高速铁路无碴轨道概况及科研情况介绍

高速铁路无碴轨道概况及我国前期科研工作高速铁路无碴轨道概况及我国无碴轨道前期科研工作铁道科学研究院二三年八月 北 京目 录1前言2. 国外高速铁路无碴轨道概况 2.1 国外高速铁路无碴轨道结构型式 2.2 无碴轨道的技术经济性3. 国内无碴轨道概况4. 我国新型无碴轨道结构的前期研究成果 4.1 高速铁路无碴轨道结构的选型原则 4.2 三种新型无碴轨道的结构组成和结构特点 4.3 秦沈线桥上两种无碴轨道综合试验结果 4.4 高速铁路无碴轨道项目的研究进展5. 结束语17铁道科学研究院1. 前言相对于有碴轨道而言，无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式。由于无碴轨道具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位能持久保持、以及维修工作量可显著减少等特点，在世界各国铁路上得到了程度不同的发展，而在高速铁路上应用无碴轨道，尤以日本、德国最为广泛。我国在铁道部有关部门的大力支持下，由科研、设计、施工以及院校多部门的线路、桥梁、隧道等专业的科研人员组成的新型无碴轨道结构研究群体，近年来对新型无碴轨道结构设计参数、动力学仿真计算分析、室内实尺模型试验、无碴轨道部件技术条件以及设计、施工技术条件、施工细则和验收标准的编制、现场铺设、动力测试和长期观测等开展了一系列的综合试验研究，尽管与国外高速铁路无碴轨道的研究相比，我国无碴轨道的研究起步较晚，但通过我国科技人员的努力，在无碴轨道结构的理论和实践方面均取得了长足的进步，一些关键技术已基本达到国际水平，从而为我国高速铁路、客运专线桥上、隧道内无碴轨道的推广应用打下了坚实的技术基础。2. 国外高速铁路无碴轨道概况2.1 国外高速铁路无碴轨道的结构型式（1） 日本新干线板式轨道从无碴轨道结构的推广应用看，以日本的板式轨道最为广泛。截止到目前，其板式轨道累计铺设里程已达2700多公里。板式轨道的开发始于1965年，在最初的“新轨道结构的研究”研究项目中，日本铁道综合技术研究所组成了由轨道结构、材料、土工、物理、有机化学研究室人员组成的新轨道结构研究组，分别承担相应的课题研究。日本定型的轨道板有适用于隧道或高架桥上的A型、框架型轨道板、适用于土质路基上的RA型轨道板及特殊减振区段用的防振G型轨道板等，构成了适用于各种不同使用范围的轨道板系列。日本从60年代中期开始进行板式无碴轨道的研究到目前大规模的推广应用，走过了近40年的历程。对于最初提出的轨道结构方案，铁道综研相继进行设计、部件试验、实尺模型试验、设计修改、在营业线上试铺等，试验中采用X200型试验车，在棚车的中央设置特殊的加载轴，施加各种轮重和横向力，测定轨道各部件由荷载产生的位移、应力和压力，与设计值进行对比。此外，将两轴车固定在试验轨道上，在车轴上安装激振装置产生振动，测定钢轨和轨道板的振幅，取得轨道的振动特性，对轨道部件进行静载、疲劳试验，确认在营业线上应用的实用性。从津田沼、日野土木试验所内的实尺模型试验到既有线、新干线的桥梁、隧道和路基上的各种型式无碴轨道结构的试铺，总共建立了20多处近30多公里的试验段，开展了大量的室内、运营线上动力测试和长期观测的试验研究工作，并在试验结果的基础上，不断地改进完善结构设计参数和技术条件，最终将普通A型（图2-1）、框架型（图2-2）等板式轨道结构作为标准定型，在山阳、东北、上越、北陆和九州新干线的桥梁、隧道和路基上大量使用。最初的轨道板为普通钢筋混凝土结构，为应用于东北、上越新干线的寒冷地区，后来又研制出双向预应力结构的轨道板，以防止混凝土裂纹的发生与扩展。图2-1 普通A型板式轨道（钢筋混凝土、预应力混凝土轨道板）图2-2 框架型板式轨道（钢筋混凝土轨道板）上世纪70年代后期，新干线环境机构负责部门根据日本环境污染控制中央委员会（CCEP）关于控制由于工厂、建设施工和道路交通引起的振动和噪声的严格要求，提出了新干线振动控制措施：a） 采取措施控制振动源和干扰，特别是加速度振动噪声超过70dB的地区；b） 对于铁路经过医院或学校的区段应特殊考虑。为解决新干线的噪声振动问题，实现高速铁路发展与社会环保兼容的目的，日本从70年代后期开始，在日野土木研究所、东北新干线上的“小山试验线”、北上地区、古河地区的高架桥上分别试铺了20多种型式的减振性板式轨道结构（防振A型防振H型），观测其噪声振动效果，在进行技术、经济分析后，最终将防振G型板式轨道（图2-3、图2-4）作为标准型式在减振降噪区段推广铺设。