2.6 无砟轨道
有砟轨道虽然能保证列车的安全运行，且其道砟能为线路提供一定的弹性，吸收轮轨的冲击振动以及表面具有良好的吸收噪声作用；但不足之处是在列车荷载反复作用下，轨道的残余变形积累很快，且沿轨道纵向不均匀分布，从而导致轨道高低不平顺，影响旅客乘坐的舒适性，增大轨道维修养护工作量。城市轨道交通线路昼间运行繁忙，一般只能在夜间对线路进行维修养护，而且要求线路能满足昼间列车不间断运行的条件。为了减小轨道的维修养护，延长维修周期，同时避免清筛有砟轨道的道砟对环境产生的污染，所以一般在地下和高架线路都采用无砟轨道结构。
为了轨道的稳定性和耐久性，实现少维修的目的，宜发展无砟轨道结构。世界各国铁路在基础坚固的隧道内、高架和桥梁上成功采用了无砟轨道。用混凝土板体基础取代了传统轨道中的轨枕和道床，板体基础是由聚合物或水泥沥青混合物灌注的特制垫层。这样，轨下基础既有足够的强度和稳定性，又有一定的弹性，残余变形的积累甚小，轨道结构得以加强，实现轨道少维修的目的。
整体道床是世界范围内铁路和地铁采用最多的无砟轨道结构形式。在坚硬岩石基础、隧道抑拱及混凝土桥面上，布设道床内的钢筋网，将钢轨、扣件连同预制支承块定位后，现场浇筑混凝土道床。整体道床具有结构简单、整体性好、施工方便等优点，但对道床的基础要求较高，轨道弹性和高低、水平调整只能依靠扣件完成，且具有一旦出现病害难以整治和修复等缺点。
整体道床需要具备以下条件：
（1）道床应稳固，具有足够的强度和耐久性，能有效保持轨道的几何形位，保证列车荷载均匀传递至下部结构；
（2）道床结构设计应考虑将道床面作为紧急情况下重要的逃生通道；
（3）道床设计应与排水设施统筹考虑，能及时、畅通地将水排走，保持轨道结构干燥；
（4）道床结构便于采用快速施工工艺和运营期的养护维修；
（5）道床应满足相关设备的联结、安装等要求；
（6）道床应满足轨道绝缘和杂散电流防护的需要。
一般而言，整体道床可以分为五大类型：带枕浇筑式整体道床、承轨台式整体道床、平过道式整体道床、坑道式及立柱式轨下结构、弹性整体道床。
2.6.1 带枕浇筑式整体道床
带枕浇筑式整体道床包含长枕式和短枕式两种形式。
（1）长枕式整体道床类似于德国的Rheda型无砟轨道。该类型轨道主要是由整体式混凝土枕和现场灌注的混凝土道床组成。它包括钢轨及其扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座。为保证轨枕与混凝土道床联结牢固，在轨枕侧面设有预留孔穴，穿入纵向钢筋以加强两者的联结。这种轨道结构耐久、可靠，几何形位不易变动，维修工作量小，达到了轨道少维修的目的。
长枕需工厂预制，一般长度为2.1m左右，轨枕混凝土强度C60；形成一个坚固稳定的整体。长枕采用预应力钢筋混凝土结构，道床混凝土强度C35，该道床一般只能设两侧排水沟。
混凝土道床板是由穿孔混凝土枕和凹槽形混凝土道床板组成。一个道床板单元可设置7～8根穿孔轨枕，轨枕间距为600mm。在穿孔轨枕之间的道床板顶面上设有2％～3％的人字排水坡。我国地铁采用的长枕埋入式轨道结构如图2-63所示。
图2-63 长枕式整体道床
长枕式整体道床具有以下的特点：
①轨枕预留的圆孔，设纵向钢筋贯穿，增加了道床的稳定性，道床的整体性强；
②用轨排法施工，便于轨道几何尺寸的调整和铺设精度的提高，施工进度较快；
③施工精度较高，有利于运营后的养护维修；
④一般只能设两侧水沟，在排水顺坡地段需设置中心水沟时，需采用短轨枕过渡；
