山區客貨共運鐵路隧道內無砟軌道設計研究

寧星

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福州350000）

1 工程概況

我國現有山區客貨共運鐵路大多采用有砟軌道結構。在長大隧道內，有砟軌道結構病害嚴重，且養護維修難度很大。另一方面，相對于無砟軌道，有砟軌道需要更大的隧道凈空，增加了隧道建設的成本[1]。

既有漳泉肖鐵路為客貨共運鐵路，全線采用有砟軌道，起點為福建省漳平，終點為泉州肖厝港，橫貫福建省南部，全長240km。漳泉肖鐵路改建段位于泉州安溪縣及永春縣境內，改建長度為18km，改建地段位于戴云山脈東南部低山丘陵區，山巒起伏，山勢峻峭，地形條件困難，橋隧比占達67.9%。

為養護維修方便，本項目長度1km 及以上的隧道鋪設無砟軌道。目前，適用于本線鋪設的成熟無砟軌道主要有彈性支承塊式和CRTS 雙塊式無砟軌道2 種結構形式。

2 無砟軌道結構選型

2.1 彈性支承塊無砟軌道

彈性支承塊式無砟軌道由鋼軌、扣件、支承塊、鋼筋混凝土支承塊、橡膠套靴、塊下墊板、道床板等部分組成[2]。

彈性支承塊無砟軌道[3]是在雙塊式軌枕的下部及周圍設置橡膠套靴，軌枕底部和套靴之間設置彈性墊層，套靴周圍灌注混凝土而成型的一種無砟軌道結構形式。具有如下設計特點：

1）結構穩定、可靠、減振性能好，對客貨共線鐵路有更好的適應性[4]。結構的垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供，可有效達到減振和降噪的目的。

2）結構簡單，施工相對容易。鋼筋混凝土支承塊為工廠預制，現場只需要將鋼軌、扣件、彈性支承塊組成軌排，并精確定位后，就地灌注混凝土即可成型。可以發揮軌排施工的優勢，采用“鋼軌支承架”法“由上向下”施工，能夠確保鋼軌和軌排的高精度，從而保證整個無砟軌道的高精度[5]。

3）彈性支承塊式無砟軌道一般鋪設于隧道內。在露天環境中，套靴防水措施可靠性差，影響其使用效果和結構壽命。

4）混凝土支承塊、橡膠套靴及膠墊易于更換，對線路正常運營較小。

5）軌道結構高度較低，可減少隧道開挖面積。

6）初期投資相對較低。

2.2 CRTS 雙塊式無砟軌道

隧道內CRTS 雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、混凝土道床板、混凝土底座等組成。

軌枕為工廠預制，施工時將軌枕組成軌排，以現場澆筑混凝土方式將軌枕澆入混凝土道床內[6]，具有如下特點：

1）軌道結構的整體性強，采用桁架軌枕達到了減少預制軌枕與現澆混凝土結合面積、控制表面裂紋產生和擴展的效果[7]。

2）施工工藝簡單、成熟、可靠。“由上向下”的施工方法能夠保證鋼軌和軌排的高精度，從而保證整個無砟軌道的高精度。

3）結構簡單，整體性好，具有較好的結構耐久性，同時，具有穩定的軌道幾何形態保持能力。

4）運營期間，軌道結構的調整只能通過扣件完成，混凝土采用常規維修方法[8]。一旦軌枕或道床板混凝土結構破壞時，修復較為困難。

5）投資相對彈性支承塊式無砟軌道高。

2.3 無砟軌道技術比較

彈性支承塊無砟軌道[9]與有砟軌道彈性最為接近，可降低振動及減少噪聲，且初期投資相對較低。CRTS 雙塊式無砟軌道具有整體性好、穩定可靠、軌道幾何狀態穩定等特點，但新舊混凝土結合面易產生裂紋，且軌道結構彈性僅由扣件提供，相對彈性支承塊較差。綜合考慮國內無砟軌道技術發展現狀及本線運行條件，推薦本線長度1km 及以上的隧道內鋪設彈性支承塊無砟軌道。

