2019创新项目推广 | 地铁板式无砟轨道设计施工一体化研究

日本是一个地震灾害比较频繁的国家，上世纪60年代，日本开发了一种单元板式无砟轨道结构技术并在新干线上成功运用。该结构由底座、CA砂浆层、轨道板、端头凸形挡台共同组成。其特点是板与板之间各自独立，道床为多层结构，互相分离。其道床稳定性通过轨道板端头的凸形挡块进行限制，同时，允许道床在纵向有一定位移，以释放温度应力对轨道结构的影响。板下CA砂浆通过布袋装填，高度可以调整，以达到方便维修的目的。轨道板为后张预应力结构，生产方式简单，容易控制。日本的运行实践经验表明，单元板式无砟轨道比较适合地质变化较大，地震较为频繁的国家和地区。我国在哈大、沪杭等客运专线铁路引进了日本板式无砟轨道技术，用过消化、吸收、再创新，定名为CRTSⅠ型板式无砟轨道。2005年，我国引进德国技术板式无砟轨道建设了的京津高速铁路，该道床结构由底座、沥青砂浆层、轨道板组成。在结构上，板与板之间采用刚性连接，道床横向通过挡块限位，板下沥青砂浆需要同轨道板底牢固粘结。在技术原理上体现了整体性强的特点，在一定程度上可以抵御地基不均匀沉降带来的危害。轨道板为单向先张法预应力结构，承轨台尺寸需要通过大型磨床进行处理。实践证明，该结构但存在温度应力难于释放，导致局部区段出现上拱或下凹的状况，维修较为困难。我国定名为CRTSⅡ型板式无砟轨道。2008年，中国在成都至都江堰铁路上开发了具有完全自主知识产权的新型板式无砟轨道。该板式无砟轨道的结构特点是道床为单元结构，轨道板下设置有门型钢筋，板下灌注自密实混凝土，轨道板与自密实混凝土形成复合板式结构，轨道板的纵横向位移通过板下凸台或凹槽进行限制，自密实混凝土之下设置有土工布隔离层，方便二次维修。该结构在我国定名为CRTSⅢ型板式无砟轨道。该结构在稳定性、耐久性，造价、减震降噪性能上优于引进技术，该技术在盘营客运专线铁路、武汉城际圈铁路、成绵乐客运专线铁路、沈丹科研专线铁路、郑徐客运专线铁路上大规模运用，具有极强的世界竞争力。