⑤长枕投资比短枕有所增加，一根长枕比两根短枕造价高约30％。
目前该道床形式在广州、上海等城市地铁应用广泛。广州、西安、青岛、南宁、重庆、南昌等城市正设计、施工项目采用较多。施工技术成熟，施工便捷、轨道精度易于保持。
（2）短枕式整体道床是将短枕埋入整体道床内。短枕混凝土强度C50，短枕采用工厂或基地预制，可通过旋转轨枕或在扣件大铁垫板上设置轨底坡，道床混凝土强度C35。短枕式整体道床有侧沟式及中心水沟式两种形式。道床表面设横向排水坡度。短枕式道床结构设计如图2-64所示。
短枕式整体道床具有以下特点：
①结构简单，技术成熟；
②短枕采用非预应力钢筋混凝土结构，可工厂或基地预制，价格较低；短枕底部设钢筋钩，便于加强与道床的联结；
图2-64 短枕式整体道床（单位：mm）
③道床可采用中心或两侧排水沟。排水沟设置的灵活性，对道床排水布置十分有利，便于轨道系统设计；
④短枕便于道岔区轨道结构设计和施工，有利于全线轨道结构形式的统一；
⑤短枕轻巧，便于灵活采用轨排法或架轨法施工，技术成熟，简单、方便。
目前该道床形式在北京、广州、西安、深圳、南京、重庆等城市地铁广泛应用。设计、施工技术成熟，结构简单，造价较低。
2.6.2 承轨台式整体道床
这是目前较为常见的高架线路轨下基础。先预制支承块，通过扣件与钢轨联结，然后浇筑纵向混凝土承轨台，把支承块与高架桥面上预留的垂直钢筋浇筑为一体，如图2-65所示。
支承块式承轨台是在每股钢轨下面沿纵向铺设条形分段的钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C40，相对于长枕式整体道床而言，承轨台结构简单、自重轻（其自重为30kN/双线延米，仅为长轨枕式整体道床的一半）、排水性能好、工程造价低、方便施工及养护维修作业，是高架桥上无砟轨道较好的轨下基础形式之一。当桥梁施工完毕，经过一段时间桥梁结构的最终变形（含徐变及墩台沉降变形）基本稳定，并控制在一定范围时即可施工承轨台。因承轨台与梁体是分两次浇筑，为加强其整体性能，通过预埋钢筋与梁体相联。当桥梁施工时，预先将承轨台与桥梁联结钢筋埋置在梁体内，预埋钢筋采用ф12螺纹钢筋。
图2-65 承轨台式整体道床结构
承轨台平面按不同梁跨分别布置，即从梁两端分别往梁的跨中排列，其结构宽度为800mm，长度分为A、B、C三种基本类型。A型承轨台：长400mm，为无支承块式承轨台。布置在梁的端部，用以避开梁端伸缩缝。标准型支承块式承轨台（B型承轨台）长2300mm，支承块间距为600mm，相邻承轨台间净距为100mm。高架桥每跨的结构不一，长度也不一，在梁的中部，承轨台的长度受相邻支承块间距、梁跨及曲线半径的影响，必须对承轨台的几何尺寸进行调整（C型承轨台）。
支承块直接支承钢轨及轨道联结部件，并埋设在承轨台中，为C50钢筋混凝土预制块。支承块底部外露钢筋与整体道床的钢筋联结。为固定铁垫板锚固螺栓，每块支承块预埋聚酰胺绝缘套管。相邻两支承块间距不大于600mm，即按1680组/km标准设置。
过渡段整体道床与碎石道床连接处设过渡段，长度为6.25m，采用C15素混凝土槽形基础，上铺设钢筋混凝土枕，碎石道床厚25cm。
为加强支承块与承轨台的联结及防杂散电流，支承块底部伸出钢筋与承轨台钢筋焊接。
上海地铁3号线一期工程采用了这种道床。该道床适用于高架线路一般减振地段，是一种成熟可靠的结构形式。
2.6.3 过道式（地坪式）整体道床
此形式多为检修库内修建不需检查坑的整体地坪式的线路所采用，如图2-66所示。
