淺談新型混凝土軌枕研究與應(yīng)用

周芝芬，謝偉華，趙 巍，邵 華

（浙江貝爾通信集團有限責(zé)任公司，浙江 衢州 324400）

1 國內(nèi)外混凝土枕的主要型式

目前，國內(nèi)外混凝土枕的螺紋聯(lián)結(jié)固定方式主要有以下3種型式。

1.1 預(yù)埋內(nèi)部設(shè)有螺紋的塑料套管

我國與法國等國家主要采用預(yù)埋內(nèi)部設(shè)有螺紋的塑料套管。塑料套管加工方便，預(yù)埋在混凝土枕內(nèi)，預(yù)埋工藝簡單。但受材料性能及結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)場使用過程中易出現(xiàn)螺紋損壞、套管被拔出等病害，阻礙其在更高要求的場合使用。

1.2 預(yù)先埋設(shè)內(nèi)部沒有螺紋的塑料套管

德國高速道岔扣件系統(tǒng)與基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)方式，采用預(yù)先在混凝土岔枕中埋設(shè)內(nèi)部沒有螺紋的塑料套管，其底部預(yù)先埋設(shè)金屬螺母，螺母底部用環(huán)氧樹脂膠封住，螺栓直徑為27 mm。該種方式可以徹底解決套管傷損問題，但預(yù)埋工藝復(fù)雜，螺栓較長，成本高。

1.3 硫磺錨固的螺旋道釘螺栓的聯(lián)結(jié)方式

我國現(xiàn)在采用硫磺錨固的螺旋道釘螺栓的聯(lián)結(jié)方式，即在制作混凝土軌枕時預(yù)留道釘螺栓孔，然后在現(xiàn)場使用硫磺錨固劑將螺旋道釘螺栓固定在軌枕上。這種方式存在的主要問題是：硫磺錨固施工一般在現(xiàn)場進行，施工條件差，施工困難，道釘螺栓抗拔力不穩(wěn)定，質(zhì)量難以保證；加熱硫磺錨固劑時，排放有害氣體，污染環(huán)境，損害施工人員的身體健康；由于硫磺與混凝土的膨脹系數(shù)不同，硫磺膨脹易造成軌枕釘孔處開裂，縮短了軌枕的使用壽命；道釘螺栓與混凝土軌枕的絕緣能力不足，難以滿足鐵路高速發(fā)展的要求；軌枕整體性差，影響強度；螺栓及螺母外露易銹蝕，需經(jīng)常涂油保護，養(yǎng)護工作量大。

鐵道部在《鐵路主要技術(shù)政策》中指出：“采用新型混凝土軌枕和硬質(zhì)道碴道床，發(fā)展高扣壓力、少維修的彈性扣件。加大軌枕的斷面和長度，合理減少軌枕每千米配置根數(shù)。發(fā)展少維修的新型軌下基礎(chǔ)。”因此，提供一種能夠克服上述諸多不足的新型混凝土軌枕，采用非硫磺錨固技術(shù)，對于提高混凝土軌枕的質(zhì)量，保護環(huán)境及施工人員的身體健康，保證行車安全顯得十分必要。

圖1 新型復(fù)合套管

2 新型混凝土軌枕

2.1 新型復(fù)合套管

針對以上方案的種種不足，浙江貝爾通信集團研發(fā)了A，B兩種新型復(fù)合套管，套管主要由絕緣塑料的外殼內(nèi)嵌金屬螺母構(gòu)成，如圖1所示。

2.1.1 A 型復(fù)合套管

A型復(fù)合套管性能特點如下：復(fù)合套管由尼龍外殼及嵌在內(nèi)部的金屬螺母構(gòu)成，尼龍外殼提供絕緣保護，金屬螺母提供高強度螺紋，相比于尼龍螺紋，尼龍的抗拉強度為198 MPa，而金屬螺母采用的45#鋼的抗拉強度為600 MPa，可提供更高的拉力載荷；螺紋采用公制標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋，道釘螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，制造方便，而且三角粗牙螺紋比全塑料套管的梯形螺紋的防松效果好；套管外殼為階梯狀，與硫磺錨固或目前所用的尼龍?zhí)坠芟啾龋商峁└叩目拱瘟Γ乐固坠軓幕炷林邪纬觯粡?fù)合套管下部為多面體，防止套管在混凝土中轉(zhuǎn)動；套管表面有許多小凸起，在增加了套管與混凝土結(jié)合力的同時也增加了抗拔力。

