我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)應(yīng)大力發(fā)展無(wú)碴軌道

 由于我國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模宏大，具有線(xiàn)網(wǎng)的統(tǒng)一性、調(diào)度的集中性、"天窗"的短時(shí)性、與既有線(xiàn)的兼容性等顯著特征，因此，客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)對(duì)線(xiàn)下工程，特別是軌道結(jié)構(gòu)提出了很高的要求。如何保持客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)軌道幾何狀態(tài)，如何延長(zhǎng)軌道的維修周期，減少維修費(fèi)用，如何縮短"天窗"時(shí)間減少對(duì)運(yùn)營(yíng)的干擾，成為客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)軌道研究課題之一。
   無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)因具有穩(wěn)定性好、軌道幾何尺寸保持持久、維修工作量少、耐久性好，橋梁二期恒載小，可降低隧道凈空減少開(kāi)挖面積，綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其鋪設(shè)范圍已從橋梁、隧道發(fā)展到土質(zhì)路基和道岔區(qū)。無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)在客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上的大量鋪設(shè)已成為世界各國(guó)高速鐵路發(fā)展趨勢(shì)。
   1 國(guó)外無(wú)碴軌道的應(yīng)用
   1.1日本無(wú)碴軌道
   早在20世紀(jì)60年代中期，日本就開(kāi)始了無(wú)碴軌道的研究與試驗(yàn)，并逐步推廣應(yīng)用。東海道新干線(xiàn)由于建造得比較早，575.4km全部采用有碴軌道，鋼軌采用54kg/m，軌枕長(zhǎng)度2.4m，道床厚度只有20～25cm，但運(yùn)營(yíng)后發(fā)現(xiàn)不能維持良好的軌道狀態(tài)，不得不進(jìn)行大修，更換軌道結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)70年代建造的山陽(yáng)新干線(xiàn)，岡山以東164km的線(xiàn)路，修建了8km的無(wú)碴軌道，占線(xiàn)路全長(zhǎng)的5%；岡山以西修建了273km的無(wú)碴軌道，占線(xiàn)路全長(zhǎng)的69%；東北新干線(xiàn)無(wú)碴軌道占線(xiàn)路全長(zhǎng)的82%;上越新干線(xiàn)無(wú)碴軌道占線(xiàn)路全長(zhǎng)的91%。目前，日本不僅在橋梁、隧道中鋪設(shè)無(wú)碴軌道，而且在路基上也全面推廣使用。
   1.2德國(guó)無(wú)碴軌道
   德國(guó)鐵路無(wú)碴軌道的研究首先解決了土質(zhì)路基鋪設(shè)的技術(shù)問(wèn)題，然后逐步推廣到隧道和橋梁上，從而為全區(qū)間鋪設(shè)無(wú)碴軌道創(chuàng)造了有利條件?；诟咚勹F路有碴軌道線(xiàn)路的維修工作量大、道碴粉化及道床累積變形速率加快，德國(guó)鐵路根據(jù)其咨詢(xún)公司對(duì)現(xiàn)行的有碴軌道和無(wú)碴軌道的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較得出的建議，決定在所有隧道、道岔區(qū)、制動(dòng)區(qū)間以及300km/h的高速線(xiàn)上均采用無(wú)碴軌道。在室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大量鋪設(shè)試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，目前德鐵累計(jì)鋪設(shè)無(wú)碴軌道360km（含80多組道岔區(qū)），其中規(guī)模鋪設(shè)的線(xiàn)路包括：科隆--法蘭克福（300km/h,2002年開(kāi)通）、柏林--漢諾威（250km/h,1998年開(kāi)通）、紐倫堡--英戈?duì)柺┧兀ㄔ诮ㄖ校?BR>   1.3法國(guó)無(wú)碴軌道h
