山区客货共运铁路隧道内无砟轨道设计研究

宁星

（中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福州350000）

1 工程概况

我国现有山区客货共运铁路大多采用有砟轨道结构。在长大隧道内，有砟轨道结构病害严重，且养护维修难度很大。另一方面，相对于无砟轨道，有砟轨道需要更大的隧道净空，增加了隧道建设的成本[1]。

既有漳泉肖铁路为客货共运铁路，全线采用有砟轨道，起点为福建省漳平，终点为泉州肖厝港，横贯福建省南部，全长240km。漳泉肖铁路改建段位于泉州安溪县及永春县境内，改建长度为18km，改建地段位于戴云山脉东南部低山丘陵区，山峦起伏，山势峻峭，地形条件困难，桥隧比占达67.9%。

为养护维修方便，本项目长度1km 及以上的隧道铺设无砟轨道。目前，适用于本线铺设的成熟无砟轨道主要有弹性支承块式和CRTS 双块式无砟轨道2 种结构形式。

2 无砟轨道结构选型

2.1 弹性支承块无砟轨道

弹性支承块式无砟轨道由钢轨、扣件、支承块、钢筋混凝土支承块、橡胶套靴、块下垫板、道床板等部分组成[2]。

弹性支承块无砟轨道[3]是在双块式轨枕的下部及周围设置橡胶套靴，轨枕底部和套靴之间设置弹性垫层，套靴周围灌注混凝土而成型的一种无砟轨道结构形式。具有如下设计特点：

1）结构稳定、可靠、减振性能好，对客货共线铁路有更好的适应性[4]。结构的垂向弹性由轨下和块下双层弹性橡胶垫板提供，可有效达到减振和降噪的目的。

2）结构简单，施工相对容易。钢筋混凝土支承块为工厂预制，现场只需要将钢轨、扣件、弹性支承块组成轨排，并精确定位后，就地灌注混凝土即可成型。可以发挥轨排施工的优势，采用“钢轨支承架”法“由上向下”施工，能够确保钢轨和轨排的高精度，从而保证整个无砟轨道的高精度[5]。

3）弹性支承块式无砟轨道一般铺设于隧道内。在露天环境中，套靴防水措施可靠性差，影响其使用效果和结构寿命。

4）混凝土支承块、橡胶套靴及胶垫易于更换，对线路正常运营较小。

5）轨道结构高度较低，可减少隧道开挖面积。

6）初期投资相对较低。

2.2 CRTS 双块式无砟轨道

隧道内CRTS 双块式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、混凝土道床板、混凝土底座等组成。

轨枕为工厂预制，施工时将轨枕组成轨排，以现场浇筑混凝土方式将轨枕浇入混凝土道床内[6]，具有如下特点：

1）轨道结构的整体性强，采用桁架轨枕达到了减少预制轨枕与现浇混凝土结合面积、控制表面裂纹产生和扩展的效果[7]。

2）施工工艺简单、成熟、可靠。“由上向下”的施工方法能够保证钢轨和轨排的高精度，从而保证整个无砟轨道的高精度。

3）结构简单，整体性好，具有较好的结构耐久性，同时，具有稳定的轨道几何形态保持能力。

4）运营期间，轨道结构的调整只能通过扣件完成，混凝土采用常规维修方法[8]。一旦轨枕或道床板混凝土结构破坏时，修复较为困难。

5）投资相对弹性支承块式无砟轨道高。

2.3 无砟轨道技术比较

弹性支承块无砟轨道[9]与有砟轨道弹性最为接近，可降低振动及减少噪声，且初期投资相对较低。CRTS 双块式无砟轨道具有整体性好、稳定可靠、轨道几何状态稳定等特点，但新旧混凝土结合面易产生裂纹，且轨道结构弹性仅由扣件提供，相对弹性支承块较差。综合考虑国内无砟轨道技术发展现状及本线运行条件，推荐本线长度1km 及以上的隧道内铺设弹性支承块无砟轨道。

