高速鐵路無碴軌道TRANBBS設(shè)計(jì)關(guān)鍵TRANBBS技術(shù)
江 成,范 佳,王繼軍(鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,北京 100081)
摘 要:簡述國外高速鐵路無碴軌道發(fā)展概況,論述我國無碴軌道選型及關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)我國高速鐵路前期選用的三種結(jié)構(gòu)型式無碴軌道(長枕埋入式、板式和彈性支承塊式)進(jìn)行室內(nèi)實(shí)尺模型鋪設(shè)及各項(xiàng)性能試驗(yàn),對(duì)前兩種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行橋上和隧道內(nèi)試鋪及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明:無碴軌道具有線路穩(wěn)定性、剛度均勻性和耐久性好、平順性高、顯著減少線路維修工作量等特點(diǎn)。無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于強(qiáng)度、橫向穩(wěn)定性、剛度均勻性、減振性和耐久性。為確保無碴軌道線路長期正常運(yùn)營,必須嚴(yán)格控制橋梁及基礎(chǔ)的變形、確保隧道基底穩(wěn)固與合理設(shè)置線橋過渡段。
關(guān)鍵詞:高速鐵路;無碴軌道;設(shè)計(jì);試驗(yàn)研究
中圖分類號(hào):Ｕ213．244 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ
收稿日期:2003 11 16
作者簡介:江 成(1965—),男,安徽懷寧人,副研究員。
基金項(xiàng)目:“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(95 411 02 01);
鐵道部科技研究開發(fā)項(xiàng)目(98Ｇ01;99Ｇ06;99Ｇ07;2000Ｇ49 Ｄ)。
隨著列車運(yùn)行速度不斷提高,有碴軌道的道碴粉化及道床累積變形的速率隨之加快,必須通過軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化及頻繁的養(yǎng)護(hù)維修工作來滿足高速鐵路對(duì)線路高平順性、穩(wěn)定性的要求。與有碴軌道相比,無碴軌道具有軌道穩(wěn)定性、剛度均勻性和耐久性好、平順性高、維修工作量顯著減少的突出優(yōu)點(diǎn)。因此,自上世紀(jì)六十年代初,世界各國鐵路相繼開展以整體式或固化道床替代散粒體道碴的各類無碴軌道結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究,一些國家已把無碴軌道作為高速鐵路的主要軌道結(jié)構(gòu)型式全面推廣應(yīng)用。
1 國外高速鐵路無碴軌道
在高速鐵路上應(yīng)用無碴軌道,以日本、德國最為廣泛。日本新干線無碴軌道最初一般鋪設(shè)在基礎(chǔ)堅(jiān)固的隧道內(nèi)、高架結(jié)構(gòu)和橋梁上,后來逐漸擴(kuò)大到土質(zhì)路基上。而德國高速鐵路無碴軌道則首先解決了在土質(zhì)路基上鋪設(shè)的技術(shù)問題,逐步推廣到隧道和橋梁上,從而為全區(qū)間無碴軌道的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。
1．1 板式軌道
日本從60年代中期開始板式無碴軌道的研究到目前大規(guī)模的推廣應(yīng)用,走過近40年的歷程。從津田沼、日野土木試驗(yàn)所內(nèi)的實(shí)尺模型試驗(yàn)到既有線、新干線橋梁、隧道和路基上的各種型式無碴軌道結(jié)構(gòu)的試鋪,共建立了20多處近30ｋｍ的試驗(yàn)段,開展了大量的室內(nèi)、運(yùn)營線上動(dòng)力測(cè)試和運(yùn)營觀測(cè)工作,并在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,不斷地改進(jìn)完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)條件,最終將普通Ａ型(圖1)、框架型(圖2)、特殊減振區(qū)段用的減振Ｇ型(圖3)及適用于土質(zhì)路基上的ＲＡ型等板式軌道結(jié)構(gòu)作為標(biāo)準(zhǔn)定型。板式軌道累計(jì)鋪設(shè)里程已達(dá)2700ｋｍ,并從山陽新干線岡山—博多段開始,廣泛應(yīng)用于東北、上越、北陸和九州等新干線全部的橋、隧結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)的部分土質(zhì)路基區(qū)段上(如圖4)。其中,土質(zhì)路基上的ＲＡ型板式軌道在試鋪60ｍ進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)后,最終于1993年在北陸新干線(高崎—長野)正式鋪設(shè)約11ｋｍ。
