蒙华铁路长枕埋入式轨枕制造技术

收稿日期：２０１９－０１－
１５ 作者简介：代赵洁（１９８７—），女，工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作。

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．ｃｏｍ蒙华铁路长枕埋入式轨枕制造技术
代赵洁
（中铁十四局集团房桥有限公司，北京１０２４００
）摘　要：介绍了长枕埋入式无砟轨道使用的混凝土轨枕制造技术。

通过对轨枕结构设计时承载能力要求和预应力偏心影响的分析，
提出桥枕设计的两种结构配筋方案，对比分析得到合理的配筋方案。

通过对钢模结构的设计，提出两种预埋铁座固定装置方案并对比，得到合适的预埋铁座固定方案。

对轨枕生产的工艺流程和关键技术控制进行优化设计，对长枕埋入式轨枕进行静载抗裂强度检验。

新型轨枕满足使用要求并有一定安全富余量。

关键词：长枕埋入式无砟轨道；轨枕；预埋铁座；生产工艺ＤＯＩ：１０．１３２１９／ｊ．ｇｊｇｙ
ａｔ．２０１９．０２．０１３中图分类号：Ｕ２１３．３４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２－３９５３（２０１９）０２－００５３－０４
蒙华铁路（蒙西到华中煤运铁路）是国内在建最长的运煤专线。

蒙华铁路多位于多山地区，线路上隧道占比都比较高。

为了提高隧道内线路运营条件，蒙华铁路长１ｋｍ及以上隧道内采用长枕埋入式无砟轨道，配套采用ＷＪ－１２型扣件。

桥梁上长枕埋入式无砟轨道整体性好，能保持轨距不发生变化，方便基本轨、护轨布置，也有其独到优势。

由于该型号长枕埋入式轨枕首次在国内批量化生产制造，因此本文在此总结本产品的生产制造技术，为该类似
轨枕生产提供参考［
１］。

１
长枕埋入式轨枕枕型介绍
新建蒙华铁路长枕埋入式轨枕（图号：研线
１２２２－
Ｉ）包含隧道内及路基用长枕埋入式轨枕、桥上长枕埋入式平直段轨枕两大类（
见图１、图２）。

长枕埋入式轨枕长度为２．５ｍ，桥上长枕在枕中位置设置有护轨承轨台，护轨承轨台平面高度要大于钢轨承轨台平面高度，
而隧道及路基用长枕无设置。

该枕使用ＷＪ－
１２型扣件，需在轨枕预制时将扣件的配套铁座部分预埋在混凝土中，作为钢轨扣件的固定结构。

在承轨面范围内设置１∶４０轨底坡，满足钢轨安装的需要。

长枕侧面设置有预留孔，为一侧直径７０ｍｍ、另一侧直径５０ｍｍ的锥形侧孔结构。

轨枕端头预应力钢丝外露长度８０ｍｍ，上排钢丝向下弯折１５°
，便于与整体道床钢筋连接。

图１
隧道内及路基上长枕埋入式轨枕
图２桥上长枕埋入式无砟轨道平直段轨枕
２
轨枕配筋方案设计
蒙华铁路埋入式桥枕的配筋设计沿用既有重载
铁路隧道内埋入式长枕的设计方案，主筋采用８根
７ｍｍ螺旋肋钢丝。

为研究中间截面高度的增加
对桥上埋入式长枕的影响，特进行了两种结构方案设计对比分析。

方案一：该方案轨枕轨下和枕中截面设计如图３所示。

经计算，
预应力筋合力点高度在轨下截面换算截面合力点高度以下，这样可以保证轨下截面下侧抗拉强度，从结构受力的角度可满足轨下截面正弯矩的要求。

枕中截面经计算受到负弯矩，如果与轨下截面一致，则对于桥上轨枕枕中截面的受力形式是不利的。

为了使枕中截面形心以上能够承受拉应力，
在上侧加置４根补强钢筋，用来分担枕中截面混凝土受到的拉应力，使枕中截面能够承受负弯矩。

此种方案中，钢丝总张拉力为３４８ｋＮ。

经计
实例Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ｅｘａｍｐ
ｌｅｓ
算，该轨枕静载强度值为：轨下截面为１７０ｋＮ、枕中截面为１１０ｋＮ。

