歐洲與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)對比研究

尤瑞林

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

歐洲與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)對比研究

尤瑞林

（中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）下屬的TC269（軌道交通領(lǐng)域技術(shù)委員會）正在開展鐵路行業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)編制研究工作，混凝土軌枕國際標(biāo)準(zhǔn)是其中的一項重要研究內(nèi)容。中國是TC269的成員國，將參與混凝土軌枕國際標(biāo)準(zhǔn)的制定。本文從標(biāo)準(zhǔn)體系劃分、設(shè)計荷載計算方法、強(qiáng)度試驗方法、型式尺寸控制、原材料、生產(chǎn)工藝要求等方面對比研究了歐洲與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)之間的異同。對比發(fā)現(xiàn)，歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)不僅在體系的劃分上不同，而且具體內(nèi)容在上述幾個主要方面均存在不同程度的差異。因此建議中國在參與混凝土軌枕國際標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，系統(tǒng)開展相關(guān)研究和試驗工作，為中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)與世界接軌提供有力支撐。

混凝土軌枕；歐洲標(biāo)準(zhǔn)；中國標(biāo)準(zhǔn)；對比研究

1　概述

軌枕是軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件，軌枕按其材質(zhì)分為木枕、混凝土枕、鋼枕和復(fù)合材料軌枕等，其中混凝土軌枕在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛［1-4］。目前，世界上鐵路發(fā)展水平較高的國家和地區(qū)均制定了各自的混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)。歐洲混凝土軌枕執(zhí)行《鐵路應(yīng)用-軌道-混凝土軌枕和岔枕》（EN 13230）系列標(biāo)準(zhǔn)。中國也已發(fā)布了多項混凝土軌枕的鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：《混凝土枕》、《高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕》和《高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋枕》等。近期中國完成了國家標(biāo)準(zhǔn)《有砟軌道軌枕混凝土枕》報批稿編制，很快將會發(fā)布實施。

隨著全球化的發(fā)展，為實現(xiàn)世界范圍內(nèi)鐵路的互聯(lián)互通，ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）正在推進(jìn)鐵路行業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，TC269是ISO在軌道交通領(lǐng)域新設(shè)立的技術(shù)委員會，旨在編制軌道交通領(lǐng)域的國際通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，中國是該委員會的成員國。TC269下屬的基礎(chǔ)設(shè)施分委員會（SC1）已經(jīng)成立了“混凝土軌枕工作組”，開展混凝土軌枕的國際標(biāo)準(zhǔn)編制工作。未來“混凝土軌枕工作組”將參考EN 13230系列標(biāo)準(zhǔn)，同時兼顧世界各個國家和地區(qū)軌枕標(biāo)準(zhǔn)的實際情況來編制混凝土軌枕的國際標(biāo)準(zhǔn)。

在此背景下，積極開展中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)對比研究，將有利于推動中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。

2　歐洲與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)對比

2.1混凝土標(biāo)準(zhǔn)體系劃分

2.1.1歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系

《鐵路應(yīng)用-軌道-混凝土軌枕和岔枕》（EN 13230）系列標(biāo)準(zhǔn)由歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會（CEN）發(fā)布，在歐洲地區(qū)33個成員國內(nèi)執(zhí)行，具有英語、法語和德語3個官方語言版本［5-9］。EN 13230系列標(biāo)準(zhǔn)按照一般要求及不同類型軌枕的特殊要求劃分為5個部分：①一般要求；②整體式預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕；③雙塊式混凝土軌枕；④預(yù)應(yīng)力混凝土岔枕；⑤特殊部件（包括橋枕、無砟軌道用軌枕、雙軌距軌枕、電務(wù)枕等）。