由于日本新干線高架橋所占比例較高,對(duì)高架橋上無碴軌道的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開展了多專業(yè)、多部門之間的系統(tǒng)研究,特別考慮了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變上拱、墩臺(tái)沉降等對(duì)無碴軌道的影響。在橋上無碴軌道的TRANBBS施工時(shí)間上,規(guī)范也要求必須在橋梁放張應(yīng)力后半年以上,方可進(jìn)行。
1．2 Ｒｈｅｄａ型無碴軌道
德國鐵路于上世紀(jì)60年代開始無碴軌道的研究,曾試鋪過十余種無碴軌道結(jié)構(gòu),其提出的結(jié)構(gòu)型式多種多樣。德鐵規(guī)定試鋪的軌道結(jié)構(gòu)要經(jīng)過5年的運(yùn)營考驗(yàn)后經(jīng)批準(zhǔn)才能正式使用。德鐵無碴軌道的基礎(chǔ)分鋼筋混凝土和瀝青混凝土兩類。Ｒｈｅｄａ型無碴軌道(圖5)為鋼筋混凝土底座的結(jié)構(gòu)型式之一,在大量試鋪段進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)和長期觀測(cè)研究的基礎(chǔ)上,Ｒｈｅｄａ型已在德鐵高速鐵路橋梁、隧道和土質(zhì)路基上推廣應(yīng)用,約占德鐵鋪設(shè)的360ｋｍ無碴軌道(含80多組道岔區(qū))一半以上。最近開發(fā)的Ｒｈｅｄａ 2000型無碴軌道(圖6)已投入商業(yè)應(yīng)用。由兩根桁架形配筋組成的特殊雙塊式軌枕取代原Ｒｈｅｄａ型中的整體軌枕;取消原結(jié)構(gòu)中的槽形板,統(tǒng)一了隧道、橋梁和路基上的型式;同時(shí),軌道結(jié)構(gòu)高度從原來的650ｍｍ降低為472ｍｍ。Ｒｈｅｄａ 2000型的支承塊只保留承軌和預(yù)埋扣件螺栓部位的預(yù)制混凝土,其余為桁架式鋼筋骨架,從而減少了新、老混凝土的界面,有利于提高施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的整體性。
改進(jìn)后的Ｒｈｅｄａ型無碴軌道在1998年開通運(yùn)營的柏林—漢諾威高速鐵路上得到廣泛應(yīng)用。德鐵根據(jù)其咨詢公司對(duì)現(xiàn)行有碴軌道和無碴軌道的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,建議在速度超過250ｋｍ·ｈ-1的新建高速線上全面推廣應(yīng)用無碴軌道。
1．3 其它結(jié)構(gòu)型式
世界上許多國家根據(jù)自己的技術(shù)基礎(chǔ)與線路特點(diǎn),開發(fā)出多種型式的高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu),如:英國的ＰＡＣＴ型、法國的ＶＳＢ型、意大利的ＩＰＡ型以及美國Ｓｏｎｎｅｎｉｌｌｅ公司的ＬＶＴ型等。
2 我國高速鐵路無碴軌道的前期研究
借鑒國外高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)的成功實(shí)踐,我國提出了適用于高速鐵路橋、隧結(jié)構(gòu)上的三種無碴軌道結(jié)構(gòu)型式(長枕埋入式、彈性支承塊式和板式)及其設(shè)計(jì)參數(shù)[1]。1998完成對(duì)三種結(jié)構(gòu)型式無碴軌道室內(nèi)實(shí)尺模型的鋪設(shè)及各項(xiàng)性能試驗(yàn),提出高架橋上無碴軌道的施工方案和徐變上拱限值與控制措施,建立橋上無碴軌道車線橋耦合模型并進(jìn)行仿真計(jì)算,初步分析高速鐵路高架橋上無碴軌道的動(dòng)力特性與車輛走行性能[2]。1999年選定三座高架橋作為無碴軌道的試鋪段,在長度692ｍ的沙河特大橋試鋪長枕埋入式無碴軌道(如圖7),長度741ｍ的狗河特大橋(直線)和長度740ｍ雙何特大橋(曲線)上試鋪板式軌道(如圖8),與此同時(shí),完成橋上無碴軌道設(shè)計(jì)[3]、施工技術(shù)條件[4]的研究與編制。為掌握橋上無碴軌道在高速運(yùn)行條件下的結(jié)構(gòu)受力、變形情況與振動(dòng)特性,評(píng)估兩種無碴軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,2000年對(duì)三座橋上無碴軌道與兩座橋上有碴軌道進(jìn)行了各項(xiàng)性能的對(duì)比測(cè)試[5]。為完善高速鐵路無碴軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝和設(shè)備,選定渝懷線魚嘴2號(hào)隧道和贛龍線楓樹排隧道分別作為長枕埋入式和板式軌道的試鋪段,并分別于2003年6月和2003年底完成鋪設(shè)。在線路開通后將對(duì)隧道內(nèi)鋪設(shè)的無碴軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試與長期觀測(cè)。