2.1.2 B 型復(fù)合套管

B型復(fù)合套管性能特點如下：復(fù)合套管由尼龍外殼及嵌在內(nèi)部的金屬螺母構(gòu)成，尼龍外殼提供絕緣保護，金屬螺母提供高強度螺紋，相比于尼龍螺紋，尼龍的抗拉強度為198 MPa，而金屬螺母采用的45#鋼的抗拉強度為600 MPa，可提供更高的拉力載荷；螺紋采用公制標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋，道釘螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，制造方便，而且三角粗牙螺紋比全塑料套管的梯形螺紋的防松效果好；套管外殼的外表面縱向有螺紋形狀，作為帶鋼套的尼龍?zhí)坠芸苫Q配件旋入，便于維修；可以單獨使用，直接預(yù)埋在混凝土枕內(nèi)，螺紋部分可提供套管的整體抗拔力。外殼的上表面有2～8個凹槽，配有專用工具，便于套管的旋入旋出。新型復(fù)合套管已經(jīng)在大秦線重載鐵路道岔的岔枕上試用，其效果明顯優(yōu)于尼龍?zhí)坠埽瑥氐捉鉀Q了尼龍?zhí)坠艿膫麚p問題。道岔的動態(tài)檢測表明，道岔具有更好的穩(wěn)定性。

2.2 新型混凝土軌枕

新型混凝土軌枕的主要特征就是將性能優(yōu)異的復(fù)合套管與軌枕結(jié)合成為整體。

新型混凝土軌枕的優(yōu)點為：復(fù)合套管預(yù)先注塑成型，便于預(yù)埋，對現(xiàn)有生產(chǎn)模具稍作修改，即可生產(chǎn)；軌枕在工廠內(nèi)一次性整體加工，軌枕整體性好，強度高；與現(xiàn)有軌枕相容性好，可互換使用；徹底解決了套管傷損問題，延長了軌枕壽命；道釘螺栓比現(xiàn)有螺旋道釘螺栓長度短，且可采用標(biāo)準(zhǔn)化的國標(biāo)六角頭螺栓，其強度系列多，便于采購，適用于各種場合；可提供更高的抗拔力及扣壓力，滿足重載、高速要求；取消現(xiàn)場加工工序，便于控制質(zhì)量，尺寸精度高；取消硫磺錨固工藝，保護環(huán)境及施工人員身體健康；扣件系統(tǒng)螺紋部分不外露，不易損壞、腐蝕，養(yǎng)護方便；混凝土軌枕面無凸起螺桿，現(xiàn)場儲存、更換及安裝方便；采用絕緣的尼龍外殼，道釘螺栓與軌枕絕緣性能好，提高了線路的絕緣能力，滿足了鐵路高速發(fā)展的要求。

3 成本分析

新型混凝土軌枕主要是采用復(fù)合套管來替代硫磺錨固技術(shù)，軌枕的工廠生產(chǎn)成本基本一致，其區(qū)別在于鋼軌與軌枕聯(lián)結(jié)部分，具體如表1所示。

表1 新型軌枕與硫磺錨固軌枕的區(qū)別

分析表1可知，兩者成本區(qū)別主要體現(xiàn)在現(xiàn)場硫磺錨固作業(yè)成本與復(fù)合套管尼龍料及注塑成本上，其他部分基本持平。新型軌枕與現(xiàn)有硫磺錨固技術(shù)相比，成本變化不大，但由于其擁有諸多優(yōu)點，所帶來的社會效益和經(jīng)濟效益更可觀。

4 結(jié)論

綜上所述，新型混凝土軌枕具有制造工藝簡單、設(shè)計合理，與現(xiàn)有混凝土軌枕相容性好、可以互換等優(yōu)點，其強度高和質(zhì)量穩(wěn)定，能改善現(xiàn)有混凝土軌枕的工作條件，從而提高鐵路軌道的使用效率和行車安全，帶來更好的社會效益和經(jīng)濟效益，值得推廣使用。