摘 要：簡要論述了國內(nèi)外無碴軌道工程技術(shù)發(fā)展趨勢，介紹世界上各種無碴軌道結(jié)構(gòu)形式和發(fā)展方向，以及無碴軌道工程的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；并結(jié)合我國秦沈客運(yùn)專線橋上2種無碴軌道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對我國客運(yùn)專線鐵路無碴軌道設(shè)計(jì)與施工、機(jī)械設(shè)備開發(fā)、成套技術(shù)引進(jìn)提出思考和建議，可供無碴軌道設(shè)計(jì)與施工等參考。

      關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線無碴軌道結(jié)構(gòu)形式技術(shù)特點(diǎn)建議

      1 引言

      40多年來，隨著世界高速鐵路的發(fā)展，盡管無碴軌道初期造價(jià)比有碴軌道高，但由于其具有軌道平順性好，整體性強(qiáng)，縱向、橫向穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)高度低，幾何狀態(tài)持久，以及低維修量，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在國外越來越受到重視，越來越多的國家都在致力采用和發(fā)展無碴軌道工程技術(shù)，并取得了長足發(fā)展。其采用范圍已從隧道、橋梁發(fā)展到了土質(zhì)路基和車站的道岔區(qū)，并且新的技術(shù)與新型結(jié)構(gòu)在不斷出現(xiàn)。毫無疑問，無碴軌道工程技術(shù)在世界高速鐵路上的大范圍應(yīng)用將是大勢所趨。

      在我國，無碴軌道工程技術(shù)也取得了一定的成績，特別是在秦沈客運(yùn)專線上試鋪的長枕埋入式、板式無碴軌道2種結(jié)構(gòu)，經(jīng)3次綜合試驗(yàn)的檢驗(yàn)測試，結(jié)果表明其完全達(dá)到了有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求，并為無碴軌道的設(shè)計(jì)和施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，尤其是板式無碴軌道上使用的CA砂漿配方的開發(fā)與應(yīng)用，接近國際先進(jìn)水平，為我國在即將建設(shè)的客運(yùn)專線鐵路上成規(guī)模鋪設(shè)無碴軌道奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管如此，與國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)無碴軌道工程技術(shù)相比仍存在較大差距，需要我們不斷學(xué)習(xí)和借鑒。隨著我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的批復(fù)和京津、武廣、鄭西、石太、合寧、合武、溫福、福夏、涌溫等9條客運(yùn)專線的立項(xiàng)與批準(zhǔn)，標(biāo)志著我國客運(yùn)專線工程建設(shè)開始啟動，無碴軌道技術(shù)在我國客運(yùn)專線中將大量采用，對無碴軌道工程技術(shù)進(jìn)行深入探討與實(shí)踐，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      2 國外無碴軌道工程技術(shù)概述

      雖然傳統(tǒng)有碴軌道具有鋪設(shè)簡便，綜合造價(jià)低廉的特點(diǎn)，但隨著重載、高速鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，有碴道床的累積變形速率隨之增長，而為了保持軌道平順性，不得不進(jìn)行頻繁維修，且作業(yè)量大，維修費(fèi)用不斷上升。自上世紀(jì)60年代開始，德國和日本，對鐵路相繼開展了以整體式或固化道床取代散粒體道碴的各類無碴道床的研究。其中德國鐵路最初對無碴軌道的研究與推廣應(yīng)用主要是針對土質(zhì)路基和隧道區(qū)段，后來逐步擴(kuò)大到預(yù)應(yīng)力混凝土橋上，而日本的無碴道床是一種軌道板結(jié)構(gòu)，由此組成的軌道稱為板式軌道。因此，從概念上講，由無碴道床組成的軌道稱為無碴軌道。至今，盡管大部分國家的無碴軌道由于建設(shè)初期造價(jià)高等原因還處于試鋪或短區(qū)段分散鋪設(shè)的狀況；但在德國已有Rheda系、Ztiblin系等5種無碴軌道得到批準(zhǔn)正式使用，并在新建的高速線上全面推廣，鋪設(shè)總長度達(dá)660 km(含80組道岔區(qū))。值得指出的是德國在1972年就在Rheda車站首次試鋪了無碴軌道結(jié)構(gòu)(后稱“Rheda”型)，隨后德國鐵路曾對17種無碴軌道型式進(jìn)行過系統(tǒng)研究。德國鐵路的無碴軌道結(jié)構(gòu)大多由企業(yè)、院校等合作研發(fā)，研發(fā)單位擁有知識產(chǎn)權(quán)，任何新開發(fā)的無碴軌道結(jié)構(gòu)在納入德國鐵路網(wǎng)之前，必須獲得EBA(德鐵技術(shù)檢查團(tuán))的批準(zhǔn)；EBA通過指定的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行綜合評價(jià)(包括實(shí)尺模型的連續(xù)激振試驗(yàn)等)。對獲得通過者，則有資格在線路上進(jìn)行有限長度的試鋪，運(yùn)營考驗(yàn)通常為5年。若經(jīng)運(yùn)營試驗(yàn)滿足要求，EBA最終將批準(zhǔn)其在運(yùn)營線上正式使用。日本的板式軌道已在新干線大量鋪設(shè)，總長度已超過2 700 km。日本的無碴軌道最初一般都鋪設(shè)在隧道內(nèi)(或地下鐵道)，以后逐漸擴(kuò)大到橋梁和路基上，如日本的板式軌道鋪設(shè)在山陽(岡山～博多段)、東北、上越、北陸等新干線全部的橋、隧結(jié)構(gòu)上。除此之外，英國、法國、澳大利亞、意大利、荷蘭等國家都開發(fā)過不同形式的無碴軌道。