图2-66 平过道式道床
2.6.4 坑道式和立柱式轨下结构
为了满足车辆检修库内检修工作的需要，轨下结构设计为坑道式及立柱式的检查坑，如图2-67～图2-70所示。检查坑地段为满足检查坑宽1200mm的要求，检查坑道床的短枕较一般地段整体道床的短枕短些，为310mm；短枕无挡肩，混凝土强度等级为C50，内布置钢筋，横断面为梯形及底部外露钢筋钩，以加强与道床的联结。
2.6.5 弹性整体道床
1.橡胶隔振垫道床
橡胶隔振垫自1975年最早在柏林地铁使用以来，以其良好的安全性、稳定性、经济性的特点，在世界范围70多个不同地质结构和气候条件的国家高速铁路、城市轨道交通等项目中得到广泛应用。其结构特点是在连续铺设的道床板底下敷设一层减振胶垫，道床板与减振胶垫组成质量弹簧体系，达到减振目的。隔振垫采用橡胶或聚氨酯多分子材料，垫层上表面是作为垫层整体一部分用于支持现场施工中浇筑混凝土的重量，避免对隔振垫内部产生局部压力，而不会对完整的隔离设计造成破坏，如图2-71所示。
图2-67 检查坑（可调扣件）
图2-68 检查坑（固定扣件）
图2-69 坑道式检查坑断面（单位：mm）
图2-70 立柱式检查坑断面（单位：mm）
图 2-71
图2-71 减振垫道床结构（单位：mm）
通过广深高铁、成灌高铁、深圳地铁、北京地铁、杭州地铁、宁波地铁及西安地铁的实际测试证明，橡胶隔振垫浮置板系统Z振级减振效果良好，在地下线和高架桥特殊减振和高等减振地段均可采用，如图2-72所示。
图2-72 橡胶隔振垫应用实际
2.弹性梯形道床
弹性梯形道床是由日本铁道综合技术研究所开发的专利技术，是一种预制钢筋混凝土纵梁支承轨道结构，由预应力混凝土纵向长梁和钢轨形成复合轨道，两个纵向长梁中间用钢管连接形成框架，在预应力纵向长梁下设置弹性聚氨塑酯支垫，使其浮于混凝土基础之上，是一种轻型化的浮置板轨道结构。它具有自重轻、低振动、更换维修支垫方便等特点。梯形轨枕如图2-73所示。
图2-73 梯形轨枕
梯形道床自重轻，每节纵梁长6.15m，一对纵梁中间用三个钢管连接，纵横向刚度较大，稳定性好；与浮置板相比由于其减轻了参振质量，减振效果低于浮置板，和弹性支承块轨道相比，减振效果略优于弹性支承块轨道，减振效果可达10dB以上；系统固有频率25～30Hz左右，梯形轨道在人体能感觉到的频率范围（60～2000Hz）的减振效果较好。目前国内北京、上海、广州、深圳地铁大量应用，并进行国产化开发应用研究，如图2-74所示。由于减振用弹性聚氨塑酯支垫等核心技术和材料仍需要进口，造价较高，轨道工程综合单价略高于橡胶浮置板轨道。
图2-74 梯形道床应用实际
3.钢弹簧浮置板轨道
钢弹簧浮置板轨道由钢轨、分开式扣件、混凝土浮置板、弹簧隔振器等组成如图2-75～图2-77所示。隔振器由箱体（浇筑在浮置板中）、螺旋钢弹簧及调节装置等组成。浮置板施工完全在现场进行，无需预制和使用重型吊装设备，施工时，先浇筑基础板，在基础板上铺一层隔离层（聚乙烯薄膜），放置隔振器箱体，绑扎钢筋笼，再浇筑浮置板。根据国内的施工习惯，浇筑浮置板之前，先调整好轨排几何，由下而上浇筑浮置板道床，每块浮置板长度为30m，相邻浮置板用安全定位销连接。浮置板道床浇筑养生完成后，在箱体内安放弹簧隔振器，用专用液压千斤顶抬起浮置板，抬起高度约40mm。因此，弹簧浮置板的施工工艺难度与普通整体道床基本相同，施工比较便利。
图2-75 钢弹簧浮置板轨道
图2-76 圆形隧道内弹簧浮置板整体道床（单位：mm）
