聚氨酯固化道床线路运营与维护

郄录朝，王红，陈宏，吴仕凤，李烨峰，任坤

（1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；

2.高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京100081；3.武汉铁路局，湖北武汉430000；

4.南昌铁路局，江西南昌330002；5.太原铁路局，山西太原030013；6.郑州铁路局，河南郑州450052）

聚氨酯固化道床线路运营与维护

郄录朝1，2，王红1，2，陈宏3，吴仕凤4，李烨峰5，任坤6

（1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；

2.高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京100081；3.武汉铁路局，湖北武汉430000；

4.南昌铁路局，江西南昌330002；5.太原铁路局，山西太原030013；6.郑州铁路局，河南郑州450052）

自2009年以来，聚氨酯固化道床在我国的高速、重载和客货混运线路上已铺设近7 km，运营中的固化道床轨道结构状态良好，无维修或少维修，验证聚氨酯固化道床技术的应用对于环境保护、资源节约和工务维修具有重要意义。聚氨酯固化道床技术在我国已具备推广应用的条件，研究固化道床的维修技术，对于固化道床的推广使用、保证线路运营安全、发挥聚氨酯固化道床的优势，具有重要意义。

聚氨酯固化；固化道床；道床维修；调高扣件；运营维护

聚氨酯固化道床是在稳定的碎石道床内，浇注聚氨酯混合料形成的弹性整体道床结构。我国自2010年开始系统研究聚氨酯固化道床技术，形成了具有自主知识产权的聚氨酯固化道床结构设计、材料制备、施工工艺和装备、养护维修等成套技术；2016年2月25日通过了中国铁路总公司的技术评审；2016年7月聚氨酯固化道床第一个工程化项目在沪昆高速铁路北盘江特大桥顺利实施完成，聚氨酯固化道床技术日趋成熟。至今，铺设最早的聚氨酯固化道床线路已开通运营7年，研究其运营现状及养护维修技术，对今后聚氨酯固化道床在我国更大范围的推广应用，具有重要意义。

1 铺设概况

自2009年起，我国分别在客货共线铁路、重载铁路、高速铁路累计铺设聚氨酯固化道床共计6686m。我国聚氨酯固化道床应用情况见表1[1]。

表1 我国聚氨酯固化道床应用情况

2 运营现状

目前，我国聚氨酯固化道床运营时间最长已达7年。从跟踪观测结果来看，聚氨酯固化道床轨道结构稳定，能够满足高速和重载运营安全性要求，能够较好地应对普速、高速和重载铁路有砟道床存在的问题，对提高线路设备质量、减少养护维修工作量和简化作业意义重大。

我国聚氨酯固化道床各线路开通时实测安全性指标见表2。由此可见，聚氨酯固化道床线路实测脱轨系数、减载率、轮轴横向力最大值均在相应的安全限值内，且有较大的安全余量，能够满足列车运行安全性的要求[2]。

表2 各线路开通时实测安全性指标

2.1 天兴洲特大桥

天兴洲特大桥上聚氨酯固化道床试验段位于京广高速铁路（简称京广高铁）下行K1218+860—K1219+080，该线路采用60kg/m钢轨、Ⅲc型轨枕、弹条Ⅴ型扣件、全断面固化道床，于2012年12月26日开通。目前，京广高铁武汉以北上下行每天运行86对动车组（含1对确认车），线路运营速度为200km/h，年通过总重20Mt[3]。

2.1.1 轨道状态

（1）车载晃车仪按照每天40对的频次检测，无三级报警。

（2）按照二级车体垂向加速度（简称垂加）0.07g、车体横向加速度（简称水加）0.06g，每天1对确认车添乘、每周2对动车组添乘的频率检测，无二级及以上报警。

（3）动检车、轨检车每月1次检查。开通至今，轨距一级扣分3次、70m高低一级扣分2次，其他项目均无一级及以上扣分。

（4）静态轨道几何尺寸检查轨距水平情况基本良好，在作业验收值之内。

（5）从高程长期观测数据分析来看，固化道床高程最大变化值为5mm，且长期较稳定，波动幅度较小；从动态检测数据来看，出现3次小轨距和2次70m高低一级超限，线路设备总体平稳；从静态检测结果来看，未出现超作业验收值的几何尺寸超限。