      2.1 國外無碴道床結(jié)構(gòu)型式

      (1)LVT型(彈性支承塊式無碴軌道Low Vibra—tion Track)

      LVT型無碴軌道是在雙塊式軌枕(或2個獨(dú)立支承塊)的下部及周圍設(shè)橡膠套靴，在塊底與套靴間設(shè)橡膠彈性墊層，在雙塊式軌枕周圍及底下灌筑混凝土以成型，又稱為減振型軌道。其最初由RogerSonneville提出并開發(fā)，瑞士國鐵于1966年在隧道內(nèi)首次試鋪該種無碴軌道。法國開發(fā)的VSB—STE.DET系軌道也屬此類，在地下鐵道內(nèi)使用居多。1993年開通運(yùn)營的英吉利海峽兩單線隧道內(nèi)全部鋪設(shè)獨(dú)立支承塊式LVT型軌道(見圖1)。至今LVT軌道的鋪設(shè)總長度約360 km。

      (2)PACT型(Paved Concrete Track)

      PACT型無碴軌道為就地灌筑的鋼筋混凝土道床(見圖2)，鋼軌直接與道床相連接，軌底與混凝土道床之間設(shè)連續(xù)帶狀橡膠墊板，鋼軌為連續(xù)支承。英國自1969年開始研究和試鋪PACT型無碴軌道，到1973年正式推廣，并在西班牙、南非、加拿大和荷蘭等國重載和高速線的橋、隧結(jié)構(gòu)上應(yīng)用。鋪設(shè)總長度約80 km。

      (3)Rheda型

      如前所述，德國鐵路于上世紀(jì)60年代開始無碴軌道的研究，曾試鋪過多達(dá)17種無碴軌道結(jié)構(gòu)，其軌道的基礎(chǔ)分鋼筋混凝土(BTS)和瀝青混凝土(ATS)2類。Rheda型軌道是鋼筋混凝土底座上的結(jié)構(gòu)型式之一。

      Rheda型軌道由軌枕及其周圍灌筑的混凝土組成(見圖3)，在橋、隧和土質(zhì)路基上都適用。在德國鐵路鋪設(shè)的660 km無碴軌道中，Rheda型約占50％以上。

      Zublin型軌道是與Rheda型結(jié)構(gòu)類似的另一種無碴軌道。它是以雙塊式軌枕取代Rheda型中的整體軌枕，在施工時，采用特殊鋪設(shè)機(jī)械在灌筑好的新鮮混凝土中邊振動邊將雙塊式軌枕埋入混凝土中就位，機(jī)械化施工性好。

      (4)ATD型

      ATD型軌道的結(jié)構(gòu)型式如圖4所示，采用雙塊式軌枕直接置于瀝青混凝土底座上，在軌枕與底座間設(shè)置一層無紡布來填平表面的凹凸，不需要填充層，并在底座上設(shè)凸臺，用樹脂填充軌枕與底座間的縫隙等以承受縱橫向水平力的作用。

      在瀝青混凝土底座上的其它結(jié)構(gòu)，如BTD、Walter型等是用軌枕取代ATD型中的雙塊式軌枕塊，且軌枕與底座間的聯(lián)接方式各不相同，這些聯(lián)接方式以滿足必要的縱、橫向阻力為前提。至1997年末，鋪設(shè)在瀝青混凝土底座上的無碴軌道約有66km。

      (5)板式軌道

      日本是鋪設(shè)板式無碴軌道最多的國家，技術(shù)成熟，類別齊全。日本板式軌道的開發(fā)始于1965年，在最初的“新軌道結(jié)構(gòu)的研究”研究項(xiàng)目中，日本鐵道綜合技術(shù)研究所組建了由軌道結(jié)構(gòu)、材料、土工、物理、有機(jī)化學(xué)研究室人員構(gòu)成的新軌道結(jié)構(gòu)研究組，分別承擔(dān)相應(yīng)的課題研究。起初的開發(fā)是用于橋梁和隧道的板式軌道(見圖5)，該軌道由預(yù)制的軌道板、混凝土底座以及介于兩者之間的CA砂漿填充層組成，在2塊軌道板之間設(shè)凸形擋臺以承受縱、橫向水平力。板式軌道不僅大量應(yīng)用于新干線，而且也應(yīng)用在窄軌既有線上。

      日本定型的軌道板有適用于隧道或高架橋上的A型軌道板，為減少材料用量、降低造價(jià)而開發(fā)的框架型板式軌道(見圖6)，適用于土質(zhì)路基上的RA型軌道板及特殊減振區(qū)段用的防振G型軌道板(見圖7)等，這些構(gòu)成了適用于各種不同使用范圍的軌道板系列。

      日本對土質(zhì)路基上板式軌道的研究是與橋、隧上板式軌道同時起步的，曾在14處鋪設(shè)總長約2.4km試驗(yàn)段，但在個別試驗(yàn)段上發(fā)生了基礎(chǔ)下沉、軌道板陷入瀝青鋪裝底座內(nèi)等問題，為此開展了長期深