图2-3 防振G型板式轨道结构图2-4 防振G型板式轨道板底橡胶垫层的布置日本在前期大量试验的基础上，其最终确定的防振G型板式轨道的开发历程可分为5个阶段，简要概括如表1。表1 防振G型板式轨道的开发历程序号型式试验地点年度备注第一次Gt1型日野土木研究所1978第二次G6.5型小山试验线1979第三次G2.4型东北新干线北上地区1980第四次Gt2型日野土木研究所1982第五次G型东北新干线古河地区1982列入JRS标准日野土木研究所与东北新干线古河地区防振型板式轨道的试验结果表明：a） 防振型板式轨道的安全性不成问题。b） 在减振效果方面，防振G型板式轨道的钢轨、轨道板振动加速度要大于普通板式轨道，但防振G型板式轨道结构在对噪音最有影响的10004000Hz频带范围内，从钢轨传递到高架桥中央的振动衰减明显，比普通板式轨道要减小5dB左右。c） 对比防振G型板式轨道与普通型板式轨道的降低噪音方面的效果，防振G型使结构物（桥梁）的噪音降低45dB。d） 与早期的防振A型板式轨道（轨道板底满铺橡胶垫层）相比，防振G型板式轨道在轨道板长度方向中部采用了泡沫聚乙烯（中空材料），不仅减少了成本较高的橡胶材料（减少约25%），而且使轨道板的横向应力更为均匀。（2）德国高速铁路Rheda型无碴轨道德国的联邦铁路、高校研究所以及工业界自上世纪70年代一直进行无碴轨道的研究，曾试铺过十余种无碴轨道结构，其轨道的基础分钢筋混凝土和沥青混凝土两类。目前德国有20多家企业参与无碴轨道新结构的开发，形成市场竞争的局面，推进了新技术的发展。其提出的结构型式多种多样。德铁规定试铺的轨道结构要经过5年的运营考验后经批准才能正式使用。1996年德铁又批准了7种新结构在曼海姆卡尔斯鲁厄线上试铺。Rheda型无碴轨道（图2-5）作为钢筋混凝土底座上的结构型式之一。图2-5 普通Rheda型无碴轨道结构在建立大量试铺段进行运行试验和长期观测的研究基础上，在德铁桥梁、隧道和土质路基上全面推广应用，在德铁铺设的660km无碴轨道（含80多组道岔区）中，Rheda型约占一半以上。最近开发的Rheda-2000型轨道（图2-6）已投入商业应用。由两根桁架形配筋组成的特殊双块式轨枕取代了原Rheda型中的整体轨枕；取消了原结构中的槽形板，统一了隧道、桥梁和路基上的型式；同时，轨道的建筑高度从原来的650mm降低为472mm。Rheda-2000型中的特殊双块式轨枕只保留承轨和预埋扣件螺栓部位的预制混凝土，其余为桁架式的钢筋骨架，使与现场灌筑混凝土的新、老界面减至最少，有利于改善施工性，提高施工质量和结构的整体性。建筑高度的下降，对降低轨道本身和线路的造价都是有利的。将无碴轨道的造价降低到有碴轨道的1.31.4倍是德铁力争的目标。图2-6 Rheda-2000型无碴轨道结构经过改进后的Rheda型无碴轨道在1998年开通运营的柏林汉诺威高速铁路上得到广泛应用。德国铁路公司根据其咨询公司对现行的有碴轨道和无碴轨道的综合技术经济比较得出的建议，决定在所有隧道、道岔区、制动区间以及计划速度为300km/h的科隆莱茵新线区段内均采用无碴轨道。（3）弹性支承块式（LVT）无碴轨道LVT型无碴轨道是在双块式轨枕（或两个独立支承块）的下部及周围设橡胶套靴，在块底与套靴间设橡胶弹性垫层，而在双块式轨枕周围及底下灌筑混凝土而成型，为减振型轨道。其最初由Roger Sonneville提出并开发。瑞士国铁于1966年在隧道内首次试铺。法国开发的VSBSTEDET系轨道也属此类，在地下铁内使用居多。1993年开通运营的英吉利海峡两单线隧道内全部铺设独立支承块式LVT型轨道（图2-7）。目前，LVT轨道的铺设总长度约360km。预制人行道铺面人行道基础一期混凝土二期混凝土填充混凝土12mm厚橡胶垫层橡胶套图2-7 英吉利海峡隧道内的LVT型轨道结构（4）PACT型（Paved Concrete Track）PACT型无碴轨道为就地灌筑的钢筋混凝土道床（图2-8），钢轨直接与道床相连接，轨底与混凝土道床之间设连续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承。英国自1969年开始研究和试铺，到1973年正式推广，并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧结构上应用，铺设总长度约80km。环形连接钢筋基础板机械灌注的道床板图2-8 PACT型无碴轨道（5）其它一向坚持采用有碴轨道的法铁，最近在地中海TGV的一座长7.8km隧道内，正在试铺双块式减振型无碴轨道；荷兰、韩国、我国台湾高速铁路上均大量铺设无碴轨道的计划。总之，无碴轨道在高速铁路上的铺设已经成为发展趋势。