关键技术内容：

1．轨道板的理论分析及动力学特性分析；

2．轨道板的设计方案研究（减振效果预测、整体、结构、配筋、接口处理）；

3．地铁轨道板制作工艺研究；

4．轨道板施工工艺及工装设备研究；

5．轨道板室内试验及现场测试研究。

6．经济和社会效益评价

技术路线：

1、改善地铁轨道结构，使地铁轨道具有更好地可维修性；

2、道床施工完成的地铁枕面平顺度小于±2mm误差，减少轨道精调时间和修正材料用量；

3、减少钢轨波磨，减少维修工作量；

4、消除曲线地段啸叫声，降低振动噪音；

5、开发出适合于工业化生产的轨道板制造生产线；

6、开发出适合于地铁板式无砟轨道施工工装及设备，整体提高地铁轨道施工效率，达到150m/d水平；

7、开发出减震降噪多孔自密实混凝土。

1、地铁板式无砟轨道设计及制造技术

研发了新型地铁轨道结构，首次采用凹槽底座+隔离层+自密实混凝土+非预应力钢筋混凝土预制平板组合形成复合结构道床，提高了地铁道床的平顺性及维修性能。

2、地铁板式无砟轨道新材料技术

⑴ 轨道板制造材料中首次引用了丁苯胶乳，聚醋酸酯等有机高分子材料，适用于地铁环境潮湿及CO2浓度高的特点。

⑵ 研发的自密实混凝土品质和拌合物性能适用于地铁潮湿环境的要求。

3、地铁板式无砟轨道施工新技术

研发了适应地铁板式无砟轨道条件下的施工技术，包括：

⑴ 采用了一体式调整支架控制自密实混凝土灌注浮力，并可对轨道板精度进行精调。

⑵ 在圆形隧道内壁布置施工作业双通道，上通道为电动龙门吊作业通道，下通道为平板车运输通道，有效提高了施工效率。

1、地铁中首次使用板式结构道床，结构形式为：凹槽底座+隔离层+自密实混凝土+非预应力钢筋混凝土预制平板组合形成复合结构道床，提高了地铁道床的平顺性及维修性能。

2、轨道板制造材料中首次引用了丁苯胶乳，聚醋酸酯等有机高分子材料，适用于地铁环境潮湿及CO2浓度高的特点。

3、研发的自密实混凝土品质和拌合物性能适用于地铁潮湿环境的要求。主要指标为：自密实混凝强度等级为C35，弹性模量比同等级混凝土低20%，为2.52GPa。混凝土初凝时间4h≤S≤8h，终凝时间小于10h。胶凝材料总量宜小于550kg/m3，其中，矿物掺宜小于胶凝材料总量的35%。

4、在圆形隧道内壁布置施工作业双通道，上通道为电动龙门吊作业通道，下通道为平板车运输通道，有效提高了施工效率。

技术成果评价：

1、科技查新报告

2、专家组鉴定

地铁板式无砟轨道技术丰富了地铁道床的种类，使不同地址状况地区有了可选择的余地。该技术可提高道床的平顺性，减少列车运行振动噪音，提高地铁周边居民的环境质量。板式无砟轨道为多层结构，当地基出现不均匀沉降后可进行快速有效维修，提高轨道结构抵抗自然灾害的能力。与长枕埋入式道床一个作业面的施工速度相比，板式无砟轨道的施工速度可以大幅提高，但目前存在成本偏高的问题，需要有足够的产量来摊销成本，同时，今后需要在降低成本方面继续研究。

随着我国城市化进程的不断加快，城市基础设施特别是城市交通与城市发展的矛盾逐渐显现，城市轨道交通对整个城市的总体规划、促进和引导沿线规划建设和经济发展、改善城市公共交通状况、优化城市交通结构等方面都起到了积极作用。

目前，我国城市轨道交通已由单一的地铁发展到包括地铁、轻轨、单轨、市域快轨、磁悬浮、现代有轨电车和旅客捷运系统等制式，不过地铁仍是最主要的城市轨道交通制式。因为具备不占道路、快速安全、客运量大、速度快、干扰小、能耗低等优势，地铁已然成为现代城市的大动脉，备受各大城市推崇。

根据相关部门统计，截至2018年12月31日，中国内地累计有37个城市建成投运城轨线路5539.19公里，其中地铁4235.54公里，占线路总长的74.47%，远远高于轻轨、单轨、市域快轨等其他制式。

而据城乡建设部发布的最新数据，截至2017年底，中国城轨交通建成地铁线路长度已接近4000公里，达到3967.08公里，同比增长30.58%；而在2011年，建成地铁线路长度仅为1364.33公里。

从各省市建成地铁线路长度来看，截至2017年底，广东省建成线路长度最长，达到741.59公里；其次是上海市，建成地铁线路638.74公里；北京市排在第三，建成地铁线路599.00公里；另外，还有山西、内蒙古、吉林等省份尚无地铁建成。

尽管我国建成地铁线路已大幅提升，但在基建补短板趋势下，全国范围内依旧掀起了新一轮地铁建设热潮。截至2017年底，全国城轨交通在建地铁线路长度达到4574.38公里，同比增长5.02%。

分省份来看，广东省在建线路长度依旧最长，达到484.21公里；其次是江苏省，在建地铁线路455.87公里；接着是北京市、山东省和四川省，在建地铁线路长度均超过300公里，分别为381.20公里、353.45公里、337.47公里。