图2-77 高架桥上弹簧浮置板整体道床（单位：mm）
弹簧浮置板轨道由浮置板和支承它的弹簧隔振系统形成质量—弹簧体系，可减少传递到隧道结构或桥梁结构的振动力和振动加速度，隔振效果十分明显。该结构是目前减振轨道系统中最先进的一种，对振动频率在12.2Hz以下的振动提供了较好的隔振效果。使用寿命长，更换容易，可维修性好，且不影响正常运营。浮置板与基础板间只需很小的空间。可通过调整弹簧高度消除线路沉降，以弥补基础不均匀沉降。目前隔振效果最好的浮置板轨道系统是螺旋钢弹簧浮置板轨道结构，减振效果约为25～40dB。缺点是造价较高，造价在普通整体道床的基础上增加约1000万元/单线公里。目前德国、巴西、英国、韩国等已有成功应用；北京、上海、深圳、广州等国内许多城市地铁也铺设此种道床。
4.弹性支承块承轨台
该结构属低振动型轨道结构，为了减振在支承块四周及底部包上橡胶套靴，橡胶套靴内支承块下设一层微孔胶垫。其垂向弹性由轨下、铁垫板下、支承块下3层橡胶垫板共同提供，提高了轨道结构的弹性。较一般无砟轨道降低振动及噪声7～10dB。造价较一般轨道结构略高，约350万元/单线公里。适用于高架线减振要求较高地段。
该结构在丹麦、法国、比利时、英国等铁路以及哥本哈根、亚特兰大等地的地铁中应用广泛。北京地铁东四十条站铺设了这种道床，现场测试较一般整体道床簧下振动加速度减少30％，减振效果良好。广州地铁1号线铺设了这种道床，国铁西安安康线及西安南京线累计约100km的长隧道内铺设了该结构，目前运营状况良好。
2.6.6 整体道床的日常检修及整治
为了保证整体道床的正常工作状态，应对整体道床进行定期检查、观测并及时修补，具体项目和内容有：
（1）检查整体道床及排水沟混凝土表面、轨枕与道床混凝土间是否出现裂缝，记录裂缝长度、宽度及形状，观测裂缝是否发展。宽度在0.5mm以下且不发展，是混凝土收缩或温度变化引起的，一般不会形成病害，但会对整体道床整体性、防水性及美观性造成不良影响。
（2）检查整体道床是否有上拱或下沉现象，观测上拱或下沉是否发展。变化量在扣件调高允许范围时可用扣件进行调整，上拱或下沉不发展，一般不会形成病害。
（3）检查排水系统是否通畅，排水沟是否淤塞，排水沟是否有裂纹。
（4）检查工作一般每季度进行1次，做好记录观察其发展程度，根据实际情况安排日常保养和临时补修，如果发展成为病害应查找原因，并适当增加检查次数且及时进行整治。
整体病害的检测方法主要有经验判断法、钻孔取芯法、地质雷达法和钻孔摄像法等。经验判断法是依据道床开裂、渗水、翻浆冒泥等表观现象来判断病害的严重程度。钻孔检测法是对于已出现明显病害的地段少量抽样，进行钻孔取芯，再判断病害等级。地质雷达法采用探地雷达作为检测仪器，探地雷达利用电磁波，通过对不同介质分界面进行连续扫描，来确定道床的内部结构形态，从而检测道床的病害情况。钻孔摄像法是对地质雷达法的补充，即在应用地质雷达进行检测后，对于雷达显示中出现空洞、脱空、不密实区域的道床，抽样取点进行钻孔摄像，以便更加直观、可靠地判断道床病害情况。与常规的经验判断法、钻孔取芯法相比，采用地质雷达为主、钻孔摄像为辅的检测手段具有判断精准、效率高、损伤少等优点。
整体道床的不良状态，日常维修已不能彻底消除，导致整体道床开裂加剧，轨道各部分几何尺寸超出正常管理值而且发展十分迅速，直接危及城轨交通的运营安全形成病害，其主要类型有：道床混凝土上拱、道床混凝土下沉、道床混凝土与主体结构混凝土分离、道床排水沟开裂、成段轨枕松动或者拔起等。
1.整体道床产生病害的主要原因