2.2 无碴轨道的技术经济性（1）能长期保持轨道的良好状态，实现少维修日本对运营了20年的山阳新干线板式轨道历年各项作业的维修费用进行了统计，并与有碴轨道作了比较，如图2-9所示。由于板式轨道的结构决定了其维修项目可以减少，且轨道的几何状态稳定性好，故维修作业量也明显减少。为高速运输提供了安全可靠、平顺高质量的轨道，实现了少维修和维修费用大幅度降低的目标。其他扣件填充方向高低捣固无碴轨道有碴轨道维修费（百万日元/年/km）12108642075-7677-7879-8081-8283-8485-8687-8889-9091-9293-9475-7677-7879-8081-8283-8485-8687-8889-9091-9293-94年 份图2-9 山阳新干线历年的维修费用德国铁路采用轨道质量指数Q值来综合评价轨道高低、水平、方向等的平顺状态。新线的轨道质量指数Q值应在30以下，而在运营线上，当质量指数Q值超过100就必须进行修理。图2-10和图2-11分别表示隧道内和土质路基上无碴轨道与相邻接的有碴轨道5年间Q值变化的比较。很明显，无碴轨道的质量指数Q值在5年内均保持在良好水平上，且变化很小，实现了少维修，确认为高平顺性的轨道结构。据此，德铁在新建的汉诺威柏林和科隆莱茵/梅因等高速铁路上全面铺设无碴轨道。有碴轨道里程有碴轨道无碴轨道图2-10 隧道内无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q值有碴轨道无碴轨道里程有碴轨道图2-11 土质路基上无碴轨道与相邻有碴轨道的轨道稳定性Q值（2）经济比较到目前为止，无碴轨道的造价一般均高于有碴轨道。但由于无碴轨道的结构高度低、每延米重量轻的特点，可使桥梁、隧道等结构物的建设费用降低；另一方面，无碴轨道稳定性、耐久性好的特点显著减小线路的维修工作量，其带来的社会经济效益明显。板式轨道日本板式轨道的初期造价基本上控制在有碴轨道的2倍以内，大规模应用后，其造价明显下降，约为有碴轨道的1.31.5倍。而维修费用明显减少。据统计，山阳新干线16年的平均维修费用为有碴轨道的18%，东北新干线9年的平均维修费用为有碴轨道的33%。无碴轨道多投资的差额约在10年（桥、隧结构上）12年内（土质路基上）可得以偿还。 日本在高架桥上铺设板式轨道后，由于其自重轻，桥梁的二期恒载减小，其降低的建设费用是道碴轨道建设费用的40%。在隧道内铺设板式轨道，由于其建筑高度低，减小了隧道的开挖断面，其建设费用可降低30%。 表2为日本山阳新干线冈山博多线无碴轨道与有碴轨道线路的经济比较，板式轨道的建设费用为每公里9.1千万日元，普通轨道板轨道的费用(10.4千万日元)是道碴轨道费用的1.14倍。由分析得知，到第2年，后者的费用就比前者节约0.2千万日元；到第13年节约的费用可铺设1条板式轨道。防振型轨道板的基建费用(13.8千万日元)是有碴轨道的1.52倍，到第8年前者比后者节约约0.5千万日元，到第19年前者节约的费用可铺设1条板式轨道，到50年节约的费用可铺设6条板式轨道。表2 板式轨道经济比较表项 目单位有碴轨道板式轨道比 较普通板B防振板CBACA工程费千元/km906001037001377001310047100养护人工人/km0.830.410.410.420.42年度经费千元/km155597985978575746771经常费千元/km111233028302880958095工 资人/km33201640164016801680修理费千元/km78031388138864156415资本费千元/km4436495767575212321折旧费千元/km12661327193761671利 息千元/km3170363048204601650扣除利息计人/km123984355496580347424追加投资利润费-0.610.16Rheda型无碴轨道据德铁的资料，有碴轨道的造价为800DM/m，沥青混凝土底座上无碴轨道为1000DM/m，混凝土底座上Rheda型等轨道为1400DM/m，无碴轨道的造价为有碴轨道的1.31.7倍。而德铁高速铁路有碴轨道的年维修费用约为3000DM/km，无碴轨道则很少。德铁分析认为，在新线建设中采用无碴轨道，可使线路设计的总建筑高度和总宽度有所减小，有利选线，并减小隧道和桥梁等结构的断面。因此，新线建设的综合造价将趋于合理。3国内无碴轨道概况国内对无碴轨道的研究始于上世纪60年代，与国外的研究几乎同时起步。初期曾试铺过支承块式、短木枕式、整体灌筑式等整体道床以及沥青道床等几种型式，正式推广应用的仅有支承块式整体道床（图3-1）。