3．1 我國高速鐵路無碴軌道的結(jié)構(gòu)選型及特點(diǎn)
根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久、可靠,施工簡單,減振性能好,經(jīng)濟(jì)適用,配套扣件有足夠的調(diào)整量等選型原則,初步提出兩種高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)型式,即:板式和長枕埋入式,其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下:(1)結(jié)構(gòu)整體性能兩種結(jié)構(gòu)均體現(xiàn)無碴軌道具有線路穩(wěn)定性和剛度均勻性好、線路平順性和耐久性高的突出優(yōu)點(diǎn),可顯著減少線路的維修工作量。從軌道結(jié)構(gòu)每延米重量看,無碴軌道均要小于有碴軌道,相比而言,板式軌道結(jié)構(gòu)高度低,道床寬度小,重量最輕(29ｋＮ 單線每延米),在橋上鋪設(shè)可降低橋梁的二期恒載,在隧道內(nèi)應(yīng)用可減小隧道的開挖斷面。長枕埋入式無碴軌道受預(yù)制軌枕長度的限制,道床寬度要大于板式軌道,每延米重量相對(duì)較大(41ｋＮ 單線每延米)。從室內(nèi)落軸沖擊試驗(yàn)看,長枕埋入式無碴軌道結(jié)構(gòu)的整體剛度稍大于設(shè)置水泥瀝青(ＣＡ)砂漿調(diào)整層的普通型板式軌道,但從試驗(yàn)結(jié)果看,兩種結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)軌道動(dòng)力參數(shù)差異不明顯,特別對(duì)于在客運(yùn)專線或高速鐵路橋上應(yīng)用來說,無碴軌道結(jié)構(gòu)具有的高平順性、剛度均勻性以及橋梁的撓曲變形在一定程度上可彌補(bǔ)無碴軌道結(jié)構(gòu)整體剛度大的缺陷。噪聲與振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析表明,在列車運(yùn)行速度大于200ｋｍ·ｈ-1時(shí),橋上有碴和無碴軌道的噪聲源強(qiáng)Ｌｐｍａｘ基本在同一等級(jí),而橋上無碴軌道線路產(chǎn)生的地面Ｚ振級(jí)(橋下及30ｍ地面處)要稍大于橋上有碴軌道。(2)制造和施工長枕埋入式無碴軌道采用我國較成熟的“鋼軌支撐架”法“由上至下”進(jìn)行施工,其道床結(jié)構(gòu)中除橫向穿孔軌枕需要工廠預(yù)制外,其余混凝土均為現(xiàn)場(chǎng)澆筑。優(yōu)點(diǎn)是:道床表面宜設(shè)置橫向排水坡;在橋上鋪設(shè)時(shí),與梁縫的配合比較靈活;在曲線地段施工時(shí),線路的超高順坡、曲線圓順度等易于控制。不足是:施工過程中需要工具軌(新鋼軌)作為控制線路標(biāo)高的基準(zhǔn);現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工量較大,其施工進(jìn)度相對(duì)較慢;由于混凝土道床板表面為人工抹平,外觀上比板式軌道結(jié)構(gòu)預(yù)制的軌道板要差;在需要特殊減振及過渡段區(qū)域,底座與道床板之間彈性層的設(shè)計(jì)與施工都相對(duì)要困難一些。板式軌道結(jié)構(gòu)中混凝土軌道板為工廠預(yù)制。優(yōu)點(diǎn)是:質(zhì)量容易控制,現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工量少,施工進(jìn)度較快;道床外表美觀;由于采用“由下至上”的施工方法,施工過程中不需工具軌;在特殊減振及過渡段區(qū)域,通過在軌道板底粘貼橡膠墊層,易于實(shí)現(xiàn)下部基礎(chǔ)對(duì)軌道的減振要求。不足是:橋上鋪設(shè)時(shí),受橋梁跨度的影響,需要不同長度的軌道板配合使用,增加制造成本;曲線地段鋪設(shè)時(shí),線路超高順坡、曲線矢度的實(shí)現(xiàn)對(duì)扣件系統(tǒng)的要求較高;板式軌道結(jié)構(gòu)中對(duì)ＣＡ砂漿調(diào)整層的原材料和施工質(zhì)量要求高;板式軌道的制造、運(yùn)輸和施工專業(yè)性較強(qiáng),包括:軌道板的制造、運(yùn)輸、吊裝、鋪設(shè),ＣＡ砂漿現(xiàn)場(chǎng)攪拌、試驗(yàn)、運(yùn)輸和灌注;軌道狀態(tài)整理過程中的充填式墊板樹脂灌注等。(3)線路維修長枕埋入式無碴軌道的維修工作主要是扣件螺栓的涂油工作。而板式軌道的維修除扣件螺栓涂油作業(yè)外,從日本鐵路板式軌道初期運(yùn)營實(shí)踐看,由于板式軌道ＣＡ砂漿調(diào)整層的存在,其受自然環(huán)境因素的影響較大,特別是在線路縱向力較大的伸縮調(diào)節(jié)器附近,凸形擋臺(tái)周圍的ＣＡ砂漿存在破損現(xiàn)象,因此日本鐵路在板式軌道設(shè)計(jì)方面,用強(qiáng)度高、彈性和耐久性好的合成樹脂材料替代凸形擋臺(tái)周圍的ＣＡ砂漿。我國近期也成功研制出同等性能的樹脂材料,將在近期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試鋪。對(duì)于軌道板底的ＣＡ砂漿調(diào)整層,以灌注袋的形式取代直接灌注,不僅方便了施工,同時(shí)減少ＣＡ砂漿層的環(huán)境暴露面,提高板式軌道結(jié)構(gòu)的耐久性,以實(shí)現(xiàn)無碴軌道結(jié)構(gòu)少維修的設(shè)計(jì)初衷。
