30 t軸重載鐵路彈性道砟墊的技術應用效果研究

王宏毅

（中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

隨著“一帶一路”的深入化，重載鐵路建設也成為架起各國溝通的橋梁。目前，重載鐵路貨運已經成為各國貿易往來的重要交通工具。重載鐵路的出現，可以有效提升鐵路的交通運輸能力，化解鐵路動輸緊張的壓力。目前，針對30 t軸重載鐵路施工正處于探索階段，2014年針對該類鐵路的鋪設完成了試驗段，進一步確定了一些相關技術標準。其中砟軌橋隧段也成為30 t軸重載鐵路施工的技術難點，由于砟軌橋隧段在施工中，道床會受到上部與下部砼剛性基礎的雙重夾擊，導致道砟破碎，出現嚴重臟污，這種現象給后續鐵路投入使用的安全、維護等方面，均帶來了一定影響，也進而影響鐵路所處段落的整體使用壽命。重載鐵路的大里程建設，勢必帶來重載橋梁跨越環境敏感區域，環境保護的大力推進，給有砟重載鐵路建設帶來了新的要求于挑戰。為了改善現有問題，確保重載鐵路發展勢頭，該研究結合實際工程案例，提出30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用，以期為中國重載鐵路砟軌橋隧施工技術標準的制定，提供一些有價值的參考資料。

1 工程概況

浩吉鐵路是中國第一條煤運專線重載鐵路，全長1814.5 km，途徑七省，工程量浩大。三門峽黃河公鐵兩用大橋是蒙西至華中地區鐵路煤運通道、運城至三門峽鐵路及山西省、河南省規劃的運三高速公路跨越黃河的共用橋梁。黃河橋橋梁全長5663.754 m，采用公鐵合建上下層布置橫斷面方案，鐵路在下，為四線客貨共線鐵路，公路在上為雙向六車道高速公路。黃河橋主橋跨黃河主槽，結構為84+9×108+84 m連續鋼桁結合梁，鋼桁梁為3片主桁結構，中邊桁中心距13.6 m，每片主桁均采用無豎桿三角形桁架，桁高15 m，節間長12 m。下層鐵路橋面采用正交異性整體鋼橋面板，上層公路橋面采用預應力混凝土板與主桁結合的組合結構。

黃河橋位于河南省三門峽市，橋位距下游G209線三門峽黃河公路大橋約8.4 km，距下游三門峽壩址約28.9 km，穿越3處環境敏感區，分別為2處自然保護區（河南黃河濕地國家級自然保護區、運城濕地省級自然保護區）、1處水產種質自然保護區（黃河中游國家級水產種質資源保護區）。三門峽黃河濕地國家級自然保護區是國內最大的白天鵝過冬棲息地，自然保護區位于三門峽黃河公鐵兩用大橋南引橋線路左側，白天鵝棲息地實際距大橋橋址最近距離不足1 km。考慮到對保護區內白天鵝的保護工作，要求采取措施將列車通過橋梁的振動和噪聲降至最低。

三門峽黃河公鐵兩用大橋位置，有砟軌道與鋼橋相接觸，加之黃河橋穿越3處環境敏感保護區，改善道床接觸環境，降低列車通過噪音勢在必行。

2 30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用及效果

2.1 技術應用目的

根據浩吉（原蒙華）鐵路的貨運路線規劃可以看出，線路運量較大的地段位于靖邊北至荊門段（近期超過7000×104 t、遠期超過1×108 t）。考慮現場試驗工點的選擇主要是為了考核重載條件下彈性道砟墊的使用效果，因此彈性道砟墊的試鋪地段宜選擇在運量較大的地段。經與浩吉（蒙西華中）鐵路股份有限公司溝通，因此30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用效果，主要是通過彈性道砟墊的試驗檢驗。此項研究同時測定道砟墊的降噪效果因此試驗點選擇在晉豫建設范圍內，三門峽黃河公鐵兩用大橋為主試驗點之一。結合上述條件，以下就彈性道砟墊的試驗工點應用情況進行說明。

2.2 鋪設技術應用方案

該研究結合工程的實際情況，確定30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用，確定鋪設計技術應用具體實施的方案。鋪設區段涵蓋橋梁、隧道、過渡段等不同的基礎條件；鋪設區段涵蓋小半徑曲線的對比條件，以鋪設在橋梁和隧道（剛性基礎）上為主，成段時可在路基上鋪設，以此來滿足橋梁、隧道及過渡段等不同下部基礎上彈性道砟墊使用效果對比；盡量成區段鋪設，便于施工和后期養修和觀測對比；彈性道砟墊僅鋪設于重車線，鋪設地點便于后期試驗和觀測對比，考慮道岔的鋪設和試驗，避免與線路已有特殊工程措施區段。