2.1.2中國標(biāo)準(zhǔn)體系

中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)中軌枕分為國家標(biāo)準(zhǔn)、鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等不同級別的標(biāo)準(zhǔn)，目前以鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主。中國現(xiàn)行混凝土軌枕鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［10-16］主要包括：①預(yù)應(yīng)力混凝土枕靜載抗裂試驗方法（TB/T 1879）；②預(yù)應(yīng)力混凝土枕疲勞試驗方法（TB/T 1878）；③混凝土枕（TB/T 2190）；④有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土寬枕（TB/T 3298）；⑤高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋枕（TB/T 3299）；⑥高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕（TB/T 3300）；⑦有砟軌道混凝土岔枕（TB/T 3080）。

其中前2項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中國鐵路混凝土軌枕力學(xué)性能試驗方法，包括靜載及疲勞試驗。其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同運(yùn)營條件下混凝土軌枕、岔枕及橋枕等不同類型軌枕的原材料、生產(chǎn)工藝、檢驗規(guī)則等具體技術(shù)要求。2016年4月，中國完成了《有砟軌道軌枕混凝土枕》國家標(biāo)準(zhǔn)的報批稿，未來中國鐵路各類混凝土軌枕的標(biāo)準(zhǔn)將趨于統(tǒng)一。

2.1.3對比分析

對比歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系與中國鐵路行業(yè)混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系可以看出：

1）歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系劃分的依據(jù)不同，歐洲混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系是按照一般要求和具體類型軌枕的特殊要求編制，中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)體系則是按照線路速度及軌枕類型等因素進(jìn)行劃分。

2）歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系對軌枕類型的劃分較為粗獷，但涵蓋面較廣，利于將不同類型軌枕的技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)一管理。中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)劃分較為細(xì)致，便于生產(chǎn)廠家針對定型的軌枕進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量控制，但不同軌枕標(biāo)準(zhǔn)之間存在內(nèi)容重復(fù)和指標(biāo)不統(tǒng)一的情況，未來中國混凝土軌枕國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施后可解決這一問題。

2.2軌枕設(shè)計荷載計算方法

2.2.1歐洲方法

目前歐洲混凝土軌枕設(shè)計荷載是按照《整體式混凝土軌枕設(shè)計方法》（UIC 713 R）中規(guī)定的方法計算得到的，UIC 713 R中規(guī)定混凝土軌枕設(shè)計枕上垂直動壓力通過下式計算［17］。

式中：Q0為列車的靜軸重，kN；γv為正常使用狀態(tài)由于軌道結(jié)構(gòu)以及車輛不平順引起的動態(tài)荷載增量，推薦列車速度V＜200 km/h時取0.50，V＞200 km/h時取0.75；γp為扣件系統(tǒng)的彈性對枕上動壓力沖擊衰減的系數(shù)，配套低衰減扣件時取1.0，配套中等衰減扣件時取0.89，配套高衰減扣件時取0.78；γd為列車輪載在軌枕間的分配系數(shù)，推薦取0.5；γr為由于支承的缺陷導(dǎo)致軌枕在道床內(nèi)支承反力變化的影響系數(shù)，推薦取1.35。

2.2.2中國方法

中國混凝土軌枕設(shè)計時，枕上垂直動壓力采用下式計算［18-19］。

式中：Rd為軌枕枕上垂直動壓力，kN；P0為靜輪重，kN，為設(shè)計軸重的1/2；α為綜合動載系數(shù)，高速鐵路取2.0、重載鐵路取1.5、其他取1.0；γ為輪重分配系數(shù)，可根據(jù)鋼軌類型、鋼軌支座剛度及軌枕間距取值，典型工況取0.48。

2.2.3對比分析

對比歐洲與中國軌枕設(shè)計荷載計算方法可以看出：

1）歐洲軌枕設(shè)計時，枕上動壓力考慮的因素較多，而且每種影響因素均以影響系數(shù)的形式在計算公式中體現(xiàn)；中國軌枕設(shè)計時，枕上動壓力計算是以綜合動載系數(shù)來統(tǒng)一考慮不同因素的影響，因此計算公式較為簡潔。

