三種板式無砟軌道關(guān)鍵施工工藝技術(shù)比較和應(yīng)用趨勢

張永厚（中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京　100081）

三種板式無砟軌道關(guān)鍵施工工藝技術(shù)比較和應(yīng)用趨勢

張永厚
（中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京100081）

板式無砟軌道具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛度均勻性、線路平順性和耐久性，以及維修量小、舒適度高等特點，在高速鐵路（客運專線）建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。本文對我國高速鐵路建設(shè)中常用的CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型三種板式無砟軌道結(jié)構(gòu)特點和關(guān)鍵施工工藝進行了分析和比較，結(jié)合三種板型在我國已經(jīng)建成通車的高鐵（客專）線路中所占比重的統(tǒng)計分析，提出CRTSⅢ型板式無砟軌道在今后高速鐵路建設(shè)中的應(yīng)用前景優(yōu)勢明顯。

板式無砟軌道；關(guān)鍵工藝；比較；應(yīng)用趨勢

中國高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展令世界矚目，據(jù)統(tǒng)計，截止到2015年12月，我國已正式通車的高速鐵路（含客運專線、城際鐵路）線路已達60條（段）以上，通車?yán)锍坛^2萬km，居世界第一位。在高速鐵路（客運專線）建設(shè)中大量采用了無砟軌道技術(shù)。迄今為止，我國已成功應(yīng)用了CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道。本文從多年的工程實踐出發(fā)，針對上述3種板式無砟軌道，從結(jié)構(gòu)特點、施工工藝、養(yǎng)護維修等方面進行了分析比較，提出CRTSⅢ型板式無砟軌道的應(yīng)用前景優(yōu)勢明顯。

1　無砟軌道的分類與特點

我國無砟軌道結(jié)構(gòu)主要分為板式無砟軌道、雙塊式無砟軌道和長枕埋入式無砟軌道3大類。板式無砟軌道采用工廠預(yù)制軌道板現(xiàn)場鋪設(shè)方式，主要分為CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型3種軌道板和道岔板；雙塊式無砟軌道采用工廠預(yù)制部分軌枕（承軌槽部分）并組排現(xiàn)場澆筑道床形成整體道床板，分為CRTSⅠ型、CRTSⅡ型2種；長枕埋入式無砟軌道采用工廠預(yù)制整條軌枕并組排現(xiàn)場澆筑道床形成整體道床板。

CRTSⅠ型板式無砟軌道是在現(xiàn)澆的鋼筋混凝土底座板上鋪設(shè)預(yù)制軌道板，通過水泥乳化瀝青砂漿層進行調(diào)整，利用凸形擋臺進行限位，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式；分為預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板、預(yù)應(yīng)力混凝土框架板和鋼筋混凝土框架板3種形式。CRTSⅠ型板的特點是：單元式軌道板，板與板之間不連接，板縫不填充，通過設(shè)置凸形擋臺限位（周圍填充樹脂）。標(biāo)準(zhǔn)板有6種規(guī)格，長度分別為5 600，4 962，4 856（4856A梁端），4330，3 685，3 060 mm，這種板型是基于日本無砟軌道板技術(shù)改進研制的。

CRTSⅡ型板式無砟軌道是通過水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層將預(yù)制軌道板鋪設(shè)在現(xiàn)場攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座板上，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路要求的縱連板式無砟軌道結(jié)構(gòu)形式；分為無擋肩和有擋肩2種形式。無擋肩軌道板配套使用無擋肩彈性分開式扣件，取消打磨、布板等復(fù)雜工藝，有擋肩軌道板配套使用彈性不分開式扣件和承軌臺打磨技術(shù)。CRTSⅡ型板的特點是：整體式軌道板，即底座板縱向、軌道板縱向要連接形成通長的整體板帶結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)置側(cè)向擋塊。標(biāo)準(zhǔn)板長度統(tǒng)一為6.45 m，這種板型是基于德國博格板技術(shù)改進研制的。

CRTSⅢ型板式無砟軌道是采用預(yù)制軌道板單元結(jié)構(gòu)，通過在現(xiàn)澆鋼筋混凝土底座板上設(shè)置凹槽限位，充填自密實混凝土與軌道板形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，并適應(yīng)ZPW-2000軌道電路的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式；分為先張板和后張板2種形式。CRTSⅢ型板的特點是：單元式軌道板，板與板之間不連接，板縫不填充，通過在底座板上設(shè)置的2個限位凹槽限位。標(biāo)準(zhǔn)板有3種規(guī)格，分別為P5600，P4925，P4856，特殊板有3種規(guī)格，分別為P3710，P5600A，P4925B。這種板型是我國2009年從成灌鐵路開始自主研發(fā)和設(shè)計的新產(chǎn)品，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

