30 t軸重載鐵路彈性道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果研究

王宏毅

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

隨著“一帶一路”的深入化，重載鐵路建設(shè)也成為架起各國(guó)溝通的橋梁。目前，重載鐵路貨運(yùn)已經(jīng)成為各國(guó)貿(mào)易往來(lái)的重要交通工具。重載鐵路的出現(xiàn)，可以有效提升鐵路的交通運(yùn)輸能力，化解鐵路動(dòng)輸緊張的壓力。目前，針對(duì)30 t軸重載鐵路施工正處于探索階段，2014年針對(duì)該類鐵路的鋪設(shè)完成了試驗(yàn)段，進(jìn)一步確定了一些相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中砟軌橋隧段也成為30 t軸重載鐵路施工的技術(shù)難點(diǎn)，由于砟軌橋隧段在施工中，道床會(huì)受到上部與下部砼剛性基礎(chǔ)的雙重夾擊，導(dǎo)致道砟破碎，出現(xiàn)嚴(yán)重臟污，這種現(xiàn)象給后續(xù)鐵路投入使用的安全、維護(hù)等方面，均帶來(lái)了一定影響，也進(jìn)而影響鐵路所處段落的整體使用壽命。重載鐵路的大里程建設(shè)，勢(shì)必帶來(lái)重載橋梁跨越環(huán)境敏感區(qū)域，環(huán)境保護(hù)的大力推進(jìn)，給有砟重載鐵路建設(shè)帶來(lái)了新的要求于挑戰(zhàn)。為了改善現(xiàn)有問(wèn)題，確保重載鐵路發(fā)展勢(shì)頭，該研究結(jié)合實(shí)際工程案例，提出30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用，以期為中國(guó)重載鐵路砟軌橋隧施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，提供一些有價(jià)值的參考資料。

1 工程概況

浩吉鐵路是中國(guó)第一條煤運(yùn)專線重載鐵路，全長(zhǎng)1814.5 km，途徑七省，工程量浩大。三門峽黃河公鐵兩用大橋是蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道、運(yùn)城至三門峽鐵路及山西省、河南省規(guī)劃的運(yùn)三高速公路跨越黃河的共用橋梁。黃河橋橋梁全長(zhǎng)5663.754 m，采用公鐵合建上下層布置橫斷面方案，鐵路在下，為四線客貨共線鐵路，公路在上為雙向六車道高速公路。黃河橋主橋跨黃河主槽，結(jié)構(gòu)為84+9×108+84 m連續(xù)鋼桁結(jié)合梁，鋼桁梁為3片主桁結(jié)構(gòu)，中邊桁中心距13.6 m，每片主桁均采用無(wú)豎桿三角形桁架，桁高15 m，節(jié)間長(zhǎng)12 m。下層鐵路橋面采用正交異性整體鋼橋面板，上層公路橋面采用預(yù)應(yīng)力混凝土板與主桁結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)。

黃河橋位于河南省三門峽市，橋位距下游G209線三門峽黃河公路大橋約8.4 km，距下游三門峽壩址約28.9 km，穿越3處環(huán)境敏感區(qū)，分別為2處自然保護(hù)區(qū)（河南黃河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、運(yùn)城濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)）、1處水產(chǎn)種質(zhì)自然保護(hù)區(qū)（黃河中游國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)）。三門峽黃河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是國(guó)內(nèi)最大的白天鵝過(guò)冬棲息地，自然保護(hù)區(qū)位于三門峽黃河公鐵兩用大橋南引橋線路左側(cè)，白天鵝棲息地實(shí)際距大橋橋址最近距離不足1 km?？紤]到對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)白天鵝的保護(hù)工作，要求采取措施將列車通過(guò)橋梁的振動(dòng)和噪聲降至最低。

三門峽黃河公鐵兩用大橋位置，有砟軌道與鋼橋相接觸，加之黃河橋穿越3處環(huán)境敏感保護(hù)區(qū)，改善道床接觸環(huán)境，降低列車通過(guò)噪音勢(shì)在必行。