2）歐洲軌枕設(shè)計過程中除了考慮基本荷載彎矩外，還通過考慮附加沖擊系數(shù)的方式，確定軌枕異常荷載彎矩以及意外事故沖擊導(dǎo)致的荷載彎矩。這兩個彎矩值也是歐洲標(biāo)準(zhǔn)中軌枕強(qiáng)度測試的重要指標(biāo)。中國軌枕設(shè)計計算時，主要以設(shè)計荷載彎矩作為軌枕強(qiáng)度的控制條件。

另外，歐洲軌枕設(shè)計時所采用的支承反力圖式與中國相似，但計算軌下截面荷載彎矩時，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中是以軌枕中性軸作為計算基準(zhǔn)，而中國軌枕設(shè)計時將軌枕看作梁來直接計算。

2.3軌枕強(qiáng)度試驗方法

2.3.1歐洲標(biāo)準(zhǔn)

歐洲EN 13230標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了軌枕靜載、動載和疲勞彎曲的試驗方法，其中動載試驗在世界其他國家鐵路標(biāo)準(zhǔn)中均不要求，而且歐洲標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的靜載、動載和疲勞彎曲試驗的步驟也較為復(fù)雜。以下以軌下截面正彎矩的試驗方法為例，對比歐洲標(biāo)準(zhǔn)與中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)度試驗方法之間的差異。

EN 13230規(guī)定的軌下截面正彎矩試驗布置見圖1。圖中Fr為軌下截面試驗加載值，Lr為枕端至加載中線的距離，Lp為支承點之間的距離，Lr與Lp之間的關(guān)系由給定的公式確定。軌下截面正彎矩靜載、動載及疲勞試驗程序分別見圖2至圖4。圖中Fr0為軌下截面初始的試驗荷載，F(xiàn)rr為軌下截面底部產(chǎn)生第一條裂縫時的試驗荷載，F(xiàn)r0.05為卸載后在軌下截面底部殘余裂縫寬度0.05 mm時的試驗荷載，F(xiàn)rB為軌下截面破壞時的試驗荷載，F(xiàn)ru為軌下截面疲勞試驗的最低荷載，k1d為用于計算Fr0.05試驗荷載的動態(tài)系數(shù)，k2d為用于計算FrB試驗荷載的動態(tài)系數(shù)。

圖1　軌下截面正彎矩試驗支承圖式

2.3.2中國標(biāo)準(zhǔn)

中國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軌枕強(qiáng)度試驗方法相對簡便，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給定的支承條件，按照不同類型軌枕設(shè)計指定的檢驗荷載值，直接緩慢加載即可，無繁瑣的加載程序。圖5為軌下截面正彎矩試驗的支承圖式（靜載和疲勞試驗的支承圖式相同）。

2.3.3對比分析

通過以上對比可以看出：歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)度試驗方法差異較大，歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗程序相對較為復(fù)雜，而且額外增加了動載試驗的要求。另外，不僅強(qiáng)度試驗的具體方法有所區(qū)別，而且歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度試驗過程中檢驗荷載值的計算方法也有所不同，這也是軌枕強(qiáng)度檢驗結(jié)果的重要影響因素。

2.4軌枕型式尺寸控制

2.4.1歐洲標(biāo)準(zhǔn)

歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對于各類軌枕型式尺寸的檢驗項目有一定差異，具體項目極限偏差取值也有所不同。表1是歐洲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的型式尺寸極限偏差要求。