2　板式無砟軌道的關(guān)鍵工藝技術(shù)

三種類型無砟軌道板制造和安裝流程及對比見表1。

2.1CRTSⅠ型板

CRTSⅠ型板式無砟軌道全面推廣應(yīng)用的客專線路包括石太客專（部分）、哈大客專、廣深港客專、廣珠城際、滬寧城際等，線路總長度1 535 km。這種軌道板的特點是結(jié)構(gòu)形式簡單，單元劃分明確。其關(guān)鍵技術(shù)和工藝要點如下：

1）軌道板鋪設(shè)前對線下結(jié)構(gòu)物進行沉降變形觀測及無砟軌道鋪設(shè)條件評估與驗收。

2）CPⅢ控制網(wǎng)測設(shè)與評估。

3）底座板和凸形擋臺與線下結(jié)構(gòu)物進行有效連接防止縱橫向位移（線下結(jié)構(gòu)物預(yù)埋連接套筒）。

4）軌道板預(yù)制、張拉、養(yǎng)護及存放（立放），板內(nèi)鋼筋層間須進行絕緣處理和接地處理，并測試合格（電阻＞2 MΩ）。

5）軌道板精調(diào)和固定壓緊。

6）CA砂漿拌制、配送和灌注，凸形擋臺側(cè)縫樹脂填充。

表1　三種類型無砟軌道板制造和安裝工藝流程及對比

2.2CRTSⅡ型板

CRTSⅡ型板式無砟軌道全面推廣應(yīng)用的高鐵（客專）線路包括京津城際、京滬高鐵、京廣高鐵京武段、滬昆客專、滬杭客專、寧杭客專、杭甬客專、津秦客專、合蚌客專、合?？蛯５?，線路總長度6 136 km。這種軌道板的特點是整體性好、線路平順性好、精度高，但施工工藝較復(fù)雜。其關(guān)鍵技術(shù)和工藝控制要點如下：

1）軌道板鋪設(shè)前對線下結(jié)構(gòu)物進行沉降變形觀測及無砟軌道鋪設(shè)條件評估與驗收。

2）CPⅢ控制網(wǎng)測設(shè)與評估。

3）線下結(jié)構(gòu)物基面處理，橋梁地段須鋪設(shè)“二布一膜”滑動層，施工滑動層前須先對橋面進行基面處理及施作防水層（京滬高鐵采用拋丸和噴涂聚脲防水層工藝），且在梁端兩側(cè)1.45 m范圍內(nèi)鋪設(shè)高強度擠塑板。

4）橋梁地段在橋臺側(cè)設(shè)置端刺和摩擦板，橋面設(shè)置臨時端刺，分段連續(xù)澆筑底座板并張拉。

5）軌道板預(yù)制及養(yǎng)護，板內(nèi)鋼筋層間須進行絕緣處理和接地處理，并測試合格（電阻＞2 MΩ），毛坯板存放一個月后進行打磨處理。

6）軌道板精調(diào)、固定壓緊及封邊，設(shè)排氣孔并對灌注腔預(yù)濕。

7）CA砂漿拌制、配送和灌注。

8）軌道板縱連，連接縫封填。

9）剪力銷錨固，后澆帶混凝土澆筑。

2.3CRTSⅢ型板

CRTSⅢ型板式無砟軌道全面推廣應(yīng)用的客專線路包括成灌鐵路、武漢城際鐵路、成貴客專、盤營客專、沈丹客專、鄭徐客專、京沈客專（未開通）等，線路長度1 849 km。這種軌道板的特點是結(jié)構(gòu)簡單，單元劃分明確，耐久性、可維修性好。其關(guān)鍵技術(shù)和工藝控制要點如下：

