晋晶晶

（蒙冀铁路有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

1 无砟与有砟轨道性能的对比

1.1 无砟轨道

无砟轨道的优点是维修工作量小、稳定性好，保持轨道高平顺能力强，轨道高度低，二期恒载小，外观好，不存在有砟轨道的飞砟现象。

无砟轨道存在的问题是初期投资大，建设成本是有砟轨道的1.5～2.0 倍以上。可维修性差，特别是线下工程出现变形时难以恢复原有的高平顺性。噪声比有砟轨道高约5 dB。轨道几何尺寸一旦设定后，后期无法做大的调整。

1.2 有砟轨道

有砟轨道的优点是建设费用低、振动噪声低、建设周期短、可修复性好以及轨道几何尺寸调整空间大。

有砟轨道存在的问题有3 个方面。1）维修工作量大，传统铁路道床维修量占线路维修量的70%以上，高速铁路线路维修量是传统铁路的2 倍，每年须进行至少一次大机养护作业。2）有砟轨道的稳定性差，尤其是在桥梁地段，由于与桥梁共振引起的道床失稳增大了日常的维修频率。3）道砟飞溅，引发车辆和钢轨伤损以及其他运输安全问题。

隧道内有砟轨道养护维修难度大，具体有3 个维修难点。1）煤粉、制动地段的撒沙等污染引起道床板结。某些铁路道床污染速率快（3 个月左右），宽枕线路运营3 个月，煤粉会将扣件全部覆盖，以隧道进出口地段污染最为严重。煤粉等污染物落在枕木盒中，造成道床板结严重，道床弹性不足，钢轨波磨较严重。2）隧道渗漏水等病害引起道床翻浆冒泥，轨道几何尺寸变化大。3）隧道断面小，无法进行大机清筛作业，养护维修困难。在养护维修作业中，靠人工将沉积在道床内的石砟、煤面及粉尘等清理出隧道，工作量大，劳动条件恶劣，由于养护维修人员不能及时离开隧道，维修天窗时间结束后，列车通过时的煤屑对躲避在避车洞内养修人员的安全和身体健康都不利。

2 道床固化技术

无砟轨道和有砟轨道技术性能的缺点，促进了道床固化技术的研究与发展。道床固化主要分为道砟黏结和聚氨酯固化道床2 类。

道砟黏结技术是在道砟的表面和接触点上采用道砟胶材料进行粘结，道砟胶不进入道砟的空隙中，它能够提高道床表面的整体性，防止道砟飞溅，提高道床承载力，减少道床下沉变形，提高道床纵横向阻力，增强道床稳定性。但道床刚度会增大，粉尘污染未能解决。

聚氨酯固化道床是一种新型的固化道床，其是将异氰酸酯与聚醚或聚醚多元酯等形成的混合料通过一定的压力注入新铺好的碎石道床内，通过原料的化学反应形成具有良好弹性及力学性能的聚氨酯泡沫，填充道砟间的空隙并将道砟固结为一个整体，如图1 所示。在列车冲击、振动荷载作用下，不会再出现道砟颗粒之间的相对错动及由此而引起的道床残余变形，又因碎石颗粒之间的空隙被处于压缩状态的膨化聚氨酯填充，起到部分传力的作用，减少了碎石颗粒接触点上的应力，延缓了道砟颗粒的破碎和粉化，从而减少了道床的累积变形。聚氨酯固化道床既有混凝土道床的整体稳定性，又有散粒体碎石道床的良好弹性和可维修性[1]。

图1 聚氨酯固化道床断面

道床表面黏结的目的不是为了提高道床的力学性能，其研发的初衷主要是为了防止高速列车通过时道砟的浮起飞散，结构黏结的目的是提高轨道的稳定性。其应用范围比较广，包括路桥、路隧以及道岔前后的过渡段，用于改善刚度过度，在小半径曲线上防止横向位移，在胶结绝缘接头下改善其稳定性和耐久性。聚氨酯材料注入新铺稳定碎石道床内，聚氨酯材料膨胀后充填道砟间空隙，同时牢固黏结道砟，形成弹性整体道床结构，具备良好的稳定性、良好的弹性、减震降噪性能和可维修性，累计变形小。固化道床施工完成后。轨面高程变化可控制在2 mm 以内，10 m 弦的高度在浇注前后没有明显变化。轨枕支承刚度较浇注前增大，满足高速铁路的设计要求，其均匀性达到无砟轨道结构水平[2]。

3 聚氨酯固化道床设计原则

在设计聚氨酯固化道床结构时，既要充分考虑其功能性，还要兼顾经济性，因此，可以根据以下3 个原则设计聚氨酯固化道床的结构及形式尺寸。1）满足道床强度、稳定性、耐久性等基本性能要求。2）便于道床自身的排水、施工及养护维修。3）有利于减少聚氨酯固化材料用量，从而降低工程造价。

