單元雙塊式無砟軌道道床板長度的確定

摘要： 為確定雙塊式無砟軌道道床板的合理單元長度，采用數值模擬的方法分析了列車荷載、縱、橫向荷載、溫度力、溫度梯度作用下不同單元長度軌道結構的應力、應變響應；在此基礎上，計算了不同長度單元板的裂縫寬度及所需的最小配筋率.現場試驗結果表明：單元板長度越大，內部應力、板端位移量和板中裂縫寬度越大，滿足裂縫寬度限值的配筋率越大；單元雙塊式無砟軌道板的長度宜小于8.0 m，推薦蘭新二線采用長6.5 m的單元雙塊式無砟軌道道床板.

關鍵詞： 鐵道工程；雙塊式無砟軌道；道床板；單元長度

中圖分類號： U213.244； U214.02文獻標志碼： ALength Determination of Track Concrete Plate for

雙塊式無砟軌道具有工藝簡單、施工速度快、經濟效益好等優點，已在國內外眾多鐵路干線上應用，我國目前在建的蘭新鐵路第二雙線（蘭新二線）擬采用該型軌道[1-3].由于西北地區氣候條件惡劣，夏季高溫，冬季嚴寒，晝夜溫差大，雙塊式無砟軌道路基段連續道床板存在漲拱、開裂等問題[4-5].為此，推薦蘭新二線路基段采用改進后的單元雙塊式無砟軌道[6].目前，該單元結構已在現場無砟軌道試驗段鋪設，現場觀測效果良好.

在軌道結構豎向、橫向尺寸不變的情況下，道床板縱向單元長度的選取對結構應力、應變水平、（縱、橫向）限位能力、建設成本、施工效率等均有較大影響.本文從荷載、溫度作用下結構的性能、裂縫寬度以及配筋率等分析不同長度單元板性能的差異，并在理論分析的基礎上，結合現場觀測數據，給出合理的單元板長度.1單元雙塊式無砟軌道簡介如圖1，路基段單元雙塊式無砟軌道結構自下而上依次為路基表層級配碎石、支承層、道床板、扣件和鋼軌.支承層采用C15混凝土，寬3.40 m，厚0.30 m，縱向連續鋪設.道床板采用C40混凝土，寬2.80 m，厚0.26 m[7]，縱向采用單元式，單元長度在4～20 m之間.道床板伸縮縫寬度20 mm；在道床板伸縮縫下切割支承層假縫，切割深度為支承層厚度的1/3；扣件采用WJ-8B型扣件，間距為0.65 m；鋼軌采用60 kg/m級鋼軌.建立有限元力學模型，道床板、支承層及下部路基均采用三維實體單元模擬，扣件假定為點支承彈簧.

蘭新二線無砟軌道試驗段中，雙塊式無砟軌道單元板長度主要有6.5、13.5和19.5 m三種.通過對試驗段的長期觀測發現，單元雙塊式無砟軌道在經歷一個凍融循環后，伸縮縫處的支承層假縫出現貫通裂縫（見圖2），支承層與基床表層產生層間分離現象（見圖3）.

根據對不同長度單元板配筋率的分析，板長小于8.0 m時，單元板建設成本最低.對于板長大于8.0 m的單元板，板長增大意味建設成本提高.

單元板長度還對現場施工有較大影響：單元板越短，伸縮縫數量、軌道橫向模板設置數量越多，施工速度越慢；單元板越長，單元板內鋼筋搭接接頭越多，焊接工作量越大；單元板越長，道床板混凝土施工縫數量越多，后期澆筑鑿毛工作量越大.3現場試驗為更好地對比不同長度單元板對結構性能的影響，在蘭新二線無砟軌道試驗段上選取了6.5 m的小單元和長19.5 m的大單元雙塊式無砟軌道，進行了為期1年的觀測.觀測內容主要包括板端位移、混凝土應變、鋼筋應力以及現場裂縫觀測等.

長6.5 m的單元板的縱向配筋率為0.65%，溫度升高45 ℃時，伸縮縫寬度減小3.2 mm，單元板縱向接近自由伸縮.混凝土最大拉、壓應變分別為73×10-6和191×10-6；板中鋼筋最大拉應力為15 MPa，最大壓應力為78 MPa.根據現場觀測，單元板內無任何結構性裂紋（縫）產生.

19.5 m的單元板的縱向配筋率也為0.65%，溫度改變50 ℃時，伸縮縫寬度變化約5.8 mm，單元伸縮受限.混凝土最大拉、壓應變分別為63×10-6和350×10-6；板中鋼筋最大拉、壓應力分別為79和149 MPa.根據現場觀測，單元板內假縫切割處產生較多裂紋（縫）.

對比2種單元板，在配筋率相同的情況下，單元板長度越短，板端伸縮量越小，內部鋼筋混凝土應力越低，道床板出現裂縫的可能性越小.4結論單元板長度的確定是單元雙塊式無砟軌道結構設計的重要問題之一，是軌道結構穩定性、耐久性的重要影響因素[14-15]，通過理論分析和現場觀測，可以得出以下結論：

（1） 在溫度力作用下，單元板越短，內部應力越低，板端位移量越小.在溫度梯度、列車荷載、縱、橫向荷載作用下，不同長度單元板的應力、應變響應基本一致.

（2） 在相同條件下，單元板越長，板中裂縫寬度越大，滿足裂縫寬度限值的配筋率越大，軌道工程建設成本越高.從限制裂縫寬度、降低工程建設成本的角度，建議取單元雙塊式無砟軌道板的長度小于8.0 m.

（3） 單元雙塊式無砟軌道道床板長度的確定對軌道結構性能、建設成本和施工便利等影響較大，應在保證結構性能滿足要求的前提下，盡量降低工程造價，并充分考慮現場施工的便利性.

對于蘭新二線，因年溫差較大，溫度力對板長的確定影響較大，因此，宜采用小單元雙塊式無砟軌道，以降低板內溫度應力，控制裂縫寬度.建議蘭新二線采用板長6.5 m的小單元雙塊式無砟軌道.

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（中、英文編輯：付國彬）