在成昆线、京原线、京通线、南疆线等长度超过1公里的隧道内铺设，总铺设长度约300km。80年代曾试铺过沥青整体道床，由沥青混凝土铺装层与宽枕组成的整体道床，以及由沥青灌注的固化道床等，在大型客站和隧道内试铺，总长约10km，但并未正式推广。此外，在桥梁上试铺过无碴无枕结构，在京九线九江长江大桥引桥上全部采用了这种结构，长度约7km。在此20多年期间，我国在无碴轨道的结构设计，施工方法，轨道基础的技术要求，以及出现基础下沉等伤损的整治等方面积累了宝贵的经验，并吸取了有益的教训，为发展无碴轨道新技术打下了基础。图3-1 隧道内刚性支承块式整体道床1995年以后，随着京沪高速铁路可行性研究的进程，无碴轨道在我国重新得以关注。在“九五”国家科技攻关专题“高速铁路无碴轨道设计参数的研究”中，提出了适用于高速铁路桥、隧结构上的三种无碴轨道型式（长枕埋入式、弹性支承块式和板式）及其设计参数；在铁道部科技开发计划项目“高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究”中，完成了对三种结构型式的无碴轨道（长轨枕埋入式、弹性支承块式、板式轨道）实尺模型的铺设及各项性能试验；初步提出高架桥上无碴轨道的施工方案；提出了高速铁路无碴轨道桥梁徐变上拱的限值与控制措施；建立了桥上无碴轨道车线桥耦合模型并进行了仿真计算，初步分析了高速铁路高架桥上无碴轨道的动力特性与车辆走行性能。以上的研究成果为我国新型无碴轨道结构的发展打下了坚实的基础，1999年在铁道部科技开发计划项目“秦沈客运专线桥上无碴轨道设计、施工技术条件的研究与编制”的有力推动下，秦沈客运专线选定了三座高架桥作为无碴轨道的试铺段。其中，沙河特大桥（长692m）试铺长枕埋入式无碴轨道（如图3-2）；狗河特大桥（长741m）直线和双何特大桥（长740m）曲线上试铺板式轨道（如图3-3、图3-4）。图3-2 沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道（直线上）图3-3 狗河特大桥板式无碴轨道（直线上） 图3-4 双何特大桥板式无碴轨道（曲线上）作为新型轨道结构发展的一个必要环节，为掌握桥上无碴轨道在高速运行条件下的结构受力、变形情况与振动特性，评估两种无碴轨道结构的动力性能，2000年铁道部科技司与铁道部工程管理中心立项开展“秦沈客运专线桥上无碴轨道综合试验”，并在项目的试验大纲中，选定线路平纵断面、桥梁结构型式相近的桥上有碴轨道试验工点（石河二号特大桥、跨兴闫公路特大桥）进行对比测试。在西康线我国最长的秦岭隧道（长度为18.5km）内采用了弹性支承块式无碴轨道，已于2001年正式开通运营，效果良好。为适应高速铁路的线路条件，目前已选定渝怀线鱼嘴2号隧道、赣龙线枫树排隧道分别作为长枕埋入式和板式轨道在隧道内的试铺段，隧道长度分别为710m和719m，渝怀线鱼嘴2号隧道长枕埋入式无碴轨道已于2003年6月铺设完成，赣龙线枫树排隧道板式轨道将于2003年底完成铺设。同时按合同要求，在线路开通后对隧道内的无碴轨道结构进行动力测试与长期观测。土质路路基上无碴轨道目前尚处于前期理论研究外，我国铁路在桥梁和隧道内都有了相应的无碴轨道结构试铺段。4. 我国新型无碴轨道结构的前期研究成果自1995年以来，我国铁路在高速铁路和客运专线新型无碴轨道的理论和试验研究领域开展了一系列课题的试验研究，包括：“高速铁路无碴轨道结构设计参数的研究” （“九五”攻关项目）“秦岭特长隧道修建技术弹性整体轨道结构及施工工艺和机具的研究”（95G48-Q）“高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究” （98G01）“秦沈客运专线桥上无碴轨道设计技术条件的研究与编制” （99G06）“秦沈客运专线桥上无碴轨道施工技术条件的研究与编制” （99G07）“秦沈客运专线桥上无碴轨道综合试验研究” （2000G49-D）“渝怀线隧道内长枕埋入式无碴轨道的试验研究” （2001G038）“秦沈客运专线双何曲线桥上板式轨道的试验研究” （2001G16）“高速铁路桥上减振型无碴轨道关键技术的试验研究” （2002G006）“赣龙铁路隧道内板式无碴轨道的试验研究” （2002G031）“高速铁路桥上无碴轨道成套设备的研制” （2003G007-A）“高速铁路隧道内无碴轨道的试验研究” （2003G007-B） “土质路基上无碴轨道的前期研究” （2003G007-C） 在上述无碴轨道系列课题研究中，开展了大量的理论研究和试验工作，为高速铁路无碴轨道结构的推广应用作了一定的技术储备。