3．2 高速鐵路無碴軌道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
3．2．1 無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為滿足高速列車在無碴軌道線路上運(yùn)行的安全性、舒適性要求,最大限度地實(shí)現(xiàn)線路少維修,無碴軌道的設(shè)計(jì)除在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、橫向穩(wěn)定性方面應(yīng)考慮足夠的安全儲(chǔ)備外,應(yīng)高度重視無碴軌道各組成部分的耐久性、減振性以及實(shí)現(xiàn)線路高平順性等。(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮到無碴軌道結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性,在動(dòng)力仿真計(jì)算和設(shè)計(jì)中,選用了軸重較大(19．5ｋＮ)的動(dòng)力集中式電動(dòng)車組,考慮線路和輪踏面的不平順性,取動(dòng)載系數(shù)為3．0,確定其設(shè)計(jì)動(dòng)輪載為300ｋＮ。從國外高速鐵路設(shè)計(jì)和運(yùn)營實(shí)踐以及我國實(shí)測(cè)結(jié)果看,根據(jù)此設(shè)計(jì)荷載確定的軌道板 道床板的設(shè)計(jì)承載能力可滿足高速鐵路無碴軌道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,并具有一定的安全儲(chǔ)備。對(duì)
于板式軌道而言,對(duì)軌道板起限位作用的混凝土凸形擋臺(tái)直接承受由鋼軌傳遞到軌下基礎(chǔ)的縱向力和橫向力,包括:梁軌間相互作用產(chǎn)生的縱向力、溫度變化引起的軌道板伸縮力、軌道的橫向抗力、起動(dòng)與制動(dòng)力、輪軌間的橫向作用力等。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全考慮,凸形擋臺(tái)結(jié)構(gòu)按懸臂受彎構(gòu)件設(shè)計(jì),懸臂梁的固定端固定于混凝土底座中,其受力圖式如圖9。填充于軌道板底的ＣＡ砂漿與凸形擋臺(tái)周圍的樹脂材料抗壓強(qiáng)度指標(biāo)同樣根據(jù)設(shè)計(jì)荷載以及作用于凸形擋臺(tái)上縱向力的大小,并考慮足夠的安全儲(chǔ)備來確定。
構(gòu)使線路的橫向穩(wěn)定性顯著提高。對(duì)于曲線區(qū)段的
橋上無碴軌道來說,除結(jié)構(gòu)中的限位部分設(shè)計(jì)(凸形擋臺(tái)、限位槽)應(yīng)考慮輪軌橫向作用荷載外,橋上無碴軌道采用的調(diào)高量大、扣壓力小的扣件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)保證有足夠的軌距保持能力。(3)線路的平順性和剛度均勻性高速列車運(yùn)行的安全性與舒適性對(duì)線路平順性提出了更高的要求,線路狀態(tài)的不平順對(duì)剛度較大的無碴軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力附加作用顯著增加。因此,無碴軌道線路的高平順性除在設(shè)計(jì)技術(shù)條件中對(duì)其靜態(tài)鋪設(shè)精度嚴(yán)格要求、施工工藝和過程管理嚴(yán)格控制以外,無碴軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在技術(shù)上保證線路高平順性和剛度均勻性。由于無碴軌道結(jié)構(gòu)中的扣件直接將鋼軌與構(gòu)筑在下部基礎(chǔ)的道床聯(lián)接在一起,軌道幾何狀態(tài)的調(diào)整不能象有碴軌道那樣進(jìn)行起道、撥道和搗固作業(yè),只能通過扣件系統(tǒng)進(jìn)行,因此,無碴軌道的扣件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理確定扣件高低、左右位置的調(diào)整能力,并可簡便地對(duì)施工和維修過程中的線路狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)高速線路的高平順性。