高烈度地震區橋上無砟軌道選型及工程對策研究

徐 浩,謝鎧澤,田春香,胡連軍

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031； 2.石家莊鐵道大學安全工程與應急管理學院,石家莊 050043)

無砟軌道因具有耐久性強、平順性高、穩定性好等優點，被廣泛應用于高速鐵路、客運專線及城際鐵路[1-4]。在吸收、引進日本、德國無砟軌道技術的基礎上，進行再創新，形成了我國CRTS系列無砟軌道結構。無砟軌道需有穩定的下部基礎，故高速鐵路采用了“以橋代路”的建設理念，為此我國高速鐵路橋梁占比高達50%以上[5-6]，部分線路橋梁占比甚至達到94.2%，如圖1所示。因此，橋上無砟軌道也就成為高速鐵路的重要特征。

圖1 我國部分高鐵線路橋梁占比[6]

由于我國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯部位，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分發育，是一個震災嚴重的國家。我國已建成的高速鐵路網中有“三縱兩橫”位于高烈度地震區，同時還有在建的渝昆高鐵、川藏鐵路等西南部地區鐵路也均位于地震斷裂帶上[7-9]。然而，我國橋上無砟軌道尚未遭遇強震作用，缺少地震考驗，且無砟軌道設計也未考慮地震作用。我國地震活動具有頻度高、強度大、震源淺、分布廣的特點，因此，有必要結合無砟軌道應用情況，研究地震區橋上無砟軌道選型。在無砟軌道選型研究方面，學者們開展了大量研究[10-16]，但研究中鮮有考慮地震這一因素。

將選取好的砧木從斷面中間垂直劈開，劈口深度大約3-4 cm，隨即把削好的接穗輕輕插入，使接穗削面上部留1-3 mm的露白，并將砧木和接穗形成層對齊，立刻用1 cm寬的塑料薄膜把接口包扎嚴實；僅將芽眼露出即可，將接穗（包括接穗頂端剪口）及砧木劈口全部用薄膜包扎嚴實后，最后在劈口處扎緊。砧木上的2片葉片要全部保留，制造養分供應根系和接穗萌發生長。

擬結合地震區橋上無砟軌道的工程特點，分析地震區橋上無砟軌道性能的需求，通過對比我國CRTS系列無砟軌道的典型特點及經濟性指標，提出地震區橋上無砟軌道結構選型建議，并針對無砟軌道可能面臨的問題，提出相應的工程設計對策，從而為地震區及川藏鐵路橋上無砟軌道選型及設計提供參考。

不僅如此，支股或條目的內容可以隨意變更或增刪，使傳統小學數學的穩定結構被一個脆弱的不穩定結構所取代；給課程標準的制定者提供了很大的空間與自由度，以進行所謂的‘創新’，從而設計出了諸多不同版本的‘發現式數學’.

1 地震區橋上無砟軌道需求分析及選型原則

1.1 需求分析

地震的發生具有突發性、破壞性大、監測預防難度大等顯著特點，地震區軌道結構選型、設計及養護維修等均與普通地段無砟軌道存在顯著差異。

一是良好的調整能力，無砟軌道結構應能夠適應頻發的小震，無砟軌道在小震作用下應能夠保持足夠的穩定性，且當軌道結構發生小變形時，具備一定的調整能力；二是梁端變形適應能力，地震具有典型的非一致性特征，在兩跨橋梁梁端極易出現大的錯臺，因此，無砟軌道在橋梁梁縫處應能適應較大的梁端錯臺；三是快速修復能力，無砟軌道結構在損壞后應具備快速修復的能力[17]，由于地震區橋上無砟軌道在地震作用下可能出現關鍵部件失效的問題，為保障生命通道的暢通，無砟軌道應具備良好的可維修性。