圖2　軌下截面正彎矩靜載試驗程序（設(shè)計認(rèn)可檢驗用）

圖3　軌下截面動載試驗程序

圖4　軌下截面疲勞試驗程序

圖5　軌下截面正彎矩試驗的支承圖式（單位：mm）

表1　歐洲標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕型式尺寸偏差要求

歐洲混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對外觀質(zhì)量要求如下：①軌枕上表面和其他表面外觀應(yīng)一致；②在任何表面允許存在隨機(jī)分布的氣孔；③用于有砟軌道的軌枕，底面應(yīng)粗糙且均勻分布；④應(yīng)特別注意，對于承軌面位置不允許出現(xiàn)大的孔洞，所有外觀質(zhì)量的最低要求需買方和供應(yīng)商均同意，并且應(yīng)出具樣品或者是照片；⑤如果軌枕制造過程的工藝細(xì)則中已經(jīng)有詳盡的步驟說明，在不影響軌枕力學(xué)性能的前提下，軌枕脫模后可以進(jìn)行局部修補(bǔ)工作。

2.4.2中國標(biāo)準(zhǔn)

表2是中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的型式尺寸偏差及外觀質(zhì)量要求。

表2　中國標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕型式尺寸偏差及外觀質(zhì)量的要求

2.4.3對比分析

通過以上對比可以看出：①歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕的外形尺寸偏差要求和外觀質(zhì)量要求有所不同。相對而言，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗項目較為具體，而且大部分指標(biāo)的限值更為嚴(yán)格，尤其是對外觀質(zhì)量的要求。②對于關(guān)鍵的項目歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中均提出了一定的要求，但由于各自國家和地區(qū)的具體情況不同，規(guī)定的數(shù)值不統(tǒng)一，這可在后期國際標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中共同討論研究。

2.5原材料性能要求

歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對原材料性能的要求對比于表3。

表3　歐洲和中國軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對原材料性能的要求對比

表4　歐洲和中國軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕生產(chǎn)工藝的要求對比

由表3可以看出：

1）歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕的原材料性能均有相關(guān)規(guī)定，但具體指標(biāo)有一定差異，原材料的性能主要是根據(jù)各國的工程實踐經(jīng)驗，滿足各國混凝土材料方面的標(biāo)準(zhǔn)。對于原材料關(guān)鍵項目歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中均提出了一定的要求，但規(guī)定的數(shù)值并不完全統(tǒng)一，這也可在后期國際標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中共同討論研究。

2）總體而言，中國鐵路混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對原材料性能的要求相對較嚴(yán)，如三氧化硫含量不應(yīng)大于3.0%（歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大含量為4.0%）、骨料堿活性檢驗至少每年檢驗1次（歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為至少每2年檢驗1次）、細(xì)骨料采用天然中粗河砂、強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C60（歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為不低于C45/C55）等。另外在混凝土的耐久性指標(biāo)中，中國標(biāo)準(zhǔn)中相對于歐洲標(biāo)準(zhǔn)增加了氯離子含量、三氧化硫含量、電通量以及氯鹽環(huán)境下使用的軌枕的氯離子擴(kuò)散系數(shù)等規(guī)定。

3）歐洲標(biāo)準(zhǔn)相對于中國標(biāo)準(zhǔn)增加了混凝土吸水性試驗和細(xì)骨料的耐磨性試驗要求，這兩項試驗在中國軌枕標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求。

2.6生產(chǎn)工藝要求

歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕生產(chǎn)工藝的要求對比見表4。

由表4可以看出：對于軌枕生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵工序，歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定也有所不同?？傮w來看，中國規(guī)定的制造工藝要求更為細(xì)致具體，除了養(yǎng)護(hù)和放張以外，中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對于預(yù)應(yīng)力鋼絲的下料偏差、預(yù)應(yīng)力施加工藝、脫模后的養(yǎng)護(hù)等也給出了具體的規(guī)定。

3　結(jié)論

綜合對比研究可以看出，歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)不僅在體系的劃分上不同，而且具體內(nèi)容在以下幾個主要方面也存在一定差異。

1）歐洲和中國混凝土軌枕設(shè)計的方法不同，枕上動壓力和荷載彎矩計算方法也存在一定差異，這就導(dǎo)致在相同運(yùn)營條件下，設(shè)計出的軌枕承載能力有所不同，相應(yīng)的檢驗荷載也存在差異。

