秦沈客運(yùn)專線板式無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、收稿日期:20020108第一作者簡(jiǎn)介:張慶(1963,男,高級(jí)工程師,1986年畢業(yè)于西南交通大學(xué)。秦沈客運(yùn)專線板式無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)張慶張立國冉蕾胡金培趙廷儉(鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院軌道處北京100020摘要較全面介紹秦沈客運(yùn)專線橋上板式無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),論述板式軌道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和軌道施工的有關(guān)問題。關(guān)鍵詞客運(yùn)專線板式軌道設(shè)計(jì)技術(shù)無碴軌道是一種新型軌道結(jié)構(gòu),它取消了傳統(tǒng)的碎石道床軌道形式,具有軌道整體性好(強(qiáng)度與穩(wěn)定性,養(yǎng)護(hù)維修工作量少,軌道高度低、自重輕等特點(diǎn)。在國外高速鐵路建設(shè)中,無碴軌道已成為軌道結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一,其中日本的板式無碴軌道比重占其高速鐵路總里程的60%以上

2、。目前在我國秦沈客運(yùn)專線建設(shè)中也開始進(jìn)行板式無碴軌道工程試驗(yàn)研究。板式無碴軌道是由預(yù)制軌道板、乳化瀝青水泥砂漿墊層以及混凝土基礎(chǔ)底座(含凸型擋臺(tái)和鋼軌、扣件組成(圖1 。圖1板式軌道結(jié)構(gòu)組成1工程概況秦沈客運(yùn)專線板式無碴軌道試驗(yàn)工點(diǎn)選在狗河特大橋(DK 63+346.15和雙何特大橋(DK 202+341.64進(jìn)行,其中狗河特大橋位于高速綜合試驗(yàn)段內(nèi)。大橋均采用簡(jiǎn)支無碴整孔箱梁,梁長為24m 或32m 兩種。狗河特大橋全長740m ,位于直線上,縱斷面坡度為+3.5和+12,橋上設(shè)變坡點(diǎn),坡度代數(shù)差為8.5,兩坡段間采用豎向圓曲線型(半徑為20000m 連接過渡。雙何特大橋全長703m ,在沈

3、端有一平面曲線(半徑為4000m 的緩和曲線伸入橋內(nèi)390m 長,曲線外軌最大超高量為115mm ;橋上線路縱斷面坡度為+9.9和-1.5,在橋上設(shè)有變坡點(diǎn),坡度代數(shù)差為11.4,豎向圓曲線半徑為15000m ,豎曲線不與平面曲線重合。根據(jù)“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“高速鐵路無碴軌道設(shè)計(jì)參數(shù)的研究”、“高速鐵路無碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土箱形簡(jiǎn)支梁徐變上拱的限值與控制”及部控科研項(xiàng)目“高速鐵路高架橋上無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究”,參照我國近年軌道工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和日本鐵路軌道有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提出了秦沈客運(yùn)專線狗河特大橋和雙何特大橋橋上板式無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。2軌道結(jié)構(gòu)的組成及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鋼軌采用60kg

4、/m 非淬火、焊接長鋼軌;橋上采用預(yù)制軌道板、乳化瀝青水泥砂漿墊層及混凝土基礎(chǔ)底座;過渡段路基部分采用有碴軌道,道碴為一級(jí)碎石道碴;鋼軌扣件:橋上無碴軌道采用小阻力彈性扣件(型彈條,過渡段路基上采用型彈條扣件;軌道剛度:橋上為4060kN/mm ,路基為5080kN/mm ;全線采用一次性鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。3軌道結(jié)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)3.1軌道板設(shè)計(jì)軌道板是板式軌道的主要受力部件,它把來自鋼軌和扣件的輪載均勻地傳給乳化瀝青水泥砂漿墊層,并且把軌道縱向荷載和橫向荷載傳遞給混凝土凸型擋臺(tái)。因此,軌道板的設(shè)計(jì)動(dòng)荷載是采用隨機(jī)振動(dòng)理論,以車輛軌道耦合力學(xué)模型,按ICE 2型電力機(jī)車(軸重19.5t ,時(shí)速