1）軌道板鋪設(shè)前對線下結(jié)構(gòu)物進行沉降變形觀測、無砟軌道鋪設(shè)條件評估與驗收。

2）CPⅢ控制網(wǎng)測設(shè)與評估。

3）底座板及限位凹槽與線下結(jié)構(gòu)物進行有效連接，防止縱橫向位移（線下結(jié)構(gòu)物預(yù)埋連接套筒）。

4）軌道板預(yù)制、養(yǎng)護及存放（立放），板內(nèi)鋼筋層間須進行絕緣處理和接地處理，并測試合格（電阻＞2 MΩ）。

5）軌道板精調(diào)和固定壓緊。

6）自密實混凝土拌制、配送及灌注，模板四角及長邊側(cè)設(shè)排氣孔并對灌注腔進行預(yù)濕。

3　板式無砟軌道的技術(shù)特點和優(yōu)勢

3.1CRTSⅠ型板

CRTSⅠ型板式無砟軌道通常的結(jié)構(gòu)方案為無擋肩的獨立單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，主要由鋼軌、扣件、充填式墊板、預(yù)制軌道板、水泥乳化瀝青砂漿層（CA砂漿）、凸形擋臺及鋼筋混凝土底座板等部分組成。底座板及凸形擋臺與線下結(jié)構(gòu)物通過預(yù)埋套筒內(nèi)的連接鋼筋有效連接，混凝土澆筑后形成穩(wěn)定受力體整體抵抗外力。橋梁地段底座板在線下結(jié)構(gòu)斷縫處和軌道板斷縫處均斷開，路基地段底座板每2～3塊軌道板設(shè)一斷縫，斷縫處用聚乙烯泡沫板填縫，頂部及側(cè)邊用聚氨酯封閉。列車荷載通過鋼軌傳至軌道板后，軌道板通過中間填充層 CA砂漿將力傳至底座板，底座板通過連接鋼筋和混凝土底面將力傳至下部結(jié)構(gòu)。軌道板與底座板之間的填充層為低彈模的水泥乳化瀝青砂漿，其彈性模量為100～300 MPa，是一個具有較好彈性的緩沖層，有利于外力的傳遞和緩沖，其標(biāo)準(zhǔn)厚度為4～10 cm。

CRTSⅠ型板式無砟軌道的技術(shù)特點和優(yōu)勢在于單元分塊式結(jié)構(gòu)，形式較簡單，受力狀態(tài)明確；軌道板采用無擋肩平板式結(jié)構(gòu)，制造較簡單，后張法施加預(yù)應(yīng)力工藝成熟穩(wěn)定；底座板通過預(yù)埋鋼筋與梁面連接，形成穩(wěn)定受力體；軌道板鋪設(shè)工藝較簡單，由于是單元分塊式結(jié)構(gòu)，運營過程中結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害易于整治修復(fù)。缺點是軌道結(jié)構(gòu)縱向整體性和剛度均勻性較差，線路平順性相對較差；CA砂漿質(zhì)量較難控制，耐久性有待研究。

3.2CRTSⅡ型板

CRTSⅡ型板式無砟軌道通常的結(jié)構(gòu)方案為帶擋肩的縱連板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，主要由鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、水泥乳化瀝青砂漿填充層（CA砂漿）、鋼筋混凝土底座（路基段為水硬性支承層）、“二布一膜”滑動層及高強度擠塑板（橋梁地段）、錨固結(jié)構(gòu)、側(cè)向擋塊等部分組成，承軌面設(shè)置1∶40軌底坡。軌道板端部布置螺紋鋼筋，通過張拉扣件縱向連接形成一個貫通的、無限長的連續(xù)軌道結(jié)構(gòu)。橋面上軌道板鋪設(shè)，經(jīng)精調(diào)和灌漿后進行縱向張拉連接成為整體，為適應(yīng)底座板連續(xù)結(jié)構(gòu)受力，在橋梁兩端路基上設(shè)置摩擦板和端刺，施工期間在橋上設(shè)置臨時端刺，以限制底座板中的應(yīng)力及溫度變形，兩端刺間底座板跨梁縫連接時在橋梁固定支座上方通過在梁體上設(shè)置的預(yù)埋鋼筋和剪力齒槽與梁體固結(jié)，形成底座板縱向傳力結(jié)構(gòu)，底座板兩側(cè)設(shè)置側(cè)向擋塊，以限制底座板橫向位移。列車水平荷載傳至底座板處時，通過滑動傳至梁端預(yù)埋鋼筋（剪力銷）和剪力齒槽處，再通過預(yù)埋鋼筋（剪力銷）和剪力齒槽傳至固定支座。

