双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

毛敏

摘 要：双块式无砟轨道是世界上较为先进的轨道建设技术，能够高效确保列车运行的稳定性与平顺性，且使用寿命较长。但对列车轨道的道床板具有严格的要求，在双块式无砟轨道使用过程中出现裂纹会对道床板产生巨大的受力影响。故此，需要对无砟轨道裂纹对道床板受力的影响进行分析，最大程度确保轨道的使用安全。本文就双块式无砟轨道对道床板受力的影响进行如下分析。

关键词：双块式无砟轨道；道床板；受力影响

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.038

0 前言

由于双块式无砟轨道建设结构的特殊性，在长期运行过程中不可避免会出现裂纹的情况，而双块式无砟轨道出现裂纹对道床板的影响是连续性的，当裂纹出现的宽度过大时，会直接影响道床板的结构受力。轨道道床板的受力根据实际的建设情况有相应的荷载限度，如若道床板裂纹的纵深长度大于道床板的荷载限度时，会对道床板的受力产生影响，致使道床板建设使用的钢筋出现变形问题。故此，应对双块式无砟轨道裂纹产生的成因进行分析，确定双块式无砟轨道对道床板受力产生的影响，从而尽量避免轨道板出现裂纹的问题，以确保行车安全，延长双块式无砟轨道的使用寿命。

1 双块式无砟轨道的设计特点

在我国传统的轨道建设模式中，一般是使用散粒碎石作为道床板进行轨道建设。双块式无砟轨道是使用钢筋混凝土与沥青的混合物作为建筑材料完成的轨道建设，在列车运行过程中最大程度避免出现道砟飞溅的问题，且具有耐久性的特点，维修工作大幅减少，进而提高我国铁路列车的运行速度[1]。故此，在避免双块式无砟轨道出现裂纹时，首先要明确双块式无砟轨道的设计特点。

双块式无砟轨道的设计特点：第一，轨道的计算参数，以双块式无砟轨道的建设结构为基础，选择基本的计算参数作为参考进行轨道建设；第二，轨道的荷载限数，根据双块式无砟轨道的建设情况，应当综合考虑轨道运行中荷载作用于板中以及板端的最大值，避免出现轨道结构受力不利的情况；第三，轨道的扣件剛度，扣件刚度要根据不同的数据进行分析，选取最适宜的扣件刚度；第四，双块式轨枕，轨枕是通过钢筋桁架连接混凝土，并将双块式轨枕调整到适宜的平面位置，确保双块式轨枕的整体连接；第五，双块式轨枕的建设地基，通过调整轨枕地基的弹性系数，使双块式无砟轨道的土质路基增大，有利于提高轨道建设的结构受力。

2 双块式无砟轨道裂纹的成因

2.1 双块式无砟轨道的承载强度到达极限出现裂纹

双块式无砟轨道使用混凝土与沥青的混合物完成建设，属于刚性承载层。在列车运行过程中，承载强度到达极限时则会出现裂纹的情况，从而引发轨道尺寸的变化，造成难以预估的恶化问题。双块式无砟轨道的承载强度出现裂纹一般是由三种情况造成的：第一种是轨道完成混合物浇筑后，未能及时解除对轨道的约束，致使混凝土在双块式轨枕周围出现裂纹；第二种是由于轨枕路基等出现变形而没有及时预测，导致轨道基础出现变形，引发轨道板裂纹；第三种是列车运行的外加荷载超出双块式无砟轨道的承载强度时出现裂纹。

2.2 双块式无砟轨道由于温度造成的裂纹

双块式无砟轨道在建设过程中，对温度也有较高的要求。在施工过程中需要选择适宜的时间进行建设。如若双块式无砟轨道建设在施工时，外在温度较高，混凝土混合物在完成浇筑后，会出现水泥水化加快的情况，使混凝土混合物在极短的时间内出现塑性收缩、自主收缩、干燥收缩以及温度收缩等情况，从而在收缩情况多种叠加下出现轨道裂纹[2]。同时，在完成双块式无砟轨道施工后，因保养不当也会出现裂纹。首先混凝土混合物在完成浇筑后，需要定期定时进行洒水保湿，及时提供混凝土混合物所需的水分，避免混凝土混合物龟裂出现裂纹；其次，需要掌握混凝土混合物的保养时间段的水温，在其凝固过程中使用温度适宜的水进行保养。以上合理明确的保养方案，会避免混凝土混合物在保养期内，特别是凝固初期，出现混凝土混合物内外温差较大的情况，致使轨道板出现裂纹。

2.3 双块式无砟轨道由于钢轨延伸造成的裂纹

双块式无砟轨道在建设过程中，建设步骤通常是先将钢轨与双块式轨枕进行精准定位，然后将相关的扣件工具拧紧，最后进行混凝土混合物浇筑工作，进而完成双块式无砟轨道的建设。在建设过程中，太阳的温度会直接照射到钢轨上，使钢轨的温度发生变化，从而使钢轨出现延伸的情况。当钢轨由于温度升高出现延伸时，由于混凝土混合物正在凝固状态初期，缺乏抵抗钢轨延伸的变化的能力，从而受钢轨变形的影响出现裂纹。