5、300km/h 計(jì)算,獲得作用在軌道板實(shí)際可能出現(xiàn)的輪軌最大值;考慮到最大動(dòng)荷載力的出現(xiàn)與輪軌的平順程度、機(jī)車的抗振性能和軌道的彈性等因素,在實(shí)際運(yùn)營狀態(tài)下,輪軌作用力又是一個(gè)隨機(jī)變化數(shù)值。因此綜合各種因素,在軌道板設(shè)計(jì)中,取設(shè)計(jì)動(dòng)荷載300kN ,最大橫向力80kN ,常用橫向力40kN 。軌道板設(shè)計(jì)外彎矩見表1。根據(jù)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范(G B J1089,借鑒日本鐵路軌道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),同時(shí)考慮目前國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)工線路/路基藝和材料供應(yīng)情況,軌道板采用雙向后張、有粘結(jié)、部分預(yù)應(yīng)力、混凝土結(jié)構(gòu)。表1軌道板外彎矩kNm 軌道板截面上側(cè)下側(cè)(1軌道板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軌道板采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。從理論上來說,

6、軌道板在沖擊荷載作用下吸收更多的能量,此結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材;配筋對(duì)稱截面中心。由于軌道板的厚度與長度和寬度相比較薄,比例分別為1/26和1/12左右,為防止制造時(shí)引起的軌道翹曲,設(shè)計(jì)時(shí)將鋼筋按對(duì)稱布置,保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的偏心距為零;軌道在最大設(shè)計(jì)活荷載作用下,軌道板受拉邊緣混凝土不允許出現(xiàn)裂縫,但結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)有不大于0.7f t(f t為混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度有限拉應(yīng)力;施工工藝采用后張、有粘結(jié)。對(duì)于軌道板,需要雙向預(yù)應(yīng)力配置,參照國外有關(guān)軌道板制造經(jīng)驗(yàn),預(yù)應(yīng)力施工工藝宜采用后張法;根據(jù)使用要求,特別設(shè)計(jì)了一套適用于軌道板結(jié)構(gòu)的錨具,方便施工;采用后張施工工藝,張拉完成后,進(jìn)行孔道壓漿,這樣可以使預(yù)應(yīng)力筋

7、與混凝土很好地粘結(jié)。(2軌道板外型尺寸為方便制造、運(yùn)輸和鋪設(shè),原則采用標(biāo)準(zhǔn)長度的預(yù)制軌道板。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果并參照日本有關(guān)軌道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)秦沈客運(yùn)專線24m和32m不同梁長,按標(biāo)準(zhǔn)5m,實(shí)長4.930m(簡(jiǎn)稱A型板,板上的扣件節(jié)點(diǎn)間距按1600根/km布設(shè)。梁端部則采用湊零軌道板,板上的扣件節(jié)點(diǎn)間距依結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。這時(shí)每孔24m梁跨上設(shè)為5塊軌道板單元,中間為標(biāo)準(zhǔn)A型板,兩端設(shè)為B型板(長為4.765m;32m梁跨上為7塊軌道板單元,中間為標(biāo)準(zhǔn)A型板,兩端則為D型板(長為3.765m。軌道板的寬度均為2.4m,厚為0.19 m;考慮軌道板吊裝、運(yùn)輸、鋪設(shè)要求,軌道板還設(shè)有定位螺母和起吊螺母等

8、裝置。3.2混凝土基礎(chǔ)底座及凸型擋臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了給軌道板承托出一個(gè)比較平整的平臺(tái),在橋梁的軌道范圍內(nèi)設(shè)置混凝土底座,用來承受軌道板施加的軌道荷載。采用C40混凝土結(jié)構(gòu),寬度為2.88 m,厚度為20cm(埋入橫向排水管時(shí)為25cm?；A(chǔ)底座與橋梁系二次澆筑,為使其聯(lián)成一整體,在梁跨施工時(shí),預(yù)先在梁體內(nèi)預(yù)埋了底座與橋梁的聯(lián)合鋼筋?？紤]到防止底座開裂,在每跨梁劃分若干個(gè)底座,底座之間設(shè)置2cm的伸縮縫,用瀝青板填充,底座在梁端處與端部平齊。凸型擋臺(tái)是設(shè)置在基礎(chǔ)底座上,并與底座聯(lián)成一體的圓柱形或半圓柱形結(jié)構(gòu)物(半徑為25cm,高為25 cm。作用在凸型擋臺(tái)上的外力分為軌道縱向力和軌道橫向力,軌道縱向