2.1.2 与有砟线路对比

对比同期京广高铁未固化的有砟线路，2013年轨检车固化和未固化检测结果一级扣分数量基本持平，2014年后未固化比固化地段一级扣分数量增加近1倍。

自2012年底，图定动车组列车开行以来，聚氨酯固化道床每隔2年安排大机钢轨打磨1遍，2015年安排调整高低1次（4块板），之后未有其他维修整治作业。

2.2 江岸特大桥

沪蓉客货共线铁路（简称沪蓉线）武汉江岸特大桥（简称江岸特大桥）聚氨酯固化道床试验段位于沪蓉线下行K800+061—191，该线路采用60kg/m钢轨、Ⅲc型轨枕、弹条Ⅴ型扣件、全断面固化道床。2010年3月21日开通，目前沪蓉线上下行每天运行53对旅客列车，其中47对动车组（含1对确认车），6对快速列车。线路运营速度为200km/h，年通过总重14Mt[3]。

2.2.1 轨道状态

江岸特大桥聚氨酯固化道床试验段观测分为动态和静态2部分，动态部分为动检车、轨检车每月2次检测轨道高低、水平、三角坑、轨距、轨向等几何尺寸数据，机车车载仪每天20次检测水加、垂加数据，添乘仪每天一次检测水加、垂加数据；静态部分为水准仪每季度对轨面高程测量1次。

（1）车载晃车仪按照每天20对的频次检测，无三级报警。

（2）按照二级垂加0.07g、水加0.06g，每天1对确认车添乘、每周2对动车组添乘的频率检测，垂加报警3次，幅值为垂加0.07g。

（3）动检车、轨检车每月一次检查。开通至今，轨距一级扣分3次、水加一级扣分8次、70m高低一级扣分1次，其他项目均无一级及以上扣分。

（4）静态轨道几何尺寸检查轨距水平情况良好，在作业验收值内。

（5）由高程长期观测数据分析，固化道床高程最大变化值为6mm，且长期较稳定，波动幅度较小；从动态检测数据来看，出现1次水加、1次70m高低一级超限和3次车载二级报警，线路设备总体平稳；从静态检测结果来看，未出现超作业验收值的几何尺寸超限。

2.2.2 与有砟线路对比

对比同期沪蓉线上行未进行道床固化地段，2011年轨检车一级扣分上（未固化）下（固化）行数量基本持平，2012年后上行（未固化）对应地段一级扣分较下行（固化）增加近1倍。

自2010年开通以来，铁路局每隔2年安排大机钢轨打磨1遍，2011年安排改轨距1次，2015年安排调整轨距、高低、水平1次，之后未安排其他维修整治作业。

2.3 程溪特大桥

龙漳客货共线铁路（简称龙漳线）程溪特大桥聚氨酯固化道床试验段采用60kg/m钢轨、Ⅲ型桥枕、弹条Ⅱ型扣件，枕下双梯形固化道床，2012年3月铺设完毕，2012年6月30日投入运营，主要为动车组旅客列车和其他客车，货运列车未开通[3]。

2.3.1 轨道状态

程溪特大桥聚氨酯固化道床轨道投入运营以来，在铺设初期主要是加强固化道床段的动、静态线路平顺性检查，轨道质量指数TQI整体平稳且呈现下降趋势（初期4～5mm，近期3～4mm）。聚氨酯固化道床轨道总体动态平顺性良好，道床工后沉降量一般在3mm以内，属于扣件可调范畴。

2.3.2 与有砟线路对比

程溪特大桥聚氨酯固化道床试验段运营近3年，维修工作量在天窗点内都能完成，工作强度小，运营期间因聚氨酯固化道床不均匀沉降，试验段轨道共进行3次轨下垫调高作业，其规模和作业量均较小。而有砟轨道对比段每年都需安排大机捣固作业，需要人工补砟和配合施工，3h天窗点最多完成2km，工人劳动强度高。

2.4 瓦日重载铁路

瓦日重载铁路共铺设聚氨酯固化道床1800m（桥上700m，隧道1100m），采用60kg/m钢轨、Ⅲ型桥枕、弹条Ⅱ型扣件、枕下双梯形固化道床[4]。2014年1月铺设完成，2014年12月开通，目前运量比较少，固化道床轨道状态稳定，且无任何养护维修作业。

实车测试结果表明，固化道床轮轨力沿纵向分配更加均匀，钢轨支点压力分配系数减小，轨枕、轨下截面正弯矩有所增大，但枕中截面负弯矩有明显降低，改善了轨枕受力状态。由于测试时，车况和轨道状态均较好，实车运行条件下固化道床和普通碎石道床轨道结构振动无明显差异，但在相同冲击力作用时，固化道床的钢轨、轨枕和桥面（梁面）振动加速度均比普通碎石道床要小，轨道结构振动幅值明显减小，固化道床对周边环境的减振降噪效果与普通碎石道床基本相当。

2016年9月，对隧道内聚氨酯固化道床进行了轨枕支承刚度测量，与开通前相比，轨枕支承刚度变化小于10%，轨道弹性保持较好，相邻区段隧道内有砟轨道轨枕支承刚度比规范要求标准值增大约1倍。

