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摘 要：随着我国高速铁路无砟轨道技术的发展和十几年的探索，通过进行经济比选，目前国内大多数高速铁路采用有砟轨道，仅有隧道及隧道群内采用无砟轨道，本文以张呼铁路无砟轨道为例，从施工、设计和环境等多个方面对无砟轨道道床板裂纹产生的原因和控制措施进行分析和研究，研究结果表明严寒地区隧道无砟轨道道床板裂纹的产生与隧道沉降缝、仰拱及填充沉降缝、道床板伸缩缝的设置、轨排之间鱼尾板及轨排扣件松动时间及施工工艺息息相关，并表述了相关的控制措施，为今后严寒地区高速铁路无砟轨道设计和施工提供借鉴。
关键词：严寒地区;隧道;无砟轨道道床板;裂纹成因;控制措施
0 引言
自2004年9月遂（四川遂宁）渝（重庆）铁路建设，我国首条无砟轨道试验段开始综合试验，到2009年12月26日武广高速铁路投入运行直至现今，无砟轨道先后应用了RHEDA双块式、CRTS-Ⅰ型、CRTS-Ⅱ型、CRTS-Ⅲ型无砟轨道技术。无砟轨道具有的高稳定性、少维修和寿命长的优点均被业内人士认可，但建设期间的质量缺陷将为整个使用寿命期留下隐患，修复工作较有砟轨道修复工作比较复杂，且需要大量费用和时间，一旦损坏引起封闭线路维修将产生很大的经济损失和社会影响，而在建设无砟轨道之前，绝大部分经济研究并没有考虑无砟轨道到了寿命周期后高昂的再建费用，最近几年无砟轨道建设规模锐减。但通过十几年的摸索发现，由于限制基础的长期沉降需要维护，桥梁和路基上的无砟轨道经济效益较差，比有砟轨道要多出2倍，但隧道内的无砟轨道相对有砟轨道具有良好的经济效益[1]。而影响隧道内无砟轨道使用寿命的重要的一项就是道床板裂纹。本文以张家口至呼和浩特高速铁路隧道群无砟轨道为例，通过3年时间对道床板裂纹的产生、发展和原因进行系统的研究，并通过积累施工经验，提供理论依据，从而指导严寒地区隧道内无砟轨道的设计和施工。
1 工程概况
1.1 设计概况
张呼铁路隧道及隧道群内采用CRTS-1型双块式无砟轨道，隧道地段道床板宽度2 800 mm、一般地段厚度为260 mm，
隧道洞口195 m范围内或在有砟与无砟分界点195 m范围内道床板采用分块浇筑，每隔19.5 m设置2 cm伸缩缝，洞口195 m范围外道床板采用连续浇筑。
1.2 轨道板裂纹情况
从无砟轨道道床板浇筑至联调联试期间，对大尖山隧道群无砟轨道中的三号隧道195 m范围内道床板和洞内连续段60 m道床板裂纹情况进行了为期3年的观测，观测结果如下：
1.2.1 洞口段板块（19.5 m）裂纹情况
①混凝土浇筑完成后仅有少数轨枕四周有轻微的八字裂纹，八字裂纹的数量随着一个冻融期后明显增加，在经历第二个冻融期后裂纹变化不大，趋于稳定，联调联试期间在动荷载作用以后，八字裂纹数量有明显增加。
②洞口段道床板裂纹数量明显多于洞内连续段裂纹数量，在道床板完成6个月后，在对应隧道仰拱施工缝位置道床板上出现“7字”裂纹，1年后该裂纹沿道床板横向贯通，相应仰拱填充沿道床板贯通裂纹位置也产生裂纹。
1.2.2 洞内60 m连续段裂纹情况
洞内无砟轨道道床板裂纹数量明显少于洞口段，但随着时间的推移，在1年后在隧道仰拱施工缝位置道床板上出现1条横向的贯通裂纹，再过1年后在距离上道贯通裂纹30 m左右的仰拱施工缝位置道床板上又出现1条横向的贯通裂纹，其他裂纹随着时间的推移，裂纹的数量和发展并不明显。
2 裂纹成因分析
2.1 混凝土振捣不到位引起
