高速铁路无碴轨道设计关键技术

李照超

中铁第四勘察设计研究院集团有限公司 湖北省武汉市 430063

【摘要】本文旨在探讨高速铁路无碴轨道设计关键技术，以提高轨道的设计质量和施工效率，满足高速铁路系统的需求。作者在阐述无碴轨道的定义及优势的基础上，具体分析高速铁路无碴轨道设计的关键技术，为具体实践提供经验和建议。

【关键词】无碴轨道；定义；轨道设计；施工技术；

引言

随着现代交通技术的不断发展，高速铁路作为一种高效、环保、安全的交通方式，受到了越来越多国家的关注和重视。在高速铁路系统中，无碴轨道是确保列车平稳运行和安全行驶的重要基础设施之一。高速铁路无碴轨道设计关键技术的研究，对于提高列车行驶的稳定性、降低噪音和振动、延长轨道使用寿命等方面具有重要意义。

本研究的意义在于提出高速铁路无碴轨道设计关键技术的创新思路和方法，为高速铁路无碴轨道的设计和建设提供科学的理论指导和实践经验。通过提高轨道的设计质量和施工质量，可以提高高速铁路的运行效率，减少运营成本，提高列车的安全性和乘客的舒适性。

一、高速铁路无碴轨道的定义、优势

无碴轨道是指轨道上没有碴石或碴石含量非常低的轨道。它采用了特殊的设计和材料，以减少列车行驶时产生的碴石和噪音，并提供更稳定和舒适的运行环境。无碴轨道通常由一层特殊的轨道基床和一种特殊材料制成的轨枕组成[1]。

无碴轨道具有许多优点，首先，它可以减少碴石的产生，因为无碴轨道采用的特殊设计和材料，可以有效地减少列车行驶时产生的碴石数量，从而减少噪音和振动，改善乘客的乘坐体验，也减少了对周围环境的干扰和污染[2]。其次，它有利于提高运行稳定性。因为无碴轨道的设计和建设考虑了列车的运行速度和载荷等因素，以确保轨道的稳定性和安全性，所以它具有较高的承载能力和抗变形能力，可以保持轨道的平直度和水平度。同时，无碴轨道采用了耐磨、耐腐蚀的材料，并采用了特殊的施工工艺和维护管理措施，以延长轨道的使用寿命。这也可以降低维护和更换成本，提高铁路系统的可靠性和经济性。此外，无碴轨道还可以减少能耗和碳排放，为可持续发展做出贡献。

二、高速铁路无碴轨道设计的相关关键技术

2.1 无碴轨道的测量技术

在无砟轨道的施工过程中，准确的测量是非常重要的，它涉及到轨道的几何和位置的精确控制。在无砟轨道的线下施工阶段，控制网的加密和复测是测量的主要工作之一。通过加密控制网的布设，可以提高测量的准确性和精度，在施工过程中需进行复测以确保测量结果的一致性和可靠性。

其次，CPⅢ控制网的布设也在考虑范围内。CPⅢ控制网是为了保证轨道的几何形状和位置的准确控制而设置的。通过布设CPⅢ控制网，可以实时监测轨道的位置和形状，并根据需要进行调整和修正；同时，无砟轨道的平面测量需要满足五等导线精度的要求。五等导线是一种较高精度的测量控制线，其精度要求为±(2mm+1:10000)。通过使用五等导线进行平面测量，可以保证轨道位置的准确性和稳定性。

出于保证控制点的精度不受外界环境变化的影响的考虑，需要对控制点进行加固处理，一种常用的方法是使用钢筋混凝土进行包桩，以增加其稳定性和耐久性。此外，起闭二等水准点的精密水准测量是高程测量的一种方法。该方法要求测量的水准线路长度不超过2km，通过测量得到高程数据，保证轨道的高程控制的精准性。

最后，在无砟轨道的竣工阶段，需要进行强化基桩测量和轨道几何形状测量。强化基桩测量是为了验证控制点和辅助控制点的位置和精度，而轨道几何形状测量是为了确保轨道的几何形状满足设计要求，包括轨距、轨高和轨向等参数的测量和校正。

2.2 水硬性混凝土支承层的铺设技术

水硬性混凝土支承层是高速铁路无碴轨道的重要组成部分，用于增强轨道的稳定性和承载能力[3]。

首先，水硬性混凝土支承层的材料选择应考虑到强度、耐久性和可持续性，通常包括高强度水泥、矿渣粉等作为胶凝材料，配合细骨料和粗骨料形成混凝土。此外，还可以加入掺合料和化学添加剂来提高混凝土的性能。并且水硬性混凝土支承层的设计厚度应根据轨道的使用要求和地质条件进行合理确定。一般来说，厚度较厚的支承层能够提供更好的承载能力和稳定性。