以下就上述课题的主要研究成果就概要介绍。4.1 高速铁路无碴轨道结构的选型原则 根据国内外修建无碴轨道的实践经验，高速铁路无碴轨道结构选型应符合下列原则：（1） 在高速列车长期动荷载作用下，轨道结构应保持安全、可靠的几何状态，并具有足够的承载强度贮备，以及与桥梁、隧道结构相当的使用耐久性；（2） 轨道结构具有较好的弹性，以改善高速客运列车旅客的乘坐舒适性，减缓轮轨间的冲击作用，减轻钢轨的磨耗；（3） 结构简单，便于组织快速施工和安装，便于配套设备和机械的应用，施工进度应符合铺轨要求，对于混凝土道床的局部损坏应考虑有修复的可能性；（4） 在无碴轨道的基础确保坚实稳定的情况下，需考虑因施工误差、曲线超高变化，以及预应力混凝土桥梁徐变上拱等因素引起的轨面标高的改变，其配套的扣件设计应考虑有足够的调整量和可行的调整方法；（5） 与有碴轨道相比，无碴轨道结构的造价应控制在2倍以内，由于无碴轨道可大幅度降低维修费用，其综合经济效益可被接受，从而有推广应用的价值。 在上述无碴轨道选型原则的基础上，借鉴国外高速铁路无碴轨道结构的成功经验，我国在无碴轨道的前期研究过程中，提出了三种无碴轨道结构型式，并分别在桥上、隧道内进行了铺设。4.2 三种新型无碴轨道的结构组成和结构特点三种无碴轨道的结构组成如图4-1图4-3所示，主要结构特点如表3所列。图4-1 板式轨道结构图4-2 长枕埋入式无碴轨道结构图4-3 弹性支承块式无碴轨道结构三种无碴轨道的结构特点主要体现在以下几个方面：（1） 结构整体性能三种结构均具有无碴轨道所具有的线路稳定性、刚度均匀性好、线路平顺性、耐久性高的突出优点，并可显著减少线路的维修工作量。从轨道结构每延米重量看，无碴轨道均要小于有碴轨道，而相对而言，板式轨道结构高度低，道床宽度小，重量最轻，这样在桥上铺设时可降低桥梁的二期恒载，在隧道内应用时可减小隧道的开挖断面，因此有可能降低桥梁、隧道结构的总造价；长枕埋入式无碴轨道受预制轨枕长度的限制，道床宽度要大于板式轨道，每延米重量较大。弹性支承块式无碴轨道的自重介于两者之间。从“高速铁路高架桥上无碴轨道关键技术的试验研究”（合同编号：98G01）项目的室内落轴冲击的试验结果看，长枕埋入式无碴轨道结构的整体刚度要稍大于设置CA砂浆调整层的普通型板式轨道，弹性支承块式无碴轨道结构由于设置了双层橡胶垫层，其整体刚度较小。对于在客运专线或高速铁路的桥上应用来说，无碴轨道结构具有的高平顺性、刚度均匀性，以及桥梁的挠曲变形在一定程度上可弥补无碴轨道结构整体刚度大的缺陷。（2） 制造和施工长枕埋入式和弹性支承块式无碴轨道l 均采用我国较成熟的“钢轨支撑架”法“由上至下”进行施工，其道床结构中除横向穿孔轨枕、混凝土支承块需要工厂预制外，其余混凝土均为现场浇筑， 高速铁路无碴轨道概况及我国前期科研工作表3 三种无碴轨道的结构组成及结构特点结构型式板式轨道（Slab）长枕埋入式（Rheda）弹性支承块式（LVT）结构组成钢轨、扣件预应力混凝土轨道板（端跨板底设弹性垫层）CA砂浆调整层混凝土凸形挡台（周围填充树脂砂浆）混凝土底座钢轨、扣件横向穿孔轨枕混凝土道床板隔离层（端跨设弹性垫层）混凝土底座钢轨、扣件混凝土支承块橡胶套靴块下橡胶垫板混凝土道床板结构特点结构稳定可靠、耐久性较好，外表美观；现场混凝土施工量少，施工进度较快；轨道结构高度低、自重轻；需专用制造、施工设备，初期投资较大；可修复性强。结构稳定可靠、耐久性好；现场混凝土施工量大；制造、施工简单；初期投资较小；可修复性不足。结构稳定可靠、减振性能好；现场混凝土施工量大；制造、施工简单；初期投资较大；可修复性强。结构高度699mm（秦沈线）826mm（秦沈线）762mm每延米重量3.2t4.4t3.5t31铁道科学研究院道床表面宜设置横向排水坡；l 在桥上铺设时，与梁缝的配合上比较灵活；l 在曲线地段施工时，线路的超高顺坡、曲线园顺度等易于控制。但施工过程中需要工具轨（新钢轨）作为控制线路标高的基准；l 现场混凝土的施工量较大，受混凝土令期的影响，其施工进度相对较慢；l 由于混凝土道床板表面为人工抹平，外观上与板式轨道结构预制的轨道板相比要差；l 在需要特殊减振及过渡段区域，长枕埋入式无碴轨道由于混凝土底座中央两端设置限位凹槽，在底座与道床板之间弹性层的设计与施工方面都相对要困难一些。