無砟軌道經濟性是無砟軌道選型的重要指標之一，CRTS系列無砟軌道建設成本如表2所示。

1.2 選型原則

針對地震荷載作用下橋上無砟軌道的力學行為特征及需求，地震區橋上無砟軌道選型應遵循如下原則。

古代建筑多為亭臺樓閣，這就為士人們提供了很好的“憑欄”場所。登高望遠向來為士人所推崇。登上樓閣，由于四面鏤空，作者可以遠眺，登高望遠就能感受自身的渺小與天地的廣大，情感也就隨之而來。建筑的形態為“憑欄”意向提供了客觀的條件，而建筑的精美又為士人提供了審美的情趣。由此產生了“登高必賦”的思想感情。這其實是之前“登山臨水”的繼承與發展。士人本身對于現實的不滿，卻又無處發泄，所以他們在很多時候都需要一種心靈的寄托，而周圍建筑中最能滿足士人，又不需要花費時間去遠離市區登山臨水，登樓便自然而言成了滿足他們心理需要的場所。

(1)安全可靠

無砟軌道結構具有足夠的強度和整體性，應避免在小震作用下發生過大的變形，影響線路平順性，更不能發生不可修復的損傷。

(2)耐久性強

無砟軌道結構及關鍵工程材料在長期的列車疲勞荷載或地震作用下應具有良好的耐久性，能滿足結構設計使用壽命。

(3)可修復性

鐵路運輸對搶險救災意義重大，一旦地震造成無砟軌道關鍵部件傷損，無砟軌道應能快速拆除，并能很快恢復重建，從而能快速搶通受損地段。

(4)施工便捷

具體做法是：根據寫作的基本原理和方法，結合教材導引的寫作體系，將寫作訓練劃分為若干訓練點，以教材文本為語言范本，找準語言表達角度，融入一定的寫作技法指導，引導學生從 “點”上訓練，在“點”的訓練中獲得語言表達的能力。

CRTSⅢ型板式無砟軌道采用單元式結構，軌道板與自密實混凝土層通過門形鋼筋形成整體，與底座板之間通過限位凹槽傳遞水平荷載，垂向力也采用分層傳遞的模式。

斷奶至性成熟階段，平均日增重800克時第一個產奶量最佳。從管理角度來說，700～900克日增重都可以獲得較好的產奶量。牛養到合適的日增重即可，不宜太高，否則造成飼料浪費，并且在沒有意識到的情況下可能已經損失了一部分奶量，如圖3所示。

(5)經濟合理

2014年8月20日，郭恒信又一次來到阿里甫·司馬義家中，將2000元的學費遞到兒子買買江·阿里甫手中，又一次圓了孩子上學的夢想。

無砟軌道結構除滿足上述條件，還應盡可能降低初期投資、運營養護維修費用，降低無砟軌道的全壽命周期成本，經濟合理。

2 地震區橋上無砟軌道選型分析

2.1 CRTS系列無砟軌道結構

CRTSⅡ型板式無砟軌道的軌道板相互之間通過縱向鋼筋形成連續結構，軌道板下設有水泥乳化瀝青砂漿調整層。軌道板上在每個枕間距中間設有橫向貫通的假縫，以控制裂縫不通過扣件支點。CRTSⅡ型板式無砟軌道一般不設水平傳力機構，主要通過層間粘結和摩擦傳遞水平荷載，僅在長橋地段通過設置側向擋塊傳遞橫向力；垂向荷載則采用分層傳遞的方式。

筆者在大學英語課程的教學中，對于英語歌曲的選擇除了考慮以上的因素之外，還參考了以下的原則：第一，盡量推薦知名歐美歌星的代表曲目；第二，盡量交替學習不同演唱風格和類型的歌曲；第三，盡量兼顧歌曲的經典性和時代性。這樣，在兩個學期的教學過程中，學生能夠較好地保持學習的興趣，而且對歐美的流行音樂文化有了一個初步系統的了解。在設計下面的教學曲目單的過程中，筆者試圖反映上述提到的選擇因素和原則。該教學曲目，筆者曾在部分班級使用過，使用時間為兩個學期內每周學習一曲，取得了較好的教學效果。

不同類型橋上無砟軌道結構的組成及應用情況如表1所示。

表1 橋上無砟軌道結構組成及應用情況

2.2 CRTS系列無砟軌道結構特點及綜合性能

2.2.1 技術特點

雙塊式無砟軌道在橋梁地段采用單元結構，路基和隧道地段采用連續結構。路基和隧道地段雙塊式無砟軌道通過縱向連續結構的整體性及層間粘結來保持軌道的穩定性，而橋上雙塊式無砟軌道則通過限位凸臺約束軌道的縱橫向位移。