2.5 大西高速铁路

大西高速铁路聚氨酯固化道床均在路基上铺设，里程为K171+579—K172+455、K238+896—K239+787，采用60kg/m钢轨、Ⅲc型轨枕、弹条Ⅴ型扣件、枕下双梯形固化道床[4]。2段固化道床于2015年5月铺设完成，2015年8月开通进行综合试验，目前轨道状态良好，无养护维修工作量。

试验表明，固化道床在高速铁路上能够满足舒适性和安全性的要求，与无砟轨道对比段相比，聚氨酯固化道床在中低频段具有较好减振效果。聚氨酯固化道床分频最大减振效果16.4dB，出现在中心频率50Hz；试验速度级为100～280km/h，聚氨酯固化区段较无砟轨道区段降噪0.9～2.6dB（A）。

2.6 北盘江特大桥

沪昆高速铁路北盘江特大桥聚氨酯固化道床，采用60kg/m钢轨、Ⅲc型轨枕、弹条Ⅴ型扣件、枕下双梯形固化道床。2016年7月铺设完成，2016年8月进行联调联试。北盘江特大桥聚氨酯固化道床是该技术通过评审后的第一个工程化项目，浇注的固化道床顶面尺寸为85～90cm，底部尺寸为125～130cm，固化深度为35cm，并且轨枕底部固化道床填充饱满，浇注点与浇注点之间能够联为整体，各项技术参数均满足《聚氨酯泡沫固化道床暂行技术条件》要求，顺利通过静态验收[5]。

联调联试期间，分别在北盘江特大桥拱跨跨中、拱跨墩顶位置布置测点，测试日间高温和夜间低温条件下，高速列车通过时安全性和稳定性。试验期间，列车最高通过速度330km/h，拱跨跨中位置桥面温度最高37.4℃，最低25.3℃，相差12.1℃；钢轨温度最高45.8℃，最低26.2℃，相差19.6℃；拱跨墩顶位置桥面温度最高36.1℃，最低24.7℃，相差11.4℃；钢轨温度最高42.8℃，最低26.0℃，相差16.8℃。高温时段，墩顶位置脱轨系数最大为0.09，轮重减载率最大为0.17，轮轴横向力最大为11.0kN；跨中位置脱轨系数最大为0.17，轮重减载率最大为0.19，轮轴横向力最大为12.1kN。低温时段，墩顶位置脱轨系数最大为0.09，轮重减载率最大为0.14，轮轴横向力最大为12.5kN；跨中位置脱轨系数最大为0.13，轮重减载率最大为0.16，轮轴横向力最大为10.9kN。无论是日间高温时段还是夜间低温时段，各项安全参数实测最大值均较小，在安全限值之内，能够满足列车运行安全性和稳定性要求，同时也适应高速铁路大跨度桥梁变形的要求。

3 维修方法

聚氨酯固化道床具有长期的稳定性和较小的道床累积变形，避免了有砟轨道的捣固作业和清筛作业，一般不需要维修。当产生较小的不均匀沉降时，可通过扣件进行维修调整作业；由于线下基础原因产生较大沉降变形超过调高扣件可修复范围时，可采取抬升轨枕方法进行维修作业。

3.1 扣件调高

3.1.1 弹条II型扣件

当采用弹条Ⅱ型扣件，调高量不大于10mm时，采用垫板调高方法维修；调高量大于10mm时，采用抬高轨枕方法维修。

3.1.2 弹条V型扣件

弹条V型扣件是为适应有挡肩轨枕的有砟轨道而研发的高速铁路扣件，该扣件属弹性不分开式扣件，具有零部件少、结构紧凑、扣压力大、保持轨距能力强、绝缘性能好和维修工作量少等优点。

弹条V型扣件适用于客运专线有砟轨道并满足以下运营条件：（1）最高速度350km/h客运专线，轴重170kN（考虑轴重增加10%）；（2）最高速度250km/h客运专线（兼顾货运），客车最大轴重230kN（客运机车）；（3）货车最高速度120km/h，最大轴重250kN。

（1）调高量不大于10mm。

当高速铁路聚氨酯固化道床的不均匀沉降变形小于10mm时，采用普通弹条Ⅴ型扣件调整轨面高度。它由弹条、螺旋道钉、平垫圈、轨距挡板、轨下垫板和预埋套管组成。进行调高作业时，在轨下垫板与混凝土轨枕承轨面间垫入调高垫板实现钢轨高低调整，最大调高量为10mm。

