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摘要： 为确定双块式无砟轨道道床板的合理单元长度，采用数值模拟的方法分析了列车荷载、纵、横向荷载、温度力、温度梯度作用下不同单元长度轨道结构的应力、应变响应；在此基础上，计算了不同长度单元板的裂缝宽度及所需的最小配筋率.现场试验结果表明：单元板长度越大，内部应力、板端位移量和板中裂缝宽度越大，满足裂缝宽度限值的配筋率越大；单元双块式无砟轨道板的长度宜小于8.0 m，推荐兰新二线采用长6.5 m的单元双块式无砟轨道道床板.
关键词： 铁道工程；双块式无砟轨道；道床板；单元长度
中图分类号： U213.244； U214.02文献标志码： ALength Determination of Track Concrete Plate for
双块式无砟轨道具有工艺简单、施工速度快、经济效益好等优点，已在国内外众多铁路干线上应用，我国目前在建的兰新铁路第二双线（兰新二线）拟采用该型轨道[1-3].由于西北地区气候条件恶劣，夏季高温，冬季严寒，昼夜温差大，双块式无砟轨道路基段连续道床板存在涨拱、开裂等问题[4-5].为此，推荐兰新二线路基段采用改进后的单元双块式无砟轨道[6].目前，该单元结构已在现场无砟轨道试验段铺设，现场观测效果良好.
在轨道结构竖向、横向尺寸不变的情况下，道床板纵向单元长度的选取对结构应力、应变水平、（纵、横向）限位能力、建设成本、施工效率等均有较大影响.本文从荷载、温度作用下结构的性能、裂缝宽度以及配筋率等分析不同长度单元板性能的差异，并在理论分析的基础上，结合现场观测数据，给出合理的单元板长度.1单元双块式无砟轨道简介如图1，路基段单元双块式无砟轨道结构自下而上依次为路基表层级配碎石、支承层、道床板、扣件和钢轨.支承层采用C15混凝土，宽3.40 m，厚0.30 m，纵向连续铺设.道床板采用C40混凝土，宽2.80 m，厚0.26 m[7]，纵向采用单元式，单元长度在4～20 m之间.道床板伸缩缝宽度20 mm；在道床板伸缩缝下切割支承层假缝，切割深度为支承层厚度的1/3；扣件采用WJ-8B型扣件，间距为0.65 m；钢轨采用60 kg/m级钢轨.建立有限元力学模型，道床板、支承层及下部路基均采用三维实体单元模拟，扣件假定为点支承弹簧.
兰新二线无砟轨道试验段中，双块式无砟轨道单元板长度主要有6.5、13.5和19.5 m三种.通过对试验段的长期观测发现，单元双块式无砟轨道在经历一个冻融循环后，伸缩缝处的支承层假缝出现贯通裂缝（见图2），支承层与基床表层产生层间分离现象（见图3）.
根据对不同长度单元板配筋率的分析，板长小于8.0 m时，单元板建设成本最低.对于板长大于8.0 m的单元板，板长增大意味建设成本提高.
单元板长度还对现场施工有较大影响：单元板越短，伸缩缝数量、轨道横向模板设置数量越多，施工速度越慢；单元板越长，单元板内钢筋搭接接头越多，焊接工作量越大；单元板越长，道床板混凝土施工缝数量越多，后期浇筑凿毛工作量越大.3现场试验为更好地对比不同长度单元板对结构性能的影响，在兰新二线无砟轨道试验段上选取了6.5 m的小单元和长19.5 m的大单元双块式无砟轨道，进行了为期1年的观测.观测内容主要包括板端位移、混凝土应变、钢筋应力以及现场裂缝观测等.
长6.5 m的单元板的纵向配筋率为0.65%，温度升高45 ℃时，伸缩缝宽度减小3.2 mm，单元板纵向接近自由伸缩.混凝土最大拉、压应变分别为73×10-6和191×10-6；板中钢筋最大拉应力为15 MPa，最大压应力为78 MPa.根据现场观测，单元板内无任何结构性裂纹（缝）产生.