   法國(guó)是以有碴軌道為代表的高速鐵路國(guó)家，一直以有碴軌道能夠以270～300km/h運(yùn)營(yíng)而感到驕傲。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)早期建造的東南線(xiàn)、大西洋線(xiàn)，道碴粉化嚴(yán)重，使軌道幾何尺寸難于保持，維修周期縮短，維修費(fèi)用大大增加，甚至影響正常的運(yùn)營(yíng)，結(jié)果使用不到10年不得不全面大修，更換道碴。為此，法鐵對(duì)道碴的粒徑級(jí)配、顆粒形狀指標(biāo)，硬度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新研究，擬訂了新的規(guī)定。比如針對(duì)道碴的洛杉磯磨耗率、硬度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（CH），TGV東南線(xiàn)原規(guī)定為洛杉機(jī)磨耗率≤20%和CH≥17，TGV北方線(xiàn)把其提高到洛杉磯磨耗率≤17%和CH≥20，新建的地中海線(xiàn)再提高到洛杉磯磨耗率≤16%和CH≥21。除此之外，為減緩道碴的粉化，在橋梁上還采取了道碴下鋪設(shè)橡膠墊的方式。與此同時(shí)，法國(guó)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到無(wú)碴軌道的優(yōu)越性，開(kāi)始了無(wú)碴軌道的研究與試驗(yàn)。在新建的地中海線(xiàn)，選擇隧道里鋪設(shè)了4.8km雙塊式無(wú)碴軌道，進(jìn)行試驗(yàn)，還準(zhǔn)備在東部高速線(xiàn)40～50km的一個(gè)區(qū)間修建無(wú)碴軌道。
   我國(guó)的臺(tái)灣省臺(tái)北--高雄345km高速鐵路全部采用無(wú)碴軌道，見(jiàn)圖1（略）。
   韓國(guó)計(jì)劃在繼續(xù)修建的大邱--釜山130km高速線(xiàn)采用無(wú)碴軌道。lpr
   2 各國(guó)無(wú)碴軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
   2.1日本無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
   日本定型的無(wú)碴軌道包括適用于高架橋和隧道的A型、（見(jiàn)圖2略）、框架型軌道板（見(jiàn)圖3略）、適用于土質(zhì)路基上的RA型軌道板和特殊減振區(qū)段用的防振G型軌道板，構(gòu)成了適用于不同使用范圍的軌道板系列。*E<"D
最初的軌道板為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)東北、上越新干線(xiàn)寒冷地區(qū)以及減振區(qū)段的性能要求，后來(lái)又研制出雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的軌道板，以防止混凝土裂紋的發(fā)生與擴(kuò)展。
20世紀(jì)70年代后期，新干線(xiàn)環(huán)境機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)部門(mén)根據(jù)日本環(huán)境污染控制中央委員會(huì)（CCEP）關(guān)于控制由于工廠(chǎng)、建設(shè)施工和道路交通引起的振動(dòng)和噪聲的嚴(yán)格要求，提出了新干線(xiàn)振動(dòng)控制措施：.
  （1）采取措施控制振動(dòng)源和干擾，特別是加速度振動(dòng)噪聲超過(guò)70dB的地區(qū);@
  （2）對(duì)于鐵路經(jīng)過(guò)醫(yī)院或?qū)W校的區(qū)段應(yīng)特殊考慮.