2.3 技術應用材料要求及步驟

彈性道砟墊的材質和性能應符合要求，達到設計要求的使用壽命、耐候性和耐老化特性。為了保證彈性道砟墊具有長期的彈性，道砟墊材料應采用均勻一致的微孔聚氦酯發泡彈性體材料。為了保護彈性墊層，道砟墊頂部應配有無紡布保護層，避免彈性墊層的破壞。彈性道砟墊應采用專門制造工藝，以達到穩定的靜態和動態特性，彈性道砟墊原材料的物理性能應符合相關規定。彈性道砟墊一般采用全表面滿鋪的形式鋪設于橋面或隧道上，根據相關技術研究的規定，當彈性道砟墊用于降低道砟應力（道砟保護）時，道砟墊的最小寬度為軌道中心兩邊各1.8 m。當道砟墊用于減少結構噪聲（減振降噪）時，應在道砟槽內底部和側壁的全部范圍內進行滿鋪。具體鋪設安裝可見下圖1、圖2所示。

圖1 彈性道砟墊安裝示意圖

圖2 彈性道砟墊截面實物圖

在實際鋪設過程中，應按照如下步驟實施彈性道砟墊的安裝，具體內容如下：

（1）地基應該保證于凈、干燥、無霜以及平整，避免出現凹陷與尖銳的凸起。雖然道砟墊可以極佳地適應不同的下部基礎形式，但是下部基礎表面的尖銳凸起或者凹陷仍可能造成道砟墊的損壞。下部基礎的混凝土面層必須進行基本的刮平或抹平處理以達到適當的平整度。

（2）聚氨酯彈性道砟墊可以直接鋪設在壓實的路基或者混凝土面上，為了避免道砟墊在鋪砟作業中變形和錯位，因此需要使用膠水將道砟墊與橋面固定起來。一般需要0.3～0.5 kg/m2的膠水。道砟墊應由軌道兩側橫向舒卷至軌道中心線位置、黑色的負載分布層朝上直接校觸道砟。根據現場需要可合理裁剪道砟墊。格士納公司建議采用無溶劑的粘合劑，例如雙組份的聚氨酯粘合劑來粘合道砟墊與橋面。粘合后道砟墊下方的水依然可以滲入或導流到臨近排水口。

（3）聚氨酯彈性道砟墊可以根據現場的實際情況，使用工具刀切割加工成所需的尺寸。利用焊機將道砟墊的接縫粘合密封起來，避免道砟石進入到接縫部位而影響減振效果。施工機械可以直接在道砟墊上方作業，橡膠胎的工程車可以直接行駛在道砟墊上。

圖3 彈性道砟墊應力放散圖

圖5 彈性道砟墊側墊黏貼施工圖

圖6 彈性道砟墊接長粘結圖

（4）彈性道砟墊的儲存應保持干燥、干凈，防止強紫外線輻射,禁止長時間曝曬。在儲存過程中，道砟墊應放在清潔、通風、不被日光直射、遠離熱源及化學試劑污染處儲存。儲存期內，各項性能指標不得低于本技術條件規定。道砟墊在運輸過程中嚴禁與油類、有機溶劑等有害化學藥品接觸，并應盡量防止曝曬。

2.4 道砟墊的技術應用效果

通過試驗續結果，與施工技術規范要求進行對比，明確本研究的道砟墊的技術應用效果。試驗擬參照國家《鐵路碎石道砟》（TB/T2140-2008）和《鐵路碎石道砟試驗方法》（TB/T2328.1～19-2008）中關于標準集料沖擊韌度的試驗方法，開展道砟盒內有軌枕墊和無軌枕墊兩種工況，通過比較沖擊作用后過篩質量來評判道砟在沖擊荷載下的粉化情況。該試驗方法與歐洲標準《集料的機械和物理特性試驗一抗碎裂性的測定方法》（EN1097-2）等效。道砟墊的技術應用效果主要通過外觀與力學性能試驗結果確定，該研究將重點對力學性能指標進行檢驗。具體結果見表1所示。

表1 道砟墊的力學性能試驗結果

由圖7可見，該研究的技術應用效果試驗中，應力值均滿足標準≧7.0 MPa要求，撓度值的變化率小于10%；荷載反映了彈性層抗拉強度滿足≧12.5 MPa要求；彈性層斷裂伸長率均符合≧250%要求。另外，本研究的道砟墊的外觀應滿足規范要求，檢驗規則按GB/T2828.1，一次抽樣，檢驗水平I級，接收質量限（AQL）為2.5。

圖7 道砟墊的技術應用效果

3 結論

綜上所述，30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用效果顯著，通過結合實際施工項目的分析，明確30 t軸重載鐵路道砟墊的技術應用，可以保證鐵路施工質量，以及后期投入使用的安全運行。