井國慶，高 亮，曾樹谷

(1.北京交通大學 土木建筑工程學院，北京 100044;2.鐵道部科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

高速鐵路與普通鐵路有砟軌道道床在材質和結構上并無本質區(qū)別，僅在材料性能及幾何尺寸標準上要求更為嚴格。從目前世界上高速鐵路實踐經(jīng)驗看，法國、西班牙、意大利、德國和日本全部或部分鋪設有砟軌道，高速列車運營速度已超過300 km/h，多年來運轉良好，尤其是法國高速鐵路東部線運營速度為320 km/h，試驗速度為574.8 km/h，有砟軌道線路運營狀態(tài)良好，沒有發(fā)生飛砟[1]。

本文通過分析對比中國和歐盟高速鐵路有砟軌道設計標準，為中國高速鐵路設計和維修提供借鑒。

1 道砟材質粒徑級配對比

我國高速鐵路有砟道床設計與施工標準主要依據(jù)TB10625—2009[2]和 TB/T2140—2008[3]。 歐 盟 高 速鐵路道砟標準采用 EN13450[4]規(guī)范，法國道砟 NF采用F53-695[5]。而歐洲鐵路在建設時，承建方經(jīng)常要求較高質量道砟。

中歐高速鐵路在道砟材質及道床斷面尺寸方面具有一定互相參考價值，本文分別從道砟材質和道床斷面參數(shù)上進行比較。中歐道砟材質要求標準上都從抗磨耗、抗沖擊性、抗壓性能、抗腐蝕性能與滲水性能進行了相關規(guī)定。

與法國道砟標準要求相比，相同點為道砟都要求嚴格采用碎石道砟，其抗磨耗、抗沖擊、抗壓強度、抗風化與腐蝕、清潔度是道砟材質評判的重要物理指標。道砟上道前都應進行清洗，清潔度應滿足有關要求。粒徑0.5 mm以下顆粒含量的質量百分率不大于0.6%，粒徑0.063 mm以下粉末含量質量百分比不大于0.5%。在材質指標方面，我國道砟采用洛杉磯磨耗率(LLA)、標準集料沖擊韌度(IP)、石料耐磨硬度系數(shù)等指標，歐盟規(guī)范采用洛杉磯磨耗、道砟沖擊值(%)、微型德佛爾(Micro Deval)等指標，兩者在具體的試驗方法上也有所差異。比如洛杉磯磨耗試驗，中歐在鋼球粒徑、質量、試樣粒徑大小、篩孔大小等多方面有一定差異，而這些差異性對洛杉磯磨耗值有一定影響，如道砟顆粒洛杉磯磨耗值與道砟粒徑有一定相關性，因此歐盟試驗方法評價技術指標與我國試驗做出來的技術指標數(shù)值可能有一定差異性，該差異性對道砟標準影響需要進一步研究。中國試驗方法規(guī)定的鋼球質量為12個共5 kg，歐盟規(guī)范為12個共(5.21±0.09)kg，中國試驗樣品粒徑20～40 mm，歐盟規(guī)范粒徑為 31.5 ～ 50.0 mm[5]，篩子孔徑為 31.5 mm，40.0 mm和50.0 mm。因此，無法簡單地從數(shù)值上面給以比較。

中歐都強調應采用耐磨道砟，因為高速鐵路有砟軌道失效的主要原因是輪軌高頻振動所導致的道砟磨損粉化和磨耗，而不是由于軌枕動壓力引起的破碎，因此應提高道砟抗磨耗、抗沖擊指標，減少道砟中的小顆粒成分，有利于延緩道砟粉末聚積，可延長道床使用壽命。

道砟粒徑、級配是構成道床質量的重要評估參數(shù)。中國和歐洲在道砟粒徑、級配上雙方規(guī)定基本相同。中歐高速鐵路標準都用道砟針、片狀指數(shù)，控制道砟形狀[6]。另外中歐標準中，對道砟試樣的見證取樣、送樣檢驗及上道準入也都有較為詳細的規(guī)定[4，7]。

2 道床斷面參數(shù)

道床是軌道的重要組成部分，是軌道框架的基礎。道床斷面尺寸包括厚度、頂面寬度與邊坡等參數(shù)。中國350 km/h道砟軌道道床路基地段單線道床頂面寬度3.60 m，道床厚度0.35 m，頂面高度低于軌枕承軌面40 mm，道床邊坡 1∶1.75，砟肩堆高 0.15 m。圖 1為中國高速鐵路有砟軌道結構橫斷面左側圖。

圖1 中國350 km/h高速鐵路有砟軌道結構橫斷面左側(單位:mm)

道床厚度主要取決于兩個條件:①傳到路基上的應力應當小于路基容許承載能力;②提高道床的強度，延緩道砟的破碎與粉化。中、歐高速鐵路道床厚度均為35 cm，其中德國高速鐵路道砟厚度為40 cm，基于長期運營經(jīng)驗和自身道砟資源多方面考慮[7]。