CRTSⅡ型板填充層是高彈模的水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿），其彈性模量為7 000～10 000 MPa，是填充于底座板與軌道板之間的結(jié)構(gòu)層，主要起充填、支撐、承力和傳力作用，并可提供一定的彈韌性，是軌道的重要結(jié)構(gòu)層，其標(biāo)準(zhǔn)厚度為3 cm。底座板與梁面之間鋪設(shè)“兩布一膜”滑動層（剪力齒槽部位除外），形成底座板與梁面可相對滑動的狀態(tài)，在梁端一定范圍（一般是1.45 m）內(nèi)，為減小梁體轉(zhuǎn)動對底座板的影響，鋪設(shè)具有一定剛度的高強度擠塑板。

CRTSⅡ型板式無砟軌道的技術(shù)特點和優(yōu)勢在于通長的縱連結(jié)構(gòu)方式，整體性強，縱向剛度均勻，線路平順性好，保證高速列車運行的平穩(wěn)性和舒適性；橋梁地段底座板與梁面間設(shè)滑動層，減少橋梁結(jié)構(gòu)變形對軌道結(jié)構(gòu)的影響。但缺點是施工環(huán)節(jié)多，工藝較復(fù)雜，造價較高；CA砂漿填充層厚度較薄，灌注質(zhì)量較難控制，耐久性有待研究；由于是整體式縱連結(jié)構(gòu)，即使是結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)病害也較難整治處理。

3.3CRTSⅢ型板

CRTSⅢ型板式無砟軌道通常的結(jié)構(gòu)為帶擋肩的單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，主要由鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、配筋的自密實混凝土調(diào)整層、限位凹槽（擋臺）、中間隔離層（土工布）、彈性墊板、鋼筋混凝土底座等部分組成，軌道板上設(shè)置承軌臺，承軌面設(shè)置1∶40軌底坡。板下設(shè)置2排U形連接鋼筋，通過與內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的自密實混凝土緊密聯(lián)結(jié)，形成復(fù)合板結(jié)構(gòu)，以期防止軌道板離縫或自密實混凝土裂縫的出現(xiàn)。軌道結(jié)構(gòu)采用單元分塊式結(jié)構(gòu)，軌道板間不連接，底座板在每塊軌道板范圍內(nèi)設(shè)置2個限位凹槽（擋臺），其受力特征與傳力途徑與CRTSⅠ型板基本相同。

CRTSⅢ型板的技術(shù)特點和優(yōu)勢為單元分塊式結(jié)構(gòu)，形式簡單，力學(xué)模型及受力狀態(tài)清晰；自密實混凝土層代替CA砂漿起支承和調(diào)整作用，能消除部分施工誤差，其彈性模量約為20 000 MPa；通過門形筋與軌道板連接成為復(fù)合板，通過配置鋼筋增強軌道結(jié)構(gòu)的整體性；復(fù)合板和底座板之間設(shè)置隔離層，并通過凹槽凸臺結(jié)構(gòu)限位（凹槽周邊鋪設(shè)彈性墊板），傳力體系明確；底座板通過預(yù)埋鋼筋與梁面聯(lián)結(jié)，形成穩(wěn)定受力體；上下板層間用土工布隔離，有利于特殊情況下結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護維修；施工工藝較簡單，結(jié)構(gòu)耐久性大大提高。缺點是軌道結(jié)構(gòu)縱向整體性和剛度均勻性相對較差，線路平順性較CRTSⅡ型差。

4　板式無砟軌道的應(yīng)用趨勢

4.1三種板式無砟軌道所占的比例

CRTSⅡ型板占有較大比重，達到65%，以京滬高鐵、京武高鐵、滬昆客專、合?？蛯５乳L大線路為代表；CRTSⅠ型板占16%，以哈大客專、廣深港客專和滬寧城際為代表；CRTSⅢ型板占19%，以成貴客專、盤營客專、沈丹客專、鄭徐客專、京沈客專（未開通）為代表。

4.2三種板式無砟軌道的發(fā)展趨勢

CRTSⅠ型板雖然結(jié)構(gòu)較簡單，軌道板制造和鋪設(shè)工藝相對簡便（無擋肩），但由于作為緩沖層的水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）拌制和灌注質(zhì)量不易控制，耐久性和使用壽命尚不明確，加之造價也較高，故其應(yīng)用范圍較小。

