第二节 高速轨道结构选型
一、有砟与无砟之争
有关高速铁路究竟是采用传统有砟轨道还是新型无砟轨道，长期以来，国内外有关学者一直存在着，不同观点。争论的焦点概括来说，主要是在有关高速轨道的稳定性和经济性两大问题。
二、稳定性
在评价轨道结构的质量时，最重要的一点是在新线建设中所建造的高精度轨道几何质量，在高速运营荷载反复作用下能否长久保持。
有砟轨道弹性好，成本低，便于维修、调整和更新，通过强化和改进能够适应速度提高到300km/h及以上的运营要求。但有砟轨道在新建时达到的高质量几何状态，往往随着高速列车荷载（特别是客货共线货运大轴重）的反复作用下，其高低和轨向等几何形位会迅速恶化，难以持久地保持其经常处于良好状态。为此，不得不靠定期进行轨道维修才能得以恢复。如此反复，轨道几何形位的持久性则一次次下降，影响轨道质量和行车品质。
无砟轨道在这方面却具有决定性的优势。无砟轨道能持久地保持轨道几何形位，稳定性高，维修很少。但无砟轨道建设成本高，振动噪声大，弹性差，一经建成改建很难，线下基础发生变形整治也很难。
三、经济性
轨道的经济性问题，原则上应根据有砟与无砟两种轨道结构的工程投资和维修费用，在使用寿命期限内，通过经济计算综合比较后才能得出结论。但遗憾的是，目前在世界范围内尚无此结论，缺少有根有据的分析。
现有的经验表明，从工程投资上来看，目前，日本板式轨道的建设成本为有砟轨道的1.3～1.5倍；德国无砟轨道为有砟轨道的1.5～1.75倍；西班牙估算为2倍。而从维修成本上来看，大都认为是有砟轨道的1/2～1/3。但如果据此就下结论说无砟轨道的寿命成本低于有砟轨道，还为时尚早，毕竟假定60年使用寿命尚未被高速运营实践证实。
此外，有砟与无砟轨道的经济性问题，不仅局限于对轨道寿命周期成本的评估，还应对诸如轨道设备、减振降噪对策、线路运输效率、维修对正常运营的干扰、可能的施工缺陷以及水灾、冻害、震灾、脱轨等灾害对寿命周期成本的影响，这些不确定因素，难以定量化。
四、高速轨道结构组成
世界有代表性的高速轨道结构组成见表1.2。
表1.2 高速轨道结构的组成
续上表
五、两种轨道的综合评价
通过以上对高速铁路有砟和无砟两种轨道结构使用经验的初步分析，其性能综合评价见表1.3。
表1.3 两种轨道性能的综合评价
六、高速轨道结构选型
至于高速轨道结构的选型，应根据线路速度等级和线下工程条件，经技术经济比较后选择。除法国铁路外，一般认为：
v≤200km/h，以有砟轨道为主；
v≥250km/h，优选无砟轨道；
v≥300km/h，以无砟轨道为主。
并且，不同类型轨道结构应集中成段铺设，有砟轨道与无砟轨道之间应设置过渡段。
七、我国客运专线无砟轨道结构
（一）无砟轨道的概念
所谓无砟轨道，就是用刚性混凝土道床替代碎石道床，并且通过扣件系统直接的或支承体与钢轨弹性联结起来的轨道结构。
（二）世界有代表性的无砟轨道类型及其特征（表1.4）
表1.4 无砟轨道类型及其特征
注：相对比较：○——良好，□——一般，×——不良
（三）选型基本原则
根据国内外对无砟轨道建造及运营的实践经验，无砟轨道的选型应符合施工性、维护性、动力性、适应性、经济性五大基本原则。
1.施工性
（1）核心是施工速度。
（2）施工速度与轨道结构的复杂程度，怎样的高精度才能达到轨道少维修，土木工程完工后能否随时可铺设轨道，机械化施工程度及物流组织等因素密切相关。
（3）一般要求施工方法比较简单，施工速度现浇混凝土式无砟轨道不低于120m/d，预制板式无砟轨道不低于200m/d。
2.维护性
（1）无砟轨道是否具有可维护性是非常重要的。
（2）无维修的概念是不合理的，少维修的理念是符合无砟轨道工程实际的。