CRTSⅠ型板式無砟軌道為單元分層結構，采用凸形擋臺限位，軌道板下采用水泥乳化瀝青砂漿充填層作為調整結構。垂向力分層傳遞，水平力則通過軌道板傳遞給凸形擋臺，再由凸形擋臺傳遞至底座板。

我國高速鐵路無砟軌道技術研發起于20世紀90年代初期，開展了秦沈、贛龍、渝懷、遂渝、武廣、成灌鐵路等多個無砟軌道試驗段設計、工程研究與建設。通過前期試驗研究、國外高速鐵路無砟軌道技術引進消化吸收再創新研究以及無砟軌道技術深化研究，逐漸形成了我國CRTS系列無砟軌道結構，主要有CRTS雙塊式無砟軌道、CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型板式無砟軌道。

無砟軌道結構應便于組織施工，且制造和施工精度易達到設計要求。

2.2.2 施工性能

雙塊式無砟軌道的軌枕采用工廠預制，道床板、底座板或支承層采用現場澆筑，現場混凝土澆筑工作量大，雙塊式無砟軌道采用由下至上施工，可施工性好，對橋梁、路基、隧道等線下基礎的適應性較好。

CRTSⅠ型板式無砟軌道的軌道板為預應力結構，工廠化預制，現澆混凝土澆筑工程量少，施工效率較高，但水泥乳化瀝青砂漿層施工前需進行大量的工藝性試驗，同時配備專門的施工設備。CRTSⅠ型板式無砟軌道為無擋肩結構，一般可通過扣件實現無級調整，鋼軌精調工作量較大。

CRTSⅢ型板式無砟軌道的軌道板也為預制結構，現場鋼軌精調工作量介于CRTSⅡ型與CRTSⅠ型板式無砟軌道之間。由于CRTSⅢ型板式無砟軌道采用自密實混凝土，相比CRTSⅠ型板式無砟軌道，施工工藝更簡單。

CRTSⅡ型板式無砟軌道的軌道板采用工廠化預制，但在工廠內需要精確打磨，減少了現場鋼軌的精調工作量；由于采用水泥乳化瀝青砂漿層，也需在現場進行大量工藝性試驗并配備專門的施工設備。CRTSⅡ型板式無砟軌道為縱連結構，需控制軌道板的鎖定溫度，施工工藝復雜，尤其是橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道，由于增加了兩布一膜滑動層、高強擠塑板、端刺等附屬結構，施工步驟更為繁瑣。

不管是選擇哪種培養模式或培養方案，都需要有強大的師資力量和實踐平臺，在新舊教學模式更替的大環境下，努力提升教師的理論和實踐水平，才能保證現代學徒制順利實施。

學生在校外參與頂崗實習過程中應采用“雙導師”制。即學生在企業參與頂崗實習時，既要接受校內教師的理論指導，還要接受企業導師的實踐指導。企業導師應根據學生的實際情況讓學生逐步參與到企業生產實踐中，從而發現學生的問題并及時糾正。企業導師在實際項目中應起到引導作用，要循序漸進的加大學生實習工作的難度，從而鍛煉學生工程造價的技能。實訓過程中，學生潛移默化的與企業建立了感情，學生在獲得技能的同時也獲得了認同感和歸屬感。

2.2.3 經濟性

高源(1996-)，男，四川工商學院計算機學院學生，主要研究方向為云計算基礎架構與數學建模算法分析。E-mail:13558628926@163.com。

表2 CRTS系列無砟軌道建設成本[14] 萬元/km

由表2可知，無砟軌道的建設成本與下部基礎有關，不論何種下部基礎，雙塊式無砟軌道的建設成本均最低，具有明顯優勢。當基礎為橋梁時，CRTSⅡ型板式軌道的建設成本最高，其次為CRTSⅠ型板式軌道，雙塊式無砟軌道和CRTSⅢ型板式軌道的建設成本較低。