19.5 m的单元板的纵向配筋率也为0.65%，温度改变50 ℃时，伸缩缝宽度变化约5.8 mm，单元伸缩受限.混凝土最大拉、压应变分别为63×10-6和350×10-6；板中钢筋最大拉、压应力分别为79和149 MPa.根据现场观测，单元板内假缝切割处产生较多裂纹（缝）.
对比2种单元板，在配筋率相同的情况下，单元板长度越短，板端伸缩量越小，内部钢筋混凝土应力越低，道床板出现裂缝的可能性越小.4结论单元板长度的确定是单元双块式无砟轨道结构设计的重要问题之一，是轨道结构稳定性、耐久性的重要影响因素[14-15]，通过理论分析和现场观测，可以得出以下结论：
（1） 在温度力作用下，单元板越短，内部应力越低，板端位移量越小.在温度梯度、列车荷载、纵、横向荷载作用下，不同长度单元板的应力、应变响应基本一致.
（2） 在相同条件下，单元板越长，板中裂缝宽度越大，满足裂缝宽度限值的配筋率越大，轨道工程建设成本越高.从限制裂缝宽度、降低工程建设成本的角度，建议取单元双块式无砟轨道板的长度小于8.0 m.
（3） 单元双块式无砟轨道道床板长度的确定对轨道结构性能、建设成本和施工便利等影响较大，应在保证结构性能满足要求的前提下，尽量降低工程造价，并充分考虑现场施工的便利性.
对于兰新二线，因年温差较大，温度力对板长的确定影响较大，因此，宜采用小单元双块式无砟轨道，以降低板内温度应力，控制裂缝宽度.建议兰新二线采用板长6.5 m的小单元双块式无砟轨道.
参考文献：
[1]何华武. 无碴轨道技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2005： 33-43.
[2]赵国堂. 高速铁路无砟轨道结构[M]. 北京：中国铁道出版社，2006： 44-49.
[3]韦合导，王森荣. 高速铁路双块式无砟轨道结构设计及施工技术[J]. 铁道建筑技术，2008（2）： 44-48.
WEI Hedao， WANG Senrong. The structure design and construction technology of bi-block slab track in high speed railway[J]. Railway Construction Technology， 2008（2）： 44-48. [4]BACHMANNN H， MOHR W， KOWALSKI M. The Rheda 2000 ballastless track system[J]. European Railway Review， 2003， 8（1）： 44-51.
[5]崔国庆. 双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究[J]. 铁道标准设计，2010（1）： 66-68.
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[6]颜华，翟婉明. 土质路基双块式无砟轨道混凝土支承层设计分析[J]. 铁道工程学报，2007（12）： 30-34.
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[7]王森荣. 双块式无砟轨道及配筋混凝土路面结构设计研究[J]. 铁道工程学报，2010（6）： 18-22.
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[8]王森荣，孙立. 无砟轨道轨道板温度测量与温度应力分析[J]. 铁道工程学报，2009（2）： 52-55.
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[9]中铁工程设计咨询集团有限公司. TB 10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2005： 25-35.
[10]铁道第三勘察设计院集团有限公司，中铁第四勘察设计院集团有限公司，中国铁道科学研究院. TB 10621—2009 高速铁路设计规范（试行）[S]. 北京：中国铁道出版社，2010： 82-90.
[11]赵坪锐，刘学毅. 双块式无砟轨道开裂支承层的折减弹性模量[J]. 西南交通大学学报，2008，43（4）： 459-464.
ZHAO Pingrui， LIU Xueyi. Reduced elastic modulus of cracked support layer in twin-block ballastless track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2008， 43（4）： 459-464.ZHAO Pingrui， LIU Xueyi. Reduced elastic modulus of cracked support layer in twin-block ballastless track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2008， 43（4）： 459-464.
[12]王森荣，杨荣山. 无砟轨道裂缝产生原因与整治措施探讨[J]. 铁道建筑技术，2007（3）： 13-17.
WANG Senrong， YANG Rongshan. Discussion on ballastless track about the bring cause of crack and renovation measure[J]. Railway Construction Tech-nology， 2007（3）： 13-17.
