高速铁路CRTS系列板式无砟轨道综合性能对比分析

高卿,周翠

高速铁路CRTS系列板式无砟轨道综合性能对比分析

高卿,周翠

河北轨道运输职业技术学院, 河北 石家庄 052165

无砟轨道以其高稳定性、高可靠性、高平顺性的突出优点，在我国多条高速铁路及客运专线上成功应用。然而无砟轨道在服役过程中出现了不同程度的病害，为保证无砟轨道的耐久性，选择合理的无砟轨道结构形式尤为重要。本文分析了CRTS系列板式无砟轨道的结构特点、适应性、经济性、施工性和可维修性。结果表明：CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的CA砂浆层具有温度敏感性，不适宜在高温或严寒地区使用，适用性较差，而CRTS Ⅲ型板式无砟轨道出现的病害最少，具有适应性，经济性和耐久性，建议优先推广使用具有完全自主知识产权的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道。

高速铁路; 无砟轨道; 综合性能

由于无砟轨道具有高平顺性、高稳定性、高可靠性等优点，在高速铁路、客运专线中被广泛应用[1-3]。从20世纪60年代初，我国研究人员通过“引进、消化吸收、再创新”，研发了CRTS系列无砟轨道结构[4,5]，包括CRTSⅠ型、Ⅱ型双块式无砟轨道和CRTS Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型板式无砟轨道。相关研究人员对我国无砟轨道结构特点及选型进行了相应分析[6-8]，为无砟轨道结构选型提供了一定的理论支撑。由于我国无砟轨道运营时间较短，对不同类型无砟轨道的结构特征、适应性、伤损情况、经济性等方面尚缺乏统一认识，且无砟轨道在服役过程出现了不同程度的伤损与病害，因此，开展无砟轨道综合性能对比分析，对我国高速铁路无砟轨道结构选型具有重要的指导意义。

运营实践表明，双块式无砟轨道为现浇结构且在新老混凝土结合面存在开裂、现浇混凝土与预制轨枕粘结失效等病害，同时现浇结构施工速率慢，工作量大等缺点显著。为此本文针对我国CRTS系列板式无砟轨道，从结构特征、适应性、施工性能、养护维修性能和经济性等方面开展对比分析，提出无砟轨道选型推荐方案，从而为我国高速铁路板式无砟轨道结构选型提供技术支撑。

1 板式无砟轨道技术特点对比分析

1.1 无砟轨道结构组成

我国的CRTS Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型板式无砟轨道结构分别如图1所示。

从图1可知，CRTS Ⅰ型板式无砟轨道由预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）层、凸形挡台和混凝土底座组成；CRTS Ⅱ型板式无砟轨道由预制轨道板、CA砂浆层、支承层或混凝土底座组成；CRTS Ⅲ型板式无砟轨道是完全具有我国自主知识产权的创新结构，主要由预制轨道板、自密实混凝土层和混凝土底座组成。

图 1 CRTS系列板式无砟轨道结构

1.2 无砟轨道的主要技术特点

1.2.1 结构特征CRTS Ⅰ型、CRTS Ⅲ型板式无砟轨道纵向上是分块的，而CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向连续。分块的单元结构承力与传力路径明确，而纵向连续结构的受力相对复杂。CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的垂向荷载通过钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆层和底座传递至下部基础，纵、横向荷载通过凸形挡台传递至底座再传递至下部基础；CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的垂向荷载则通过钢轨、扣件、预制轨道板、自密实混凝土层和混凝土底座传递至下部基础，纵、横向荷载通过限位凹槽传递至底座再传递至下部基础；CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的垂向荷载也是钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆层和底座传递至下部基础，CA砂浆层传递部分纵、横向荷载，限位挡台则主要承受横向荷载。当CRTS Ⅱ型板式无砟轨道应用于桥梁地段时，还需设置端刺、两布一膜滑动层、摩擦板等附属结构（图2）。

图 2 桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道

由于CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道均有CA砂浆层，CA砂浆层对温度非常敏感，且CA砂浆的耐久性较差，因此CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的耐久性主要取决于CA砂浆。为此，国内研究人员通过自密实混凝土取代CA砂浆层，创新研发的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道能适应的温度范围广，从而可适用于不同的地区，且具有更好的耐久性。

1.2.2 施工特性CRTS系列板式无砟轨道的轨道板均为预制结构，生产效率高，质量容易控制，但需要建立专门的轨道板预制厂，购置生产模具，制定严格的生产工序和流程，同时还要考虑轨道板的存储和运输[9]。现场施工时，不同的无砟轨道结构施工工序及所用的施工设备也不一样。

CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道均有CA砂浆层，CA砂浆在大规模灌注施工前需要进行大量的工艺试验；对于桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道，施工时的工序更为复杂，不仅要严格控制轨道板的锁定轨温，还要打磨桥梁梁面铺设两布一膜滑动层，在桥梁的梁端还需设置高强挤塑板，因此桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的施工质量很难控制。

由于CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅲ型板式无砟轨道在路、桥、隧地段的结构形式一样，因此所需施工装备更少。对于CRTS Ⅲ型板式无砟轨道，创新采用自密实混凝土层替代对温度敏感的CA砂浆层，没有繁琐的工艺性试验，且不需要专门的施工设备，因此CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的施工性最优。