   為解決新干線(xiàn)的噪聲振動(dòng)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)高速鐵路發(fā)展與社會(huì)環(huán)保兼容的目的,日本從20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始,在日野土木研究所、東北新干線(xiàn)上的"小山試驗(yàn)線(xiàn)"、北上地區(qū)、古河地區(qū)的高架橋上分別試鋪了20多種型式的減振型板式軌道結(jié)構(gòu)（減振A型～減振H型），觀(guān)測(cè)其噪聲振動(dòng)效果，在進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析后，最終將減振G型板式軌道（見(jiàn)圖4、圖5）作為標(biāo)準(zhǔn)型式在減振降噪?yún)^(qū)段推廣鋪設(shè)。
    2.2德國(guó)無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)c
      德鐵、高校研究所以及工業(yè)界自20世紀(jì)70年代一直進(jìn)行無(wú)碴軌道的研究，曾試鋪過(guò)十余種無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)。目前正式批準(zhǔn)的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)型式有6種，包括：BOGL型、Rheda 型Zublin、ATD、Getrac和Berlin型。無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求包括以下幾個(gè)方面。
  （1）利用軌下墊層、彈性扣件及枕下彈性墊層等部件，提供軌道結(jié)構(gòu)合理的彈性和減振性能。要求在20t靜軸重作用下，鋼軌有1.5mm的下沉量。為此，無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)軌下墊層的剛度為20～25KN/mm。[
  （2）無(wú)碴軌道本身及軌下基礎(chǔ)在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)條件下，其殘余變形，能為扣件調(diào)高所調(diào)整。
  （3）滿(mǎn)足環(huán)保及運(yùn)營(yíng)使用的要求。在環(huán)保方面，應(yīng)考慮線(xiàn)路兩側(cè)的減振、降噪、綠化；在使用方面，應(yīng)考慮抗油污、抗紫外線(xiàn)老化、防火等。
  （4）方便的軌道結(jié)構(gòu)檢查和合適的軌道維修條件。3
  （5）滿(mǎn)足通信信號(hào)設(shè)施的安裝要求。"i7
   德鐵無(wú)碴軌道下部基礎(chǔ)分鋼筋混凝土和瀝青混凝土兩類(lèi)。Rheda型無(wú)碴軌道（見(jiàn)圖6略）作為鋼筋混凝土底座上的結(jié)構(gòu)型式之一，在德鐵鋪設(shè)的360km無(wú)碴軌道中,Rheda型約占一半以上。A_=Ks&
   最近開(kāi)發(fā)的Rheda-2000型軌道（見(jiàn)圖7略）已投入商業(yè)應(yīng)用,如應(yīng)用在紐倫堡-英弋爾施塔特、荷蘭、我國(guó)臺(tái)灣高速鐵路的道岔區(qū)上。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：由兩根桁架形配筋組成的特殊雙塊式軌枕取代了原Rheda型中的整體軌枕；取消了原結(jié)構(gòu)中的槽形板，統(tǒng)一了隧道、橋梁和路基上的結(jié)構(gòu)型式；同時(shí)，軌道的建筑高度從原來(lái)的650mm降低為472mm。Rheda-2000型中的特殊雙塊式軌枕只保留承軌和預(yù)埋扣件螺栓部位的預(yù)制混凝土，其余為桁架式的鋼筋骨架，使之與現(xiàn)場(chǎng)灌筑混凝土的新、老界面減至最少，有利于提高施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的整體性。建筑高度的下降，對(duì)降低軌道本身和線(xiàn)路的造價(jià)都是有利的，將無(wú)碴軌道的造價(jià)降到有碴軌道的1.3～1.4倍是德鐵力爭(zhēng)的目標(biāo)?？坡?-法蘭克福采用的是Rheda型無(wú)碴軌道，見(jiàn)圖8略。MGM
   博格板式無(wú)碴軌道是德鐵應(yīng)用的另一種無(wú)碴軌道型式（見(jiàn)圖9略）。在紐倫堡--英戈施塔特新線(xiàn)（見(jiàn)圖10略）建設(shè)中鋪設(shè)了70km(該線(xiàn)設(shè)計(jì)最高速度330km/h)，涉及到路基、橋梁和隧道，線(xiàn)路最小曲線(xiàn)半徑為3700m。*:ZNX
   博格板式無(wú)碴軌道由大板、灌漿層和擋臺(tái)組成。其結(jié)構(gòu)高度474mm。大板長(zhǎng)6.45m，寬2.55m，厚0.20m；灌漿層厚3cm；擋臺(tái)為長(zhǎng)方形，設(shè)置于板的兩側(cè)、板與板的連接處。大板為工廠(chǎng)預(yù)制，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)安裝鋪設(shè)。在路基上鋪設(shè)，其下部基礎(chǔ)由水硬性材料支承層和防凍層組成。水硬性材料支承層具有剛度過(guò)渡的作用，厚30cm；防凍層由級(jí)配碎石組成，防止凍脹引起路基變形，防凍層Eⅴ2≥120N/mm2。$[m