图３
预应力钢筋布置（单位：ｍｍ）
方案二：为了提高截面的抗弯性能，可通过增大截面上的预压应力值的方法来实现，由此改善枕中截面抗弯能力由混凝土抗拉性能承担的情况。

长枕作为一种偏心受拉结构，可以在截面形式不改变的情况下调整偏心距，在保证轨下截面承载能力能够满足要求的前提下，将钢筋丝位向轨枕顶面方向调整５ｍｍ（见图３），由此来优化枕中截面的受力。

又因为该轨枕用于无砟轨道线路上，承受的弯矩较小，且考虑到偏心距调整后过大的张拉力可能会导致混凝土徐变上拱严重，因此将钢丝的总张拉力调整到２００ｋＮ。

经计算，在此种方案下，静载强度值：轨下截面为１１０ｋＮ、枕中截面８０ｋＮ。

两种方案中轨下和枕中截面的抗弯能力均能满足设计静载试验值的要求，轨下截面的正弯矩引起的拉应力基本由预应力钢丝承受，承载力稳定，充分发挥了钢筋混凝土结构混凝土部分受压、钢筋部分受拉的特点；且在轨枕生产时，随着混凝土截面面积
的增加，
轨枕的抗裂性能也会随之增强。

由于桥枕护轨的设计，枕中截面较轨下截面还要高，枕中截面的部分抗弯能力是由混凝土来承担，因此枕中截面的抗弯能力受混凝土强度的影响很大，施工时要严格控制，才能满足产品的要求。

方案二较方案一预应力钢丝丝位提升了，原来混凝土承担的拉应力变小了，施工时可以更好的控制。

对比两种方案，方案二的施工方便、张拉力小、轨枕生产之后徐变上拱值小，因此桥枕的配筋形式采用方案二的配筋设计。

３　钢模型的设计
３．１
模型结构设计
根据长枕埋入式轨枕的外形特性及预应力要求，生产预制宜采用机组流水线工艺。

为保证模型的制作精度和质量，
模型采用２×４结构形式，即双排４根布置，这样有利于防止模型起拱变形及丝位的控制。

模型不设反拱，因外露筋设计长度为８０ｍｍ，因此相邻两枕节间距设置不应少于１６５ｍｍ，
预留５ｍｍ断筋损耗长度。

枕节之间采用断开结构，此结构对轨枕长度及端头垂直度控制较好。

模型平面图和断面图如图４、图５所示。

图４模型平面图（局部）（单位：ｍｍ
）
图５模型断面图（单位：ｍｍ）
３．２预埋铁座固定装置设计
长枕埋入式轨枕相较于普通有砟轨道轨枕，其
承轨面两侧采用预埋铁座作为钢轨扣件的固定结构，预埋铁座安装的精确度是长枕埋入式轨枕生产
制造的关键质量控制点。

根据图纸设计要求，承轨面沿预埋铁座向上２８ｍｍ处为测量点，在此位置测量同一承轨面两铁座间距（即小轨距）误差允许值为（－０．５ｍｍ、＋１ｍｍ）
，两侧承轨面外侧两铁座间距
（即大轨距）误差允许值为（－１ｍｍ、＋１．５ｍｍ）。

借鉴之前ＩＩＩｂｋ型轨枕的生产经验，预埋铁座安装窗口周围需装配柔性橡胶圈，目的即为防止轨枕在施加预应力时，预埋铁座与模型间剪力过大导致混凝土开裂，同时使预埋铁座与安装窗口密贴，防止混凝土灌注时出现漏浆问题。

