30 t轴重载铁路弹性道砟垫的技术应用效果研究

2022-03-28王宏毅

大众标准化 2022年3期

王宏毅

（中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

随着“一带一路”的深入化，重载铁路建设也成为架起各国沟通的桥梁。目前，重载铁路货运已经成为各国贸易往来的重要交通工具。重载铁路的出现，可以有效提升铁路的交通运输能力，化解铁路动输紧张的压力。目前，针对30 t轴重载铁路施工正处于探索阶段，2014年针对该类铁路的铺设完成了试验段，进一步确定了一些相关技术标准。其中砟轨桥隧段也成为30 t轴重载铁路施工的技术难点，由于砟轨桥隧段在施工中，道床会受到上部与下部砼刚性基础的双重夹击，导致道砟破碎，出现严重脏污，这种现象给后续铁路投入使用的安全、维护等方面，均带来了一定影响，也进而影响铁路所处段落的整体使用寿命。重载铁路的大里程建设，势必带来重载桥梁跨越环境敏感区域，环境保护的大力推进，给有砟重载铁路建设带来了新的要求于挑战。为了改善现有问题，确保重载铁路发展势头，该研究结合实际工程案例，提出30 t轴重载铁路道砟垫的技术应用，以期为中国重载铁路砟轨桥隧施工技术标准的制定，提供一些有价值的参考资料。

1 工程概况

浩吉铁路是中国第一条煤运专线重载铁路，全长1814.5 km，途径七省，工程量浩大。三门峡黄河公铁两用大桥是蒙西至华中地区铁路煤运通道、运城至三门峡铁路及山西省、河南省规划的运三高速公路跨越黄河的共用桥梁。黄河桥桥梁全长5663.754 m，采用公铁合建上下层布置横断面方案，铁路在下，为四线客货共线铁路，公路在上为双向六车道高速公路。黄河桥主桥跨黄河主槽，结构为84+9×108+84 m连续钢桁结合梁，钢桁梁为3片主桁结构，中边桁中心距13.6 m，每片主桁均采用无竖杆三角形桁架，桁高15 m，节间长12 m。下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板，上层公路桥面采用预应力混凝土板与主桁结合的组合结构。

黄河桥位于河南省三门峡市，桥位距下游G209线三门峡黄河公路大桥约8.4 km，距下游三门峡坝址约28.9 km，穿越3处环境敏感区，分别为2处自然保护区（河南黄河湿地国家级自然保护区、运城湿地省级自然保护区）、1处水产种质自然保护区（黄河中游国家级水产种质资源保护区）。三门峡黄河湿地国家级自然保护区是国内最大的白天鹅过冬栖息地，自然保护区位于三门峡黄河公铁两用大桥南引桥线路左侧，白天鹅栖息地实际距大桥桥址最近距离不足1 km。考虑到对保护区内白天鹅的保护工作，要求采取措施将列车通过桥梁的振动和噪声降至最低。

三门峡黄河公铁两用大桥位置，有砟轨道与钢桥相接触，加之黄河桥穿越3处环境敏感保护区，改善道床接触环境，降低列车通过噪音势在必行。

2 30 t轴重载铁路道砟垫的技术应用及效果

2.1 技术应用目的

根据浩吉（原蒙华）铁路的货运路线规划可以看出，线路运量较大的地段位于靖边北至荆门段（近期超过7000×104 t、远期超过1×108 t）。考虑现场试验工点的选择主要是为了考核重载条件下弹性道砟垫的使用效果，因此弹性道砟垫的试铺地段宜选择在运量较大的地段。经与浩吉（蒙西华中）铁路股份有限公司沟通，因此30 t轴重载铁路道砟垫的技术应用效果，主要是通过弹性道砟垫的试验检验。此项研究同时测定道砟垫的降噪效果因此试验点选择在晋豫建设范围内，三门峡黄河公铁两用大桥为主试验点之一。结合上述条件，以下就弹性道砟垫的试验工点应用情况进行说明。

2.2 铺设技术应用方案

该研究结合工程的实际情况，确定30 t轴重载铁路道砟垫的技术应用，确定铺设计技术应用具体实施的方案。铺设区段涵盖桥梁、隧道、过渡段等不同的基础条件；铺设区段涵盖小半径曲线的对比条件，以铺设在桥梁和隧道（刚性基础）上为主，成段时可在路基上铺设，以此来满足桥梁、隧道及过渡段等不同下部基础上弹性道砟垫使用效果对比；尽量成区段铺设，便于施工和后期养修和观测对比；弹性道砟垫仅铺设于重车线，铺设地点便于后期试验和观测对比，考虑道岔的铺设和试验，避免与线路已有特殊工程措施区段。

