任务2　轨枕认知

1.2.1　工作任务

通过轨枕认知的学习，主要能够掌握以下工作任务：

1.掌握轨枕的作用和类型；

2.掌握我国混凝土枕的主要类型及各自的特点。

1.2.2　相关配套知识

1.轨枕的作用及类型

轨枕承受来自钢轨的各向压力，且传递至道床，同时轨枕还起着保持钢轨方向、轨距和位置等作用。

轨枕按其构造和铺设方法可分为横向轨枕、纵向轨枕及短枕等。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设，是一种最常用的轨枕。纵向轨枕一般仅用于特殊需要的地段。短枕是在左右两股钢轨下分开铺设的轨枕，常用于混凝土整体道床。

轨枕按其使用目的分为用于一般区间的普通轨枕，用于道岔上的岔枕，用于无砟桥梁上的桥枕。

轨枕按其材质分为木枕、混凝土枕和钢枕等。

2.木枕

木枕即为木制轨枕。木枕富于弹性，便于加工、运输和维修，有较好的电绝缘性能。但是，目前木材缺乏，价格很高，而且易腐朽、磨损，使用寿命短，不同种类木材的木枕弹性也不一致，造成轨道的动态不平顺性。因此，在我国木枕已逐渐被混凝土枕所代替。

木枕也分普通木枕、道岔木枕及桥梁木枕。

木枕失效原因很多，其中主要是腐朽、机械磨损及裂隙。三者互为因果，相互促进。防止腐朽的办法，是将木枕进行防腐处理。木枕防腐剂很多，主要有油类和水溶性防腐剂两大类，其中以油类防腐剂为主，适用于工厂对木枕进行防腐处理。我国木枕防腐工厂多采用防腐油与煤焦油混合的油剂（简称混合油）煤焦油含煤沥青，可以防止木枕开裂，也可以起到防水作用。

在一些运量大的线路中，往往由机械磨损控制木枕的使用寿命。减少机械磨损的途径有：

（1）扩大垫板面积或在铁垫板下加胶垫，降低木枕表面单位面积的压力；

（2）道钉孔应预先钻好，钻孔需经防腐处理；

（3）最好采用分开式扣件。

防止木枕劈裂的措施，是在开裂处打入C钉或S钉，还有“组钉板”，它是比木枕断面稍小的钢板，能冲出许多尖钉，使用时，将钉板钉在开裂处（或预防开裂表面），起到预防开裂的作用。另外还可将木枕端部用铁丝或其他金属部件捆扎，以防木枕端部开裂。

为了节省木材，废物利用，将失效木枕中完好的部分胶结拼合在一起，可用于次要线路上。

3.混凝土轨枕

1）混凝土枕的特点

混凝土枕的主要优点是纵、横向阻力较大，提高了线路的稳定性；铺设高弹性垫层可以保证轨道弹性均匀；使用寿命长，可以降低轨道的养修费用；特别是铺设混凝土枕可以节约大量优质木材，对铁路运输事业的发展具有重要意义，用混凝土枕代替木枕已成为轨枕发展的主要方向。

混凝土枕的特点是自重大、刚度大，与木枕线路相比其轨底挠度较平顺，故轨道动力坡度小。但也存在列车通过不平顺的混凝土枕线路时，轨道附加动力增大的问题，故对轨下部件的弹性提出了更高的要求，以提高线路抗振能力。

2）混凝土枕的类型

混凝土枕按配筋方式分为普通钢筋混凝土枕和预应力钢筋混凝土枕两大类。普通钢筋混凝土枕抗弯能力很差，容易开裂失效，已被淘汰。预应力钢筋混凝土枕，在轨枕制造时给混凝土施加一定的预压应力，因而具有抗裂性能好，用钢筋少的优点。我国主要采用整体式预应力钢筋混凝土枕，简称混凝土枕（PC枕）。

按照施工方法不同分为先张法和后张法预应力钢筋混凝土枕两类，钢筋材料为钢丝或钢筋。我国主要采用先张法混凝土枕。

1984年铁道部公布了“预应力混凝土枕统一名称”，将混凝土枕分为Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型三类。Ⅰ型混凝土枕包括1979年以前研制的弦15B、弦61A、弦65B、69型、79型及1979年以后设计的S-1型、J-1型等；Ⅱ型混凝土枕包括S-2型、J-2型及后来设计的YⅡ-F型、TKG-Ⅱ型等；新研制的与重型钢轨配套的混凝土枕称为Ⅲ型混凝土轨枕。