2.2.4 耐久性及可維修性

雙塊式無砟軌道由于存在預制軌枕與現澆混凝土的新舊混凝土結合面，因此，在該結合面之間易開裂，從而發展為貫通裂縫，如圖2所示。該裂縫主要是由于混凝土收縮徐變、降溫、混凝土配合比不當、施工養護不好等原因造成，通過控制施工質量可避免該類病害的發生。對于橋上雙塊式無砟軌道結構，由于軌道板與底座板之間設置了隔離層及限位凸臺結構，可維修性較好。

圖2 雙塊式無砟軌道軌枕與道床板裂紋

CRTSⅠ型板式無砟軌道的水泥乳化瀝青砂漿層是其薄弱結構，在運營過程中極易出現軌道板與水泥乳化瀝青砂漿層層間離縫，如圖3所示。對于大跨橋上CRTSⅠ型板式無砟軌道，也出現了凸形擋臺破損情況[14]。CRTSⅠ型板式無砟軌道采用分層結構，可修復性好。

夏菠菜出苗后仍要蓋遮陽網，晴蓋陰揭，遲蓋早揭，以利降溫保溫。苗期澆水應是早晨或傍晚進行小水勤澆。2～3片真葉后，追施兩次速效氮肥。每次施肥后要澆清水，以促生長。

圖3 軌道板與水泥乳化瀝青砂漿層離縫

CRTSⅡ型板式無砟軌道在其服役過程中，同樣出現了水泥乳化瀝青砂漿層與軌道板離縫、脫空等病害，如圖4所示，由于CRTSⅡ型板式無砟軌道為縱連結構，在溫度作用下容易出現軌道板上拱病害。一旦出現軌道板上拱，需對軌道板進行錨固、鋸板、應力放散、重新鎖定等，維修工序繁雜。

圖4 軌道板與水泥乳化瀝青砂漿層離縫、脫空

CRTSⅢ型板式無砟軌道在服役過程中的病害主要為自密實混凝土與支承層間離縫，同時軌道板和底座板也出現了少量裂縫[15]。CRTSⅢ型板式無砟軌道的軌道板與自密實混凝土層的復合結構與底座板之間可以分離，可修復性好。

根據第1部分計算方法，將其應用于拉格朗徳Ⅱ級水電站和伊泰普水電站，并根據表1開展計算，其結果如表2所示。

2.3 CRTS系列無砟軌道對地震的適應性分析

與有砟軌道相比，無砟軌道具有更高的穩定性、整體性和可靠性，在地震區應用具有明顯的結構優勢。地震區橋上無砟軌道除能適應小震時的變形外，還應具備在大震后能快速恢復運營的能力。

王冠通[18]針對橋上板式無砟軌道，研究了地震下橋上CRTSⅠ型和CRTSⅡ型板式無砟軌道的受力狀態，表明地震作用下CRTSⅡ型板式無砟軌道的軌道板和底座板應力遠大于CRTSⅠ型板式無砟軌道。在溫度作用下，連續式軌道中往往有較大的縱向溫度力，在地震作用下軌道發生破壞時，軌道縱向溫度力得以釋放，會給軌下基礎帶來嚴重破壞。當連續式軌道結構位于橋上時，若地震造成無砟軌道的軌道板斷板會造成橋梁墩臺承受較大的附加力。

經過十幾年的綜合治理，初步遏制了水土流失持續惡化的趨勢，水土保持生態建設取得明顯成效。一是改善當地的生態環境，促進生態文明建設；二是改善農業生產條件，促進山區經濟社會發展；三是減輕洪澇等自然災害的威脅；四是提高水源涵養能力，減輕河道水庫泥沙淤積。

另外，由于在地震作用可能導致相鄰橋梁梁端變形不一致，故無砟軌道在橋梁梁縫處應斷開，即高烈度地震區橋上無砟軌道應優先采用單元式無砟軌道結構。同時，地震導致的相鄰梁端變形不一致，極易造成相鄰梁端無砟軌道的鋼軌發生較大橫向變形，甚至造成軌道結構拉裂，因此，地震區橋上無砟軌道結構必須能快速修復。