2 30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用及效果

2.1 技術(shù)應(yīng)用目的

根據(jù)浩吉（原蒙華）鐵路的貨運(yùn)路線規(guī)劃可以看出，線路運(yùn)量較大的地段位于靖邊北至荊門段（近期超過(guò)7000×104 t、遠(yuǎn)期超過(guò)1×108 t）?？紤]現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工點(diǎn)的選擇主要是為了考核重載條件下彈性道砟墊的使用效果，因此彈性道砟墊的試鋪地段宜選擇在運(yùn)量較大的地段。經(jīng)與浩吉（蒙西華中）鐵路股份有限公司溝通，因此30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果，主要是通過(guò)彈性道砟墊的試驗(yàn)檢驗(yàn)。此項(xiàng)研究同時(shí)測(cè)定道砟墊的降噪效果因此試驗(yàn)點(diǎn)選擇在晉豫建設(shè)范圍內(nèi)，三門峽黃河公鐵兩用大橋?yàn)橹髟囼?yàn)點(diǎn)之一。結(jié)合上述條件，以下就彈性道砟墊的試驗(yàn)工點(diǎn)應(yīng)用情況進(jìn)行說(shuō)明。

2.2 鋪設(shè)技術(shù)應(yīng)用方案

該研究結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用，確定鋪設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用具體實(shí)施的方案。鋪設(shè)區(qū)段涵蓋橋梁、隧道、過(guò)渡段等不同的基礎(chǔ)條件；鋪設(shè)區(qū)段涵蓋小半徑曲線的對(duì)比條件，以鋪設(shè)在橋梁和隧道（剛性基礎(chǔ)）上為主，成段時(shí)可在路基上鋪設(shè)，以此來(lái)滿足橋梁、隧道及過(guò)渡段等不同下部基礎(chǔ)上彈性道砟墊使用效果對(duì)比；盡量成區(qū)段鋪設(shè)，便于施工和后期養(yǎng)修和觀測(cè)對(duì)比；彈性道砟墊僅鋪設(shè)于重車線，鋪設(shè)地點(diǎn)便于后期試驗(yàn)和觀測(cè)對(duì)比，考慮道岔的鋪設(shè)和試驗(yàn)，避免與線路已有特殊工程措施區(qū)段。

2.3 技術(shù)應(yīng)用材料要求及步驟

彈性道砟墊的材質(zhì)和性能應(yīng)符合要求，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的使用壽命、耐候性和耐老化特性。為了保證彈性道砟墊具有長(zhǎng)期的彈性，道砟墊材料應(yīng)采用均勻一致的微孔聚氦酯發(fā)泡彈性體材料。為了保護(hù)彈性墊層，道砟墊頂部應(yīng)配有無(wú)紡布保護(hù)層，避免彈性墊層的破壞。彈性道砟墊應(yīng)采用專門制造工藝，以達(dá)到穩(wěn)定的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，彈性道砟墊原材料的物理性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。彈性道砟墊一般采用全表面滿鋪的形式鋪設(shè)于橋面或隧道上，根據(jù)相關(guān)技術(shù)研究的規(guī)定，當(dāng)彈性道砟墊用于降低道砟應(yīng)力（道砟保護(hù)）時(shí)，道砟墊的最小寬度為軌道中心兩邊各1.8 m。當(dāng)?shù)理膲|用于減少結(jié)構(gòu)噪聲（減振降噪）時(shí)，應(yīng)在道砟槽內(nèi)底部和側(cè)壁的全部范圍內(nèi)進(jìn)行滿鋪。具體鋪設(shè)安裝可見(jiàn)下圖1、圖2所示。

圖1 彈性道砟墊安裝示意圖

圖2 彈性道砟墊截面實(shí)物圖

在實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中，應(yīng)按照如下步驟實(shí)施彈性道砟墊的安裝，具體內(nèi)容如下：

（1）地基應(yīng)該保證于凈、干燥、無(wú)霜以及平整，避免出現(xiàn)凹陷與尖銳的凸起。雖然道砟墊可以極佳地適應(yīng)不同的下部基礎(chǔ)形式，但是下部基礎(chǔ)表面的尖銳凸起或者凹陷仍可能造成道砟墊的損壞。下部基礎(chǔ)的混凝土面層必須進(jìn)行基本的刮平或抹平處理以達(dá)到適當(dāng)?shù)钠秸取?/p>