9、力包括鋼軌溫度伸縮力、軌道板溫度伸縮力以及軌道板產(chǎn)生的縱向摩擦力,凸型擋臺(tái)的設(shè)計(jì)外荷載(即外彎矩為25.6kNm。在凸型擋臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)考慮,由30膨脹率/%13材料分離度/%1083.5板式軌道的橋面布置及過渡段設(shè)計(jì)秦沈客運(yùn)專線板式軌道無碴梁分為單線梁和雙線梁。在雙線梁上布設(shè)板式無碴軌道,考慮到橋面排水,橫向排水設(shè)計(jì)成由橋梁中心線沿兩側(cè)設(shè)2%橫向排水坡,通過板式軌道基礎(chǔ)底內(nèi)的橫向排水管與橋排水系統(tǒng)相連(圖3;在單線梁上的軌道表面橫向排水是在軌道基礎(chǔ)兩側(cè)各設(shè)2%橫向排水坡直接將水排向梁的兩側(cè)(圖4。橋面的縱向排水不再另設(shè),與線路坡度一致。根據(jù)當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)的匯水面積,在橋面板式無碴軌

10、道之間及兩側(cè)設(shè)置混凝土擋水墻。從日本設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得圖3單孔雙線箱形梁軌道(單位:mm圖4單孔單線箱形梁并置軌道(單位:mm到,在線路兩側(cè)仍保留擋碴墻設(shè)施,不設(shè)橋上護(hù)輪軌。為保證高速列車平穩(wěn)通過,減少無碴軌道與有碴軌道的剛度差、控制它們之間的沉降差、保持軌道間的彈性連續(xù),在橋上板式軌道和橋下有碴軌道設(shè)置過渡段,所采取的軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)措施如下。(1在臺(tái)背基坑采用混凝土回填,在臺(tái)后采用強(qiáng)度大、變形小的優(yōu)質(zhì)級(jí)配碎石填筑,路堤基床表層壓實(shí)密度K30190MPa,孔隙率15%;基床表層以下的壓實(shí)密度K30150MPa,孔隙率20%。(2在與橋頭路基相鄰的一跨梁上,軌道板底面粘貼緩沖橡膠彈性墊層。(3在過渡段線路

11、基本軌之間設(shè)置2根輔助軌。4板式軌道施工當(dāng)橋梁施工完畢,待梁跨結(jié)構(gòu)的最終變形(徐變及沉降變形趨于穩(wěn)定,而且控制在一定范圍內(nèi),可開始板式軌道施工。板式軌道是在混凝土基礎(chǔ)上建立,一旦施工完成,很難修復(fù)調(diào)整;另外,板式軌道的施工順序與一般軌道(整體道床的施工也有不同,它是自下而上,一層層向上構(gòu)筑,誤差最后累積到鋪軌,因此在各個(gè)施工環(huán)節(jié)上要特別精細(xì),以“mm級(jí)”設(shè)計(jì)。做到“mm級(jí)”精度要求,首先要從結(jié)構(gòu)上要求軌道部件(如軌道板在工廠制造,減少現(xiàn)場(chǎng)施工的誤差,保障軌道質(zhì)量;其次要在施工機(jī)具方面采用專用施工機(jī)具和統(tǒng)一的基準(zhǔn)整正設(shè)置,將人為因素減至最小;最后從施工管理手段上制訂嚴(yán)謹(jǐn)、適用的規(guī)程規(guī)范。此外,在