（1）主体结构的变形
城轨交通主体结构由于地基的变形及内部应力、外部荷载的变化而产生的主体结构变形和沉降，如主体结构变形和沉降超过允许值，将会引起城轨交通的运营设备和轨道变形，整体道床破损。主要表现为道床混凝土上拱或者下沉，其发展迅速形成病害，影响城轨交通正常运营，甚至会造成城轨交通运营的中断。通过对城轨交通主体结构的监测，了解主体结构沉降、位移、变形情况，对监测结果进行分析，掌握城轨交通主体结构所处的状态，得出城轨交通运营是否安全以及需要采取补救措施的结论。对于预防事故发生，保证城轨交通的正常使用是至关重要的。
某市地铁隧道穿越河流，在铺设整体道床前主体结构已出现下沉，经调线调坡后轨道结构高度（约为370mm）仍不能满足要求，只能采用特殊轨道结构。
（2）地下水的冲刷
地下水位高于隧道底部表面时，隧道底部受地下水长时间的浸泡和压力水的冲刷，沿隧道施工缝隙，夹带基岩的细小颗粒浸入隧道内，形成翻桨冒泥。造成整体道床基底（或填充层）局部空洞，整体道床上拱或者下沉随之开裂。地下水渗漏严重地段，除隧道底部的渗漏，往往伴随着隧道结构顶部边墙的渗漏，道床排水沟已不能有效地起到排除地下水的作用，造成整体道床病害。因此，应在隧道施工时重视隧道工程排水系统的完善和隧道结构的防水设计。整体道床施工时应检查隧道底部是否存在地下水渗、喷、冒的现象，并及时封堵消除安全隐患，再铺设轨道。
某市地铁隧道主体结构底板地下水渗漏严重，整体道床上拱影响行车安全，只能停运整修。
（3）新老混凝土结合不牢
整体道床与隧道底填充层、隧道底填充层与隧道底部（矩型隧道无填充层）之间，轨枕与整体道床之间，弹性短枕与整体道床之间的新老混凝土结合不牢出现裂缝，裂缝扩大形成病害。新老混凝土可通过凿毛接触面，凿毛后用高压水冲洗，清除浮渣和灰尘，再涂刷一层界面剂，增加其结合强度。某市轻轨在高架桥铺设的弹性短枕式整体道床，弹性短枕与整体道床之间出现裂缝后，由于列车往复振动再加上温度应力和降水的影响，致使弹性短枕拔出危及行车安全。因此，制造弹性短枕时应注意弹性短枕的装配公差，施工时应加强弹性套鞋与混凝土的黏结以及严格控制无缝线路的锁定温度。
（4）排水沟混凝土厚度过薄
在马蹄形隧道两侧设排水沟时，靠隧道边墙侧沟壁底部可能出现混凝土厚度过薄现象，容易发生断裂；在圆形隧道两侧设排水沟时，排水沟可能直接与隧道边墙相连容易出现裂缝，造成排水沟的渗漏，冲刷浸泡整体道床。马蹄形隧道在设计整体道床时应检算排水沟底部混凝土厚度，不足时应与隧道专业人员协调修改隧道仰拱尺寸，加大混凝土厚度。侧沟直接与隧道边墙相连时应做好防水处理。
某市地铁局部地段整体道床灌注质量稍差，横向裂纹较密（平均6m/处），排水沟靠道床侧成段纵向开裂，道床与隧道边墙成段脱离，废水渗入道床和隧道底部，道床和隧道底部逐渐分离，将会造成病害应进行整治。
（5）整体道床预留横向沟槽结构薄弱
整体道床横向排水沟及道岔整体道床预留转辙机电务拉杆沟槽处结构薄弱，在列车振动荷载作用下易产生道床混凝土开裂等病害。为避免此类病害发生，该地段道床可采用钢纤维混凝土，钢纤维采用剪切型，长度为25～40mm，每立方米C30混凝土中加入钢纤维60kg，其铺设长度为2d（d为轨枕间距），以提高道床强度及抗裂性能。
某市地铁道岔整体道床预留转辙机电务拉杆沟槽处曾发生开裂现象，需要及时修补避免病害发生。
2.整体道床病害整治原则