道床板浇筑过程中，混凝土布料时未从一侧向另一侧挤压式布料或布料不均匀，振捣棒振捣时未对轨枕下部进行加强振捣，导致轨枕下部混凝土不密实，在轨排扣件松动时，轨枕下沉造成轨枕周围混凝土扰动，产生肉眼不可见的八字裂纹，后期在热胀冷缩和荷载作用下，裂纹开始发展。
2.2 轨排对轨枕的束缚引起
严寒地区一天之内温差较大，混凝土浇筑后未及时拆除轨排之间的鱼尾夹板或未及时解除扣件对轨枕的束缚，在温差较大的情况下，混凝土的收缩和轨排的伸缩不同步，导致轨排拉动轨枕发生轻微的位移，使轨枕四角产生放射性发展的八字裂纹，该裂纹沿轨枕四周发展，长度一般在3 cm～15 cm之间，裂纹的宽度和深度较小。
2.3 外部环境引起
通过观测道床板裂纹数量发现，洞口段道床板裂纹数量要明显多于洞内道床板裂纹。通过分析研究得出，因洞口段和短隧道洞内外温差较大，且昼夜温差较大，致使轨排与混凝土、轨枕与混凝土之间收缩差较大，导致混凝土表面产生裂纹。
2.4 结构本身设计引起
通过对洞口分块段和洞内连续段道床板裂纹所在位置观测发现，洞口分块段在道床板施工完成1年后沿道床板横向产生了1条贯通裂纹，洞内60 m连续道床板上，在道床板施工完成1～2年以后，沿道床板横向产生了3条贯通裂纹。通过现场勘查发现，该4条贯通裂纹均在隧道仰拱与仰拱填充施工缝位置，从而得出结果为该贯通裂纹是因无砟轨道道床板伸缩缝未与隧道仰拱和仰拱填充沉降缝在同一断面，导致隧道仰拱及仰拱填充混凝土在热胀冷缩过程中将沉降缝位置的道床板混凝土拉裂。
2.5 外加动荷载引起
通过对同块道床板联调联试前后裂紋数量、长度、宽度和深度的统计分析发现，在动车行驶一段时间后，个别轨枕四角位置产生了八字裂纹。通过选择多块道床板观测，出现的裂纹形式和位置基本一致，分析原因是因为动车产生的动荷载作用于轨道后，使轨枕四角混凝土产生裂纹。
3 裂纹控制措施
3.1 加强轨枕底部振捣
混凝土布料时，在每排轨枕之间采用“之”字形方式布料，使每块轨枕下部混凝土饱满，混凝土振捣采用“大配小”的振捣方式，轨枕四周采用φ50振捣棒振捣，轨枕底部采用φ30振捣棒振捣，确保轨枕底部混凝土密实，使轨枕与混凝土密实结合。
3.2 严控轨排应力释放时间
通过多次试验证明，混凝土浇筑完成后，将2 cm钢球轻轻放置于混凝土表面，混凝土凹陷为5 mm时即可拆除轨排之间的鱼尾夹板，待混凝土表面凹陷为2 mm时即可松动轨枕扣件，才能将混凝土裂纹控制到最佳效果。
3.3 选择最佳的浇筑时间
为了避免因温差因素产生道床板裂纹，在道床板混凝土浇筑时，选择在温度较恒定的晚上或是阴天施工，以降低轨排的收缩，道床板浇筑完成后及时进行覆盖养护，降低混凝土与环境之间的温差，从而控制道床板裂纹。
3.4 合理设置道床板伸缩缝
为了防止道床板出现横向贯通裂纹，一是在隧道施工过程中，严格控制隧道二衬、仰拱和仰拱填充的施工缝和沉降缝在同一断面，使各部收缩、沉降一致;二是在隧道板块划分时，确保道床板伸缩缝与隧道的施工缝和沉降缝在同一断面;三是隧道二衬、仰拱、仰拱填充层和洞内连续段道床板根据当地最低气温情况，均需合理设置伸缩缝[2]。
4 结束语
无砟轨道道床板裂纹控制一直是无砟轨道施工的技术难题，本文通过对无砟轨道道床板在经历冻融交替和动荷载加载情况下裂纹观测研究，从施工工艺、施工环境、结构设计和外部荷载等方面进行分析研究，并针对不同原因，总结出防控措施，可有效控制无砟轨道道床板裂纹出现，对今后严寒地区高速铁路隧道无砟轨道施工有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]马迪.我国高速铁路无砟轨道经济性研究[D].西南交通大学，2009.