3 無砟軌道結構設計

隧道內彈性支承塊式無砟軌道由60kg/m 鋼軌、預埋鐵座式彈性可調扣件、預制C50 混凝支承塊、支承塊下彈性墊板、橡膠套靴及道床板等組成。

3.1 鋼軌

隧道內彈性支承塊式無砟軌道鋼軌采用60kg/m、25m 定尺長U71Mn 有孔新鋼軌，鋼軌質量標準應符合相關規定。

3.2 扣件

隧道內彈性支承塊式無砟軌道扣件采用預埋鐵座式防銹彈性可調扣件，預埋鐵座式彈性可調扣件由標準Ⅱ型彈條、軌距擋板、絕緣軌距塊、T 形螺栓、蓋形螺母、預埋鐵座組成。

扣件支點間距一般為595mm，施工時可根據現場情況均勻調整，扣件支點間距調整范圍575～625mm[10]。

3.3 支承塊

彈性支承塊式無砟軌道支承塊式為C50 鋼筋混凝土結構，在工廠預制，按1 680 對/km 進行鋪設，技術條件應滿足相關規范要求，具體尺寸如圖1 所示。

支承塊表面不得有裂紋，支承塊四側面宜設置一定坡度，方便混凝土支承塊脫模和運營后的養護維修；支承塊上部宜寬于橡膠套靴，減少灰塵和水進入套靴。

3.4 支承塊下彈性墊板及橡膠套靴

彈性墊板材料應采用三元乙丙橡膠制作，不得摻用其他膠種和再生膠。

墊板靜剛度為75～105kN/mm。

圖1 彈性支承塊尺寸

橡膠套靴應在軌道部定點橡膠制品廠加工生產。橡膠套靴材料應采用三元乙丙橡膠制作，不得摻用其他膠種和再生膠。

套靴靜剛度為120～150kN/mm（從套靴小側面取樣）。

3.5 道床板

道床板混凝土強度等級為C40，混凝土在軌排精調完成后澆筑，內軌下截面處道床頂面低于支承塊頂面63mm，道床板頂面設置橫向1%的人字排水坡。

隧道內道床板為分塊結構，道床板寬度為2 800mm，厚度為351mm，每塊道床板長度一般為6.58m，根據具體情況可適當調整，長度可為5～8m，2 塊道床板間設置伸縮縫，伸縮縫寬度為20mm，用聚乙烯泡沫板填充和采用聚氨酯密封。在隧道沉降縫處道床板對應設置20mm 寬伸縮縫。

道床板采用HRB400 級鋼筋，雙層配筋。

曲線超高在道床板上設置，采用外軌抬高方式，并在緩和曲線范圍完成過渡。

4 道床板和隧道基底的連接

線路中心線2.8m 范圍內的隧道仰拱（底板）混凝土結構應進行拉毛或鑿毛處理，其表面浮砟、碎片、油漬等應清除干凈，無積水。

道床板與下部基礎通過植筋進行可靠連接，為軌道結構提供限位。距洞口50m 范圍內，每相鄰兩支承塊間植一排5 根鋼筋；植筋采用HRB400 螺紋鋼筋，鋼筋直徑為20mm，鋼筋長度為480mm，其中采用植筋膠植入隧道仰拱回填層或底板內的長度為200mm，設伸縮縫的2 個支承塊間不植筋。施工時應根據實際軌枕間距合理布置預埋鋼筋，使其位于相鄰2 個支撐塊中間并避免與道床板結構鋼筋相碰。

5 綜合接地

無砟軌道板接地應利用軌道板結構鋼筋，每段無砟軌道板的長度按不大于100m 設置。

每塊道床板取上層縱向結構鋼筋中3 根（中間1 根和外側2 根）作為縱向接地鋼筋，取道床板上層中間部位1 根橫向結構鋼筋作為橫向接地鋼筋。縱、橫向接地鋼筋間通過焊接相連，板端接地端子通過焊接與縱向接地鋼筋焊連。

6 結語

結合漳泉肖鐵路改建工程無砟軌道設計，對山區客貨共運鐵路隧道內無砟軌道的結構選型進行了對比研究，并介紹了彈性支承塊無砟軌道結構設計，為其他客貨共運鐵路無砟軌道設計提供了參考。