2.3 技术应用材料要求及步骤

弹性道砟垫的材质和性能应符合要求，达到设计要求的使用寿命、耐候性和耐老化特性。为了保证弹性道砟垫具有长期的弹性，道砟垫材料应采用均匀一致的微孔聚氦酯发泡弹性体材料。为了保护弹性垫层，道砟垫顶部应配有无纺布保护层，避免弹性垫层的破坏。弹性道砟垫应采用专门制造工艺，以达到稳定的静态和动态特性，弹性道砟垫原材料的物理性能应符合相关规定。弹性道砟垫一般采用全表面满铺的形式铺设于桥面或隧道上，根据相关技术研究的规定，当弹性道砟垫用于降低道砟应力（道砟保护）时，道砟垫的最小宽度为轨道中心两边各1.8 m。当道砟垫用于减少结构噪声（减振降噪）时，应在道砟槽内底部和侧壁的全部范围内进行满铺。具体铺设安装可见下图1、图2所示。

图1 弹性道砟垫安装示意图

图2 弹性道砟垫截面实物图

在实际铺设过程中，应按照如下步骤实施弹性道砟垫的安装，具体内容如下：

（1）地基应该保证于净、干燥、无霜以及平整，避免出现凹陷与尖锐的凸起。虽然道砟垫可以极佳地适应不同的下部基础形式，但是下部基础表面的尖锐凸起或者凹陷仍可能造成道砟垫的损坏。下部基础的混凝土面层必须进行基本的刮平或抹平处理以达到适当的平整度。

（2）聚氨酯弹性道砟垫可以直接铺设在压实的路基或者混凝土面上，为了避免道砟垫在铺砟作业中变形和错位，因此需要使用胶水将道砟垫与桥面固定起来。一般需要0.3～0.5 kg/m2的胶水。道砟垫应由轨道两侧横向舒卷至轨道中心线位置、黑色的负载分布层朝上直接校触道砟。根据现场需要可合理裁剪道砟垫。格士纳公司建议采用无溶剂的粘合剂，例如双组份的聚氨酯粘合剂来粘合道砟垫与桥面。粘合后道砟垫下方的水依然可以渗入或导流到临近排水口。

（3）聚氨酯弹性道砟垫可以根据现场的实际情况，使用工具刀切割加工成所需的尺寸。利用焊机将道砟垫的接缝粘合密封起来，避免道砟石进入到接缝部位而影响减振效果。施工机械可以直接在道砟垫上方作业，橡胶胎的工程车可以直接行驶在道砟垫上。

图3 弹性道砟垫应力放散图

图5 弹性道砟垫侧垫黏贴施工图

图6 弹性道砟垫接长粘结图

（4）弹性道砟垫的储存应保持干燥、干净，防止强紫外线辐射,禁止长时间曝晒。在储存过程中，道砟垫应放在清洁、通风、不被日光直射、远离热源及化学试剂污染处储存。储存期内，各项性能指标不得低于本技术条件规定。道砟垫在运输过程中严禁与油类、有机溶剂等有害化学药品接触，并应尽量防止曝晒。

2.4 道砟垫的技术应用效果

通过试验续结果，与施工技术规范要求进行对比，明确本研究的道砟垫的技术应用效果。试验拟参照国家《铁路碎石道砟》（TB/T2140-2008）和《铁路碎石道砟试验方法》（TB/T2328.1～19-2008）中关于标准集料冲击韧度的试验方法，开展道砟盒内有轨枕垫和无轨枕垫两种工况，通过比较冲击作用后过筛质量来评判道砟在冲击荷载下的粉化情况。该试验方法与欧洲标准《集料的机械和物理特性试验一抗碎裂性的测定方法》（EN1097-2）等效。道砟垫的技术应用效果主要通过外观与力学性能试验结果确定，该研究将重点对力学性能指标进行检验。具体结果见表1所示。

表1 道砟垫的力学性能试验结果

由图7可见，该研究的技术应用效果试验中，应力值均满足标准≧7.0 MPa要求，挠度值的变化率小于10%；荷载反映了弹性层抗拉强度满足≧12.5 MPa要求；弹性层断裂伸长率均符合≧250%要求。另外，本研究的道砟垫的外观应满足规范要求，检验规则按GB/T2828.1，一次抽样，检验水平I级，接收质量限（AQL）为2.5。