我国铁路使用的混凝土枕，随着轨道设计荷载（轴重、速度、通过总重）的增加，轨枕截面的设计承载弯矩也有所加强。在设计中，主要采用提高混凝土等级，增加预应力和截面高度等措施。目前使用的Ⅰ型和Ⅱ型枕，其外形尺寸完全相同。我国混凝土轨枕主要尺寸见表1.3。

（1）Ⅰ型混凝土枕

Ⅰ型混凝土枕的承载能力是按轴重21t、最高速度85km/h、铺设密度1840根/km设计的，适用于中型、轻型轨道。随着国民经济和铁路运输发展，机车车辆轴重不断提高，年通过总重也不断增长，Ⅰ型混凝土枕的承载能力已不能适应这些条件的变化，破损加剧，寿命缩短。因此，在我国正线铁路上正逐步被淘汰下道。

（2）Ⅱ型混凝土枕

Ⅱ型混凝土枕的设计是根据重载线路承受荷载大，重复次数多的特点，采用疲劳可靠性进行设计的。设计标准是按年运量60Mt，轴重机车25t、货车23t，最高行车速度120km/h，铺设60kg/m钢轨。与Ⅰ型轨枕相比，轨下截面正弯矩的计算承载能力提高13％～25％，中间截面正弯矩提高约8.8％，中间截面负弯矩提高14％～41％。J-2型轨枕是采用4根直径10mm的高强度钢筋，C58级混凝土。

Ⅱ型混凝土枕的不足是安全储备还不够大，对提高轨道的整体稳定性能力还不足。现场使用情况调查表明，在重型、次重型轨道上使用的轨枕，在某些区段出现轨中顶面横向裂缝、沿螺栓孔纵向裂缝、轨端龟裂、侧面纵向水平裂缝、挡肩斜裂等，轨枕年失效下道率平均约1.2％。由此可知，Ⅱ型轨枕难以适应重型和特重型轨道的承载条件。

（3）Ⅲ型混凝土枕

为适应不同线路的需要，Ⅲ型混凝土枕的长度有2.6m和2.5m两种，其结构强度相同。设计参数采用机车（三轴）最大轴重23t、最高速度160km/h、轨枕铺设密度1760根/km。有挡肩2.6m长Ⅲ型轨枕如图1.3所示。Ⅲ型轨枕是目前我国的主要轨枕，适用于重型轨道。

Ⅲ型轨枕的主要特点如下：

①结构合理，强化了轨道结构。由于轨枕长度增加到2.6m，并适当加宽了枕底，使枕下支撑面积增加了约17％，端侧面积增加约20％，轨枕质量增加约31％。因此，可有效提高道床的纵、横向阻力，减缓重载运输所产生的道床积累变形，提高线路的稳定性。

②轨下和中间截面的设计承载力，较Ⅱ型轨枕分别提高了约43％和65％，提高了轨枕的强度。

③采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定。无纵、横向移动，有利于保持轨道的几何形位，减少养护维修工作量。

4.混凝土宽轨枕

预应力混凝土宽枕长度与普通混凝土枕长度相同，宽度约为混凝土枕的两倍。其制造工艺基本上与混凝土枕相同。由于混凝土宽枕宽度较大，直接铺设在预先压实的道床面上，在制造中对其厚度的控制比较严格。

混凝土宽枕在道床上是密排铺设，每公里铺1760块，每块枕上安装一对扣件，由钢轨传来的力处于宽枕轴线的对称位置。由于支撑面积大，道床应力及振动加速度较小，在道床压实稳定的前提下，线路变形小，轨道结构得到加强，维修工作量减小，一般为混凝土轨枕线路的1/4～1/2；宽枕间的缝隙经封闭后，可以防止雨水、脏物侵入道床，从而有效地保持道床的整洁，延长道床清筛周期；外观整洁，便于清扫，适合在长大隧道、大型客货站站场内铺设使用。

