双块式无砟轨道结构简单、施工方便且建设成本低,该型结构应用于大温差地区可能存在连续道床板低温开裂破坏、高温涨拱变形等问题,单元道床板的采用是双块式无砟轨道成功铺设在大温差地区的关键。本文基于国内外对无砟轨道的大量研究成果,对大温差地区路基上单元双块式无砟轨道展开设计及优化研究,主要内容分为如下几个方面：1.大温差地区路基上单元双块式无砟轨道设计问题的探讨总结路基上双块式无砟轨道发展现状,对比分析连续结构和单元结构对大温差环境的适应能力,推荐路基上双块式无砟轨道在大温差地区使用单元结构。大温差地区路基上单元双块式无砟轨道尚未得到深入研究,其设计依旧存在较多问题,主要涉及大温差地区温度和温度梯度等设计参数的合理取值、单元道床板关键参数、整体限位和局部变形控制以及支承层假缝设置等等。2.大温差地区路基上单元双块式无砟轨道力学模型的建立建立大温差地区路基上单元双块式无砟轨道力学模型,详细分析轨道结构主要部件的力学性能。结合现场温度试验和气象统计资料,对大温差地区无砟轨道整体温度、温度梯度等设计参数展开研究。长期观测现场试验段,分析道床板、支承层以及基床表层之间可能存在的不同接触方式,合理地模拟轨道结构在寿命期内可能出现的工作状态。3.单元道床板长度参数的合理取值单元道床板长度是路基上单元双块式无砟轨道设计的关键参数之一,直接影响道床板力学性能,间接影响道床板限位和变形控制措施等。通过分析在相同的温度和列车荷载作用下的单元道床板力学性能,发现单元道床板越长,板内应力幅值和板端纵横向变形量越大。对比相同条件下不同长度单元道床板裂缝宽度和所需配筋率,并结合施工便利性和现场试验验证,提出单元道床板长度参数合理取值区间。4.单元道床板配筋率的优化单元道床板配筋率是轨道结构设计的关键参数之一,受单元道床板内部拉应力幅值直接影响。结合轨道结构的不同工作状态,对外部荷载作用下单元道床板内部应力分布特征展开研究,发现单元道床板纵向应力幅值由板端向板中递增,为此提出单元道床板纵向多级配筋理念,并给出不同长度单元道床板在不同温降幅值下的纵向多级配筋方案。结合优化钢筋直径、严控混凝土施工温度等措施,进一步探讨优化结构配筋的途径。5.单元道床板限位措施的设计实现单元道床板限位是保证轨道结构稳定的基本条件,主要包括单元道床板整体限位和局部变形控制两部分。通过对比板间地锚柱、板中销钉连接等多种整体限位措施,推荐单元道床板采用板中多排销钉／钢管桩方案实现整体限位。通过板间设置传力杆加强板间横、竖向整体性,对比不同直径和数量的传力杆配置对板端变形的控制效果,给出不同长度单元道床板传力杆最佳配置方案。结合力学分析和现场观测,分析道床板与支承层层间接触方式的变化趋势,为避免板间支承层混凝土破坏,且为保障支承层与基床表层粘结良好,推荐道床板与支承层层间铺设土工布等隔离材料。6.支承层假缝设置方案的设计及优化支承层假缝的合理设置是有效引导支承层裂缝发展的关键,传统支承层假缝与道床板伸缩缝上下错开设置未能有效引导支承层裂纹的发展。分析不同工况下支承层纵向应力分布特征,发现道床板伸缩缝位置下支承层最易开裂,结合现场试验,发现支承层假缝与道床板伸缩缝上下对齐设置可有效引导支承层裂纹发展。为避免雨水等杂物沿道床板伸缩缝和支承层裂缝形成的上下通缝直接侵入下部基础,进一步提出和分析了支承层假缝与道床板伸缩缝错缝设置的优化方案,并最终给出详细设计方案。本文在国内外对无砟轨道的研究基础上,提出并展开了大温差地区路基上单元双块式无砟轨道设计及优化研究,为我国大温差地区无砟轨道设计与应用提供了一定的研究基础。本文提出的路基上单元双块式无砟轨道的设计是对双块式无砟轨道结构的再创新,丰富了我国无砟轨道结构形式,扩大了双块式无砟轨道的适用范围。