軌枕作為軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，位于鋼軌和道床之間，主要功能為：承受來自鋼軌的各向壓力并均勻分布于道床，保持軌道幾何形位，抵抗縱橫向位移。傳統(tǒng)的軌枕因材料不同可分為木枕、鋼枕和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕。其中木枕很早開始使用，全..已鋪設(shè)超過25億根。木枕具有彈性高、易于加工、使用方便，但易腐蝕、難以保持軌道幾何形位等特點。鋼枕出現(xiàn)于19世紀(jì)80年代，質(zhì)量輕、壽命長，但絕緣性差、振動噪聲大。1943年第1根鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕開始使用，因縱橫向阻力大、使用壽命長而得到推廣，但具有質(zhì)量大、彈性差等缺點。為了增強(qiáng)軌枕的使用壽命，降低軌枕生產(chǎn)支出，減少軌枕生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染，逐漸開始研究復(fù)合軌枕。
科研人員已通過優(yōu)化軌枕材料使其不斷滿足鐵路發(fā)展過程中對軌枕傳統(tǒng)功能的需求。為使得線路運營安穩(wěn)，減少養(yǎng)護(hù)維修費用，對軌枕提出了特殊功能需求。結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對各種特殊功能軌枕進(jìn)行介紹。

1、防風(fēng)沙軌枕：
該軌枕主要利用文丘里效應(yīng)，通過增加承軌部位距離道床表面高度，使鋼軌與承軌臺組合而成的過流斷面面積增大，有利于風(fēng)沙通過間隙流動，..風(fēng)沙沉積；同時，鋼軌抬高，即使出現(xiàn)風(fēng)沙沉積，掩埋鋼軌的速率也得到降低；承軌臺兩端為圓臺形，可減少風(fēng)阻系數(shù)、道床積沙量，不影響搗固維修。在此軌枕基礎(chǔ)上開發(fā)出防風(fēng)沙軌道板，但當(dāng)風(fēng)向與軌道結(jié)構(gòu)非正交時，文丘里效應(yīng)減弱。南非于1989年開發(fā)出T型軌道結(jié)構(gòu)，2008年應(yīng)用于比亞沙漠和沙特阿拉伯。該系統(tǒng)安裝和維修費用低，無道床臟污問題。

2、防飛砟軌枕：
在高速列車運行過程中，道砟在列車風(fēng)荷載和道床振動共同作用下會離開道床，擊打轉(zhuǎn)向架、車體，導(dǎo)致兩者損傷。同時，遺留在鋼軌表面的道砟會在列車荷載作用下引起鋼軌損傷。飛砟主要受列車車速、道砟粒徑、密度、級配、軌枕的形狀和布置影響。需要指出的是，在嚴(yán)寒地區(qū)，速度較低的列車因冰雪原因出現(xiàn)飛砟現(xiàn)象。目前，國內(nèi)外針對飛砟采用的主要措施包括：優(yōu)化道床斷面、聚氨酯固化道床、優(yōu)化道砟級配等。
通過對軌枕結(jié)構(gòu)優(yōu)化也能達(dá)到飛砟的效果。西班牙鐵路管理局通過流體力學(xué)原理，研制出空氣動力學(xué)軌枕。該軌枕頂部與側(cè)面緩和過渡，無棱角，軌枕中部圓潤凸起，道砟不易遺留在軌枕表面；軌枕與道床平順過渡，減少臺階空腔繞流效應(yīng)，降低風(fēng)壓分布30%以上。寬軌枕通過減少軌枕間距也可降低飛砟概率。

3、Y字型鋼軌：
齒軌鐵路是一種爬坡鐵路，與普通鐵路不同的是，在軌道中部鋪設(shè)與鋼軌平行的齒條，同時在列車下部安裝與齒條相匹配的齒輪。該結(jié)構(gòu)可克服黏著力不足的問題，增強(qiáng)爬坡能力，減少展線長度。

齒軌鐵路軌道由齒條、鋼軌、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結(jié)部件等組成，多應(yīng)用于困難復(fù)雜的山地鐵路。因此要求軌道結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，還要構(gòu)造簡單，維修工作量少。在列車運行過程中，齒條將縱向力傳遞到軌枕中部，然而普通預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕中部為薄弱環(huán)節(jié)，不適用于齒軌鐵路。鋼枕憑借輕質(zhì)、便于運輸、壽命長、有良好耐久性等特點，可應(yīng)用于齒軌鐵路。除常見的普通鋼枕外，可采用其他形式鋼枕。Y字型鋼枕見下圖，該軌枕結(jié)構(gòu)由2根主鋼梁和2根副鋼梁組成；在1個扣件內(nèi)，主鋼梁與副鋼梁相平行；主副鋼梁由底部表面焊接的L型鋼和頂部表面焊接的矩型鋼連接。較傳統(tǒng)鋼軌枕，該軌枕縱橫向阻力大，抗彎剛度大，適用于齒軌鐵路。
4、阻力增強(qiáng)軌枕：
道床橫向阻力是無縫線路穩(wěn)定性的重要影響因素，主要靠道砟顆?；棋e動、重新排列并與軌枕表面摩擦產(chǎn)生。軌枕底部、側(cè)部、端部均是提供橫向阻力的重要部件，通過優(yōu)化底部、側(cè)部、端部外形可增加橫向阻力，框架型、摩擦型軌枕因此應(yīng)運而生。井國慶設(shè)計了3種框架型軌枕、付豪設(shè)計了3種摩擦型軌枕，并對框架型軌枕和摩擦型軌枕進(jìn)行了橫向阻力試驗。試驗結(jié)果表明：與普通條形軌枕相比，框架型軌枕很高可提高橫向阻力37.8%；摩擦型軌枕可增加橫向阻力10%～20%。

5、自動補(bǔ)砟軌枕：
軌道在未加載情況下，軌枕處于懸空狀態(tài)，稱為空吊板現(xiàn)象。日本為減少空吊板現(xiàn)象，研發(fā)出自動補(bǔ)砟軌枕。在軌下安裝“沉降補(bǔ)償裝置”，該裝置具有2個嵌套的盒子（即內(nèi)盒、外盒）內(nèi)盒的上表面與軌枕連接固定，外盒下部與道砟相接觸。內(nèi)盒中充滿直徑2 mm的鋼球，當(dāng)外盒下沉，在內(nèi)、外盒之間形成空隙，鋼球進(jìn)入空隙使得軌枕（外盒）與道砟保持接觸。

隨著鐵路的不斷發(fā)展，要求軌枕在滿足傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上具有特殊功能，從而使得線路在復(fù)雜環(huán)境中的運行安穩(wěn)，如防風(fēng)沙軌枕可延緩風(fēng)沙地區(qū)風(fēng)沙沉積和道床板結(jié)；同時，軌枕結(jié)構(gòu)設(shè)計可處理線路運行中常見的安穩(wěn)性問題，如防飛砟軌枕可降低飛砟風(fēng)險和幾率，Y字型鋼枕應(yīng)用于齒軌鐵路，可提高齒軌鐵路縱橫向阻力等。隨著未來鐵路所面臨的安穩(wěn)問題和環(huán)境問題更加復(fù)雜，材料技術(shù)和軌道研究更加深入，將會出現(xiàn)更多的特殊功能軌枕。結(jié)合運營環(huán)境，對軌枕結(jié)構(gòu)、材料進(jìn)行優(yōu)化使其滿足所需功能，是未來軌枕設(shè)計的重要方向。

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