在CRTS系列板式无砟轨道中，CRTS Ⅰ型板式无砟轨道为无挡肩结构，可通过扣件实现无级调整，钢轨精调工作量较大；CRTS Ⅱ型和CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的承轨槽为有挡肩结构，CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的承轨槽采用数字化机械打磨，一旦轨道板精调到位后，现场钢轨精调工作较少，施工进度快；CRTS Ⅲ型板式无砟轨道通过可调模板实现不同的几何尺寸，现场钢轨精调工作量介于CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道之间[10]。

1.2.3 养护维修特性CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅲ型板式轨道均为分块结构，在结构高度方向，CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的轨道板与底座之间通过砂浆调整层隔离，CRTS Ⅲ型板式轨道采用土工布隔离自密实混凝土与混凝土底座，因此后期运营中的可维修性较强。而CRTS Ⅱ型板式无砟轨道为全纵连结构，后期的养护维修工作量较大，维修时需要进行截断轨道板及底座锚固，养护维修困难。

1.2.4 工程造价由参考文献[11]可知，无砟轨道的铺轨公里指标相差不大，决定无砟轨道造价的主要因素是无砟轨道道床类型和桥隧比例。不同类型无砟轨道的工程造价如表1所示。

表 1 不同类型无砟轨道的工程造价

从表1可以看出，无砟轨道在隧道地段的造价最低，其中CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的桥梁地段造价最高，CRTS Ⅰ型板式轨道在路基和隧道地段的造价最高。从无砟轨道的初期投资、养护维修、施工装备投入等方面的综合经济效益考虑，CRTS Ⅲ型板式无砟轨道具有较好的经济性。

2 板式无砟轨道主要伤损对比分析

通过无砟轨道现场调研，发现CRTS系列板式无砟轨道在服役过程中出现的病害存在显著差异。

2.1 CRTS Ⅰ型板式无砟轨道

对于CRTS Ⅰ型板式无砟轨道运营过程中出现的典型病害主要是CA砂浆层与轨道板的离缝、脱空，CA砂浆层破损等（图3）。一旦CA砂浆层与轨道板离缝严重，将造成轨道结构受力增大，加剧列车与轨道的振动，不利于行车安全与稳定性[12-14]。另外，凸形挡台周围的树脂砂浆也出现离缝现象。在服役过程中，CA砂浆层与底座板，底座板级配碎石层之间出现冒白浆的现象，容易发展成CA砂浆层与底座板之间、底座板与路基之间出现脱空，也将影响轨道的服役寿命和行车安全性[15]。

图 3 CA砂浆层伤损或缺陷

图 4 层间冒白浆

轨道板、底座及砂浆的伤损和离缝一般均采取注浆封堵修补方法进行整修，可利用天窗时间进行整修，对线路运营基本无影响。

2.2 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道

在CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的服役过程中，同样出现了CA砂浆层与轨道板离缝、脱空等病害，同时还出现了轨道板开裂，轨道板宽接缝处开裂等病害，如图5、图6所示。由于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道为纵连结构，在整体升降温下，还容易出现轨道板上拱。

图 5 轨道板开裂

图 6 轨道板宽接缝处开裂

对于离缝、脱空、轨道板开裂等病害，可采用注浆或者抹浆的方法整治，而一旦出现轨道板上拱，则需要在轨道板纵连锁定温度范围内进行应力放散，并下压上拱的轨道板并锚固，最后对砂浆层离缝进行修补，然后重新锁定轨道板。施工工序繁琐，甚至影响线路正常运营。

2.3 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的主要病害是自密实混凝土与混凝土底座离缝及轨道板和底座板存在开裂的情况，且CRTS Ⅲ型板式无砟轨道出现的病害程度均较轻，整修时基本不影响线路运营。

从上述分析可知，CRTS Ⅲ型板式无砟轨道伤损情况最轻，且维修较为容易，维修期间对线路运营基本无影响，而纵连的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构，出现的伤损情况较为严重且养护维修困难，容易给运营产生不利影响。

3 结论

本文通过对CRTS系列板式无砟轨道的主要技术特点、施工特性、可维修性、经济性、服役过程中出现的病害程度等方面综合分析，得到如下结论及建议：

（1）CRTS Ⅰ型和CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的CA砂浆层具有温度敏感性，不适宜在高温或严寒地区使用，适用性较差，而CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的适应性较强；

（2）考虑全寿命周期成本，CRTS Ⅲ板式无砟轨道病害最少，具有较好的经济性和耐久性；

（3）综合以上因素，同时考虑我国高速铁路“走出去”的战略，应优先推广采用具有完全自主知识产权的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道。

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Contrasted Analysis of the Comprehensive Performances of CRTS Series Ballastless Tracks on High-speed Railway

GAO Qing, ZHOU Cui

052165,

Ballastless track has prominent advantages of high stability, high reliability, high smooth which has been used in the high speed railway in China. In the service of ballastless track, different degree of diseases has been appeared. In order to ensure the durability of ballastless track, the selection of reasonable ballastless track types is very important. This paper analyzed CRTS series’ the structure features, adaptability, economy, construct ability and maintainability. The results showed that CA mortar layers of CRTS Ⅰ and CRTS Ⅱ were too sensitive for temperature to be suitable for a hot or cold region, however CRTS Ⅲ had a little of diseases and a strong suitability, economy and durability to be proposed to use firstly.

High-speed railway; ballastless track; comprehensive performance

U213.2+44

A

1000-2324(2019)02-0236-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.02.013

2018-02-04

2018-03-11

高卿(1970-),女,硕士,高级工程师,研究方向:土木工程，铁道工程技术，建筑工程技术. E-mail:zj950216@163.com