筋間通過焊接相連，板端接地端子通過焊接與縱向接地鋼筋焊連。

6 結(jié)語

結(jié)合漳泉肖鐵路改建工程無砟軌道設(shè)計，對山區(qū)客貨共運鐵路隧道內(nèi)無砟軌道的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了對比研究，并介紹了彈性支承塊無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計，為其他客貨共運鐵路無砟軌道設(shè)計提供了參考。