[13]任娟娟，刘学毅. 连续道床板裂纹计算方法及影响因素[J]. 西南交通大学学报，2010，45（1）： 34-38.
REN Juanjuan， LIU Xueyi. Calculation method and influencing factors on the crack of continuous track slab[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2010， 45（1）： 34-38
[14]肖杰灵，刘学毅，杨荣山. 无砟轨道系统功能设计的概念及内涵[J]. 铁道工程学报，2008（3）： 20-23.
XIAO Jieling， LIU Xueyi， YANG Rongshan. Concept and intension on system function design of ballastless track[J]. Journal of Railway Engineering Society， 2008（3）： 20-23.
[15]史青翠. CRTSⅠ型单元双块式无砟轨道结构研究[D]. 成都：西南交通大学土木工程学院，2011.
（中、英文编辑：付国彬）
关键词： 铁道工程；双块式无砟轨道；道床板；单元长度
中图分类号： U213.244； U214.02文献标志码： ALength Determination of Track Concrete Plate for
双块式无砟轨道具有工艺简单、施工速度快、经济效益好等优点，已在国内外众多铁路干线上应用，我国目前在建的兰新铁路第二双线（兰新二线）拟采用该型轨道[1-3].由于西北地区气候条件恶劣，夏季高温，冬季严寒，昼夜温差大，双块式无砟轨道路基段连续道床板存在涨拱、开裂等问题[4-5].为此，推荐兰新二线路基段采用改进后的单元双块式无砟轨道[6].目前，该单元结构已在现场无砟轨道试验段铺设，现场观测效果良好.
在轨道结构竖向、横向尺寸不变的情况下，道床板纵向单元长度的选取对结构应力、应变水平、（纵、横向）限位能力、建设成本、施工效率等均有较大影响.本文从荷载、温度作用下结构的性能、裂缝宽度以及配筋率等分析不同长度单元板性能的差异，并在理论分析的基础上，结合现场观测数据，给出合理的单元板长度.1单元双块式无砟轨道简介如图1，路基段单元双块式无砟轨道结构自下而上依次为路基表层级配碎石、支承层、道床板、扣件和钢轨.支承层采用C15混凝土，宽3.40 m，厚0.30 m，纵向连续铺设.道床板采用C40混凝土，宽2.80 m，厚0.26 m[7]，纵向采用单元式，单元长度在4～20 m之间.道床板伸缩缝宽度20 mm；在道床板伸缩缝下切割支承层假缝，切割深度为支承层厚度的1/3；扣件采用WJ-8B型扣件，间距为0.65 m；钢轨采用60 kg/m级钢轨.建立有限元力学模型，道床板、支承层及下部路基均采用三维实体单元模拟，扣件假定为点支承弹簧.
兰新二线无砟轨道试验段中，双块式无砟轨道单元板长度主要有6.5、13.5和19.5 m三种.通过对试验段的长期观测发现，单元双块式无砟轨道在经历一个冻融循环后，伸缩缝处的支承层假缝出现贯通裂缝（见图2），支承层与基床表层产生层间分离现象（见图3）.
根据对不同长度单元板配筋率的分析，板长小于8.0 m时，单元板建设成本最低.对于板长大于8.0 m的单元板，板长增大意味建设成本提高.
单元板长度还对现场施工有较大影响：单元板越短，伸缩缝数量、轨道横向模板设置数量越多，施工速度越慢；单元板越长，单元板内钢筋搭接接头越多，焊接工作量越大；单元板越长，道床板混凝土施工缝数量越多，后期浇筑凿毛工作量越大.3现场试验为更好地对比不同长度单元板对结构性能的影响，在兰新二线无砟轨道试验段上选取了6.5 m的小单元和长19.5 m的大单元双块式无砟轨道，进行了为期1年的观测.观测内容主要包括板端位移、混凝土应变、钢筋应力以及现场裂缝观测等.
长6.5 m的单元板的纵向配筋率为0.65%，温度升高45 ℃时，伸缩缝宽度减小3.2 mm，单元板纵向接近自由伸缩.混凝土最大拉、压应变分别为73×10-6和191×10-6；板中钢筋最大拉应力为15 MPa，最大压应力为78 MPa.根据现场观测，单元板内无任何结构性裂纹（缝）产生.
