中欧高速铁路有砟轨道道床参数的比较与分析

井国庆，高 亮，曾树谷

(1.北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044;2.铁道部科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

高速铁路与普通铁路有砟轨道道床在材质和结构上并无本质区别，仅在材料性能及几何尺寸标准上要求更为严格。从目前世界上高速铁路实践经验看，法国、西班牙、意大利、德国和日本全部或部分铺设有砟轨道，高速列车运营速度已超过300 km/h，多年来运转良好，尤其是法国高速铁路东部线运营速度为320 km/h，试验速度为574.8 km/h，有砟轨道线路运营状态良好，没有发生飞砟[1]。

本文通过分析对比中国和欧盟高速铁路有砟轨道设计标准，为中国高速铁路设计和维修提供借鉴。

1 道砟材质粒径级配对比

我国高速铁路有砟道床设计与施工标准主要依据TB10625—2009[2]和 TB/T2140—2008[3]。 欧 盟 高 速铁路道砟标准采用 EN13450[4]规范，法国道砟 NF采用F53-695[5]。而欧洲铁路在建设时，承建方经常要求较高质量道砟。

中欧高速铁路在道砟材质及道床断面尺寸方面具有一定互相参考价值，本文分别从道砟材质和道床断面参数上进行比较。中欧道砟材质要求标准上都从抗磨耗、抗冲击性、抗压性能、抗腐蚀性能与渗水性能进行了相关规定。

与法国道砟标准要求相比，相同点为道砟都要求严格采用碎石道砟，其抗磨耗、抗冲击、抗压强度、抗风化与腐蚀、清洁度是道砟材质评判的重要物理指标。道砟上道前都应进行清洗，清洁度应满足有关要求。粒径0.5 mm以下颗粒含量的质量百分率不大于0.6%，粒径0.063 mm以下粉末含量质量百分比不大于0.5%。在材质指标方面，我国道砟采用洛杉矶磨耗率(LLA)、标准集料冲击韧度(IP)、石料耐磨硬度系数等指标，欧盟规范采用洛杉矶磨耗、道砟冲击值(%)、微型德佛尔(Micro Deval)等指标，两者在具体的试验方法上也有所差异。比如洛杉矶磨耗试验，中欧在钢球粒径、质量、试样粒径大小、筛孔大小等多方面有一定差异，而这些差异性对洛杉矶磨耗值有一定影响，如道砟颗粒洛杉矶磨耗值与道砟粒径有一定相关性，因此欧盟试验方法评价技术指标与我国试验做出来的技术指标数值可能有一定差异性，该差异性对道砟标准影响需要进一步研究。中国试验方法规定的钢球质量为12个共5 kg，欧盟规范为12个共(5.21±0.09)kg，中国试验样品粒径20～40 mm，欧盟规范粒径为 31.5 ～ 50.0 mm[5]，筛子孔径为 31.5 mm，40.0 mm和50.0 mm。因此，无法简单地从数值上面给以比较。

中欧都强调应采用耐磨道砟，因为高速铁路有砟轨道失效的主要原因是轮轨高频振动所导致的道砟磨损粉化和磨耗，而不是由于轨枕动压力引起的破碎，因此应提高道砟抗磨耗、抗冲击指标，减少道砟中的小颗粒成分，有利于延缓道砟粉末聚积，可延长道床使用寿命。

道砟粒径、级配是构成道床质量的重要评估参数。中国和欧洲在道砟粒径、级配上双方规定基本相同。中欧高速铁路标准都用道砟针、片状指数，控制道砟形状[6]。另外中欧标准中，对道砟试样的见证取样、送样检验及上道准入也都有较为详细的规定[4，7]。

2 道床断面参数

道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。道床断面尺寸包括厚度、顶面宽度与边坡等参数。中国350 km/h道砟轨道道床路基地段单线道床顶面宽度3.60 m，道床厚度0.35 m，顶面高度低于轨枕承轨面40 mm，道床边坡 1∶1.75，砟肩堆高 0.15 m。图 1为中国高速铁路有砟轨道结构横断面左侧图。

图1 中国350 km/h高速铁路有砟轨道结构横断面左侧(单位:mm)

道床厚度主要取决于两个条件:①传到路基上的应力应当小于路基容许承载能力;②提高道床的强度，延缓道砟的破碎与粉化。中、欧高速铁路道床厚度均为35 cm，其中德国高速铁路道砟厚度为40 cm，基于长期运营经验和自身道砟资源多方面考虑[7]。