板式轨道结构l 轨道板（RC或PRC）为工厂预制，其质量容易控制，现场混凝土施工量少，施工的机械化程度高，将人为控制因素减至最少，施工进度较快（200m/日）；l 道床外表美观；由于其采用“由下至上”的施工方法，施工过程中不需工具轨，施工结束后，承轨面高低、水平误差小，为一次铺设跨区间无缝线路提供了平顺的工作面；l 在特殊减振及过渡段区域，通过在预制轨道板底粘贴弹性橡胶垫层，易于实现下部基础对无碴轨道的减振要求；l 轨道状态整理过程中充填式垫板的应用，使钢轨支点的支承均匀性得到保证；l 在桥上铺设时，受桥梁不同跨度的影响，需要不同长度的轨道板配合使用；l 曲线地段铺设时，线路超高顺坡、曲线矢度的实现对扣件系统高低、方向调整要求较高；l 板式轨道结构中CA砂浆调整层的施工质量要求高，其质量的好坏直接影响轨道的耐久性；l 板式轨道的制造、运输和施工的专业性较强，包括：轨道板的制造、运输、吊装、铺设；CA砂浆的现场搅拌、试验、运输和灌注；轨道状态整理过程中的充填式垫板树脂灌注等。（3） 线路维修参照国外同类无碴轨道结构的的使用情况，长枕埋入式和弹性支承块式无碴轨道的维修工作主要体现在扣件螺栓的涂油工作，而板式轨道的维修除扣件螺栓的涂油作业外，从日本铁路板式轨道初期的运营经验看，由于板式轨道水泥沥青（CA）砂浆调整层的存在，其受自然环境因素的影响较大，在凸形挡台周围及轨道板底边缘的CA砂浆存在破损现象，特别是在线路纵向力较大的伸缩调节器附近。因此日本铁路除相应开发出了修补用的树脂砂浆外，在设计方面，用强度高、弹性和耐久性好的合成树脂材料替代凸形挡台周围的CA砂浆。对于轨道板底的CA砂浆调整层，以灌注袋的形式取代初期的设模板的直接灌注，不仅节省了施工用模板的投入，而且减少CA砂浆层的环境暴露面，从而显著提高了板式轨道结构的耐久性，以实现无碴轨道结构少维修的设计初衷。从特殊情况下无碴轨道损坏时的可修复性看，由于板式轨道的轨道板与下部基础之间、弹性支承块式无碴轨道的支承块与混凝土道床之间是隔开的，其可修复性较强。而长枕埋入式无碴轨道的穿孔轨枕与混凝土道床板浇筑成一体，尽管有隔离层将道床板与下部基础隔开，但相比而言，其可修复性较差。（4） 初期投资无碴轨道工程的初期投资与多种因素有关，包括：轨道的结构型式、制造成本、施工地区、铺设长度、施工机具设备及施工工效等。对比作为试验段试铺的秦沈客运专线桥上长枕埋入式和板式无碴轨道的初期投资，由于每座桥上铺设延长里程约1.5km，相应的制造设备、施工机具和设备尚未定型，施工工效较低，而与工效密切相关的制造成本、施工投入等很难估算。从试验段的初期投资看，板式轨道的制造设备、施工机具的专用性强，包括：轨道板制造的模型投入；轨道板运输、吊装设备与铺设机具；CA砂浆的搅拌、运输及灌注设备、充填式垫板施工机具等，而长枕埋入式无碴轨道的制造和施工主要是预制穿孔轨枕的模型与钢轨支撑架、工具轨等的初期投入，因此相比而言，板式轨道的初期投资无论从轨道部件的制造成本、轨道的施工投入都要比长枕埋入式无碴轨道要大。弹性支承块式无碴轨道由于橡胶套靴和块下橡胶垫板的成本较高，而施工设备和机具的投入基本与长枕埋入式无碴轨道相同，其初期投资介于板式轨道和长枕埋入式无碴轨道之间。4.3 秦沈线桥上两种无碴轨道结构综合试验结果4.3.1 轨道通过秦沈客运专线三次综合试验对三座桥上无碴轨道（沙河、狗河和双何特大桥）及二座桥上有碴轨道（石河二号、跨兴闫公路特大桥）的轨道各项动力参数的测试，得出如下结论与建议：（1） 在前期桥上无碴轨道系列科研成果的基础上，秦沈线三座特大桥上铺设的两种型式无碴轨道的结构强度及横向稳定性满足设计要求。沙河、狗河和双何特大桥轮轨垂直力实测最大值分别为162.8kN、152.6kN和111.3kN，动载系数最大值分别为1.94、1.57和1.31，均小于秦沈客运专线桥上无碴轨道设计技术条件中确定的设计动轮载300kN（设计动载系数为3.0）。沙河、狗河和双何特大桥轮轨横向力实测最大值分别为51.18kN、12.40kN和39.5kN，钢轨横向弹性挤开量分别为1.54mm、1.19mm和1.28mm。考虑轮轨水平力在单个扣件节点上的分配，作用于单个扣件上横向力均小于其设计值(50kN)，钢轨横向弹性挤开量相比于动态轨距安全控制标准，其变化量也较小。由于无碴轨道结构一旦损坏，其维修困难，长期运营后轨道及车辆状态的变化等因素，无碴轨道的结构和部件设计除保证强度要求外，为提高无碴轨道的耐久性，设计中留出一定的安全储备是必要的。（2） 从轮轨垂直力、横向力、钢轨支点压力和钢轨垂向位移等动力参数随列车速度的提高而变化的趋势看，除曲线区段内、外轨的受力和变形规律性较明显外，直线段各动力系数的实测值变化不大。轮轨垂直力最大平均值的动载系数基本都在1.11.2之间，在无碴轨道区段，列车速度的提高所引起轮轨动力附加作用较小，说明线路的平顺性、车辆的状态较好。