但柔性橡胶圈不具备精确定位的条件，且预埋铁座不能与长枕内部配筋发生接触，因此固定铁座只能考虑加固混凝土面以上的外露部分。

设计人员提出两套定位装置方案：
方案一（如图６所示）设计扣碗型固定装置，采用可分离结构，顶部预留出铁座及螺栓穿孔。

安装方法为：先将预埋铁座从安装窗口穿出，后套入固定装置紧固螺栓完成初步定位，待每根枕４组固定装置均初步定位完毕后，再使用标准量具进行间距微调以完成最终定位。

生产养护完毕后先将固定装置进行拆除，随后释放预应力进行脱模，空模型进入下一生产循环。

图６
扣碗型固定装置
方案二（见图７）设计悬臂式固定装置，该固定装置非悬臂面与模型承轨面底板焊接固定，两侧悬臂预留出螺栓穿孔用以紧固预埋铁座固定螺栓，在固定装置左右两侧安装横向顶丝来横向约束固定螺栓，两侧挡板为同一承轨面两预埋铁座间距的限位器，大小轨距限位位置均可固定，能满足预埋铁座间的相对距离及垂直度的要求。

安装方法为：使用固定螺栓将预埋铁座进行纵向的初步紧固，调节横向顶丝将两侧铁座向内推动至与挡板接触，完成横向的最终定位。

图７
悬臂式固定装置
由于放张预应力时，模型内裸露部分钢丝发生收缩导致轨枕与模型壳体产生位移。

位移量计算
为：钢丝总长为１１．５ｍ，轨枕总长度为２．５ｍ×４＝１０ｍ，裸露钢丝的长度Ｌ为１．５ｍ，
隧道及路基用枕张拉力Ｐ为３４８ｋＮ，桥上用枕张拉力Ｐ为２００ｋＮ。

隧道及路基用枕位移量：△Ｌ＝Ｐ·Ｌ／（Ｅｇ·Ｓ）＝８
．５ｍｍ。

桥上用枕位移量：△Ｌ＝Ｐ·Ｌ／（Ｅｇ·Ｓ）＝４．９ｍｍ。

式中：Ｅ为钢丝弹性模量；Ｓ为钢丝截面积。

由以上计算可看出，为防止预埋铁座与模型发生磕碰，必须在其接触位置留有空间或者设置缓冲方式。

方案一扣碗型固定装置优点在于可拆卸，对预埋铁座露出模型壳体部分不存在阻碍作用，预埋铁座只与柔性橡胶圈接触，缓解铁座与模型间的剪力作用，防止承轨面混凝土开裂。

但装置因采用分离结构导致每次安装均需要量具配合定位，装配工作量大，不适于长枕批量化生产要求。

方案二悬臂式固定装置优点为大小轨距限位位置均固定，能满足预埋铁座间的相对距离及垂直度的要求，安装便捷装配效率高。

而缺点在于限位器与预埋铁座间为刚性接触，放张时铁座根部混凝土面受剪切力较大，容易出现开裂情况。

为此，设计人员在限位器与预埋铁座间增加一块插板，当混凝土振捣成型进入初凝状态时，将插板拔出使限位器与铁座间形成一定空间，从而达到方案一的效果。

３．３侧孔成孔装置设计
侧孔成孔装置单独设计，整体为锥形结构，成孔
装置安装后需与壳体密封紧密，防止接缝处漏浆，待混凝土振捣成型后将成孔器拔出。

根据长枕埋入式轨枕设计要求，侧孔一端直径为７０ｍｍ、另一端直径为５０ｍｍ。

在试生产时发现拔出成孔器后，混凝土因未发生初凝，受重力及压力的作用侧孔会出现收缩。

设计人员通过多次试验，最终将成孔器直径增加５ｍｍ，通过生产验证，成品侧孔直径达到要求。

４
长枕生产关键技术
长枕埋入式轨枕采用流水线生产工艺进行生产预
制，轨枕厂无须改造现有流水线即可满足生产需求。

４．１
轨距调整
由于长枕埋入式轨枕为预应力轨枕，当混凝土强度达到设计强度的７５％后，对长枕进行放张施加应力。

由于应力作用，混凝土受压产生一定的回缩，
因此要保证成品枕预埋铁座间距满足设计要求，在预埋铁座安装时需计算轨枕的回缩量作为轨距调整值。

混凝土轨枕的收缩计算为：隧道及路基用枕，２．９
ｍｍ；桥上用枕，１．７ｍｍ；隧道及路基用枕小轨距调整值，０．３ｍｍ；隧道及路基用枕大轨距调整值，２ｍｍ；桥上用枕小轨距调整值，０．２ｍｍ；桥上用枕大轨距调整值，１．２ｍｍ。