顶面宽度主要取决于轨枕长度和道床肩宽。道床应有适当的肩宽，以增加道床的横向阻力。由于列车速度提高，在直线上因转向架的蛇行运动及在曲线上因过超高、欠超高所引起的轮轨横向力显著增加。在相同轨道不平顺条件下，高速时所引起的轮轨横向力比低速时要大得多，因而对轨道的横向稳定性提出更高要求。增加砟肩宽度，堆高砟肩，是提高轨道横向阻力的重要措施。欧洲铁路对道床肩部道砟宽度有一定规定，如铁路联盟无缝线路铺设文件规定[8]，对应高速铁路肩宽为50 cm，见表1，可见道砟肩宽规定，中欧标准大体相同。

表1 高速有砟轨道砟肩宽度指标 cm

道床边坡对于保证道床稳定具有十分重要的意义。道砟道床边坡的值取决于两方面的因素，一是道砟颗粒内摩擦角，内摩擦角越大，则边坡稳定性越高，因此碎石道床边坡相比卵石可以较陡;二是当道床肩宽较大时，边坡的坡度可较陡。各国铁路所采用的道床边坡坡度一般在(1∶1)～(1∶2.5)之间，中国高速铁路道床正线边坡规定采用1∶1.75，法国高铁道砟正线为1∶1.5，边坡有稍许差异，这些差异在满足安全运营情况下，有一定技术经济性差别，比如法国道砟道床几何尺寸在新建铁路施工时每千米用量减少近200 m3。

3 道床状态参数

道床的力学指标，尤其是道床纵、横向阻力参数对轨道结构强度、稳定性乃至对路基强度及稳定性均起重要作用。我国规定高速有砟道床密度不应小于1.75 g/cm3，轨枕支承刚度不应小于120 kN/mm，纵向阻力不应小于 14 kN/枕，横向阻力不应小于 12 kN/枕[2]。需要注意的是，欧盟规范对道床密度、支撑刚度没有具体要求，仅通过道床阻力来限定道床质量。表2为中欧高速线路道床纵、横向阻力参数指标对比表。由于我国和欧盟道床参数的单位不同，将 kN/枕换算为kN/m后可知，我国新建高速线路施工道砟状态参数验收指标略高于欧盟。

表2 高速有砟道床状态参数对比 kN/m

4 飞砟防治

法国铁路最高试验速度为574.8 km/h，通过采取必要措施，没有飞砟发生[1]。我国新建铁路对有砟轨道可能发生飞砟进行一系列研究，经车—线动态空气动力学仿真分析，现场车底空气负压测试，基本掌握了由于列车车底负压导致飞砟的机理与影响规律，并规定道床顶面高度低于轨枕承轨面40 mm，道床施工中，道床顶面夯实，顶面不使用粒径＜22.4 mm道砟，清除轨底顶面和轨枕顶面上残存道砟等规定，在此基础上进行高速列车飞砟试验测试研究工作，在列车运行速度为 330 km/h时没有飞砟发生[9]。

5 结语

中国高速铁路发展已较为成熟，并建立了较全面、完善的技术标准体系，为适应中国现在高速铁路的发展，应进一步开发特级道砟资源，完善道砟生产中破碎、筛分和清洗工艺;研究道床边坡采用1∶1.5的可行性，以降低工程成本与占地面积;研究并完善道床施工工艺，以确保不会发生飞砟;研究高速铁路有砟道床养护维修技术，延长道床使用寿命。

[1]井国庆.高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治[J].北京:铁道建筑，2009(2):97-98.

[2]中华人民共和国铁道部.TB10625—2009 高速铁路设计规范(试行)[S].北京:中国铁道出版社，2009.

[3]中华人民共和国铁道部.TB/T2140—2008 铁路碎石道砟[S].北京:中国铁道出版社，2008.

[4]The European Committee Standardization.NF EN13450 Aggregates for railway ballast[S].Brussels: The European Committee Standardization，2002.

[5]The European Committee Standardization.NF F53-695 Railway fixed equipment.Ballast and gravel for shovel-packing.Characteristics and specifications[S].Brusselss:The European Committee Standardization，1996.

[6]The European Committee Standardization.EN 933-3 Tests for geometrical properties of aggregates[S].Brussels:The European Committee Standardization，2001.

[7]The European Committee Standardization.EN 932-1 Methods for sampling[S].Brussels: The European Committee Standardization，2001.

[8]International Union of Rail way.UIC 720 R: Laying and maintenance of CWR track-2nd edition[S].France:International Union of Railway，2005.

[9]中国铁道科学研究院.京沪高速铁路综合试验研究分报告—京沪高速铁路轨道结构试验研究[R].北京:中国铁道科学研究院，2011.