摘要：通過實踐與應(yīng)用，無碴軌道已成為世界各國高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的首選。我國鐵路無碴軌道應(yīng)從嚴格控制工后沉降，連續(xù)、成段鋪設(shè)無碴軌道，嚴格控制結(jié)構(gòu)變形，優(yōu)化無碴軌道結(jié)構(gòu)，嚴格控制制遣質(zhì)量，配備先進成套施工設(shè)備，優(yōu)化扣件系統(tǒng)等7個方面解決無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)，并與相關(guān)專業(yè)密切配合，發(fā)展無碴軌道。

關(guān)鍵詞：無碴軌道；關(guān)鍵技術(shù)；客運專線

      無碴軌道是以混凝土或瀝青混合料等取代散粒道碴道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)型式。它具有良好的軌道穩(wěn)定性、平順性、耐久性；其結(jié)構(gòu)高度低、自重輕，可減小橋梁二期恒載和降低隧道凈空；道床整潔美觀，可消除列車運行時的道碴飛濺和粉化；軌道變形緩慢，不僅可顯著減少軌道養(yǎng)護維修工作量，更為重要的是可減少施工“天窗” 的需求，對通車后的運輸組織極為有利。無碴軌道初期相對較大的建設(shè)投資也能在運營中得到回報?；诖?，無碴軌道成為世界各國高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的首選，特別是德國和日本在近年來修建的高速鐵路基本采用無碴軌道。法國是最早建設(shè)高速鐵路的國家之一，也是惟一以有碴軌道為主型軌道結(jié)構(gòu)的國家，但是近年來也深為有碴軌道急劇變形而困擾。除在新建高速鐵路時兩次提高道碴材質(zhì)標準外，也在對無碴軌道技術(shù)進行研究，并建議新建高速鐵路的國家采用無碴軌道。如果采用法國近期修建高速鐵路的道碴技術(shù)標準，則我國道碴供應(yīng)也將成為突出的問題。

      我國近年來對無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、動力學(xué)仿真計算分析、室內(nèi)實尺模型試驗、無碴軌道部件技術(shù)條件以及設(shè)計、施工技術(shù)條件、施工細則和驗收標準的編制、現(xiàn)場鋪設(shè)、動力測試和長期觀測等方面開展了一系列的試驗研究，取得了寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)。但是，與國外高速鐵路無碴軌道技術(shù)發(fā)展相比，我國鐵路無碴軌道的研究起步較晚，面對客運專線的建設(shè)，技術(shù)儲備相對不足。而且，無碴軌道對基礎(chǔ)和本身的結(jié)構(gòu)要求極高，一旦基礎(chǔ)變形下沉超出其調(diào)整范圍或無碴軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生裂損，則修復(fù)比較困難。因此，對無碴軌道的發(fā)展既要積極，又必須十分慎重。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，特別要注重解決以下問題。

      工后沉降是指路基或橋梁建成后鋪軌時的剩余沉降。為使列車安全、高速、舒適運行，并盡可能地減少養(yǎng)護維修工作，嚴格控制路基變形和工后沉降十分重要。對無碴軌道而言，能否嚴格控制工后沉降則是成敗的關(guān)鍵。

      各國高速鐵路對工后沉降都有嚴格的要求。法國提出工后沉降應(yīng)小于2 cm，并且在最后一次搗固和運行第一列高速列車之前，沉降應(yīng)完全穩(wěn)定。德國認為在列車開始運行后，路基工后總沉降不應(yīng)大于1 cm，每年沉降總量不應(yīng)超過2 mm，并應(yīng)避免在短距離內(nèi)發(fā)生不均勻沉降，在橋臺附近不應(yīng)有任何不均勻沉降。據(jù)資料介紹，日本在第一條高速鐵路以后，工后總沉降已按3 cm控制，對使用連續(xù)梁和無碴軌道的地段，工后沉降的控制更為嚴格。

      2003年9月，我國與以上三國進行了無碴軌道技術(shù)咨詢的交流，他們都認為工后沉降是完全可以控制的，特別是橋梁墩臺的沉降必須嚴格控制，根據(jù)各國的實踐，橋梁墩臺在鋪軌后都未發(fā)生沉降問題。德國專家以臺灣高速鐵路為例，臺灣高速鐵路約有l(wèi)50 km的地質(zhì)條件與滬寧段類似，通過詳細的地質(zhì)勘探、增加樁長和施工監(jiān)測分析等措施，控制住了工后沉降，而且在高架橋上采用了無碴軌道。在交流中，上海磁懸浮線介紹了成功控制工后沉降的經(jīng)驗。