（2）聚氨酯彈性道砟墊可以直接鋪設(shè)在壓實(shí)的路基或者混凝土面上，為了避免道砟墊在鋪?lái)淖鳂I(yè)中變形和錯(cuò)位，因此需要使用膠水將道砟墊與橋面固定起來(lái)。一般需要0.3～0.5 kg/m2的膠水。道砟墊應(yīng)由軌道兩側(cè)橫向舒卷至軌道中心線位置、黑色的負(fù)載分布層朝上直接校觸道砟。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要可合理裁剪道砟墊。格士納公司建議采用無(wú)溶劑的粘合劑，例如雙組份的聚氨酯粘合劑來(lái)粘合道砟墊與橋面。粘合后道砟墊下方的水依然可以滲入或?qū)Я鞯脚R近排水口。

（3）聚氨酯彈性道砟墊可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，使用工具刀切割加工成所需的尺寸。利用焊機(jī)將道砟墊的接縫粘合密封起來(lái)，避免道砟石進(jìn)入到接縫部位而影響減振效果。施工機(jī)械可以直接在道砟墊上方作業(yè)，橡膠胎的工程車可以直接行駛在道砟墊上。

圖3 彈性道砟墊應(yīng)力放散圖

圖5 彈性道砟墊側(cè)墊黏貼施工圖

圖6 彈性道砟墊接長(zhǎng)粘結(jié)圖

（4）彈性道砟墊的儲(chǔ)存應(yīng)保持干燥、干凈，防止強(qiáng)紫外線輻射,禁止長(zhǎng)時(shí)間曝曬。在儲(chǔ)存過(guò)程中，道砟墊應(yīng)放在清潔、通風(fēng)、不被日光直射、遠(yuǎn)離熱源及化學(xué)試劑污染處儲(chǔ)存。儲(chǔ)存期內(nèi)，各項(xiàng)性能指標(biāo)不得低于本技術(shù)條件規(guī)定。道砟墊在運(yùn)輸過(guò)程中嚴(yán)禁與油類、有機(jī)溶劑等有害化學(xué)藥品接觸，并應(yīng)盡量防止曝曬。

2.4 道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果

通過(guò)試驗(yàn)續(xù)結(jié)果，與施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行對(duì)比，明確本研究的道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果。試驗(yàn)擬參照國(guó)家《鐵路碎石道砟》（TB/T2140-2008）和《鐵路碎石道砟試驗(yàn)方法》（TB/T2328.1～19-2008）中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)集料沖擊韌度的試驗(yàn)方法，開(kāi)展道砟盒內(nèi)有軌枕墊和無(wú)軌枕墊兩種工況，通過(guò)比較沖擊作用后過(guò)篩質(zhì)量來(lái)評(píng)判道砟在沖擊荷載下的粉化情況。該試驗(yàn)方法與歐洲標(biāo)準(zhǔn)《集料的機(jī)械和物理特性試驗(yàn)一抗碎裂性的測(cè)定方法》（EN1097-2）等效。道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果主要通過(guò)外觀與力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果確定，該研究將重點(diǎn)對(duì)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。具體結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 道砟墊的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可見(jiàn)，該研究的技術(shù)應(yīng)用效果試驗(yàn)中，應(yīng)力值均滿足標(biāo)準(zhǔn)≧7.0 MPa要求，撓度值的變化率小于10%；荷載反映了彈性層抗拉強(qiáng)度滿足≧12.5 MPa要求；彈性層斷裂伸長(zhǎng)率均符合≧250%要求。另外，本研究的道砟墊的外觀應(yīng)滿足規(guī)范要求，檢驗(yàn)規(guī)則按GB/T2828.1，一次抽樣，檢驗(yàn)水平I級(jí)，接收質(zhì)量限（AQL）為2.5。

圖7 道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果

3 結(jié)論

綜上所述，30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用效果顯著，通過(guò)結(jié)合實(shí)際施工項(xiàng)目的分析，明確30 t軸重載鐵路道砟墊的技術(shù)應(yīng)用，可以保證鐵路施工質(zhì)量，以及后期投入使用的安全運(yùn)行。