[2]高增增.CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究[J].铁道标准设计，2017，61（11）：13-18.
关键词：严寒地区;隧道;无砟轨道道床板;裂纹成因;控制措施
0 引言
自2004年9月遂（四川遂宁）渝（重庆）铁路建设，我国首条无砟轨道试验段开始综合试验，到2009年12月26日武广高速铁路投入运行直至现今，无砟轨道先后应用了RHEDA双块式、CRTS-Ⅰ型、CRTS-Ⅱ型、CRTS-Ⅲ型无砟轨道技术。无砟轨道具有的高稳定性、少维修和寿命长的优点均被业内人士认可，但建设期间的质量缺陷将为整个使用寿命期留下隐患，修复工作较有砟轨道修复工作比较复杂，且需要大量费用和时间，一旦损坏引起封闭线路维修将产生很大的经济损失和社会影响，而在建设无砟轨道之前，绝大部分经济研究并没有考虑无砟轨道到了寿命周期后高昂的再建费用，最近几年无砟轨道建设规模锐减。但通过十几年的摸索发现，由于限制基础的长期沉降需要维护，桥梁和路基上的无砟轨道经济效益较差，比有砟轨道要多出2倍，但隧道内的无砟轨道相对有砟轨道具有良好的经济效益[1]。而影响隧道内无砟轨道使用寿命的重要的一项就是道床板裂纹。本文以张家口至呼和浩特高速铁路隧道群无砟轨道为例，通过3年时间对道床板裂纹的产生、发展和原因进行系统的研究，并通过积累施工经验，提供理论依据，从而指导严寒地区隧道内无砟轨道的设计和施工。
1 工程概况
1.1 设计概况
张呼铁路隧道及隧道群内采用CRTS-1型双块式无砟轨道，隧道地段道床板宽度2 800 mm、一般地段厚度为260 mm，
隧道洞口195 m范围内或在有砟与无砟分界点195 m范围内道床板采用分块浇筑，每隔19.5 m设置2 cm伸缩缝，洞口195 m范围外道床板采用连续浇筑。
1.2 轨道板裂纹情况
从无砟轨道道床板浇筑至联调联试期间，对大尖山隧道群无砟轨道中的三号隧道195 m范围内道床板和洞内连续段60 m道床板裂纹情况进行了为期3年的观测，观测结果如下：
1.2.1 洞口段板块（19.5 m）裂纹情况
①混凝土浇筑完成后仅有少数轨枕四周有轻微的八字裂纹，八字裂纹的数量随着一个冻融期后明显增加，在经历第二个冻融期后裂纹变化不大，趋于稳定，联调联试期间在动荷载作用以后，八字裂纹数量有明显增加。
②洞口段道床板裂纹数量明显多于洞内连续段裂纹数量，在道床板完成6个月后，在对应隧道仰拱施工缝位置道床板上出现“7字”裂纹，1年后该裂纹沿道床板横向贯通，相应仰拱填充沿道床板贯通裂纹位置也产生裂纹。
1.2.2 洞内60 m连续段裂纹情况
洞内无砟轨道道床板裂纹数量明显少于洞口段，但随着时间的推移，在1年后在隧道仰拱施工缝位置道床板上出现1条横向的贯通裂纹，再过1年后在距离上道贯通裂纹30 m左右的仰拱施工缝位置道床板上又出现1条横向的贯通裂纹，其他裂纹随着时间的推移，裂纹的数量和发展并不明显。
2 裂纹成因分析
2.1 混凝土振捣不到位引起
道床板浇筑过程中，混凝土布料时未从一侧向另一侧挤压式布料或布料不均匀，振捣棒振捣时未对轨枕下部进行加强振捣，导致轨枕下部混凝土不密实，在轨排扣件松动时，轨枕下沉造成轨枕周围混凝土扰动，产生肉眼不可见的八字裂纹，后期在热胀冷缩和荷载作用下，裂纹开始发展。
2.2 轨排对轨枕的束缚引起