19.5 m的单元板的纵向配筋率也为0.65%，温度改变50 ℃时，伸缩缝宽度变化约5.8 mm，单元伸缩受限.混凝土最大拉、压应变分别为63×10-6和350×10-6；板中钢筋最大拉、压应力分别为79和149 MPa.根据现场观测，单元板内假缝切割处产生较多裂纹（缝）.
对比2种单元板，在配筋率相同的情况下，单元板长度越短，板端伸缩量越小，内部钢筋混凝土应力越低，道床板出现裂缝的可能性越小.4结论单元板长度的确定是单元双块式无砟轨道结构设计的重要问题之一，是轨道结构稳定性、耐久性的重要影响因素[14-15]，通过理论分析和现场观测，可以得出以下结论：
（1） 在温度力作用下，单元板越短，内部应力越低，板端位移量越小.在温度梯度、列车荷载、纵、横向荷载作用下，不同长度单元板的应力、应变响应基本一致.
（2） 在相同条件下，单元板越长，板中裂缝宽度越大，满足裂缝宽度限值的配筋率越大，轨道工程建设成本越高.从限制裂缝宽度、降低工程建设成本的角度，建议取单元双块式无砟轨道板的长度小于8.0 m.
（3） 单元双块式无砟轨道道床板长度的确定对轨道结构性能、建设成本和施工便利等影响较大，应在保证结构性能满足要求的前提下，尽量降低工程造价，并充分考虑现场施工的便利性.
对于兰新二线，因年温差较大，温度力对板长的确定影响较大，因此，宜采用小单元双块式无砟轨道，以降低板内温度应力，控制裂缝宽度.建议兰新二线采用板长6.5 m的小单元双块式无砟轨道.
参考文献：
[1]何华武. 无碴轨道技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2005： 33-43.
[2]赵国堂. 高速铁路无砟轨道结构[M]. 北京：中国铁道出版社，2006： 44-49.
[3]韦合导，王森荣. 高速铁路双块式无砟轨道结构设计及施工技术[J]. 铁道建筑技术，2008（2）： 44-48.
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YAN Hua， ZHAI Wanming. Analysis of designing concrete supporting layer of bi-block sleeper track in soil foundation[J]. Journal of Railway Engineering Society， 2007（12）： 30-34.
[7]王森荣. 双块式无砟轨道及配筋混凝土路面结构设计研究[J]. 铁道工程学报，2010（6）： 18-22.
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WANG Senrong， SUN Li. Temperature measurement and temperature stress analysis of ballastless track slab[J]. Journal of Railway Engineering Society， 2009（2）： 52-55.
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[10]铁道第三勘察设计院集团有限公司，中铁第四勘察设计院集团有限公司，中国铁道科学研究院. TB 10621—2009 高速铁路设计规范（试行）[S]. 北京：中国铁道出版社，2010： 82-90.
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ZHAO Pingrui， LIU Xueyi. Reduced elastic modulus of cracked support layer in twin-block ballastless track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2008， 43（4）： 459-464.ZHAO Pingrui， LIU Xueyi. Reduced elastic modulus of cracked support layer in twin-block ballastless track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2008， 43（4）： 459-464.
[12]王森荣，杨荣山. 无砟轨道裂缝产生原因与整治措施探讨[J]. 铁道建筑技术，2007（3）： 13-17.
WANG Senrong， YANG Rongshan. Discussion on ballastless track about the bring cause of crack and renovation measure[J]. Railway Construction Tech-nology， 2007（3）： 13-17.
[13]任娟娟，刘学毅. 连续道床板裂纹计算方法及影响因素[J]. 西南交通大学学报，2010，45（1）： 34-38.
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[14]肖杰灵，刘学毅，杨荣山. 无砟轨道系统功能设计的概念及内涵[J]. 铁道工程学报，2008（3）： 20-23.
XIAO Jieling， LIU Xueyi， YANG Rongshan. Concept and intension on system function design of ballastless track[J]. Journal of Railway Engineering Society， 2008（3）： 20-23.
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