2）歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軌枕強(qiáng)度試驗方法有一定的差別，歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗程序相對較為復(fù)雜，而且額外增加了動載試驗的要求。另外，歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度試驗過程中檢驗荷載值的計算方法也有所不同，這會對軌枕強(qiáng)度檢驗結(jié)果產(chǎn)生重要影響。

3）歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的型式尺寸偏差和外觀質(zhì)量要求有所不同。相對而言，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗項目較為具體，且大部分指標(biāo)的限值更為嚴(yán)格，尤其是對外觀質(zhì)量的要求。對于關(guān)鍵的檢驗項目歐洲和中國軌枕標(biāo)準(zhǔn)中均提出了一定的要求，但由于各國的具體情況不同，規(guī)定數(shù)值不統(tǒng)一，可在后期國際標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中共同討論。

4）歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)中對軌枕的原材料性能均有相關(guān)規(guī)定，但由于各國的具體情況不同，規(guī)定的具體數(shù)值有所不同。

5）對于軌枕生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵工序，歐洲和中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也有差別?？傮w來看，中國規(guī)定的制造工藝要求更為細(xì)致具體。

歐洲和中國混凝土軌枕都已經(jīng)發(fā)展多年，具有各自成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，由于各個國家和地區(qū)實際運(yùn)營、軌枕生產(chǎn)工藝、養(yǎng)護(hù)維修體制等情況存在差異，標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容均有所不同，因此建議中國在參與混凝土軌枕國際標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，系統(tǒng)開展相關(guān)研究和試驗工作，為中國混凝土軌枕標(biāo)準(zhǔn)與世界接軌提供有力支撐。

［1］陳秀方.軌道工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［2］蔡小培，曲村，高亮.國內(nèi)外高速鐵路橋上有砟軌道軌枕結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011（11）：5-11.

［3］李斌，劉學(xué)毅.混凝土軌枕抗力的影響因素及其計算方法研究［J］.鐵道學(xué)報，2011（6）：94-98.

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［10］中華人民共和國鐵道部.TB/T 1879—2002預(yù)應(yīng)力混凝土枕靜載抗裂試驗方法［S］.北京：中國鐵道出版社，2002.

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［17］International Union of Railway.UIC 713 R，Design of Monoblock Concrete Sleepers［S］.Paris：International Union of Railway，2004.

［18］中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所.預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕設(shè)計方法［R］.北京：中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，1994.

［19］尤瑞林，范佳，劉偉斌，等.30 t軸重重載鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕設(shè)計研究［J］.鐵道建筑，2015（1）：113-118.

Comparison Research on Concrete Sleeper Standards of Europe and China

YOU Ruilin
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

T C 269（T echnical committee for the railway transit industry）of ISO（International Organization for Standardization）is carrying out the international standardization formation research work for all products and services specifically related to the rail industry and the international standard of concrete sleeper is one of the important content.As a T C269 member state，China will participate in the international standard formation of concrete sleepers.T his paper compared and studied the similarities and differences between European and Chinese concrete sleeper standards from such aspects as the standard system division，load calculation method design，strength test method，geometrical size control，raw material，and production process requirements.T he comparison results indicate that there are different degrees of difference between European and Chinese concrete standards that are not only in the system division but also in the specific content of the above main aspects，which suggested that the related research and experimental work should be implemented systematically during the international standard formation process of concrete sleeper in order to provide a strong support for the Chinese concrete sleeper standard connecting with the world.

Concrete sleeper；European standard；Chinese standard；Comparison research

U213.3+4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.28

1003-1995（2016）09-0112-07

（責(zé)任審編葛全紅）

2016-05-10；

2016-07-10

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃（Z2016-028）

尤瑞林（1986—），男，助理研究員，碩士。