對(duì)板式軌道而言,由于結(jié)構(gòu)中的軌道板為預(yù)制平板,加上軌道板本身的制造與施工偏差,特別是當(dāng)板式軌道應(yīng)用于軌面標(biāo)高漸變的緩和曲線與豎曲線地段時(shí),一定厚度的軌下調(diào)高墊板難以實(shí)現(xiàn)對(duì)板長范圍內(nèi)的軌道不平順的精細(xì)調(diào)整,在設(shè)計(jì)中應(yīng)將樹脂充填式無級(jí)調(diào)高墊板作為無碴軌道的一個(gè)必要組成部分,以滿足高速鐵路對(duì)線路高平順性、剛度均勻性的要求。(4)減振性由于無碴軌道以剛性混凝土道床取代有碴軌道提供線路彈性的道碴層,盡管無碴軌道線路的高平順性和剛度均勻性在一定程度上可彌補(bǔ)其剛度大的不足,但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)要求扣件系統(tǒng)具有良好的彈性,在基礎(chǔ)減振要求較高的無碴軌道鋪設(shè)區(qū)段,應(yīng)考慮在軌道板底部設(shè)置彈性層(如減振Ｇ型板式軌道),以有效降低輪軌間的動(dòng)力作用及無碴軌道下部基礎(chǔ)的振動(dòng)。(5)耐久性提高高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)的耐久性,除在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上考慮足夠的儲(chǔ)備外,在軌道各部件的技術(shù)條件中應(yīng)對(duì)直接影響無碴軌道耐久性的原材料性能提出嚴(yán)格要求,包括混凝土材料的抗凍性和氯離子滲透性,橡膠和樹賺材料的耐熱老化性、耐腐蝕性和疲勞性能,ＣＡ砂漿的抗凍性和耐候性等。線路平順性和減振性能的好壞對(duì)無碴軌道結(jié)構(gòu)耐久性的影響同樣至關(guān)重要。
3．2．2 無碴軌道的下部基礎(chǔ)
(1)橋梁
高速鐵路對(duì)軌道高平順性的要求給鋪設(shè)無碴軌道的橋梁帶來新的課題。影響橋面軌道不平順的因素包括:預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的徐變上拱、荷載作用下梁端轉(zhuǎn)角、墩臺(tái)基礎(chǔ)的不均勻沉降、梁體上、下緣不均勻溫差等。有碴軌道的線路狀態(tài)由于可以通過道碴層與扣件進(jìn)行調(diào)整;梁端轉(zhuǎn)角、墩臺(tái)基礎(chǔ)的不均勻沉降對(duì)軌面狀態(tài)的影響相對(duì)較小。而橋上無碴軌道軌面的高低狀態(tài)只能通過扣件系統(tǒng)來調(diào)整,當(dāng)橋梁變形超出扣件系統(tǒng)的最大調(diào)整量,其軌道的平順性就難以滿足高速鐵路對(duì)線路的質(zhì)量要求;墩臺(tái)沉降和梁端轉(zhuǎn)角過大,不僅影響線路的高低狀態(tài),同時(shí)將增大梁端扣件系統(tǒng)的螺栓上拔力。針對(duì)橋梁徐變上拱的影響因素,確定以設(shè)計(jì)上考慮為主、設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合的原則有效控制梁體的徐變上拱,設(shè)計(jì)方面的控制措施:適當(dāng)增加梁高,以提高梁的剛度。梁的剛度增大,不僅可有效減小預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的徐變上拱,減小梁體下?lián)系牧憾宿D(zhuǎn)角,而且有利于橋上無縫線路的穩(wěn)定性和平順性;采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)荷載作用下,梁體下翼緣允許出現(xiàn)一定拉應(yīng)力的部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),與全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比,施加給截面的預(yù)壓力值小,也就是可較大限度地降低梁體上、下翼緣應(yīng)力差,故徐變上拱隨之減小。施工方面的控制措施:在滿足混凝土強(qiáng)度與和易性條件下,盡可能采用較低的水泥用量和水灰比;在混凝土骨料上,施工時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)選用彈性模量較高的巖石和適宜的級(jí)配;不同巖石骨料混凝土徐變?cè)龃蟮拇涡驗(yàn)?FONT face="Times New Roman">:石灰?guī)r、石英巖、礫石、花崗巖及砂巖。在對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力之前,除檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度外,應(yīng)同時(shí)檢測(cè)混凝土的彈性模量,在兩者均滿足設(shè)計(jì)要求后,再施加預(yù)應(yīng)力;在滿足技術(shù)條件要求的前提下,盡量延長梁體張拉完畢至無碴軌道鋪設(shè)的時(shí)間間隔。