双块式轨枕在城市轨道交通中的适应性分析

双块式轨枕在城市轨道交通中的适应性分析

李楠

李楠

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京，100055）

【摘要】双块式轨枕整体道床是国内外高铁应用最广的一种无砟轨道结构，其结构简单，性能稳定，但目前这种结构在城市轨道交通中应用较少。通过与短枕式、长枕式整体道床的对比分析，认为双块式轨枕整体道床满足城轨交通轨道的要求，但制约其推广的原因是造价偏高，建议对双块式无砟轨道结构和轨枕本身进行优化，降低其造价，提高双块式轨枕的竞争力。

1．现状及背景

城市轨道交通主流的轨道道床结构包括：短轨枕整体道床，长枕式整体道床，承轨台式整体道床，双块式轨枕整体道床，无枕式整体道床，板式轨道整体道床等等，呈现出百花齐放的态势。

双块式轨枕整体道床是国内外高速铁路应用最广泛的无砟轨道结构形式之一，到目前为止，德国、荷兰、西班牙、韩国、国内武广客运专线、郑武客运专线、甬温、温福、宜万等均有采用此种结构，路基上、桥上、隧道内也都可以使用[1-4]。该种结构具有结构形式简单，施工速度快，相对于轨道板，其造价更低。但截至到目前，双块式轨枕整体道床是在城轨交通领域的应用却非常少，目前仅在深圳地铁有部分使用。

2．城轨用主要道床形式对比与分析

2.1短枕式整体道床

短枕式整体道床是目前我国城市地铁普遍采用的轨道结构形式，其设计、施工技术成熟，结构简单，造价较低，现场施工作业灵活.短枕式整体道床通常由短轨枕、C35混凝土道床及水沟组成。短轨枕的外形简单。

短轨枕采用普通钢筋，加工制造方便，其横断面为梯形，底部露出钢筋钩，以加强与混凝土道床的联结。混凝土道床在现场浇筑，并将短轨枕嵌固在其中，构成整体道床。短轨枕顶面高出道床混凝土顶面至少30mm，这样不仅可以减少扣件和钢轨的锈蚀，而且便于安放、抽换轨下弹性垫层和铁垫板。道床表面设有3％的横向坡度，以利于排水。道床可设双侧排水沟，也可在道床中间设中心排水沟，排水的灵活性也是短轨枕应用较广的重要原因。

纵向承轨台式的整体道床也采用短轨枕，这种形式通常用于高架线，道床对于桥梁二期恒载较小，排水性好，造价低，其特点是轨下基础和梁部紧密联结，具有很高的强度和稳定性。

2.2长枕式整体道床

长枕式整体道床是把预制的混凝土枕与道床浇筑成整体，由预应力长枕、C35混凝土道床及水沟组成。长枕采用工厂预制，混凝土强度等级为C50，无挡肩外形，枕长2.1m，配置4Φ10Ⅱ级冷拉钢筋，轨枕预留5个Φ50圆孔，道床纵向钢筋穿过，布置双层钢筋，以加强与道床的联结、整体性能好，利于保证轨道几何状态及整体稳定性。

长枕埋入式整体道床经常采用轨排架法施工，长枕埋入式整体道床轨距控制好，施工进度较快，道床排水采用双侧水沟，结构本身也可以抑制隧道的仰拱变形，竣工后道床面表面较平坦，可兼顾紧急疏散平台的需求，且道床结构简单，安装其他设备方便。

2.3双块式轨枕整体道床

双块式轨枕整体道床是由双块式轨枕、现浇混凝土板和下部支撑体系(水硬性混凝土支承层或底座)和水沟组成。双块式轨枕由工厂预制生产，然后运到现场铺设。双块式轨枕采用钢桁架连接，保证了轨枕与现浇混凝土道床之间的有效结合，使新、老混凝土界面最少，因此其结构整体性最好，可采用轨排法施工，施工更快捷，施工调整工作量小，而且道床混凝土捣固作业更方便，质量易于保证，施工精度较高。

