无砟轨道介绍
一、国内外无砟轨道综述
1．无砟轨道的概念
无砟轨道又作无碴轨道,无砟轨道采用谐振式轨道电路传输特性技术，首次成 区段建成无砟轨道铁路。
在铁路上，“砟”的意思是小块的石头。常规铁路都在小块石头的基础上，再 铺设枕木或水泥钢轨，但这种铁路不适于列车高速行驶。世界高速铁路的发展证 实 ，高速铁路基础工程如果使用常规的轨道系统，道砟粉化严重，线路维修频繁，安全 性、舒适性、经济性相对较差。无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。
砟(zhǎ)，岩石、煤等的碎片。在铁路上，指作路基用的小块石头。传统的铁 路轨道通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在枕木上，之下为小碎石铺成的路 砟。路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助铁轨承重的作用，防止铁轨 因压力太大而下陷到泥土里。此外，路砟（小碎石）还有几个作用：减少噪音、吸 热、减震、增加透水性等。这就是有砟轨道。传统有碴轨道具有铺设简便、综合 造 价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用较大。同时，列车速度受到限 制 。
无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在
混凝土路上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环
境，而且列车时速可以达到 200 公里以上。
二、无碴轨道的整体性能
为综合评估上述 3 种结构型式无碴轨道的整体性能，考察其结构强度与动力特性，
在试验室内分别铺设 10m 长的无碴轨道实尺模型，利用多点液压伺服加载系统及落轴试
验设备，对无碴轨道进行了静载、疲劳与落轴试验。 2．1 静截与疲劳试验
静载试验单点最大荷载值为结构的设计荷载，疲劳试验单点最大荷载值根据静轮 重，并考虑动力附加系数，确定为 150 kN，加载频率范围 5-25 Hz。 2.1.1 试验测试内容
道床板的表面应变；钢轨支点压力的分配；钢轨的绝对位移。 2.1.2 试验结果
(1)在静载过程中，3 种结构无碴轨道道床板的表面应变随荷载增加成线性增长，其
受力状态在弹性范围内，结构具有足够的强度储备。
(2)200 万次模拟列车荷载的疲劳试验前后．道床板的应变未发生变化。
(3)单点荷载作用下，钢轨支点压力的分配基本在以加载点为中心的 5 个钢轨支
点
上；荷载越大，加载点下的钢轨支点压力分配比例越大；弹性支承块式钢轨支点压力的
分配比例相对较均匀；长轨枕埋人式与板式轨道的钢轨支点压力分配比例基本相同。
(4)弹性支承块式钢轨位移最大，其次为板式轨道，长轨枕埋入式最小。 3 种结构
的残余变形均较小。
2.2 落轴试验
落轴试验是评估轨道动力特性的有效手段，试验过程中利用一定质量的轮对，在选
定的轨道断面上，在一定落高下自由落体，造成对钢轨轨面的垂向冲击，一方面测定钢
轨的垂向冲击力及冲击时间，可得出轨道的弹性系数 K 与阻尼系数 C；另一方面通过钢
轨冲击力幅值的衰减及轨道各部分的振动加速度，分析轨道的振动传递与衰减性能。 2.2.1 无碴轨道的弹性系数与阻尼系数
根据日本铁路落轴试验及其计算理论，对 3 种结构进行了钢轨冲击力及其衰减时间
段的测试，通过计算得出轨道的弹性系数与阻尼系数，如表 1。
从试验结果可看出，3 种轨道结构的弹性系数 K 值的大小顺序为：长轨枕埋人式、板式、弹性支承块式轨道阻尼系数 C 反映的是轨道的减振性能，C 值越大，其减振性能
越好，从表中看出，C 值的大小顺序 K 值正好相反。 2.2.2 轨道的振动传递与衰减性能
(1)轨道各部分的振动加速度。表 2 为落高 25mm 时的 3 种结构的钢轨振动加速度测
试结果，以及轨道各组成部分的加速度比值。可以看出，轨道各部分的振动加速度从钢
轨到道床板逐渐减小；由于弹性支承块式无碴轨道结构的组合刚度相对其它 2 种结构要
小，反映在同样冲击条件下钢轨的振动加速度要小。从振动加速度比值盾，相应的下部
基础(底座)加速度值也小。
(2)钢轨冲击力的峰值及其衰减。在相同冲击条件下，由于轨道组合刚度的不同，3
种结构钢轨冲击力的峰值及其衰减明显不同，表 3 为落高 25mm 时 3 种轨道结构型
式的
钢轨冲击力峰值 P 及其大于 2O kN 之前的衰减总时问 与衰减次数的测试结果。从表中
钢轨冲击力峰值的衰减时间与衰减次数可以较直观地看出 3 种轨道振动特性的不同，其
中弹性支承块式相对长轨枕埋入式与板式轨道的差异更为明显，其减振性能优越，这也
是这种低振动轨道的设计初衷。从钢轨冲击力峰值的大小看，其受轨道刚度的影响规律
也较明显。轨道刚度越大，其相应冲击力的峰值增大，由于落轴试验实际上反映的是轮
轨冲击荷载作用下轨道的动力性能，因此如果在运营线路上轨道产生较大不平顺，轮轨
间产生冲击荷载，在相同的线路与车辆状态下，相对有碴轨道来说刚度较大的无碴轨道 ，
其动力响应将相应增大。但从另一方面来说，高速铁路无碴轨道线路具有稳定性、平顺
性与刚度均匀性好的突出优点，可弥补其组合刚度较大的不足。
三、无砟轨道的特点
3.1 优点:
1.良好的轨道稳定性,连续性和平顺性,使用寿命长; 2.结构耐久性好,维修工作量少;
3.可避免高速行速下有砟轨道的道砟飞溅; 4.有利于适应地形选线,减少线路的工程投资; 5.可减轻桥梁二期恒载,降低隧道净空;
6.荷载特性、振动特性和车辆的平稳性都较好; 7.维护费用比有砟轨道低; 3.2 缺点:
1.初期投资大;
2.一旦基础变形下沉,修复困难.改进的可能性受到限制; 3.无砟轨道不能在粘土深路堑、松软土路堤或地震区域铺设; 4.无砟轨道噪声水平比有砟轨道高 5dB;
5.混凝土无砟轨道为刚性承载层，当达到承载强度极限时将产生断裂，并引起轨道
几何尺寸的突然变化和难以预见的恶化; 四、 国外无砟轨道概况
从 60 年代开始，高速铁路无砟轨道结构在日本德国、英国、意大利等国家得到了
广泛应用，以下概要介绍目前国外铁路应用较成熟的几种无砟轨道结构型式。
(1)日本板式轨道。日本铁路由于其独特的地理条件以及劳动力短缺等原因，极力
发展板式轨道，从 60 年代在山阳新干线试铺的 8 km 板式轨道算起，到 1997 年完工的
北陆新干线 155 km 板式轨道，累计铺设长度已超过 2 400 km。日本铁路在板式轨道