高速铁路无碴轨道的维修与养护技术

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摘要： 无碴轨道是高速铁路轨道结构发展方向。随着我国客运专线的快速发展，对新型无碴轨道结养护维修研究十分必要。本文介绍了无碴轨道结构的特点和检测设备，并探讨了无碴轨道结构的养护维修技术。

Abstract: The ballastless track is a new direction for high-speed railway. With the rapid development of passenger dedicated line in China, it is necessary to study the maintenance of new ballastless tracks. In this paper, the property of the ballastless track and testing equipment is introduced and the technique of maintenance of new ballastless tracks is discussed.

关键词： 高速铁路；无碴轨道；维修；检测设备

Key words: high-speed railway；ballastless tracks；maintenance；testing equipment

中图分类号：U238 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）02-0061-02

0引言

高速铁路是国家现代化的重要标志，是一个具有时代性和国际性的概念。高速铁路车速高，传统有碴轨道结构由于碎石道床在列车荷载长期高速冲击作用下，易发生变形甚至出现道碴的磨损和粉化，使轨道结构的稳定性和平顺性相对较差，因而无碴轨道结构形式在我国高速铁路中被大量采用。无碴轨道结构因其具有轨道整体性强，平顺性好，横向、纵向稳定性好，结构高度低，几何状态持久，以及低维修量，社会经济效益显著等优点，在国内越来越受到重视。目前我国尚无大范围的高速铁路无碴轨道维修与养护的实践经验，为了实现高速铁路轨道“少维修”的愿望而言，应对无碴轨道采取“常检测”，“多保养”的策略[1~3]。

1无碴轨道的结构及特点

无碴轨道结构与有碴轨道结构的根本区别在于采用耐久性良好、塑性变形小的沥青或混凝土材料取代了有碴轨道结构中容易破碎、粉化的道碴材料，增强了轨道结构的平顺性和稳定性，使列车运行更舒适、快速和安全，同时也减少了轨道使用中的维修工作量。

无碴轨道由上部和下部结构组成，上部结构由钢轨、沥青和混凝土道床板、扣件、支承层和底座组成，也称之为轨道结构；下部结构包括隧道、桥梁和路基，即通常说的基础工程。无碴轨道结构类型较多，其主要区别在于：支撑扣件方式是有轨枕还是无轨枕；支承轨枕方式是埋入到道床板中、支承在道床板上还是嵌入到道床板中；道床板制作方式是预制还是现浇。根据以上区别，无碴轨道可分为以下5种主要结构形式：

1.1 轨枕支承无碴轨道特点为：①克服了有碴轨道道碴的离散性问题，特别是道碴飞散问题；②能够较好的抵抗磨损，从而可以抵抗变形，保持轨道稳定；③对减振降噪效果较好；④沥青基础施工完成后即可进行轨枕铺装，施工效率；⑤轨枕损坏时，更换维修方便[4]。

1.2 轨枕嵌入式无碴轨道由于轨下有弹性垫层以及橡胶套靴等，因而其具有良好的减振降噪效果，但由于在露天环境时，套靴防水效果与耐久性较差，因而其适用范围较小，一般只适用隧道内。由于轨枕块和套靴相互分离，因而在列车高速行驶过程中将影响轨道的平稳性。

1.3 板式无碴轨道板式无碴轨道是将预制好的轨道板直接“放置”在混凝土底座上，通过轨道板与底座间充填沥青混凝土材料调整轨道板，确保铺设精度。日本的新干线采用这种板式无碴轨道。由于其直接在工厂预制，因而具有施工快捷、效率高的特点，但因轨道板长度相对轨枕来说比较大，在曲线、道岔区以及钢轨伸缩调节器区组合使用时，要进行特苏设计，施工难度较大。

1.4 轨枕埋入式无碴轨道轨枕埋入式无碴轨道是将预制好的整体或双块式轨枕，在现场用过浇筑混凝土将轨枕埋入到混凝土道床板中或将轨枕“振入”到混凝土道床板中，使轨枕与混凝土道床板成为一个整体的无碴轨道结构形式，常见的有Rheda型、Zublin型。武广客运专线III标段采用Rheda型无碴轨道。Rheda型无碴轨道取消了原结构中的槽形板，使与现场灌筑混凝土的新、老界面减至最少，这有利于改善施工性，提高施工质量和结构的整体性。

2检测设备

传统的轨道检测一般分为静态检测与动态检测两个部分，这两个部分一般分开进行检测，而对于高速铁路的轨道检测，需要综合考虑列车在运行过程中的总体情况，应而提倡“综合检测”。与有碴轨道相比，虽然无碴轨道变形量少，结果强度高，线路的调整作业范围小、频率低，但无碴轨道的检测仍应包含静态检测和动态检测两个部分，并根据高速铁路的特点，应加强无碴轨道的动态检测，配置高效、高速、综合性强的检测车组，并配备专业检测车辆，与此同时还应提高静态检测设备配备的水平，将静态检测设备配备到基层。

2.1 综合检测车综合检测车综合了各专业检测车辆的优点，使得数据可以共享，并可进行综合分析，成为分析和检测设备技术状态的主要依据。建议在满足轨道、通信信号各专业、接触网通用检测周期的基础上开行综合检测车。

2.2 振动检测因为无碴轨道板和桥面板采用刚性连接，在列车高速下运行下，列车的蛇行运动会对轨道和桥梁造成不可忽视的振动问题，且在无碴轨道沿线，桥梁数量较从，因而有必要发列车上安装振动检测仪，用于监测列车的竖向震动和横向震动。