3．双块式轨枕在城轨交通的植入分析

3.1双块式轨道结构的优化建议

短枕式整体道床造价最低，水沟设置比较方便，但道床整体性稍差，通过对既有线使用情况的调查，由于施工阶段短枕调整不当造成的初始轨道不平顺时有发生；长枕埋入式整体道床综合性能较好，造价适中，长枕穿孔道床纵向钢筋不仅可加强道床的整体性，还可起到杂散电流排流的作用，施工进度快，精度易保证，技术成熟，设置双侧水沟可使轨道中心作为无障碍逃生与救援的主通道。双块式整体道床的道床和轨枕的结合最好，但造价最高，短枕下的钢筋桁架需专业工厂焊接，精度要求高，城市轨道交通建设的场地有限，对枕的运输、现场堆放、施工等要求高，存放和运输轨枕等部件也是必须考虑的问题。

双块式和长枕均有纵向连接的钢筋，在防止轨距变形方面对比均优于短枕；从轨道结构精度和施工便利性来说，双块式轨枕和长枕应是未来的发展方向，双块式的桁架结构与道床的结合最好。目前双块式轨枕主要是350km/h的高铁技术的直接下放，轨枕的尺寸变化与高铁基本一致，道床结构也是从高铁技术移植而来，高架和路基段的底座结构使轨道结构偏高，钢筋混凝土用量增加，导致双块式轨道结构的造价偏高。城市轨道交通主要为地下和高架线路，地下段盾构受限界要求，高架段受二期恒载要求，轨道结构高度均需降低，因此考虑优化或取消双块式无砟轨道的底座或支承层结构；

不同速度和轴重情况下的轨道竖向载荷，城市轨道交通的速度较低，通常不超过120km/h，轴重也比高铁轻，轨道竖向载荷较300km/h时速高铁要减少1/5或更多，因此可考虑适当缩小双块式轨枕的尺寸，同时降低轨高结构高度，减少钢筋混凝土用量，降低双块式无砟轨道结构的造价。

3.2双块式轨枕的优化建议

双块枕轨枕结构特殊，两侧为混凝土块，中间为钢制桁架结构。双块式轨枕目前的问题主要有：

（1）双块式轨枕是基于250～350km/h的高速铁路设计，标准较高，造价偏高。

（2）桁架钢筋焊接要求较高，且两端枕块较大，吊装运输略有不便，且容易变形；

（3）路基和高架段道床板浇注后，温差过大或养护不当宜造成轨枕周围八角裂纹较多。

对于以地下线为主、高架线为辅的城市轨道交通而言，建议从以下几个方面优化设计轨枕块结构：

（1）优化桁架钢筋直径、布置和连接工艺，提高桁架抗弯抗扭性能，依据大铁SK-2型双块式轨枕，根据地铁的轴重轻的特点重新优化设计，将上下层骨架筋直径减小，根据波形重新配置波浪筋的形状和位置。经初步测算钢筋用量可减少2～3kg，混凝土用量基本持平。

（2）原双块式轨枕为带挡肩结构，城轨用扣件多为无挡肩结构，为满足轨距调整需求，双块式轨枕可去除轨枕端头挡肩结构，可减少3%的混凝土量。

（3）城轨交通速度相对较低，应在SK-2双块式轨枕基础上缩小两端枕块的尺寸，减轻重量，降低轨枕造价。目前地铁用普通长轨枕造价约在200～250元/根，而高铁用双块式轨枕价格在300～350元/根,通过降低造价提升性价比。

4．结论

（1）双块式轨枕无砟轨道结构同样适用于城轨交通，造价较高是制约其推广的重要原因。

（2）建议优化双块式轨道结构高度，取消或降低高架、路基段的底座或支承层结构，同时进一步降低轨道结构高度，减少钢筋混凝土用量。

（3）为适应城市轨道交通的需要，进一步优化双块式轨枕的桁架筋配置和结构，取消挡肩，减少轨枕的钢筋、混凝土用量，降低双块式轨枕造价。

参考文献：

[1]李昌宁.CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕预制与铺设技术[M]．北京：中国铁道出版社，2010．

[2]张科强，赵旭清等.武广铁路客运专线双块式轨枕预制质量控制.《铁道建筑》Vol.01，2010