   2.3法國(guó)無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
   法國(guó)無(wú)碴軌道由雙塊式軌枕與下部鋼筋混凝土基礎(chǔ)澆筑而成，目前處于試驗(yàn)階段。
   3 我國(guó)無(wú)碴軌道發(fā)展概況
   我國(guó)無(wú)碴軌道的研究起于20世紀(jì)60年代，與國(guó)外的研究幾乎同步。初期曾試鋪過(guò)支撐塊式、短枕式、整體灌筑式及瀝青道床等，正式推廣應(yīng)用的僅有支撐塊式整體道床。在成昆線(xiàn)、京原線(xiàn)、京通線(xiàn)、南疆線(xiàn)等長(zhǎng)度超過(guò)1km的隧道內(nèi)鋪設(shè)，累計(jì)達(dá)300km。
1995年以后，隨著京滬高速鐵路可行性研究的推進(jìn)，無(wú)碴軌道在我國(guó)重新得以關(guān)注。在“九五”國(guó)家科技攻關(guān)專(zhuān)題"高速鐵路無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)參數(shù)的研究"中，提出了適用于高速鐵路橋梁、隧道中的三種無(wú)碴軌道型式（長(zhǎng)枕埋入式、彈性支撐塊式和大板式）及其設(shè)計(jì)參數(shù)，隨后完成了對(duì)三種結(jié)構(gòu)型式實(shí)尺模型的各種性能試驗(yàn)和鋪設(shè)，并在相關(guān)工程中應(yīng)用。在秦嶺I線(xiàn)隧道中鋪設(shè)了18.4km的彈性支撐塊式無(wú)碴軌道；在秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)中，沙河橋鋪設(shè)了692m長(zhǎng)枕埋入式無(wú)碴軌道，狗河橋和雙河橋分別鋪設(shè)了741m、740m板式無(wú)碴軌道。同時(shí)，提出了秦沈線(xiàn)無(wú)碴軌道設(shè)計(jì)技術(shù)條件、施工技術(shù)細(xì)則和無(wú)碴軌道工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，為高速鐵路鋪設(shè)無(wú)碴軌道創(chuàng)造了一定條件。=Ss:XE
   4 我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)應(yīng)大力發(fā)展無(wú)碴軌道
   4.1無(wú)碴軌道與有碴軌道維修比較S
   日本對(duì)運(yùn)營(yíng)了20年的山陽(yáng)新干線(xiàn)板式軌道歷年各項(xiàng)作業(yè)的維修費(fèi)用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并與有碴軌道作了比較，見(jiàn)圖11。由于板式軌道線(xiàn)路的維修項(xiàng)目減少，且軌道幾何狀態(tài)穩(wěn)定，故維修作業(yè)量明顯減少，為新干線(xiàn)旅客運(yùn)輸提供了安全可靠、平順、高質(zhì)量的軌道，實(shí)現(xiàn)了少維修和維修費(fèi)用大幅度降低的目標(biāo)。=5fbk
   德國(guó)鐵路采用軌道質(zhì)量指數(shù)Q值來(lái)綜合評(píng)價(jià)軌道高低、水平、方向等平順狀態(tài)。新線(xiàn)的軌道質(zhì)量指數(shù)Q值應(yīng)在30以下，而在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)上，當(dāng)質(zhì)量指數(shù)Q值超過(guò)100就必須進(jìn)行修理。YvVT;
　　圖12和圖13分別表示隧道內(nèi)和土質(zhì)路基上無(wú)碴軌道與相鄰的有碴軌道5年間Q值變化的比較。很明顯，無(wú)碴軌道的質(zhì)量指數(shù)Q值在5年內(nèi)均保持良好水平，且變化很小，實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)路少維修。
　　4.2無(wú)碴軌道與有碴軌道經(jīng)濟(jì)比較
無(wú)碴軌道的造價(jià)高于有碴軌道。但由于無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)具有高度低、每延米重量輕的特點(diǎn)，可使橋梁、隧道結(jié)構(gòu)物的建設(shè)費(fèi)用降低。此外，采用無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)，還可大大減少工務(wù)綜合維修工區(qū)的設(shè)置和大型養(yǎng)路機(jī)械的配備。lLGj
　　（1）日本板式軌道。日本板式軌道初期造價(jià)基本上控制在有碴軌道的2倍以?xún)?nèi)，大規(guī)模應(yīng)用后，其造價(jià)明顯下降，約為有碴軌道的1.3～1.5倍，但維修費(fèi)用明顯減少。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，山陽(yáng)新干線(xiàn)16年的平均維修費(fèi)用僅為有碴軌道的18%，東北新干線(xiàn)9年的平均維修費(fèi)用為有碴軌道的33%。無(wú)碴軌道多投資的差額約在10年（橋隧結(jié)構(gòu)上）～12年（土質(zhì)路基上）內(nèi)可得到償還（不計(jì)對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響）。