12、軌道施工過程中要特別注重記錄計(jì)算環(huán)節(jié),隨時(shí)調(diào)整控制施工精度,在灌筑C A砂漿層時(shí),應(yīng)按照測(cè)量計(jì)算的間隙注入相應(yīng)的厚度;在鋪設(shè)長軌條(特別是曲線地段時(shí),也應(yīng)按照記錄計(jì)算的軌下空間厚度墊入相應(yīng)高度的墊板。這樣才能最終達(dá)到軌面設(shè)計(jì)高程及軌面平順性的要求。5結(jié)語秦沈客運(yùn)專線狗河特大橋和雙何特大橋采用的板式無碴軌道是我國鐵路迄今技術(shù)層線路/路基收稿日期:20020201作者簡(jiǎn)介:薛志明(1967,男,工程師,1991年畢業(yè)于長沙鐵道學(xué)院土木工程系鐵道工程專業(yè)。從線路角度看鐵路既有線提速薛志明(鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院線路處甘肅蘭州730000摘要從線路角度分析影響既有線提速的主要因素,通過近年來某些線段提速設(shè)

13、計(jì)的實(shí)例,旨在闡明如何從線路的角度來看待提速問題。關(guān)鍵詞既有線提速線路條件1995年9月,鐵道部在滬寧線首次進(jìn)行客、貨列車提速試驗(yàn)并獲成功。從1997年10月1日開始至2001年10月21日,在全路范圍內(nèi)共進(jìn)行了4次大面積提速工作,全路旅客列車平均旅行速度達(dá)到61.92km/h ,比1994年平均提高13.62km/h ;平均技術(shù)速度達(dá)到70.32km/h ,比1994年平均提高12.42km/h ,其中特快列車為92.76km/h 。到目前,我國提速總里程已達(dá)13000km ,提速網(wǎng)絡(luò)覆蓋了全國主要地區(qū)。這4次大面積提速,取得了顯著成效,鐵路客貨運(yùn)量明顯上升,市場(chǎng)份額逐步擴(kuò)大,至2000年全

14、路提前1年實(shí)現(xiàn)了扭虧為贏的良好局面。1線路方面影響既有線提速的主要因素鐵路提速是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,影響既有線提速的因素很多,涉及到多個(gè)部門和專業(yè)。從線路方面來看,影響既有線提速主要有以下因素。(1小半徑曲線多,部分緩和曲線長度、圓曲線長度及夾直線長度不足。(2山區(qū)鐵路越嶺地段限坡過大或個(gè)別超限坡地段嚴(yán)重影響列車運(yùn)行速度。(3既有雙線線間距4.0m 不能滿足提速到160km/h 后列車運(yùn)行的要求。(4軌道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)偏低,不同程度地使用著50kg/m鋼軌、69型軌枕及非彈性扣件,道床厚度、寬度不足。(5車站正線道岔標(biāo)準(zhǔn)偏低。(6既有鐵路平交道口過多,線路兩側(cè)無安全隔離柵欄給行車安全帶來極大隱患。(7小

15、型機(jī)械化養(yǎng)護(hù)及人工養(yǎng)路方式難以適應(yīng)提速列車對(duì)軌道平順性的要求。2提速線路各主要技術(shù)參數(shù)的選擇2.1平面(1曲線半徑曲線半徑不僅影響行車安全、旅客舒適度等行車質(zhì)量指標(biāo),而且影響行車速度、運(yùn)行時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)和工程費(fèi)、運(yùn)營費(fèi)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。旅客列車最高行車速度要求的曲線半徑需滿足(1式,旅客舒適度及內(nèi)外軌均勻磨耗要求的曲線半徑需滿足(2式,最小半徑則選取(1、(2兩式計(jì)算較大者。R 111.8V 2max /(h max +h qy (1R 211.8(V 2max -V 2h /(h gy +h qy (2式中R 1旅客列車最高行車速度要求的曲線半徑,m ;R 2舒適與均磨要求的曲線半徑,m ;V m