鋪設(shè)無碴軌道的橋梁墩臺(tái)沉降(包括均勻和不均勻沉降)同樣需要嚴(yán)格控制,軟弱基礎(chǔ)上的橋梁墩臺(tái)須采取必要的加固措施以滿足無碴軌道線路對(duì)其沉降值的技術(shù)要求。(2)隧道隧道內(nèi)基底處理的好壞直接影響無碴軌道的耐久性,我國鐵路曾在隧道內(nèi)鋪設(shè)了近300ｋｍ的無碴軌道,大多數(shù)使用效果良好,但在個(gè)別工點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工中,對(duì)隧道基底、水害的處理不當(dāng),施工工序安排不合理,導(dǎo)致上部道床結(jié)構(gòu)開裂破損,而對(duì)其維修整治十分困難。因此對(duì)于高速鐵路鋪設(shè)無碴軌道的隧道而言,應(yīng)根據(jù)隧道圍巖級(jí)別、地下水狀況,選擇合理的隧道襯砌結(jié)構(gòu),對(duì)于整體式襯砌,Ⅲ級(jí)及以上的圍巖采用帶仰拱的曲墻結(jié)構(gòu)。不設(shè)仰拱的地段應(yīng)有20ｃｍ厚以上的混凝土鋪底,設(shè)仰拱地段的仰拱下面的浮碴必須清除干凈,隧道開挖時(shí),應(yīng)仔細(xì)檢查圍巖基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和風(fēng)化破碎情況,檢測(cè)基底承載力,若隧道基礎(chǔ)的地質(zhì)水文情況與勘測(cè)結(jié)果有差異(如遇斷層破碎帶、軟弱夾層等),應(yīng)作必要的變更設(shè)計(jì),確保鋪設(shè)無碴軌道的隧道基礎(chǔ)穩(wěn)定。
3．2．3 過渡段
為保證高速列車運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性、提高旅客乘坐舒適性,在橋臺(tái)、隧道基礎(chǔ)與路基銜接處應(yīng)設(shè)置一定長度的過渡段。設(shè)置原則是將橋臺(tái)、隧道基礎(chǔ)與過渡段路基的工后沉降控制在較小的范圍,并盡量保持一致,最大限度地減小過渡銜接處的軌面彎折角,因此在過渡段路基區(qū)段,應(yīng)根據(jù)線路和地質(zhì)情況采取相應(yīng)的加固處理措施,如采用級(jí)配碎石、加筋土路基結(jié)構(gòu)、設(shè)混凝土搭板等。為確保高速列車通過過渡段區(qū)域的平穩(wěn)性,減小輪軌間的動(dòng)力沖擊,除在線路下部結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的處理措施來控制工后沉降值以外,由于橋上和隧道內(nèi)無碴軌道剛度要大于路基上有碴軌道的剛度, 在線路上部結(jié)構(gòu)需要合理進(jìn)行軌道剛度的過渡,一方面采取措施減小無碴軌道的整體剛度(如低剛度軌下膠墊、板下設(shè)彈性層等),另一方面在過渡段有碴軌道部分設(shè)置剛度變化過渡區(qū)(調(diào)整軌下膠墊剛度、設(shè)輔助軌、固化道碴層等)。
4 結(jié)束語
穩(wěn)定性、剛度均勻性、耐久性好、維修工作量顯著減少的無碴軌道結(jié)構(gòu)是高速線路的一個(gè)發(fā)展方向,盡管我國目前對(duì)高速鐵路和客運(yùn)專線上新型無碴軌道的研究剛剛起步,在設(shè)計(jì)和施工方面還有許多配套技術(shù)需深入研究,但在我國目前初步建立的新型無碴軌道研究模式下,即:提出結(jié)構(gòu)型式、確定設(shè)計(jì)參數(shù)→室內(nèi)模型試驗(yàn)→鋪設(shè)試驗(yàn)段和運(yùn)營考驗(yàn)、制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)→改進(jìn)完善、全區(qū)間推廣應(yīng)用,組織科研、設(shè)計(jì)和施工等部門的線路、橋隧和路基等多個(gè)專業(yè)的技術(shù)人員,針對(duì)性地開展技術(shù)攻關(guān),無碴軌道結(jié)構(gòu)在我國高速鐵路和客運(yùn)專線上將有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 林之珉,趙 曦,王繼軍,等.高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的研究[Ｒ].北京:鐵道科學(xué)研究院,1996.
[2] 江 成,林之珉,范 佳,等.高速鐵路高架橋上無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究[Ｒ].北京:鐵道科學(xué)研究院,1998.
[3] 鐵道第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院,鐵道科學(xué)研究院,西南TRANBBS交通大學(xué),等.秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道設(shè)計(jì)技術(shù)條件[Ｚ].北京:鐵道科學(xué)研究院,2001.