严寒地区一天之内温差较大，混凝土浇筑后未及时拆除轨排之间的鱼尾夹板或未及时解除扣件对轨枕的束缚，在温差较大的情况下，混凝土的收缩和轨排的伸缩不同步，导致轨排拉动轨枕发生轻微的位移，使轨枕四角产生放射性发展的八字裂纹，该裂纹沿轨枕四周发展，长度一般在3 cm～15 cm之间，裂纹的宽度和深度较小。
2.3 外部环境引起
通过观测道床板裂纹数量发现，洞口段道床板裂纹数量要明显多于洞内道床板裂纹。通过分析研究得出，因洞口段和短隧道洞内外温差较大，且昼夜温差较大，致使轨排与混凝土、轨枕与混凝土之间收缩差较大，导致混凝土表面产生裂纹。
2.4 结构本身设计引起
通过对洞口分块段和洞内连续段道床板裂纹所在位置观测发现，洞口分块段在道床板施工完成1年后沿道床板横向产生了1条贯通裂纹，洞内60 m连续道床板上，在道床板施工完成1～2年以后，沿道床板横向产生了3条贯通裂纹。通过现场勘查发现，该4条贯通裂纹均在隧道仰拱与仰拱填充施工缝位置，从而得出结果为该贯通裂纹是因无砟轨道道床板伸缩缝未与隧道仰拱和仰拱填充沉降缝在同一断面，导致隧道仰拱及仰拱填充混凝土在热胀冷缩过程中将沉降缝位置的道床板混凝土拉裂。
2.5 外加动荷载引起
通过对同块道床板联调联试前后裂紋数量、长度、宽度和深度的统计分析发现，在动车行驶一段时间后，个别轨枕四角位置产生了八字裂纹。通过选择多块道床板观测，出现的裂纹形式和位置基本一致，分析原因是因为动车产生的动荷载作用于轨道后，使轨枕四角混凝土产生裂纹。
3 裂纹控制措施
3.1 加强轨枕底部振捣
混凝土布料时，在每排轨枕之间采用“之”字形方式布料，使每块轨枕下部混凝土饱满，混凝土振捣采用“大配小”的振捣方式，轨枕四周采用φ50振捣棒振捣，轨枕底部采用φ30振捣棒振捣，确保轨枕底部混凝土密实，使轨枕与混凝土密实结合。
3.2 严控轨排应力释放时间
通过多次试验证明，混凝土浇筑完成后，将2 cm钢球轻轻放置于混凝土表面，混凝土凹陷为5 mm时即可拆除轨排之间的鱼尾夹板，待混凝土表面凹陷为2 mm时即可松动轨枕扣件，才能将混凝土裂纹控制到最佳效果。
3.3 选择最佳的浇筑时间
为了避免因温差因素产生道床板裂纹，在道床板混凝土浇筑时，选择在温度较恒定的晚上或是阴天施工，以降低轨排的收缩，道床板浇筑完成后及时进行覆盖养护，降低混凝土与环境之间的温差，从而控制道床板裂纹。
3.4 合理设置道床板伸缩缝
为了防止道床板出现横向贯通裂纹，一是在隧道施工过程中，严格控制隧道二衬、仰拱和仰拱填充的施工缝和沉降缝在同一断面，使各部收缩、沉降一致;二是在隧道板块划分时，确保道床板伸缩缝与隧道的施工缝和沉降缝在同一断面;三是隧道二衬、仰拱、仰拱填充层和洞内连续段道床板根据当地最低气温情况，均需合理设置伸缩缝[2]。
4 结束语
无砟轨道道床板裂纹控制一直是无砟轨道施工的技术难题，本文通过对无砟轨道道床板在经历冻融交替和动荷载加载情况下裂纹观测研究，从施工工艺、施工环境、结构设计和外部荷载等方面进行分析研究，并针对不同原因，总结出防控措施，可有效控制无砟轨道道床板裂纹出现，对今后严寒地区高速铁路隧道无砟轨道施工有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]马迪.我国高速铁路无砟轨道经济性研究[D].西南交通大学，2009.
[2]高增增.CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究[J].铁道标准设计，2017，61（11）：13-18.