（1）城轨交通行车密度大，高峰间隔1.5min，运行时间5∶00～23∶30。因此，运营线路白天无法对轨道进行巡检、维修，日常维修均在夜间停运时进行。整体道床病害整治作业会引起城轨交通停运，给市民的工作和生活带来不便，并产生巨大经济损失。因此，病害整治作业尽量当天完工，修补材料形成强度，不影响正常运营。如果不能当天完工，可分段施工或者采用临时支撑的方法（部分道床或者轨枕不受力）维持运营。
（2）线路中心线偏移、轨道顶面高程变化，在本线采用扣件调整量的范围内，应利用扣件调整，不挠动道床。超出扣件调整量范围时，可对道床进行整治。整治方案应根据超出管理值的大小，进行分级治理，并且尽量少挠动道床和改变道床结构，确保道床各种功能不受影响。
（3）排水沟整治应与整体道床整治同步进行，避免重复作业。
（4）整体道床病害整治施工过程应尽量减少振动、噪声、粉尘污染，降低对施工地段居民工作和生活的影响，同时改善施工人员的工作条件。
要达到预防和消除病害的目的，就必须对整体道床进行综合的防治。首先是从设计、施工和维修三个阶段入手，严格质量把关；其次是在整治项目方面，要依据病害的发展规律和阶段，针对病害的成因采取综合整治措施。
3.整体道床病害整治方法
（1）表面涂膜法
裂缝宽度在0.2mm以下的微细裂缝，采用弹性涂膜防水材料进行表面涂膜覆盖，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。表面涂膜法通常采用弹性涂膜防水材料，如环氧树脂、高分子聚合物乳胶、聚氨酯密封胶，以及阳离子乳化沥青与氯丁胶乳混合物等。传统的环氧树脂砂浆，由于收缩和老化的因素，长期效果不甚理想，且修补工作无法深入到裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。
（2）压力注浆法
裂缝宽度小于0.5mm范围的微细裂缝，主要采用的是水泥浆或者化学浆，利用液压或者气压将浆液注入混凝土裂缝中，压入道床的内部使裂缝充满补牢，从而对缝隙进行填充、渗透、挤密等，排除缝隙中多余的水、空气，甚至杂质等。经过一段时间的凝结后，浆液就会与原有的结构胶结形成一个新的结构基础。这类方法主要是应用整体道床的结构基本完整，而底部存在较多的空隙、翻浆冒泥情况严重的路段。
如西安地铁2号线下行K14+965处等多个分散位置在裂缝处出现水泥胶浆等细颗粒物沉积后，采取在道床两轨道间水沟内梅花形布设注浆孔，钻入二衬混凝土内5～10cm，用早强水泥埋管封孔后进行低压力水泥注浆，再进行EAA改性环氧补充化学注浆，注浆压力控制在0.3～0.8MPa，并多次重复交替压注，同时在注浆前后进行监控量测，注浆加固过程中严格控制注浆压力，防止超压对道床进行二次损坏。通过这种方式对整体道床与二次衬砌仰拱间进行填充，以恢复分离层间黏结力，进而加固稳定道床。这是整治裂损处于初始阶段和开裂阶段的重要手段。所以说，注浆是对整体道床和隧道主体结构进行止水、排水、固结补强的有效手段。因此注浆材料必须有优良的力学性能、耐久性和良好的黏结功能，快速满足次日列车运行的振动影响。
（3）开槽引排法
该法适合于修补大于0.5mm的裂缝，采用综合处理的方式，如无条件找到渗漏点进行直接堵漏的情况下，以引排为主，在裂缝处清理开槽—早强水泥埋Ф30mm～Ф50mm透水管—表面砂浆恢复。对增设引水管添加滤网，防止引水管道携带泥砂，造成道床下或衬砌外的空洞。实施完毕后，进行观测15天，根据渗漏情况确定是否有必要进一步进行注浆加固。
西安地铁2号线下行F5地裂缝南端变断面处（K15+245）道床严重渗漏水，治理就采用此方法进行了施工，得到了较好的整治效果。