2.4 双块式无砟轨道建设混凝土粘结不良出现裂纹

双块式无砟轨道使用的双块式轨枕一般是预先定制的，导致双块式轨枕在安装过程中会使用新旧两种混凝土混合物，极易出现轨道建设混凝土粘结不良的问题，当双块式轨枕的混凝土粘结出现不良，而未采取其他措施的情况下，则会直接出现轨道裂纹的问题。同时，在双块式无砟轨道完成建设通车运行后，由于通车的次数与重量不断累加，轨道裂纹会不断加深扩大，进一步影响道床板的受力情况。

2.5 双块式无砟轨道由于结构设计造成的裂纹

双块式无砟轨道在建设过程中，需要对受力结构设计合理的间距，在计算参数的过程中往往会出现相应的计算误差，致使双块式无砟轨道的结构间距设置过大，从而导致轨道出现裂纹。同时，在双块式无砟轨道建设过程中，需要充分考虑施工的荷载情况，在安装双块式轨枕时，由于吊装与运输的问题，使双块式轨枕出现裂纹，在安装完成后会直接出现轨道裂纹，影响双块式无砟轨道的使用。

3 双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响

3.1 双块式无砟轨道道床板的功用

道床板是双块式无砟轨道运行的重要组成部分，建设在双块式轨枕的下方，支撑双块式轨枕完成列车运行工作。双块式无砟轨道道床板一般是使用混凝土混合物建设的整体道床，道床板在列车运行过程中，不易发生变形问题。其中双块式无砟轨道道床板的功用如下：第一，双块式无砟轨道道床板主要是用于支撑轨枕进行工作，在支撑过程中，需要承受列车运行造成的大量压力，并将压力均匀得转移到轨道路基中，确保轨道的安全运行；第二，道床板可以固定双块式轨枕的位置，给轨道的横向运行提供大量阻力，确保双块式无砟轨道的稳定；第三，道床板可以给双块式无砟轨道提供弹性，最大程度避免在双块式无砟轨道长期运行下出现路基变形的情况，同时减缓列车运行对轨道造成的冲击；第四，道床板可以为双块式无砟轨道提供良好的排水性能，进而提高轨枕路基的荷载能力，避免出现双块式无砟轨道裂纹的情况；第五，道床板便于开展双块式无砟轨道的维修保养工作，及时校正轨道中平纵出现的断面。

3.2 双块式无砟轨道在裂纹前对道床板受力分析

在双块式无砟轨道出现裂纹前，对道床板已经产生一定的受力影响，需要对相应的受力影响进行分析，提高道床板的使用效率。双块式无砟轨道在出现裂纹前，一方面是对道床板的拉应力产生受力影响，另一方面是对道床板的钢筋应力产生受力影响。其中对道床板的拉应力产生受力影响，是由于道床板是混凝土浇筑的，属于刚性承载层，其抗拉的极限强度较小，当超过抗拉的极限强度时，则会出现道床板裂纹的问题。而道床板的钢筋应力产生受力影响时，是由于道床板在建设过程中，出现上层钢筋与下层钢筋的对比情况，上层钢筋的应力比下层钢筋的应力更大，导致上层钢筋作为应力的控制主体，从而影响双块式无砟轨道的钢筋屈服強度。通过对双块式无砟轨道裂纹前的道床板进行受力分析，可以为轨道的建设参数提供相应的数据参考，最大程度避免轨道板出现裂纹，延长其使用寿命。

3.3 双块式无砟轨道在裂纹后对道床板受力分析

双块式无砟轨道在列车运行过程中，受列车荷载作用的影响，对于轨道出现的不同裂纹进行分析，可以得出裂纹宽度与深度对道床板的受力影响[3]。双块式无砟轨道在裂纹后，无论是轨道表面裂纹还是轨道的深度裂纹对道床板的受力影响：第一，当列车的荷载发挥作用后，随着对轨道应力的不断增加，在轨道裂纹深度一致的情况下，轨道裂纹的宽度对道床板的拉应力以及钢筋应力影响较小；第二，当列车的荷载发挥作用后，随着对轨道应力的不断增加，在轨道裂纹宽度一致的情况下，轨道裂纹的深度对道床板的拉应力以及钢筋应力影响较大。故此，要高度注意双块式无砟轨道出现的深度裂纹，及时进行修复处理，避免对列车正常运行产生影响。

4 总结

综上所述，双块式无砟轨道是铁路建设较为先进的技术，需要注重轨道运行的使用情况。而双块式无砟轨道对道床板的要求较高，通过对其裂纹进行分析，可以确定裂纹对道床板的影响，注重对轨道裂纹的修复工作，延长双块式无砟轨道的使用情况。

参考文献：

[1]郝远行.基于断裂力学的连续双块式无砟轨道裂纹扩展研究[D].西南交通大学，2013.

[2]张勇.路基上双块式无砟轨道空间力学及裂缝特性研究[D].中南大学，2011.

[3]吴欢.含裂纹CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道受力分析[D].西南交通大学，2011.