（3） 三座无碴轨道桥和二座有碴轨道在三次综合试验中，地面和动力试验车的脱轨系数和轮重减载率最大值的实测结果均小于列车运行安全控制标准（脱轨系数不大于0.8，轮重减载率不大于0.65）。表明在试验速度范围内，列车在桥上无碴轨道上的运行是安全的。（4） 从反映列车乘坐舒适性的车体平稳性指标检测结果看，列车在无碴轨道区段运行时的车体垂向、横向稳定性指标均小于2.75，在“良”的范围以上，与有碴轨道区段的检测结果差异不大，其运行舒适性较好。（5） 从不同测试断面的钢轨垂向位移、轨道板/道床板加速度、梁体加速度等动力参数的对比测试结果看，轨道板/道床板下橡胶弹性垫层的设置对提高过渡段轨道垂向动态变形的过渡、降低下部基础（梁体）的振动有一定的效果。对于高速铁路路桥、无碴/有碴过渡段的处理技术措施，需作深入的理论和试验研究。（6） 从钢轨支点压力的测试结果看，随机抽取的两个钢轨支点，其压力值有不同程度的差异，个别支点压力最大值仅在10kN左右，存在一定的暗吊现象。由于两种新型无碴轨道结构在我国首次铺设，施工方法、施工机具、设备等都未能达到标准化程度，导致个别地段的轨道铺设精度不高，因此为提高无碴轨道的施工质量，在施工方法和机具的标准化方面应进行深入研究。对于板式轨道结构，应将树脂充填式垫板作为其轨道结构的组成部分纳入板式轨道的设计技术条件中。4.3.2 桥梁从秦沈客运专线24m预应力混凝土双线整孔简支箱梁的徐变上拱度的观测及桥梁动力性能试验可得出如下结论和建议：（1） 箱梁的徐变上拱度初期发展较快，后期明显减缓。观测期内三座特大桥的箱梁上拱度的6075发生在架梁之前。箱梁自终张拉完毕至观测结束期内的总徐变上拱度均在20mm以内。（2） 沙河、石河二号和狗河特大桥箱梁自轨道铺设后至观测结束期内的上拱度平均值分别为3.6mm、5.4mm和4.7mm。但由于两种无碴轨道结构的施工与箱梁张拉完毕的时间间隔均远超过规定的60天，其后期上拱度的观测值均较小，满足秦沈客运专线桥上无碴轨道设计技术条件中规定的“预应力混凝土梁自无碴轨道结构施工之日起产生的残余徐变上拱度不大于10mm”的变形要求。试验结果表明，在无碴轨道梁体结构设计上适当增大梁体刚度，在施工过程中通过严格控制混凝土质量、预应力张拉的龄期、准确施加预应力、尽可能地延长无碴轨道施工与箱梁张拉完毕的时间间隔，箱梁的徐变上拱度是可以控制的。（3） 沙河、石河二号和狗河特大桥的动力性能试验结果表明，其动挠度、梁体竖向和横向振动加速度等性能指标均满足相应规范和技术条件的要求。4.3.3 过渡段从秦沈客运专线路桥及无碴/有碴轨道过渡段的检测、测试和定期观测结果，可初步得出如下结论及建议：（1） 沙河、狗河特大桥过渡段的轨检车检测与钢轨垂向位移测试的结果均表明，尽管在过渡段区域的线路上部和下部结构上均采取了相应处理措施，但在垂向变形和刚度上仍存在一定差异。过渡段作为高速铁路线路的一个薄弱环节，要提高其在高速运行条件下的动态平顺性，还需要开展深入的试验研究工作。（2） 过渡段无碴轨道区域，道床板/轨道板下弹性垫层的设置对减缓过渡段轨道动态位移的突变，减小下部基础的振动起到一定效果。（3） 对比沙河特大桥秦端和沈端过渡段的路基面动位移、加速度的测试和路基面、基床沉降等观测结果，设置钢筋混凝土搭板的沈端过渡段在上述参数的幅值上均要小于秦端过渡段，说明过渡段搭板的设置对减小线路下部基础的变形和振动，提高过渡段线路的动态平顺性起到较好的效果。秦端过渡段路基面动位移最大值为0.50mm，沈端为0.329mm；路基面振动加速度68.30m/s2，沈端为26.294 m/s2；秦端路基面最大沉降为11mm，沈端约7mm；秦端基床下沉约10mm（外侧轨下），沈端不足4mm。从设置搭板的沙河特大桥沈端过渡段和未设置搭板的黑鱼1号中桥过渡段的路基沉降曲线也验证这一点。由于过渡段混凝土搭板的设置首次在秦沈客运专线上应用，对于其搭板结构形式的合理性、耐久性问题还需进一步观测和试验研究。（4） 耳墙式桥台结构型式对过渡段加筋填土的压实产生不利的影响。建议改变桥台的结构型式 ，取消耳墙，以方便过渡段路堤的碾压施工，保证其压实质量。4.4 高速铁路无碴轨道项目的研究进展4.4. 1无碴轨道部件技术条件的编制工作高速铁路无碴轨道部件技术条件（初稿）的编制工作已经完成，现已进入征求意见、修改完善阶段。为高速铁路无碴轨道部件的标书编制创造了条件。