（2）调高量大于10mm。

当固化道床调高量大于10mm时，应采用弹条V型大调整量扣件方案，该方案已通过中国铁路总公司试用评审，并制定了《弹条V型大调高量扣件暂行技术条件》。

弹条V型大调整量扣件的整体性能应满足TB/T3395.3—2015《高速铁路扣件》第3部分：弹条V型扣件的要求，即钢轨纵向阻力、扣件组装扣压力、组装疲劳性能和绝缘性能应和既有扣件保持基本一致，在调整设计时，最大程度利用原来的零部件。大调高量调高时，采取更换轨距挡板，增加钢调高垫板和钢垫板下绝缘垫板方式增大钢轨高低位置调整量，调整量由0～+10mm调整为0～+50mm。弹条V型扣件调高量20mm时组装图见图1，调高量50mm组装图见图2。

通过在轨下垫板下垫入不同厚度的调高垫板TD5，以及在混凝土轨枕承轨面上垫入绝缘垫板和不同厚度的钢调高垫板，以实现钢轨高低调整，调整量为+11～+50mm。每组扣件零件数量见表3，弹条V型大调高扣件搭配见表4。

图1 弹条V型扣件调高量20mm时组装图

图2 弹条V型扣件调高量50mm时组装图

3.2 起道维修

当线下基础或道床沉降量大于上述扣件调高量时，采用起道的方法加以维修。将轨枕与固化道床分离，在轨枕与道床间隙内填入道砟，浇注聚氨酯修补材料，把填入的道砟、固化道床和轨枕粘接，使固化道床和轨枕联为一体。起道维修见图3。

修补后的固化道床与混凝土轨枕和原固化道床粘接紧密，修补作业2h后压缩强度即可达到80%，在天窗点内可完成修补工作，不影响正常通车。聚氨酯修补材料性能指标见表5。

表3 每组扣件零件数量

表4 弹条V型大调高扣件搭配mm

图3 起道维修

4 结束语

我国自2009以来，累计铺设6686m聚氨酯固化道床，对客货共线、重载铁路、高速铁路均有较好的适应性。从测试情况来看，聚氨酯固化道床区段脱轨系数、减载率、轮轴横向力均在安全限值内，且有较大的安全余量，能够满足列车运行安全性和稳定性要求；从道床养护维修情况看，聚氨酯固化道床地段的轨道平顺性良好，累积变形小，无维修或只进行少量的扣件调高作业，避免有砟轨道每年1次的捣固作业和大机清筛作业，减少线路养护维修对运营的干扰。固化道床维修技术，能够适应固化道床在高速、重载和客货混运铁路上的维修要求，应继续对已铺设的聚氨

表5 聚氨酯修补材料性能指标

[1] 王红. 铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用[J].铁道建筑，2015(4)：135-140.

[2] 中国铁道科学研究院．聚氨酯固化道床成套技术及应用研究总报告[R]. 北京，2016.

[3] 中国铁道科学研究院．新型轨道结构关键技术研究：聚氨酯固化道床关键技术及标准研究报告[R].北京，2014．

[4] 中国铁道科学研究院．聚氨酯固化道床关键技术深化研究总报告[R]．北京，2015．

[5] 中国铁路总公司．TJ/GW115—2013 聚氨酯泡沫固化道床暂行技术条件[S]. 北京：中国铁道出版社，2014.酯固化道床进行长期观测，积累数据，总结维护管理经验，探索固化道床结构状态变化规律。

责任编辑 李葳

Operation and Maintenance of Lines with Polyurethane Cured Railway Bed

QIE Luchao1，2，WANG Hong1，2，CHEN Hong3，WU Shifeng4，LI Yefeng5，REN Kun6
(1. Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；
2. State Key Laboratory for Track Technology of High-speed Railway，Beijing 100081，China；
3. Wuhan Railway Administration，Wuhan Hubei 430000，China；
4. Nanchang Railway Administration，Nanchang Jiangxi 330002，China；
5. Taiyuan Railway Administration，Taiyuan Shanxi 030013，China；
6. Zhengzhou Railway Administration，Zhengzhou Henan 450052，China）

Since the beginning of 2009, polyurethane-cured railway bed has been applied to high-speed lines, heavy-haul railway lines and mixed-transport lines with a total mileage of 7 km. The bed promises good track structure amid operation and it requires very little or even no maintenance. The significance of such curing technology has been verified in regard to environmental protection, resource saving and track maintenance. The technique is now ripe for large-scale industrial application; however it is crucial to proceed with the study on cured bed maintenance, so as to popularize the technique, improve operation safety and tap the advantages of polyurethane-cured bed.

polyurethane curing；cured bed；bed maintenance；adjustable fastening；operation and maintenance

U213.7

A

1001-683X（2017）05-0007-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.05.007

2017-03-25

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2014G002-H）

郄录朝（1981—），男，副研究员。

E-mail：13466538381@163.com