      我國在工后沉降問題上與國外高速鐵路存在的差距是比較大的，主要表現(xiàn)在對工后沉降的理解有差距。法國要求“在最后一次搗固和運行第一列高速列車之前，沉降應(yīng)完全穩(wěn)定”，而我國的規(guī)定是控制“路基或橋梁建成后鋪軌時的剩余沉降”。也就是說，在鋪軌后至運行第一列高速列車之間的一段時間還會有沉降，我國的規(guī)定沒有考慮這一部分沉降量。另外對工后沉降量的限值也有差距，借鑒國外的經(jīng)驗，路基的工后沉降不應(yīng)大于3 cm，不均勻沉降每20 m 不應(yīng)大于2 cm；橋梁墩臺沉降量不應(yīng)大于2 cm，相鄰墩臺沉降量之差不應(yīng)大于5 mm 。

      準確掌握地質(zhì)情況是控制工后沉降的重要前提。在無碴軌道地段的路基工程，必須沿線路中線每隔50 m布置一勘探點，當勘探點間的地質(zhì)條件變化較大時，還應(yīng)適當增加勘探點的數(shù)量，并作路基橫斷面勘探?？碧缴疃纫獫M足工程地質(zhì)、水文地質(zhì)評價及路基工程設(shè)計要求，一般路堤地段孔深10～25 m；路塹地段孔深應(yīng)至路基面以下5 m，硬質(zhì)巖層時應(yīng)至路基面以下2～3 m。對橋梁工程，勘探孔數(shù)量和深度視工程地質(zhì)條件及基礎(chǔ)類型確定，原則上每個墩、臺應(yīng)布置一個勘探孔。在此基礎(chǔ)上研究、確定工程措施，嚴格控制工后沉降。

      橋梁的沉降變形是在恒載和活載作用下產(chǎn)生的：活載作用下的沉降變形是彈性的、瞬時的，而且可以恢復(fù)；恒載作用下的沉降變形有些在施工期間已經(jīng)產(chǎn)生，橋梁的高程可以在施工中進行調(diào)整。因此，橋梁沉降變形主要考慮施工后因恒載引起的沉降，高速鐵路橋梁因撓度要求高、梁體自重大，架梁后仍可能出現(xiàn)沉降，因此在墩、臺設(shè)計中要充分考慮。

      無碴軌道的鋪設(shè)范圍應(yīng)該選擇在運量大、線路使用率高的區(qū)間或地質(zhì)條件好的區(qū)段成段、連續(xù)鋪設(shè)。無碴軌道的連續(xù)鋪設(shè)不僅對鋪設(shè)施工和養(yǎng)護維修有利，更重要的是對軌道剛度均勻分布至關(guān)重要。

      軌道剛度、軌道各部件剛度及其與軌道剛度的匹配、各部件剛度合理分配、軌道剛度沿線路方向的變化率是影響軌道荷載、結(jié)構(gòu)振動和輪軌相互作用的重要因素，對高速鐵路的無碴軌道，解決好軌道剛度的科學(xué)合理和均勻性顯得尤為重要。軌道剛度過大，會造成輪軌動力作用增大，軌道結(jié)構(gòu)振動加劇，加速軌道整體結(jié)構(gòu)及其部件的變形失效。軌道剛度過小，則會導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)薄弱，在列車荷載作用下造成超常的變形，不利于保持軌道正確的幾何狀態(tài)，會縮短軌道修理周期，增加養(yǎng)護維修費用，對列車高速運行帶來不利影響。軌道各部件剛度分配不合理，難以使軌道結(jié)構(gòu)成為工作性能良好的整體，而且任一部件狀態(tài)的變化都會不可避免地影響其他部件和軌道結(jié)構(gòu)，同樣會縮短軌道使用壽命。軌道結(jié)構(gòu)剛度沿線路方向的均勻性極為重要，它不僅直接影響列車高速運行條件下的舒適性，而且剛度變化超過一定限度還會危及行車安全。軌道的各種過渡段，如路橋、路隧、橋隧、有碴軌道與無碴軌道、區(qū)間正線與道岔等，在兩種剛度相差懸殊的結(jié)構(gòu)間必須實現(xiàn)均勻的過渡。據(jù)各類考察報告，在德國、日本添乘高速鐵路，通過這些過渡段時幾乎沒有感受到差異。

      因此，鋪設(shè)無碴軌道首先應(yīng)該是連續(xù)的，而不應(yīng)僅限于橋梁和隧道。德國發(fā)展無碴軌道就是先解決了土質(zhì)路基鋪設(shè)無碴軌道的技術(shù)問題，然后推廣到隧道和橋梁，從而為連續(xù)、成段鋪設(shè)無碴軌道創(chuàng)造了條件。解決軌道各種過渡段剛度均勻性的要點如下。

      (1)各種不同軌道下部建筑的剛度差異很大，因此不同過渡段所采取的工程措施也是不同的，原則上在過渡點較軟一側(cè)要平順地增大豎向剛度，而在過渡點較硬一側(cè)平順地減小豎向剛度。