由于长枕两承轨面设计有向内的１∶４０坡度，因此在测量时要保证预埋铁座与承轨面的垂直度，且在承轨面沿预埋铁座向上２８ｍｍ处进行预埋铁座间距的测量。

脱模后的轨枕要根据龄期变化对轨距进行持续观测，根据温湿度及材料变化等因素对轨枕的影响及时修正轨距调整值。

４．２预埋铁座安装
在钢丝入模工位设置模型液压翻转装置，模型运行到工位，由翻转设备锁住模型边缘，一侧通过液压装置将模型向另一侧翻转５０°。

装置锁止确保安全后，作业人员在模型内侧将预埋铁座从模型内部穿入到安装窗口内，并由外侧的作业人员通过模型后部固定装置进行定位调整，将预埋铁座与定位螺栓连接并安装紧固，防止预埋铁座歪斜下沉。

４．３侧孔成孔器装卸
侧孔成孔器改进后增大５ｍｍ直径，安装时确保锥体无灰浆杂质残留，手握把手将其从模型两侧预留孔插入，检查锥体与模型壳体的密贴来判定安装是否到位。

每根轨枕需安装６个侧孔成孔器，可在模型上设置活动压板，３个为一组进行统一固定，提高装配效率。

当混凝土振捣成型后，拆除压板将成孔器旋转９０°即可拔出，拔出后注意检查是否出现塌孔现象，做好及时处理。

５长枕静载抗裂试验
长枕埋入使轨枕应按照《预应力混凝土枕静载
抗裂试验方法》（ＴＢ／Ｔ　１８７９—２００２）及《３０吨轴重重载铁路隧道内长枕埋入式无砟轨道用混凝土轨枕技术条件》（Ｑ／ＣＲ　５０９—２０１６），对隧道和桥上使用轨枕进行两种静载抗裂试验，检验荷载值大小如表１所示。

表１长枕静载抗裂试验荷载值
试验截面
　检验荷载／ｋＮ　
隧道及路基
用枕
桥上
用枕
持荷时长／ｓ
隧道及路基
用枕
桥上
用枕轨下截面正弯矩１７０　１１０　１８０　１８０枕中截面负弯矩１１５　８０　１８０　１８０试验结果表示，隧道及路基用枕轨下截面正弯矩位置的开裂荷载为２２０ｋＮ·ｍ，枕中截面负弯矩位置的开裂荷载为１３１ｋＮ·ｍ。

桥上用枕轨下截面正弯矩位置的开裂荷载为１８５ｋＮ·ｍ，中截面负弯矩位置的开裂荷载为９５ｋＮ·ｍ。

由试验数据得到隧道及路基用枕中截面弯矩的保险系数为（１３１－１１５）ｋＮ·ｍ／１１５ｋＮ·ｍ＝１３．９％，桥上用枕中截面弯矩的保险系数为（９５－８０）ｋＮ·ｍ／８０ｋＮ·ｍ＝１８．７５％。

这表明新设计轨枕的承载力满足使用要求，并有较多富余量。

６结束语
本文总结介绍了长枕埋入式无砟轨道的重要部件长枕的设计和生产经验，具有推广应用价值。

参考文献
［１］李明领．重载铁路隧道内无砟轨道结构选型设计与施工关键技术［Ｊ］．铁道建筑，２０１４（０７）：１２４－１２５
Ｔｈｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｏｎｇ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｌｅｅｐｅｒ
ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ－Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ
ＤＡＩ　Ｚｈａｏｊｉｅ
（Ｔｈｅ　Ｈｏｕｓｅ　ａｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆ　ｔｈｅ　１４ｔｈ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２４００，Ｃｈｉｎａ）
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