[4] 中鐵工程總公司三局,鐵道科學(xué)研究院,鐵道第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院,等.秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道施工技術(shù)條件[Ｚ].北京:鐵道科學(xué)研究院,2001.
[5] 江 成,翟婉明,陳松林,等.秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道綜合試驗(yàn)研究[Ｒ].北京:鐵道科學(xué)研究院,2003.
Ｋｅｙ:ｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＢａｌｌａｓｔｌｅｓｓＴｒａｃｋＤｅｓｉｇｎｏｎＨｉｇｈ ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＪＩＡＮＧＣｈｅｎｇ,ＦＡＮＪｉａ,ＷＡＮＧＪｉ ｊｕｎ(ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ,ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓ,Ｂｅｉｊｉｎｇ 100081,Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｇｅｎｅｒａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｏｎｏｖｅｒｓｅａｓｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓａｎｄｄｅ ｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｙｐｅｉｎｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＲａｉｌｗａｙｓａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ.Ｔｈｅｆｕｌｌ ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ(ｓｌａｂ,ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｌｅｅｐ ｅｒ,ｃｏｎｃｒｅｔｅｂｌｏｃｋｗｉｔｈｒｕｂｂｅｒｂｏｏｔ)ｓｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｅａｒｌｉｅｒｓｔａｇｅｆｏｒｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ.Ｔｈｅｆｉｒｓｔｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｔｒｉａｌ ｌａｉｄｏｎｂｒｉｄｇｅｓａｎｄｉｎｔｕｎｎｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｅｄｉｎｓｉｔｕａｎｄｓｈｏｗｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃ ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｒａｃｋｓｔａｂｉｌｉｔｙ,ｕｎｉｆｏｒｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓ,ｇｏｏｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ,ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙａｎｄｌｅｓｓｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｓｒｅｑｕｉｒｅｄｂｙｂａｌ ｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ.Ｔｈｅｋｅｙｏｆｔｈｅｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｌｉｅｓｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ｌａｔｅｒａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ,ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｕｎｉｆｏｒｍｉ ｔｙ,ｅｌａｓｔｉｃｂｕｆｆｅｒａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｌｏｎｇ ｔｅｒｍｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｉｌｗａｙｌｉｎｅｗｉｔｈｂａｌｌａｓｔ ｌｅｓｓｔｒａｃｋ,ｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｎｄｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