（3）国内外的经验一再表明，无砟轨道的下部结构一旦发生严重变形，整治非常困难。
（4）因此，在选型时必须考虑随着线下工程变形所引起的轨道变形，在一定程度上可以整正，例如，上下±30mm，左右±10mm。
3.动力性
（1）国内外的研究表明，在高速动力荷载反复作用下，无砟轨道的强度是充分的、足够的。
（2）关键技术是轨道弹性，而轨道弹性又主要来自扣件系统。
（3）从抑制因轮载变动、钢轨波磨、高频振动等方面来考虑，无砟轨道应具有与有砟轨道同等程度的弹性水平。
（4）作为高速客运专线无砟轨道合理弹性的目标值，应以轮载下钢轨挠曲变形1.3～1.7mm为衡量标准，亦即要求轨道垂向合理刚度以55～80kN/mm为准绳。
4.适应性
主要是指轨道工程与其他工程的接口和接口相互适应的问题。
（1）与路基、桥梁、隧道等下部结构连接的良好适应性。
（2）与ZPW2000无绝缘轨道电路的互动设计和良好适应性。
（3）与地域的地质、气候等条件的互动设计和良好适应性。
5.经济性
（1）日本板式轨道造价，当初控制在有砟轨道的2倍以内，现降至1.3～1.5倍；板式轨道维护作业费，山阳新干线为有砟轨道的1/5，东北新干线为1/3。
（2）德国无砟轨道造价，当初为有砟轨道的3倍，现降低到1.3～1.5倍。维修作业费为有砟轨道的1/3～1/5。
（3）我国无砟轨道正处于发展阶段，因此无砟轨道的造价，当前至少应控制在有砟轨道的2或2.5倍以内为宜。
（四）气候条件与无砟轨道
1.我国气候条件
（1）我国领土辽阔，地形复杂，气候十分多样。从赤道到极地，从海洋到内陆的各种气候几乎都有，大部分地区位于北温带和亚热带，属于东亚季风气候，夏季普遍高温多雨，温差小，冬季寒冷干燥，南北温差大（可达40℃）。
（2）无砟轨道的结构、施工与伤损、维护都会受到气候条件的影响。为此，有必要把气候条件与无砟轨道两者联系起来，考虑它的地域温度和相关技术等问题；建议在我国按纬度区分为温暖、寒冷和严寒三个地域，采用不同类型的无砟轨道。
2.纬度区分
（1）北纬35度以南，即黄河以南，属温暖地区。
（2）北纬35度～42度，即黄河以北，属寒冷地区。
（3）北纬42度以北，即沈阳以北，属严寒地区。
3.轨道选型
按温暖、寒冷、严寒三个不同地区，选择不同类型的无砟轨道结构型式和相关技术条件。
4.铺设现状
（1）秦沈客运专线（秦皇岛—沈阳）地处北纬40度～42度。在狗河和双何特大桥上铺设的是寒冷地区Ⅰ型板式无砟轨道，沙河特大桥上铺设的长枕埋入式无砟轨道。
（2）武广客运专线（武汉—广州）地处黄河以南，北纬31度～23度。特别是在广州试验段铺设的是温暖地区低弹模CA砂浆CRTSⅠ型框架板式无砟轨道，武汉至广州铺设的是CRTSⅠ型双块式无砟轨道。
（3）广深港客运专线、广珠城际和沪宁城际客运专线地处黄河以南，北纬23度～32度。铺设的是CRTSⅠ型板式无砟轨道。
（4）成灌城际客运专线地处黄河以南，北纬31度。铺设的是CRTSⅢ型板式无砟轨道。
（5）郑西客运专线（郑州—西安）地处北纬35度～34度。铺设的是CRTSⅡ型双块式无砟轨道。
（6）京津城际客运专线（北京—天津）地处黄河以北，约北纬40度，铺设的是高弹模CA砂浆CRTSⅡ型板式无砟轨道。
（7）京沪高速铁路（北京—徐州—上海）地处北纬40度～34度～32度。北京—徐州属于黄河以北寒冷地区，徐州—上海属于黄河以南温暖地区，确定铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道。
（8）哈大客运专线，大连—沈阳地处沈阳以南，北纬39度～42度范围，属于寒冷地区，沈阳—哈尔滨地处沈阳以北，北纬42度～46度范围，属于严寒地区，确定铺设严寒地区Ⅰ型板式无砟轨道。