橋上CRTS雙塊式無砟軌道、CRTSⅠ型板式無砟軌道和CRTSⅢ型板式無砟軌道均為單元結構，且均具有較好的可修復性。CRTSⅠ型板式無砟軌道的水泥乳化瀝青砂漿層受現場環境影響較大，且工程造價最高；同時，CRTSⅠ型板式無砟軌道的凸臺破壞后需現場重新澆筑，較難實現快速修復；CRTSⅢ型板式無砟軌道對軌道板的制造和運輸要求較高，在西南地區路橋隧頻繁過渡適應性較差，且發生破壞后需將軌道板與自密實混凝土層全部更換；CRTS雙塊式無砟軌道施工相對簡單，且無需大型通道和運輸設備，經濟性最好。綜合考慮施工性能、耐久性、可維修性和經濟性，建議西南地區高烈度地震區及川藏鐵路橋上無砟軌道優先采用CRTS雙塊式無砟軌道結構。

3 地震區橋上無砟軌道工程設計對策

3.1 無砟軌道抗震設計

合理的結構型式可有效減輕地震對無砟軌道的破壞程度，因此，需在無砟軌道設計時進行抗震設計。

無砟軌道雖然在國內外已經成功運營多年，但依舊缺乏抗震設計方法及規范。為提高無砟軌道結構的抗震特性及工程適應性，有必要根據其結構特點和鐵路重要性，確定結構抗震設防原則、抗震設防標準及地震設計參數等，在此基礎上采用時程分析法研究地震對橋上無砟軌道服役性能的影響，評估地震作用下橋上無砟軌道薄弱位置，為提高無砟軌道的抗震性能提供理論支撐。

此外，地震后易造成線路平面線形破壞，軌道發生相對位移等破壞，因此，在無砟軌道結構設計中，還需考慮適應地震引起的大變形，如研發新型裝配式無砟軌道結構、大調整量扣件，以增加軌道結構的調整能力和變形自適應能力。

3.2 地震災害預警監控系統

為避免地震時列車運行出現安全問題，可在地震區無砟軌道結構設計時考慮設置地震災害預警監控系統。通過在鐵路沿線一定間距設置地震災害預警監控系統，并融合于列控系統，實現地震提前預警和列車緊急制動，保證列車安全運行，如日本新干線的地震預警系統在宮城南部地震中成功使乘客幸免遇難[19]。為進一步保證地震時列車安全運行，需提高地震災害預警精度、加快監控系統的反應速度，同時在設置地震災害預警監控系統時，還應研究如何縮短制動距離，確保地震發生時列車能快速制動。

3.3 地震適應性防護措施

一方面通過設置地震災害預警系統提前預知地震危害采取措施，另一方面通過提高無砟軌道的抗震性能，使無砟軌道結構在地震時不致完全破壞，還應在地震區橋上無砟軌道結構設計必要的防護措施，保證地震后列車不致傾覆。目前，防脫軌措施主要有安裝防脫軌保護裝置、改良轉向架性能、安裝橋上防撞墻、防偏離保護裝置及鋼軌防傾倒裝置等[20]。

一旦震后無砟軌道出現傷損，為不影響行車，無砟軌道設計時需有快速修復與調整功能，還應有便捷修復和大調整量的措施，如新型預制裝配式無砟軌道、大調整量無砟軌道結構等，從而保證震后無砟軌道能快速恢復運營能力。

4 結論

為指導高烈度地震區橋上無砟軌道選型，從地震區無砟軌道的選型需求和選型原則、不同無砟軌道結構的技術特點、施工性能、耐久性、可維修性、經濟性及對地震的適應性等方面綜合分析，得到如下結論和建議。

(1)地震下相鄰梁縫處易出現變形不一致，且連續軌道板一旦斷板對橋墩不利，高烈度地震區橋上無砟軌道應優先采用單元式無砟軌道。

(2)地震后橋上無砟軌道易發生破壞，為保證災后運輸，高烈度地震區無砟軌道結構應具備快速修復能力。

(3)綜合考慮無砟軌道施工性、耐久性、可維修性、經濟性等方面，CRTS雙塊式無砟軌道的施工性和經濟性最好，建議高烈度地震區采用。

(4)為保證地震區橋上無砟軌道的安全性，建議對其開展抗震設計、地震災害預警監控系統和地震適應性防護措施等方面研究。