      (2)合理確定各種不同過渡段的長度，嚴格控制橋梁、路基的工后沉降。

      (3)采取科學(xué)合理的施工組織設(shè)計，在橋臺結(jié)構(gòu)施工的同時安排過渡段路堤和相連接的填土路堤的施工，并使用具有同等壓實能量的壓實機械進行輾壓，除了采用一切必要的工程措施外，還要進行靜置預(yù)壓、自然沉落處理。

      上面已經(jīng)講到的是下部結(jié)構(gòu)沉降的控制，因此，控制結(jié)構(gòu)變形則主要包括無碴軌道的軌道板或長枕、混凝土基床和橋梁梁體的變形控制。

      軌道板或長枕、混凝土基床和橋梁都是混凝土結(jié)構(gòu)，不可避免都會在運營的過程中產(chǎn)生變形。當變形量超過一定的限值就會影響無碴軌道的正常使用，因此，必須掌握這些變形的規(guī)律并采取有效措施予以控制。

      在以上這些可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形中，混凝土橋梁的梁端轉(zhuǎn)角和墩、臺相對線路的轉(zhuǎn)動變形影響最大，從這個角度看也應(yīng)該積極推廣使用連續(xù)梁。梁端轉(zhuǎn)角由列車動荷載作用下引起的撓度和混凝土橋梁的收縮徐變引起?；炷翗蛄旱氖湛s徐變是結(jié)構(gòu)的長期變形，一般需要若干年才能最終完成，并且其大小和發(fā)展規(guī)律與材料、結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平和分布、施工工藝以及環(huán)境等諸多因素有關(guān)，因此，針對不同的情況采取的措施是不同的。預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁由于受力狀態(tài)單一，其徐變規(guī)律和大小比較清楚。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)，其收縮徐變規(guī)律比簡支梁復(fù)雜得多，尤其是采用懸臂澆注和懸臂拼裝的橋梁，其徐變規(guī)律和大小離散性比較大。因此，對采用無碴軌道的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)的橋梁，要制定合理的殘余收縮徐變上拱量限值以及相應(yīng)的控制措施。一般來講，橋梁架設(shè)后應(yīng)預(yù)留半年以上的時間再鋪設(shè)無碴軌道。

      無碴軌道是一個系統(tǒng)工程，其各部件之間的性能必須匹配，形成有機的整體，任何部件的性能不匹配，都可能影響軌道的整體功能。我國在前期的研究工作中推薦了板式、彈性支承塊式和長枕埋入式3種結(jié)構(gòu)型式。

      從目前的情況看，這3種型式的鋼筋布置都不能滿足高頻諧振式軌道電路制式的要求，需要尋求新的結(jié)構(gòu)型式。日本無碴軌道的發(fā)展巳由傳統(tǒng)的板式軌道變成了框架型板式軌道。德國的無碴軌道曾有20多種型式，現(xiàn)在已基本穩(wěn)定在5種型式。我國在軌道結(jié)構(gòu)部件的研究工作方面有一定深度和基礎(chǔ)，但在結(jié)構(gòu)總體方面還要做大量的工作。

      無碴軌道從總體結(jié)構(gòu)來講，應(yīng)滿足以下基本要求。

      (1)足夠的結(jié)構(gòu)強度。我國前期無碴軌道的研究工作都是根據(jù)高速鐵路的不同列車類型(ICE一2、SS8、DF11)的動力仿真計算分析結(jié)果，確定設(shè)計動輪載為300 kN，因此，無碴軌道應(yīng)在設(shè)計動輪載300 kN 的條件下保證結(jié)構(gòu)的強度。對于客貨混運線路，無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載尚需作深入的理論計算分析和試驗研究才能確定。

      (2)良好的軌道彈性。有碴軌道的彈性主要由散粒體道床提供；無碴軌道剛度比較大，其彈性住要由板彈性墊層和軌下彈性墊層提供。因此，板下和軌下墊層能否提供軌道結(jié)構(gòu)合理的彈性和減振性能對無碴軌道尤為重要。

      (3)優(yōu)良的扣件系統(tǒng)?？奂喂痰乇３咒撥壍恼_位置、具備與彈性墊層匹配的彈性外，高速鐵路無碴軌道扣件還應(yīng)在軌道發(fā)生變形時能夠調(diào)整鋼軌的高程和方向。

      (4)滿足環(huán)保和運營要求。環(huán)保方面要考慮線路兩側(cè)降噪要求；運營方面則要考慮防老化和防火要求。

      (5)便于檢查和修理。

      (6)滿足通信信號設(shè)施的安裝、軌道電路絕緣和信號傳輸?shù)男枰?/DIV>