水硬性混凝土支承层的施工工艺包括模板安装、混凝土搅拌和浇筑等环节。模板应符合设计要求，并能够提供良好的支撑和定位。混凝土的搅拌和浇筑应控制好水灰比、搅拌时间和浇筑速度等参数，确保混凝土的均匀性和致密性。

水硬性混凝土支承层的铺设可以采用机械化铺设或者手工铺设。机械化铺设可以提高施工效率和工作质量，但需要合理选择施工机械并进行施工参数的控制。手工铺设适用于小面积的施工区域。

水硬性混凝土支承层铺设后，需要进行适当的养护措施来保证混凝土的强度和耐久性。养护措施包括对混凝土进行湿养、覆盖养护和固定架设等，以保持混凝土的湿度、温度和强度发展。根据实际工程需求和设计要求，合理布置伸缩缝的位置和尺寸。在混凝土硬化之后，使用锯切等工具进行切割，将伸缩缝开凿出来，以达到缓解混凝土自然收缩和温度变化所产生的应力的目的。通常伸缩缝隙在混凝土表面留下深度在10cm左右，间距为5m左右。

2.3 轨道安装的定位技术

轨道安装定位是高速铁路无碴轨道设计中的一项关键工作，主要用于确保轨道的准确定位。在轨道安装前，先安装工具轨和铺设轨枕，这些轨道元素用于辅助安装和定位轨道，设置好定位线。在定位线上按照设计要求设置定位桩，定位桩的安装要求准确，以确保轨道安装的位置和方向正确。在设置定位桩时，要注意水平度和垂直度的控制，以保证轨道安装的精度。在定位桩上放置定位垫，以确保轨道的准确安装。定位垫可以使用橡胶垫、塑料垫等材料，具有一定的弹性和可调节性，可以用来调整轨道的高度和水平度。

在定位和调整轨道时，工具轨枕的安装和轨枕铺设通常需要用到散枕机。散枕机是一种通过支撑架和双向调整轴架来调整轨道定位的挖掘机，其具有液压轨枕钳，可以通过轨枕钳吊装和摆放轨枕。水准仪是进行轨道面的高程测量的有力工具，我们通常用其来进行轨道高程测量，并且为了将标高控制在合理范围内，竖直调整装置也是必不可少的。在安装定位支座时，我们通常利用全站仪的复核作用，钻好孔后，将定位支座安装好。

2.4 道床板的混凝土浇筑技术

在混凝土准备好后，立即将其倒入道床板的模具中，进行混凝土入模处理，入模处理要确保混凝土均匀分布并排除空隙。振捣是混凝土浇筑过程中非常重要的一个环节，其作用是使混凝土达到更高的密实度和均匀性。首先，振捣的时间应该掌握的恰到好处，如果振捣时间过短，混凝土密实性差，混凝土内孔隙率高，影响混凝土的强度；如果振捣时间过长，混凝土会因过度振捣而使其内部产生过多的孔隙，降低混凝土的强度。其次，振捣的强度不能太大，以避免出现混凝土内部分层和浮渣现象，影响混凝土的密实性。同时，也应注意振捣的均匀性，不要出现振捣重心不均匀的现象。

在振捣时，可以采用手持电动振捣器、振动锤等设备进行振捣，采用交错式振捣方法，从混凝土的一侧开始振捣，并依次向混凝土的另一侧振捣。这样可以使混凝土中的气泡和杂物逐渐向表面排出。振捣的位置应该选择离钢筋较远的地方，以免损伤钢筋，也需要注意振捣和钢筋的配合，避免振捣过程中钢筋被插穿或被折断。在混凝土刚刚浇注时，应该先用抹光棒将混凝土表面抹平后，再进行振捣。在混凝土表面没有水泥浆流动时，可以停止振捣。振平后，使用人工工具进行抹平，以确保道床板的表面平整。同时，要确保道床板的设计符合相关规定和标准。在道床板混凝土浇筑后的2到5小时内，松开双向调整轴架的竖直螺栓。这样可以确保道床板在固结过程中不会受到限制，保证混凝土的正常收缩和固结。

三、结论

在未来，随着高速铁路的不断发展和技术进步，高速铁路无碴轨道设计关键技术的研究和应用将面临更多的挑战和机遇。本论文的研究成果将为高速铁路无碴轨道的设计与建设提供技术支持和参考，为推动高速铁路建设和发展做出贡献。

【参考文献】

[1]周保安,吴剑,王立川等.基于行车安全的ZJY高铁隧道底隆致无碴轨道变形处置实践与探讨[J].隧道建设(中英文),2021,41(03):474-482.

[2]晋永荣,陈晓丽.高速铁路无碴轨道对动车组转向架气动噪声的影响研究[J].科技创新与生产力,2021,(03):78-81.

[3]杜金峰.高速铁路桥梁CRTS双块式无碴轨道施工技术[J].交通世界,2023,(11):8-10.