3 无砟轨道结构设计

隧道内弹性支承块式无砟轨道由60kg/m 钢轨、预埋铁座式弹性可调扣件、预制C50 混凝支承块、支承块下弹性垫板、橡胶套靴及道床板等组成。

3.1 钢轨

隧道内弹性支承块式无砟轨道钢轨采用60kg/m、25m 定尺长U71Mn 有孔新钢轨，钢轨质量标准应符合相关规定。

3.2 扣件

隧道内弹性支承块式无砟轨道扣件采用预埋铁座式防锈弹性可调扣件，预埋铁座式弹性可调扣件由标准Ⅱ型弹条、轨距挡板、绝缘轨距块、T 形螺栓、盖形螺母、预埋铁座组成。

扣件支点间距一般为595mm，施工时可根据现场情况均匀调整，扣件支点间距调整范围575～625mm[10]。

3.3 支承块

弹性支承块式无砟轨道支承块式为C50 钢筋混凝土结构，在工厂预制，按1 680 对/km 进行铺设，技术条件应满足相关规范要求，具体尺寸如图1 所示。

支承块表面不得有裂纹，支承块四侧面宜设置一定坡度，方便混凝土支承块脱模和运营后的养护维修；支承块上部宜宽于橡胶套靴，减少灰尘和水进入套靴。

3.4 支承块下弹性垫板及橡胶套靴

弹性垫板材料应采用三元乙丙橡胶制作，不得掺用其他胶种和再生胶。

垫板静刚度为75～105kN/mm。

图1 弹性支承块尺寸

橡胶套靴应在轨道部定点橡胶制品厂加工生产。橡胶套靴材料应采用三元乙丙橡胶制作，不得掺用其他胶种和再生胶。

套靴静刚度为120～150kN/mm（从套靴小侧面取样）。

3.5 道床板

道床板混凝土强度等级为C40，混凝土在轨排精调完成后浇筑，内轨下截面处道床顶面低于支承块顶面63mm，道床板顶面设置横向1%的人字排水坡。

隧道内道床板为分块结构，道床板宽度为2 800mm，厚度为351mm，每块道床板长度一般为6.58m，根据具体情况可适当调整，长度可为5～8m，2 块道床板间设置伸缩缝，伸缩缝宽度为20mm，用聚乙烯泡沫板填充和采用聚氨酯密封。在隧道沉降缝处道床板对应设置20mm 宽伸缩缝。

道床板采用HRB400 级钢筋，双层配筋。

曲线超高在道床板上设置，采用外轨抬高方式，并在缓和曲线范围完成过渡。

4 道床板和隧道基底的连接

线路中心线2.8m 范围内的隧道仰拱（底板）混凝土结构应进行拉毛或凿毛处理，其表面浮砟、碎片、油渍等应清除干净，无积水。

道床板与下部基础通过植筋进行可靠连接，为轨道结构提供限位。距洞口50m 范围内，每相邻两支承块间植一排5 根钢筋；植筋采用HRB400 螺纹钢筋，钢筋直径为20mm，钢筋长度为480mm，其中采用植筋胶植入隧道仰拱回填层或底板内的长度为200mm，设伸缩缝的2 个支承块间不植筋。施工时应根据实际轨枕间距合理布置预埋钢筋，使其位于相邻2 个支撑块中间并避免与道床板结构钢筋相碰。

5 综合接地

无砟轨道板接地应利用轨道板结构钢筋，每段无砟轨道板的长度按不大于100m 设置。

每块道床板取上层纵向结构钢筋中3 根（中间1 根和外侧2 根）作为纵向接地钢筋，取道床板上层中间部位1 根横向结构钢筋作为横向接地钢筋。纵、横向接地钢筋间通过焊接相连，板端接地端子通过焊接与纵向接地钢筋焊连。

6 结语

结合漳泉肖铁路改建工程无砟轨道设计，对山区客货共运铁路隧道内无砟轨道的结构选型进行了对比研究，并介绍了弹性支承块无砟轨道结构设计，为其他客货共运铁路无砟轨道设计提供了参考。