主要内容包括：l 高速铁路板式轨道混凝土轨道板技术条件l 高速铁路桥上无碴轨道扣件技术条件l 高速铁路隧道内无碴轨道扣件技术条件l 高速铁路板式轨道SPR-1型填充树脂技术条件l 高速铁路板式轨道水泥沥青（CA）砂浆技术条件l 高速铁路板式轨道CEP-2001型板下橡胶垫层技术条件l 高速铁路板式轨道充填式垫板技术条件l 高速铁路长枕埋入式无碴轨道穿孔轨枕技术条件l 高速铁路弹性支承块式无碴轨道混凝土支承块技术条件l 高速铁路弹性支承块式无碴轨道橡胶套靴技术条件l 高速铁路弹性支承块式无碴轨道块下橡胶垫板技术条件4.4.2 无碴轨道部件的试制和室内性能试验（1） 板式轨道A乳剂及CA砂浆的试制和试验CA砂浆弹性调整层是板式轨道结构中的关键组成部分，直接影响轨道结构的耐久性。为此，项目组及产品试制单位在秦沈客运专线板式轨道CA砂浆的研究成果和应用实践的基础上，开展了沥青乳剂（A乳剂）的研制及CA砂浆的各项性能试验，试验结果基本达到国外同类产品的质量水平。A乳剂的性能试验结果对比如表4。CA砂浆的各项性能试验结果如表5。考虑到CA砂浆的耐久性和施工方便，注入袋的选材、试验工作也基本完成。使用注入袋式灌注CA砂浆的优点：l 只需将注入袋插到规定的位置，所用人工很少。l 在纵坡和曲线超高区段，以前轨道板分2段注入等作业均可省略，简化了施工。l 省略了切除轨道板侧面多余的填充料，废料处理及模板清扫等作业。l 注入袋为注入材料的补强，对气温、日光、风等起保护作用，故不需养生。表4 A乳剂的性能试验结果对比序号性能指标日本A乳剂我国的A乳剂指标要求检测值指标要求检测值1外 观浅褐色液体、均匀、无机械杂质浅褐色液体、均匀、无机械杂质浅褐色液体、均匀、无机械杂质浅褐色液体、均匀、无机械杂质2微粒电荷3恩式粘度（25）5157.95155.94筛余残留物（1190） 0.30.1 0.30.25贮存稳定性（）5d 51.25d 30100903膨胀率（）132.81.54泛浆率（）0005含气量（）8129.210.16单位容积质量（kg/l） 1.31.521.467砂浆温度（）53020158抗压强度1d 0.10.150.107d 0.70.410.4528d 1.80.880.929抗冻性试验动弹模量% 40合格合格质量损失率%1.053压缩强度 MPa7.54压缩弹性系数 kN/mm1025疲劳强度最大压缩量在1.25mm以下，外观无明显异常。6剪切强度 MPa1.967粘结强度 MPa0.498Asker-C表面硬度509耐腐蚀性耐碱性外观无异常，弹性系数变化率在20以内10耐盐性11耐热老化性（3） 板式轨道混凝土轨道板的改进和试制1) 优化轨道板预应力体系考虑到板式轨道混凝土轨道板的技术经济性，从简化工艺、提高效率、降低成本出发，轨道板预应力体系的优化主要从以下两方面考虑：l 采用无粘结后张预应力体系代替原有的有粘结后张体系以省去原有的布管、抽管、压浆工艺，改善混凝土灌造条件，缩短预制时间。国外轨道板长期以来一直采用后张无粘结体系，使用经验表明，对于结构受力及耐久性没有影响，锚后的封端需要采用无收缩的粘结材料，以防止水分侵入，引起锈蚀。l 减少预应力筋张拉锚固时的内缩损失，以提高预应力效果。2）预应力筋的选择预应力筋的种类有预应力钢绞线、精轧螺纹钢筋（级钢筋）及预应力钢丝等。根据轨道板结构性能要求，从减少工序、提高效率及保证质量等方面考虑，预应力钢丝不适用于轨道板。可供选用的仅有12.7mm、1860级的钢绞线和16mm精轧螺纹钢筋。通过对比，并考虑配套的锚具价格，预应力筋采用强度为1860级、12.7mm高强低松弛无粘结预应力钢绞线更为经济，同时也便于运输和保管。另外钢绞线生产厂家众多，选择余地大。采用无粘结预应力钢绞线，折算到每块轨道板增加的预应力材料费用约90元。但无需预制孔道，节省成孔用的钢管费用约350元/板，同时省去灌浆工序，并能更好地保证轨道板的质量，在终张拉后可直接封锚，节约预制时间。3）锚具及张拉设备的改进用于锚固预应力钢绞线的锚具有夹片式锚具、挤压式P型锚具等，后者用于固定端。夹片式锚具的回缩量如果采用限位板自动跟进锚固一般可控制在6mm以内，如果采用带顶压的张拉千斤顶可控制在3.5mm左右。为适应轨道板的需要，控制钢绞线的回缩量，目前已经开发成功带螺母的夹片式锚具及配套的张拉千斤顶。试验证明，该锚具（包括被动端P型锚具）的静力、疲劳锚固性能均达到国标要求，经大量试验测试，其钢绞线回缩量平均为0.5mm，在设计、施工时可按1mm考虑，这样轨道板的每根纵向预应力筋回缩损失力为3.85kN，占控制张拉力的3.0；每根横向预应力筋损失力为7.7kN，占控制张拉力的6.0，相对于秦沈线轨道板采用的普通夹片式锚具，大大提高了预应力筋的使用效率。配套研制的前卡式顶压千斤顶在千斤顶的前端带有螺母锁紧装置，只需一次安装，第一次张拉到控制应力后顶压锚固，千斤顶回油，扳动控制阀后再进行第二次张拉