第1章 桥上无砟轨道
1.1 高速铁路发展
高速铁路作为一种兼具快速、安全、便捷、舒适、环保等优势的交通运输形式，自问世后一直备受人们的重视并得到了快速发展，现已成为衡量铁路现代化的重要指标之一[1]。发展高速铁路需要足够发达的经济条件和充足的客流密度来支撑和保障。在国外主要以日本、法国、德国为代表的发达国家较早开启了高速铁路的建设和相关先进技术的探索，并积累了一定经验，形成了各自的技术体系[2， 3]。其中，日本以新干线技术为代表，法国形成了以TGV列车为核心的相关技术，德国总结出了ICE系列列车相关技术，并在磁悬浮技术上取得一定突破[4]。我国的高速铁路虽起步较晚，但在短短十几年时间内经历了“引进-消化吸收-再创新”的发展过程，发展迅猛，已取得了举世瞩目的成就。目前我国“四纵四横”干线网已建成，“八纵八横”大网加密初步成型，正有序建设、推进。截至2024年底，我国高速铁路运营总里程已达4.8万km，位居世界**。目前，世界上仍有10余个国家在规划和修建高速铁路，高速铁路仍具有广泛的应用、发展前景。各国仍在高速铁路领域中不断深入探索，向着智能、绿色、高速度、高质量等方向不断拓展[5]。
根据我国“十四五”规划和《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，到2035 年，我国将率先建成实力****的现代化铁路强国，届时全国铁路网总长度将达到约20万km，高铁里程将达到7万km左右[6]，20万人口以上的城市将实现铁路覆盖，50 万人口以上的城市将实现高铁通达。这将极大提升人们出行的便捷性，增进全国各地间的文化交流与经济往来，进一步推动我国经济发展。
桥梁作为高速铁路线路下部基础的重要组成部分，在铁路线路跨越公路、河流、山涧或者地质条件较差的区域时，可为高速铁路提供一个稳定、平顺的基础[7， 8]。在我国高铁长达4万多km的运营里程中，包含约2万km的铁路桥梁，占总里程的40%以上。京津高铁、京沪高铁等高速铁路的桥梁占比更是高达总里程的85%以上[9-11]。目前铺设无砟轨道的高速铁路桥梁，均是以刚度较大的混凝土梁为主，如连续梁（刚构）、连续梁（刚构）拱、部分斜拉桥等。国外*大跨度的高速铁路斜拉桥为日本北陆新干线第二千*川桥（图1-1），孔跨布置为2×135m单塔双孔斜拉桥，设计行车速度为260km/h，采用板式整体无砟轨道。另外，德国埃本斯费尔德—埃尔福特铁路弗罗什根德湖高架桥（图1-2）采用270m跨径的上承式混凝土拱桥，线路设计速度为300km/h，实际运营速度为250km/h，桥上线间距为4.7m，采用板式无砟轨道。
图1-1 日本北陆新干线第二千*川桥
图1-2 德国埃本斯费尔德—埃尔福特铁路弗罗什根德湖高架桥
我国*早在大跨度桥梁上铺设无砟轨道的项目是昌赣高铁赣江特大桥，该桥主跨为300m，采用斜拉桥结构，之后为商合杭高铁裕溪河特大桥，该桥主跨为324m，也采用斜拉桥结构。这两座高速铁路大跨桥的设计行车速度均为350km/h，铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道。近年来，我国高速铁路主跨在300m以上的大跨度铁路桥梁数量显著增多，截至2022年5月已开通运营13座，在建38座，拟建34座[12]，部分新建大跨度铁路桥如图1-3所示。在大跨度桥梁上铺设无砟轨道比有砟轨道更加稳定和方便列车提速，具有整体性好、维修成本低、维修少、桥梁二期恒载小等优点[13]，因此无砟轨道被广泛铺设于新开通高速铁路大跨度桥梁线路中。国内目前已铺设无砟轨道的大跨度铁路桥梁如表1-1所示。
图1-3 国内新建大跨度铁路桥
表1-1 国内铺设无砟轨道的大跨度桥梁[14-19]
随着高速铁路的迅猛发展，对特大跨度桥梁铺设无砟轨道的研究显得尤为关键，其必要性主要体现在以下几个方面。
（1）确保高速列车能够以 350km/h 的速度平稳不限速运行，提升运输效率。（2）减少养护维修工作量，降低长期运营成本。
（3）统一全线轨道类型，简化维护工作流程，同时减少养护维修设备的种类和数量。
（4）扩大无砟轨道在桥梁上的应用范围，推动无砟轨道技术的进一步发展。
1.2 高速铁路桥上无砟轨道结构
随着高速铁路技术的不断进步，无砟轨道因其优异的平顺性、稳定性、耐久性及低维护成本，逐渐成为高速铁路桥梁铺设的*选。各国在桥上无砟轨道结构的研究和应用方面积累了丰富的经验，形成了各具特色的技术体系。本节主要介绍德国和我国在高速铁路桥上无砟轨道结构方面的技术特点。
1.2.1 德国高速铁路桥上无砟轨道结构
德国铁路无砟轨道研究是在解决了土质路基铺设的技术问题后逐步推广到隧道和桥梁上的，为全区间铺设无砟轨道创造了有利条件。德国具有实际运营经验的无砟轨道具体结构形式主要有Rheda型无砟轨道、Züblin型无砟轨道及B？gl板式无砟轨道。
1. 桥上Rheda型无砟轨道
1972年，联邦德国铁路公司在Rheda车站试铺了由德国慕尼黑工业大学开发的枕式无砟轨道，轨下基础由整体混凝土枕和现浇钢筋混凝土板组成，称为Rheda型无砟轨道。这种无砟轨道经过不断改进和完善，现已发展到Rheda2000型无砟轨道。新结构简化了轨枕块结构，取消了混凝土槽，降低了结构高度，完善了结构的整体性，可降低轨道本身和线路的造价。此外，新结构还统一了结构形式，即在土质路基上、桥梁上、隧道内，以及道岔区和钢轨伸缩调节器区域都具有相同或相似的结构。桥上Rheda型无砟轨道结构如图1-4所示。长桥上道床板分块设置，长度一般为4.0～7.0m，道床板之间设*小宽度为100mm的横向断缝，可作为横向排水通道；桥上设凸台或设底座（凹槽），提供道床板纵向和横向限位，在凸台或底座凹槽四个侧面设置弹性垫层。
图1-4 桥上Rheda型无砟轨道结构
2. 桥上Züblin型无砟轨道
Züblin型无砟轨道结构与Rheda2000型无砟轨道结构基本相同，*大的不同是施工方法。Züblin型无砟轨道采用德国Züblin公司开发的专用成套施工设备，用固定钢框架替代钢轨支撑架，将轨排振动压入预先浇筑的混凝土中。该施工方法机械化程度高，施工进度快，且在施工过程中无须工具轨，受环境条件的影响较小。1974年，Züblin型无砟轨道*次在德国科隆—法兰克福高速铁路上应用，其桥上结构如图1-5所示。
图1-5 桥上Züblin型无砟轨道结构
3. 桥上B？gl板式无砟轨道
B？gl板式无砟轨道在长桥上的基本结构与Rheda2000型无砟轨道和Züblin型无砟轨道相同，采用设置凹槽的现浇混凝土底座板，桥上轨道板不纵连，设10cm的间隔缝，梁缝处轨道板和底座板均断开。预制轨道板采用普通钢筋混凝土结构，板厚300mm，板两端的中部设置与现浇底座凹槽对应的限位块，限位块侧面粘贴橡胶垫层，板底喷涂隔离层，其结构如图1-6所示。
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