铁路轨道结构中铺设于轨枕下方的碎石层,专业术语称为道砟,是铁路路基的重要组成部分。其核心功能在于分散荷载传导,通过颗粒间的相互作用将列车经过时产生的巨大压力逐级传递至路基,有效避免钢轨局部沉降。同时,碎石间的空隙形成的排水网络可快速导排雨水,防止轨枕因积水浸泡而腐朽变形。
道砟材质多选用特级花岗岩,因其具有棱角分明的物理特性,能通过相互嵌锁形成稳定结构。标准道砟粒径需控制在20-70毫米之间,既保证排水效率又维持支撑强度。施工时需采用分层碾压工艺,每层铺设厚度不超过30厘米,经多次振动压实使碎石达到最佳密实度。 长期运营中,道砟会因列车往复荷载产生粉化现象,需定期进行道床清筛作业,更换失效碎石以保持弹性。现代高速铁路虽逐步采用混凝土无砟轨道,但在重载铁路及普通线路上,碎石道床仍因维修便捷、成本低廉等优势不可替代。道砟系统的历史演进
早在16世纪欧洲矿山轨道中,劳动者已发现铺设碎石的稳定作用。1825年斯托克顿-达灵顿铁路首次系统化应用道砟技术,采用本地石灰岩碎石作为轨枕基床。19世纪末期,随着铁路轴重增加,工程师发现花岗岩道砟的抗破碎性能优于其他石材,逐渐形成材质选择标准。我国1909年建成的京张铁路八达岭段,首创性地采用多层道砟衬砌技术解决陡坡线路的稳定性问题。 道砟功能的力学解析 从力学角度看,道砟层实质是离散介质应力扩散系统。当列车轮对作用于钢轨时,压力通过轨枕传递至道砟,单个碎石颗粒的接触点产生微小位移,使集中荷载呈锥形向路基扩散。实验数据显示,标准厚度35厘米的道砟层能将轨枕承受的压强降低至路基表面的1/6。碎石间25%-40%的孔隙率不仅保证排水需求,更为动态荷载提供弹性缓冲空间,实测表明良好维护的道砟能吸收约30%的振动能量。 材质筛选与级配控制 优质道砟需同时满足抗压强度(饱和单轴抗压强度≥100MPa)、耐磨性(洛杉矶磨耗率≤20%)和抗风化三大指标。采石场需通过二级破碎筛分工艺,确保颗粒呈现多棱角形态。级配曲线要求:25-50mm粒径占比不少于50%,小于20mm的细颗粒需控制在5%以内。每公里铁路线约需铺设2500-3000立方米道砟,铺设后需使用专用道砟整形机进行断面修整,确保轨枕埋入深度达到20厘米。 养护维修技术体系 道砟养护主要包含捣固作业与清筛再生两个维度。大型捣固车通过32组液压镐头插入道床,实施轨枕下方石砟的精密压实。当道砟粉化率超过30%时,需启用道砟清筛车,其旋转筛网可分离粒径合格碎石与粉尘,作业效率达每小时600立方米。新型聚氨酯固化道床技术正在试验中,通过注入特种胶粘剂使表层道砟形成整体板块,显著减少维护频次。 生态环保创新应用 近年来研发的橡胶复合道砟将废旧轮胎破碎成颗粒,按1:4比例与石材混合,可降低轨道噪音6-8分贝。在风沙严重地区,采用粘结型道砟表面喷洒环保胶结剂,有效防止碎石飞扬。部分地区试验采用再生混凝土骨料替代天然石材,既降低工程造价又实现建筑垃圾资源化利用。这些创新技术在保障铁路安全运营的同时,持续推动轨道交通的绿色发展。
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