可以预见，在不久的将来，全国各大城市都将有四通八达的地铁网络，我国地铁行业也将走向成熟和繁荣，向现代城市注入了强大的生命力。未来的地铁交通工程将结合其他大型建筑地下自然延伸发展，将更加注重立体开发，充分利用地下空间，建立广泛的地下城，形成地下交通、地下商业、地下疏散干道的有机结合。

根据《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，到“十三五”末，全国城市轨道交通运营里程要达到6000公里。随着城市化进程的加快，城市客运市场将推动地铁的快速发展。同时，由于地铁建设能够带动城市经济的发展，达到要求的城市也都在进行规划。

此外，在基建投资成为拉动经济增长的引擎背景下，国家发改委也加快批复有关城市的城市轨道交通建设。据不完全统计，2019年初，全国已有重庆、济南、杭州、上海等多个城市轨道交通规划获批复。粗略计算，批复的轨道交通建设规划和高铁建设项目涉及投资总规模超9300亿元。地铁作为最主要的轨道交通制式，无疑将直接受益，发展前景一片大好。

最后，从技术层面来看，近年来轨道交通行业的技术正在逐步成熟，国产化率逐步提高，这为地铁行业的技术创新提供良好的技术环境；从产业机遇来看，中西部经济的崛起和旅游业的发展加速了中西部地区和旅游型城市轨道交通发展进程，这为地铁行业提供了新的市场发展机遇，也为我们推广地铁板式无砟轨道成套技术带来了良好的机会。

日本是一个地震灾害比较频繁的国家，上世纪60年代，日本开发了板式无砟轨道技术并在高铁中运用。该技术的特点是多层结构，互相分离。其道床稳定性通过挡块进行限制，同时，允许道床在纵向有一定位移，以释放温度应力对轨道结构的影响。道床高度可进行调整以方便维修，日本的运行实践经验表明，单元板式无砟轨道比较适合地质变化较大，地震较为频繁的国家和地区。

哈大、沪杭等客运专线铁路是我国引进和日本的板式无砟轨道技术建设的高速铁路，我国定名为CRTSⅠ型板式无砟轨道。该道床为单元结构，板与板之间各自独立，靠板中凸型挡台限制轨道板的纵横向位移。板与CA砂浆填充层分离，该结构具有较好地可维修性。

地铁板式结构道床为地铁轨道结构增加了新的选择，板式结构更适合于各种地质结构环境，增加了道床结构抵御自然灾害的能力，提高了施工质量和施工速度。存在的主要问题是造价略高于埋入式结构道床。主要原因是轨道板模型的制造费用较高，需要有足够的产量来摊销成本，同时，也增加了产品运、转、存费用，今后需要在降低成本方面继续研究。

1、地铁板式无砟轨道结构可以提高施工效率，与传统的长枕埋入式道床一个作业面的施工速度不超过80m/d相比，板式无砟轨道的施工速度可以达到150m/d以上。

2、提高道床的平顺性，减少列车运行振动噪音，提高地铁周边居民的环境质量。该种轨道结构技术造价低于浮置板轨道、橡胶套靴式减振轨道、减振扣件轨道，因此，具有很强的社会竞争力。

3、板式无砟轨道为多层结构，当地基出现不均匀沉降后可进行快速有效维修，提高轨道结构抵抗自然灾害的能力，提高了使用寿命，其综合效益好于现有埋入式道床结构。

4、预期建成年产4万块轨道板流水生产线，可以新增就业人员80余人，年增加地方税收2000余万元，并促进相关产业的发展。

Figure 1 轨道板模型

Figure 2 生产好的轨道板

Figure 3 轨道板初铺完成

Figure 4 自密实混凝土灌注

Figure 5 轨道板精调

（内容来自中国土木工程学会轨道交通分会，如有转载请标明出处）