CRTSⅡ型板目前所占比例最高，其結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和平順性較好，但軌道板制造較復(fù)雜（有擋肩），承軌臺制造精度要求很高且須進行打磨處理；軌道板鋪設(shè)工藝較復(fù)雜，從底座板開始需要對基面進行嚴(yán)格處理，進行分段和布板設(shè)計，每塊軌道板的設(shè)計位置固定不具有通用性，橋梁地段須設(shè)永久端刺和臨時端刺，軌道板縱連后整體性雖然提高，但運營過程中一旦出現(xiàn)問題（哪怕是局部問題）維修非常困難，對線路運營可能會產(chǎn)生較大影響；水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）拌制和灌注質(zhì)量不易控制，耐久性和使用壽命尚不明確，造價也較高，因此這種板型應(yīng)該不是將來的發(fā)展方向。

CRTSⅢ型板雖然軌道板制造也較復(fù)雜（有擋肩），承軌臺制造精度要求高，但取消了打磨處理工藝；它所采用的自密實混凝土雖然制拌和灌注工藝質(zhì)量要求都較高，但由于其較好地解決了水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）耐久性不能保證的問題，大大提高了結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命，同時自密實混凝土通過門形筋與軌道板連接成為復(fù)合結(jié)構(gòu)參與受力，使結(jié)構(gòu)的強度和剛度均有提高。從造價方面看，自密實混凝土強度等級為C40，單方造價大約是CA砂漿的50%，與 CRTSⅠ型板相比混凝土用量并不大，CRTSⅠ型板CA砂漿厚度為40～100 mm，沈丹客專自密實混凝土厚度為100 mm，京沈客專則優(yōu)化為90 mm。從線路長期運營維修養(yǎng)護方面看，CRTSⅢ型板與CRTSⅠ型板相類似，均為單元板式結(jié)構(gòu)，如果軌道板或線下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害，可以通過局部維修或更換方式迅速予以解決，不會影響全線。

綜上所述，CRTSⅢ型板式無砟軌道從結(jié)構(gòu)形式、受力特性、耐久性、工程造價及可維護等方面均顯示了明顯的優(yōu)勢，將是今后我國高速鐵路（客運專線）應(yīng)用和發(fā)展的方向。

5　結(jié)束語

我國高速鐵路技術(shù)已開始走向世界，CRTSⅢ型板式無砟軌道采用的是我國完全自主創(chuàng)新、能夠走出國門的高鐵技術(shù)體系，相信經(jīng)過高鐵建設(shè)者們的進一步努力，在未來的國際高速鐵路建設(shè)市場，CRTSⅢ型無砟軌道板將會有更加廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

［1］何華武.無碴軌道技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］陳希成.高速鐵路板式軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析［D］.成都：西南交通大學(xué)，2008.

［3］張麗平.橋上 CRTSⅢ型板式無砟軌道動力學(xué)性能分析［D］.成都：西南交通大學(xué)，2011.

［4］王成曉.CRTSⅢ型板式無砟軌道力學(xué)性能研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2011.

［5］李林香，譚鹽賓，李化建，等.CRTSⅢ型板式無砟軌道用低膠凝材料用量自密實混凝土的制備與性能［J］.鐵道建筑，2016（1）：84-88.

（責(zé)任審編孟慶伶）

Key Construction Technology Comparison and Application Trends for Three Types of Slab-type Ballastless Tracks

ZHANG Yonghou
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

T he slab-type ballastless tracks have such characteristics as good structural stability，stiffness uniformity，track smoothness and durability，small maintenance work and high comfort，which are widely applied in the constructions of high speed railway（passenger dedicated line）.T he structure characteristics and key construction technology for CRT SⅠ，CRT SⅡ and CRT SⅢ slab-type ballastless track mainly used in the high speed railway constructions in China were analyzed and compared，and it was pointed out that the advantage of the application prospects and trends of the CRT SⅢ slab-type ballastless track in the high speed railway constructions in the future would be obvious by combing with the statistical analysis for three types of slab-type ballastless track proportion in completed high speed railway（passenger dedicated）lines.

Slab-type ballastless track；Key technology；Comparison；Application trend

張永厚（1964— ），男，高級工程師，碩士。

U213.2+44

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.31

1003-1995（2016）07-0127-05

2016-02-25；

2016-03-30