　?。?）Rheda型無(wú)碴軌道。據(jù)德鐵有關(guān)資料介紹，有碴軌道的造價(jià)為800DM/m，瀝青混凝土底座上的無(wú)碴軌道為1000DM/m，混凝土底座上的Rhead型軌道為1400DM/m，無(wú)碴軌道的造價(jià)為有碴軌道的1.3～1.7倍。而有碴軌道的年維修費(fèi)用約為3000DM/km，無(wú)碴軌道則很少。德鐵分析認(rèn)為，在新線(xiàn)建設(shè)中采用無(wú)碴軌道，可使線(xiàn)路設(shè)計(jì)的總建筑高度和寬度有所減少，有利于減少隧道和橋梁結(jié)構(gòu)的斷面。因此，新線(xiàn)建設(shè)的綜合造價(jià)將趨于合理。!@ep$
　?。?）我國(guó)無(wú)碴軌道。最近兩年我國(guó)鐵路在西康線(xiàn)秦嶺I線(xiàn)隧道、秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)分別鋪設(shè)了彈性支撐塊式、長(zhǎng)枕埋入式和板式無(wú)碴軌道。與有碴軌道造價(jià)相比，初步分析為：彈性支撐塊式為1.9倍，長(zhǎng)枕埋入式為2.35倍，板式為3倍。無(wú)碴軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度短，首次試鋪、機(jī)具及材料造價(jià)高、施工效率低是預(yù)算價(jià)格高的主要原因。此外，秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)使用的道碴與普通線(xiàn)路使用的道碴采用同一標(biāo)準(zhǔn)，均為T(mén)B/T2140-90《鐵路碎石道碴》標(biāo)準(zhǔn)。而客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)使用的道碴與既有線(xiàn)相比，在道碴級(jí)配方面、道碴顆粒形狀方面、道碴清潔度方面、特別是道碴材質(zhì)方面做了很大的改進(jìn)和提高。因此，客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)沿線(xiàn)道碴資源將受到限制，道碴成本將大大提高。因此，對(duì)于客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，有碴軌道與無(wú)碴軌道相比，建設(shè)成本差別會(huì)進(jìn)一步縮小。K
　　4.3建議
　　客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)無(wú)碴軌道與有碴軌道的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，已經(jīng)有了初步的結(jié)論，無(wú)碴軌道已成為客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。在天津"暫規(guī)"國(guó)際咨詢(xún)中，德國(guó)、法國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家都建議：在客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋梁、隧道中應(yīng)采用無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)。德國(guó)明確提出：鑒于客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)道碴液化和粉化對(duì)軌道維修及運(yùn)營(yíng)的干擾，建議250km/h以上的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)應(yīng)全部采用無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)。
無(wú)碴軌道是一個(gè)系統(tǒng)工程，我國(guó)無(wú)碴軌道鋪設(shè)的數(shù)量少、時(shí)間短，尚缺乏設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。圍繞著一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如路基地段特殊地質(zhì)的土的處理、施工有關(guān)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，大跨度梁的徐變上拱和梁端轉(zhuǎn)角控制，隧道基底和仰拱結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)剛度的合理匹配，扣件系統(tǒng)和無(wú)碴軌道的絕緣措施等，要通過(guò)國(guó)內(nèi)外聯(lián)合設(shè)計(jì)、試驗(yàn)段的建設(shè)和相關(guān)試驗(yàn)認(rèn)真研究解決。aucXZ
　　建設(shè)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，是我們鐵路人孜孜以求的夙愿，是實(shí)現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展的重要標(biāo)志，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)鐵路現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，意義極其重大。實(shí)現(xiàn)一流的工程質(zhì)量、一流的裝備水平、一流的運(yùn)營(yíng)管理，需大力發(fā)展無(wú)碴軌道。