頂面寬度主要取決于軌枕長度和道床肩寬。道床應有適當?shù)募鐚?，以增加道床的橫向阻力。由于列車速度提高，在直線上因轉向架的蛇行運動及在曲線上因過超高、欠超高所引起的輪軌橫向力顯著增加。在相同軌道不平順條件下，高速時所引起的輪軌橫向力比低速時要大得多，因而對軌道的橫向穩(wěn)定性提出更高要求。增加砟肩寬度，堆高砟肩，是提高軌道橫向阻力的重要措施。歐洲鐵路對道床肩部道砟寬度有一定規(guī)定，如鐵路聯(lián)盟無縫線路鋪設文件規(guī)定[8]，對應高速鐵路肩寬為50 cm，見表1，可見道砟肩寬規(guī)定，中歐標準大體相同。

表1 高速有砟軌道砟肩寬度指標 cm

道床邊坡對于保證道床穩(wěn)定具有十分重要的意義。道砟道床邊坡的值取決于兩方面的因素，一是道砟顆粒內摩擦角，內摩擦角越大，則邊坡穩(wěn)定性越高，因此碎石道床邊坡相比卵石可以較陡;二是當?shù)来布鐚捿^大時，邊坡的坡度可較陡。各國鐵路所采用的道床邊坡坡度一般在(1∶1)～(1∶2.5)之間，中國高速鐵路道床正線邊坡規(guī)定采用1∶1.75，法國高鐵道砟正線為1∶1.5，邊坡有稍許差異，這些差異在滿足安全運營情況下，有一定技術經(jīng)濟性差別，比如法國道砟道床幾何尺寸在新建鐵路施工時每千米用量減少近200 m3。

3 道床狀態(tài)參數(shù)

道床的力學指標，尤其是道床縱、橫向阻力參數(shù)對軌道結構強度、穩(wěn)定性乃至對路基強度及穩(wěn)定性均起重要作用。我國規(guī)定高速有砟道床密度不應小于1.75 g/cm3，軌枕支承剛度不應小于120 kN/mm，縱向阻力不應小于 14 kN/枕，橫向阻力不應小于 12 kN/枕[2]。需要注意的是，歐盟規(guī)范對道床密度、支撐剛度沒有具體要求，僅通過道床阻力來限定道床質量。表2為中歐高速線路道床縱、橫向阻力參數(shù)指標對比表。由于我國和歐盟道床參數(shù)的單位不同，將 kN/枕換算為kN/m后可知，我國新建高速線路施工道砟狀態(tài)參數(shù)驗收指標略高于歐盟。

表2 高速有砟道床狀態(tài)參數(shù)對比 kN/m

4 飛砟防治

法國鐵路最高試驗速度為574.8 km/h，通過采取必要措施，沒有飛砟發(fā)生[1]。我國新建鐵路對有砟軌道可能發(fā)生飛砟進行一系列研究，經(jīng)車—線動態(tài)空氣動力學仿真分析，現(xiàn)場車底空氣負壓測試，基本掌握了由于列車車底負壓導致飛砟的機理與影響規(guī)律，并規(guī)定道床頂面高度低于軌枕承軌面40 mm，道床施工中，道床頂面夯實，頂面不使用粒徑＜22.4 mm道砟，清除軌底頂面和軌枕頂面上殘存道砟等規(guī)定，在此基礎上進行高速列車飛砟試驗測試研究工作，在列車運行速度為 330 km/h時沒有飛砟發(fā)生[9]。

5 結語

中國高速鐵路發(fā)展已較為成熟，并建立了較全面、完善的技術標準體系，為適應中國現(xiàn)在高速鐵路的發(fā)展，應進一步開發(fā)特級道砟資源，完善道砟生產(chǎn)中破碎、篩分和清洗工藝;研究道床邊坡采用1∶1.5的可行性，以降低工程成本與占地面積;研究并完善道床施工工藝，以確保不會發(fā)生飛砟;研究高速鐵路有砟道床養(yǎng)護維修技術，延長道床使用壽命。

[1]井國慶.高速鐵路有砟軌道道砟飛濺的研究與防治[J].北京:鐵道建筑，2009(2):97-98.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB10625—2009 高速鐵路設計規(guī)范(試行)[S].北京:中國鐵道出版社，2009.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB/T2140—2008 鐵路碎石道砟[S].北京:中國鐵道出版社，2008.

[4]The European Committee Standardization.NF EN13450 Aggregates for railway ballast[S].Brussels: The European Committee Standardization，2002.

[5]The European Committee Standardization.NF F53-695 Railway fixed equipment.Ballast and gravel for shovel-packing.Characteristics and specifications[S].Brusselss:The European Committee Standardization，1996.

[6]The European Committee Standardization.EN 933-3 Tests for geometrical properties of aggregates[S].Brussels:The European Committee Standardization，2001.

[7]The European Committee Standardization.EN 932-1 Methods for sampling[S].Brussels: The European Committee Standardization，2001.

[8]International Union of Rail way.UIC 720 R: Laying and maintenance of CWR track-2nd edition[S].France:International Union of Railway，2005.

[9]中國鐵道科學研究院.京滬高速鐵路綜合試驗研究分報告—京滬高速鐵路軌道結構試驗研究[R].北京:中國鐵道科學研究院，2011.