16、ax 旅客列車最高行車速度,即路段設(shè)計(jì)速度,km/h ;V h 貨物列車設(shè)計(jì)行車速度,km/h ;h max 最大超高,取150mm ;h qy 允許欠超高,一般取70mm 、困難取90mm ;h gy 允許過超高,一般取30mm 、困難取50mm 。(2緩和曲線采用超高為直線順坡、平面為三次最高、最具有創(chuàng)新意義的軌道結(jié)構(gòu)形式之一,作為首次采用板式無碴軌道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工程,還會(huì)有許多值得總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。我們相信,通過秦沈客運(yùn)專線2座特大橋板式無碴軌道的設(shè)計(jì)、施工到高速動(dòng)載試驗(yàn)以及運(yùn)營等成套系統(tǒng)科研攻關(guān),一定會(huì)形成具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板式無碴軌道模式,并以此為契機(jī),開創(chuàng)我國鐵路軌道結(jié)構(gòu)的新紀(jì)元。

17、參考文獻(xiàn)1983線路/路基RAI LWAY STANDARD DESIGNNo.6,2002Abstracts and K eyw ordsSpeed increase and modernization of tracks on busy trunk lines Ren RuntangAbstract Based on current situation of Chinas trunk railway lines,the features of passenger and freight traffic,and the demand of speed in2 crease on trunk

18、railway lines,the paper states that techn ological inn ova2 tion of track engineering sh ould be enhanced to realize speed increase on busy trunk lines.T he paper als o analyzes preliminary meth od to m odify track structure,and puts forward suggestions to im prove track structural performance.K eyw

19、 ords trunk railway line,speed increase,track,m odernization A study on dynamic plate load testing method and the development of testing deviceLi Nufang,Xiao J infeng,Li ShufengAbstract T he paper introduces the development of the testing device for subgrade construction quality,describes in detail

20、the significance of dy2 namic plate load testing meth od,and principles and features of the testing device,and puts forward a suggestion to w ork out a standard for Evd2dy2 namic deformation m odule.K eyw ords dynamic plate load test,K30plate load test,dynamic defor2 mation m odule,coefficient of su

21、bgrade reactionStructural design of b allastless slab track for Q inhu angd ao2Shenyang P assenger Special LineZhang Qing,Zhang Liguo,Ran Lei,Hu J inpei,Zhao Tingjian Abstract T he paper introduces the structural design of ballastless slab track over bridges on Qinhuangdao2Shenyang passenger Line.It

22、 ex plains the technical standard of slab track,key techn ology for track structural design,and problems concerning track construction.K eyw ords passenger special line,slab track,design techn ologyA n analysis of factors affecting temperature stress and displacement of jointless turnoutsY u J unhon

23、g,Wang PingAbstract Based on finite element com putational theory on jointless turn outs,the paper analyzes track stress and track deformation with vary2 ing track tem perature,and com pares the stressing and deforming features of m ovable2point frog of different codes with that of jointless turn ou

24、ts with fixed frog.T he paper als o ex plores the im pact of track bed resistance, fastening resistance,filler resistance,and spacing between master block and slave block of the limit device on track stress and track deformation. K eyw ords jointless turn out,tem perature stress,deformationB ridge r

25、enovation on B eijing2Q inhu angd ao R ail w ay to meet the de2 m and of speed increase Li XiaojiangAbstract T he proposed speed on Beijing2Qinhuangdao Railway after speed increase is160200km/h.A proposal is given on the use,re2 building and cons olidation of existing bridges through study on primar

26、y technical standards,trial run and dynamic simulation com putation.A preliminary examination of girder strengthening program was conducted. K eyw ords Beijing2Qinhuangdao Railway,speed increase,bridge ren o2 vation,designA n analysis of causes for defects of roller bearing and treatment measuresY a

27、n ShouyangAbstract An analysis was made of causes for such defects as unequal and uneven spacing between rollers and the shearing of connecting b olts.A treatment program was put forward to adjust rollers by squeezing with wedge block,and to install dental plate for middle roller,and to replace shea

28、red b olts with strength b olts.K eyw ords railway bridge,super2major bridge,steel girder,roller bearing,defect analysis,treatment programT rack laying and bridge erection on a long slopeQin FangbaoAbstract T he paper introduces the selection of track laying and bridge erecting program along the long continu ous slope with a gradient of23. 5,and the im plementation of the program.It focuses on