5.混凝土枕的铺设数量及布置

1）轨枕的铺设数量

每公里轨枕铺设的数量与运营条件（运量、轴重和行车速度）和线路设备（钢轨类型、道床厚度等）有关。每公里数量多，轨枕布置密，传递到道床上的单位面积压力相对地减少，但是轨枕间隔小了，也不便于捣固。所以轨枕的铺设数量应保证在最经济的条件下，轨道具有足够的强度和稳定性。

对于运量大、速度高的线路，轨枕应布置得密一些，以减少路基、道床、轨枕和钢轨的应力及振动，保持线路轨距和方向的正确性。

对于木枕线路，每公里最多为1920根，混凝土枕最多为1840根；每公里轨枕最少为1440根。在1440～1920根之间，轨枕每公里根数的级差为80根，分别有1920根/km、1840根/km、1760根/km、1680根/km、1600根/km、1520根/km、1440根/km。

混凝土轨枕铺设根数见表1.4。

正线轨枕加强地段及铺设数量应符合下列规定：

（1）下列地段应增加轨枕的铺设数量：

①半径小于或等于800m的曲线地段（含两端缓和曲线）；

②坡度大于12‰的下坡地段；

③长度大于或等于300m且铺设木枕的隧道内。

当以上条件重合时，只增加一次。

（2）轨枕加强地段每千米增加的轨枕数量和最多铺设根数应符合表1.5的规定。

2）轨枕的布置

钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头处轨枕的间距c应当比中间间距a小一些，并且从接头间距c向中间间距a过渡时，应有一个过渡间距b，以适应荷载的变化，如图1.4所示，每节钢轨下轨枕间距应当满足：a>b>c。接头轨枕间距一般是给定的：对于采用50kg/m、60kg/m钢轨，接头木枕间距为440mm，接头混凝土间距为540mm；对于43kg/m、38kg/m钢轨，不分轨枕类型，接头轨枕间距c=500mm。由图1.4可知：

设b=代入上式，得

由式（1.4）得b值为

式中　L——标准轨长，并考虑轨缝为8mm；

n——一节钢轨下轨枕的根数，由每公里铺设的轨枕数换算得来；

a——中间轨枕间距；

c——接头轨枕间距；

b——过渡轨枕间距。

算例：某轨道选用25m长的60kg/m钢轨，每公里铺设1760根混凝土枕，已知接头间距为540mm，试计算其轨枕间距。

解：单根钢轨（含一个预留轨缝）下铺设的轨枕根数n

中间轨枕间距a

过渡轨枕间距b

以上计算各类钢轨的轨枕间距也可查相应的规范。对于相错式接头、非标准长度钢轨的轨枕配置根数和间距，可以根据上式计算。使用大型养路机械的线路，为了捣固机械的机械化作业，轨枕间距可适当调整成均匀布置。

无缝线路长轨节下轨枕间距要均匀，铝热焊缝若轨底不打磨应距枕边70mm以上。

目前我国高速铁路设计铺设Ⅲ型混凝土枕，每公里铺设1667根，即按轨枕间距60cm铺设。提速道岔和高速道岔铺设的混凝土岔枕间距均为60cm。

线路上轨枕位置应用白油漆标在顺公里方向左股钢轨内侧轨腰上，曲线地段标在外股钢轨内侧轨腰上。轨枕应按标记位置铺设，并应与线路中线垂直。

6.轨枕的使用条件

1）使用木枕（含木岔枕）应遵守下列规定：

（1）木枕宽面在下，顶面与底面同宽时应使树心一面向下；

（2）接头处使用质量较好的木枕；

（3）劈裂的木枕，铺设前应捆扎或钉组钉板；

（4）使用新木枕应预先钻孔，孔径12.5mm，有铁垫板时孔深为110mm，无铁垫板时为130mm，使用螺纹道钉时，应比照普通道钉办理；

（5）改道用的道钉孔木片规格为长110mm、宽15mm、厚5～10mm，并经过防腐处理。

2）使用混凝土枕应遵守下列规定：

（1）正线上的轨枕应使用混凝土枕；

（2）在不同类型轨枕的分界处，如遇普通钢轨接头，应保持同类型轨枕延伸至钢轨接头外5根以上；

（3）铺设混凝土枕时，要成段铺设同类型轨枕，严禁穿插更换，个别抽换失效轨枕时应更换为与两端同类型的轨枕；

（4）装、卸混凝土枕要使用机具，严禁摔、撞。