4 施工工艺

聚氨酯固化道床技术可分为现场浇注施工和工厂预制2种，目前我国主要以现场浇注施工技术为主。浇注于道床顶面的聚氨酯混合液体顺着道砟颗粒之间的空隙渗入道床深处，在道床部孔隙中发泡、膨胀黏结固化散粒体道砟，使其形成局部弹性整体道床。施工流程为：施工前准备→铺设排水垫→铺底层道砟，铺架→分层补砟，起、捣、稳→形成设计标准道床断面→有砟轨道验收→浇注施工准备→道床烘干和冷却→聚氨酯浇注作业→验收→恢复设计道床断面。

5 施工技术质量控制要点

根据聚氨酯固化道床浇注前轨道施工流程，施工过程中的质量控制点有以下5 个方面。

5.1 轨面标高控制

提前测量放线预铺道砟的中线及高程控制线，根据桥面（隧道底）高程复测情况，结合计划预铺道砟厚度，准确计算道砟预铺方量，避免预铺砟面高程超限或者不足。尤其是不能使预铺道砟高程超限，以免后期进行上砟整道作业时出现落道情况。

5.2 道砟质量控制

施工中一定要采用合格的特级材质、一级级配水洗道砟，对道砟质量和清洁度的验收一定要按照标准严格执行。

5.3 底层清理控制

铺设排水网垫和底层道砟前，对桥梁（隧道底）表面杂物彻底清除后方可开始铺设。

5.4 道砟清洁度控制

从道砟水洗完成出场到施工现场，再到道床浇注前时间段内，必须保证道砟清洁度，运输过程中车辆要采用篷布遮盖，储存过程中须先将储存场地进行地面硬化（地面须清洗干净），暂不使用的道砟采用篷布遮盖。

5.5 施工前验收

聚氨酯浇注施工前，应对道床状态参数、轨道静态几何尺寸进行验收。

6 聚氨酯固化道床应急拆除预案和养护维修方案

6.1 应急拆除预案

聚氨酯固化道床如须拆除，要先分离轨枕，然后将固化道床挖出，运至回收站后，在专用设备内进行破碎、焚化处理，燃烧排放的气体可进行清洁化处理，无污染，处理后的灰渣不会对水源和土壤产生危害。

6.2 养护维修方案

修补材料选用高性能聚氨酯弹性体，材料2 h 抗压强度大于40 MPa，黏结强度大于3 MPa，修补后的固化道床与混凝土轨枕和原固化道床黏结紧密，在维修天窗时间点内完成修补工作，不影响运输行车。

7 聚氨酯固化道床技术应用前景

重载铁路多以有砟轨道形式为主，由于车辆总重的增加以及石砟粉化的原因，使道床受到严重的污染，进而降低了道床弹性，线路的排水性能也受到影响，出现了排水不畅的问题。粉尘长期覆盖钢轨扣件对扣件造成腐蚀，在列车通过碾压后，线路几何尺寸超限，影响行车安全。粉尘和水的影响使道床板结，严重的地段有翻浆冒泥的病害，增大了养护维修工作量。在重载列车行驶的铁路刚性基础上的石砟破碎粉化较为严重，粉尘污染难以控制，道床稳定性差，从而引起线路结构伤损，而且会将振动和荷载传递到隧道仰拱及以下结构部位，使隧道结构受到破坏。另外，隧道内工作环境差，特别是我国早期修建的重载铁路隧道断面小，不能满足大型机械道床清筛作业，道床清洁度难以维持，从而严重影响铁路日常运营的安全和效率。道床固化技术可以有效提高线路稳定性，在钢轨伸缩调节器地段以及大跨度梁桥、有砟道岔区以及重载铁路的有砟隧道内，固化后的道床可以保障车辆安全行驶，减少维修量的时间能够提高运输效率，也保障了线路运行的安全。

聚氨酯固化道床节约了大量的机械捣固、清筛维修作业成本，减少了维修天窗，不需要大机配置，提高了运输能力，在全生命周期内具有良好的经济性。聚氨酯固化道床作为具有创新意义的新型轨道结构，成功结合了有砟轨道和无砟轨道的优点，利于环境保护和工人劳动环境的改善，符合我国绿色建筑的理念未来一定会有广阔的应用前景。

8 结语

聚氨酯固化道床作为第3 种轨道结构，为解决我国新线建设和既有线养护维修存在的技术难题提供了新的选择，应当在下列5 种区段推广应用。1）不宜铺设无砟轨道的特殊区段。2）有砟道床不易稳定、轨道状态难以保持的区段。3）普速铁路尤其是重载铁路清筛困难的区段。4）受风沙侵害有砟轨道区段。5）有减震和降噪要求的铁路和城市交通。聚氨酯固化道床技术能够加强道床纵横向阻力和稳定性、减少道床累积变形，又具有一定的优势和适用范围。因此，能够为我国铁路行业的飞速发展提供及时、必要的技术支持。