2.3 钢轨探伤车探伤检测应在维修天窗时间内进行。由于无碴轨道必须加强检测以防断轨现象的发生，因而钢轨探伤检测周期应比有碴轨道短，目前国内一般每月一次[5]。

3无碴轨道的养护与维修

无碴轨道因其高可靠性、高平顺性而得到广泛应用。无碴轨道另一个突出的特点是“少维修”或“免维修”，这个特点对高速铁路来讲尤为重要。但另一方面，由于完全不同于有碴轨道的结构特点，无碴轨道一旦产生不平顺，其整治将是非常困难的。我国基于日本板式无碴轨道养护维修方法，确定客运专线无碴轨道养护维修方法如下:当轨道变形较小时，可用钢轨扣件进行调整；轨道变形较大、仅利用扣件难以调整时，可在轨道板与砂浆垫层之间灌注充填材料进行调整；轨道变形很大、利用灌注充填材料都难以调整时，则可能是由于路基沉降量过大而引起，需要进行彻底整治。有关具体方法如下：

3.1 无碴轨道部件整修①混凝土结构裂纹。轨道板、长枕、支承块等五碴轨道部件都是混凝土结构，在运用过程中可能产生裂纹，这些裂纹分为结构裂纹和受力裂纹。在这些裂纹中，凡是影响结构部件承载能力的，都必须进行更换；而不影响承载能力的微细裂纹，则可采用涂抹树脂的方法进行补修。②预制件与封闭层之间的裂纹。当CA砂浆垫层平整度不好时，在列车动力作用下，轨道板、长枕或支承块等预制件与封闭层之间可能产生裂纹。由于封闭层是现场浇注，因含水量过大和施工质量问题也都可能产生裂纹。这些裂纹部位进水后将会造成封闭层的进一步破坏，因此，一旦产生裂纹，要及时用水泥砂浆封缝。③混凝土凸形挡台破损。当发现凸形挡台损伤时，要凿掉凸形挡台的混凝土，重新配筋、立模，喷射混凝土和树脂，对凸形挡台进行修复、补强。

3.2 无碴轨道整正作业无碴轨道铺设的高精度可以保证高速铁路高平顺性的要求，因此轨道几何形态应该是长期稳定的，即使在运营条件下出现轨道几何尺寸的偏差，也应该数量不多、幅值不大，进行微调就可以了。①轨向。无碴轨道的轨向整正作业与有碴轨道类似，其调整的方法是改变轨距挡板号码。②水平及高低。如果在混凝土基床和CA砂浆垫层之间、CA砂浆垫层和轨道板之间出现空隙时，则需要对轨面相对高程进行调整：当空隙较小时，可用调整垫板或可调衬垫整正轨面高低；当用调整垫板或可调衬垫难以整正轨道高低变形时，可采取把轨道板抬到绝对标准上再用注入树脂的方法来修补。

4无碴轨道维修的几点思考

国内外研究成果及经验表明，列车的速度的提升的制约因素为轨道的平顺状态，也就是说，只有保证良好的轨道平顺状态，才有可能较大幅度地提高列车运行速度。要保持良好的轨道平顺状态，必须考虑3个方面的因素：一是采用新的技术措施和施工工艺，如：钢轨铺设后用打磨列车打磨钢轨表面，消除钢轨焊接接头初始短波不平顺以及钢轨表面由于施工中造成的钢轨表面微小缺陷和钢轨的原始表面微小裂纹；分层压实路基，完工后的基床表面不得有任何缺陷；一次铺成无缝线路，不用短轨过渡；二是采用高标准的轨道、线路、桥隧、土工等设计标准；三是建立科学的轨道养护维修体制，制定严格的轨道不平顺管理标准，保障列车安全、快速、舒适地运行。很显然，前2项措施是与设计、施工有关的，在客运专线建设之前、之中设计院、工程局就应充分考虑；而第三项措施则与铁路工务部门有直接关系，其担负着客运专线在长期运营过程中保持轨道平顺状态的艰巨任务。因此，在快速客运专线大量建设、运营的时期，如何采用科学的管理手段和方法来保持轨道的平顺状态是铁路工务部门面对的一个新课题和挑战。轨道养护维修体制包括养护维修、检测方法和手段、维修基地和检测基地的设置及天窗设置等内容，而轨道不平顺管理标准则分为若干等级，包括：作业验收目标值、舒适度目标值、预防性计划维修管理值、紧急补修管理值、慢行管理值等，目的在于对轨道不平顺在不同阶段、不同层次上进行控制，保证行车的安全性、舒适性。

由此可见，轨道管理与控制涉及的内容很多，但最终的表现形式是：采用检测手段定期对轨道实际状态进行检测，然后用各级轨道不平顺管理标准进行评估，对超限地段制定维修计划，用各种维修机具对轨道进行维修，再检测，再维修，直到满足标准为止。这个过程中，有效的检测手段、高效的维修机具对修理、维护轨道，保持其平顺性具有重要的作用。

5结语

综合考虑国外高速铁路养护维修技术的经验和国内的实际情况，客运专线应采用以下线路养护维修技术：以轨检车检测数据为依据，以大型养路机械为主、小型养路机械为辅，利用“维修天窗”进行线路设备检查、维修和保养，并严格执行检查验收制度。

参考文献：

[1]高静华.日本新干线线路养修技术与管理[J].上海铁道科技，2000，（3）：46-49.

[2]储孝巍.客运专线轨道检测及维修技术的分析探讨[J].铁道标准设计，2005，（2）：29-32.

[3]卢祖文.客运专线铁路轨道[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[4]何华武.我国客运专线应大力发展无碴轨道.中国铁路,2005,(1):11-15.

[5]钱立新.世界高速铁路技术[M].北京:中国铁道出版社，2003.

[6]刘保钢.客运专线板式无碴轨道结构动力特性与养护维修研究[D].中南大学硕士论文，长沙，2007.