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1、关于无碎轨道过渡段高延蔽赵陆膏铁道第三勘察设计院集团有限公司300 14 2一、概述 (一)无昨轨道及分类 无昨轨道采用钢筋混凝土结构代替碎石,具有免维修、结构高度小、可优化线路 方案、稳定性好、使用寿命长等诸多优越条 件。因此,世界上越来越多的铁路使用无昨 轨道.特别是高速客运专线和一些维修困 难线路,更多采用无作轨道结构。无昨轨道经过数十年研究和发展,已 经有多种结构型式,德国、日本都是铺设无作轨道较早的国家,根据德国、日本和我象黑黑檬婴羹 睿算势翼靠霜璧 髯霆聋驾咒众 犷雳狱籍岔芥。 澎蒸l蒸蒸武广客运专线采用I型双块式和板式等结 覆 奕蒸徽黔: 昨轨道结构和力学特性应该保持均匀一致,!
2、以达到高平顺性和高稳定性要求。但我们 翼薰薰翼薰 l的区段将会出现不同的结构和不同的力学 特性。,奢黯聋黯掀纵聋镖梦 支撑层等结构组成,由轨顶至支承层底面距离,即轨高度8 30 nlm,见图1。其中道床 板设袋豪霜 豁芜潺粼粼详! 翼羹黑鑫盔黔窝霭豪篇馨望梁面距离86Om m。其中道床板设计厚度 2 6Omm,底座板设计厚度在直线地段不小于170 mm,相应位置梁面保护层厚度1 40 mm。在桥上道床板和底座板沿线路方 向分段设置,其标准道床板长6.4 4m。隧道内旭普林无昨轨道由钢轨、扣 件、双块式轨枕、道床板等结构组成。其 中道床板设计厚度2 80 f nm,且直接设置在 隧道仰拱回填层上
3、,见图3。在上述各地 段,除轨道高度不同,各组成部分结构大 小也不同,而且在曲线地段超高方式也不 同。旭普林无作轨道路基地段超高在路基 防冻层上实现,桥梁地段超高在底座板上 实现。在隧道地段无作轨道由于没有底座 板或支承层,超高可直接设置在道床板上。由此造成在不同地段无昨轨道截面差异很 大。当线路经过上述不同地段时,不同的轨 道结构是不能直接联结在一起的,轨道如 何从一个地段到另一个地段,是必需要解 决的问题。旭普林无昨轨道在路基和隧道地段,其道床板一般是连续铺设,当从路基至桥 台或从隧道至桥台,道床板在桥台后分界处断开时,连续道床板由于温度变化将可 能发生水平位移。连续道床板位移过大,将 对
4、轨道结构产生不利影响,所以应该限制其位移量。线路从路基地段进入隧道时,在路基26 1和隧道分界处道床板由于结构相差较大可 能断开形成伸缩缝,如图4,路基地段和隧 道地段连续道床板在伸缩缝处将产生较大 位移。伸缩缝位移较大,将对无昨轨道产生不利影响,所以按要求应限制其伸缩位移量。线路从路基经过桥梁,由于台后下部 基础结构相对桥台基础松软许多,而且台 后基础压实条件比较差,可能会出现不均 匀沉降,如图5。不均匀沉降会危及上面无作轨道的整体性和稳定性,所以必须想办法解决。当从无昨轨道进入有作轨道时,不仅 道床的结构组成变化较大,而且其力学特 性也发生很大变化,则有昨轨道和无昨轨 道之间容易产生差异沉
5、降和轨道竖向刚度 差别。差异沉降过大和刚度的不均匀分布 都将对轨道产生不利影响,如当机车车辆 自有昨轨道驶向无作轨道,由于差异沉降 和刚度不均匀分布极容易造成行车不平稳 和旅客不舒适,因而需要设法进行解决.综合以上所述,线路经过不同地段无 昨轨道或从有作轨道进人无昨轨道地段,在轨道结构方面差异、轨道变形和差异影 响以及轨道竖向刚度变化影响等,需要设置过渡段以减小或避免其对轨道产生的不 利影响。二、过渡段结构设计(一) 过渡段需要解决的问题 我们设计任何结构都需要满足其要求,无昨轨道设计也不例外。过渡段的设计方 法同过渡段的结构要求有关,也就是搞清楚按结构要求过渡段需要解决哪些问题。正如上面所提
6、到的,线路经过不同地段无昨轨道或从有昨轨道进入无昨轨道时,需 要解决相互关联的三个问题,即不同结构 过渡、结构的变形要求和轨道刚度均匀变化。(二) 过渡段设计1、不同结构过渡 (l )断开型式过渡正如以上所述,不同地段无昨轨道由 于各组成部分结构不同,超高方式不同使 道床板截面相差很大,如图6。三种截面如 果联结在一起,作为钢筋混凝土结构存在 明显的截面突变,为避免将在混凝土变化 处出现应力集中现象而产生裂缝,也避免 在制作工艺方面难度明显加大,需要在不 同结构变化处将道床板断开,形成两段不 同的结构,断开处设置伸缩缝。采用设置伸缩缝的方法,可以解决上述受力差和施工 难问题,在郑西客运专线路桥
7、、路隧和桥隧 分界处常采用断开方法使不同结构过渡。(2) 连续方式过渡 对于有些型式无昨轨道,也可采用连 续过渡方式。如路基和桥梁之间,可在桥台上以桥梁地段无昨轨道型式连续延伸至路 基地段一定长度,在路基上由桥梁轨道结 构型式向路基结构型式逐渐过渡。由于是 空间过渡方式,所以连续型过渡方法在两 种条件下比较适宜。一是在直线地段,道床 板在路基和桥梁地段仅仅厚度不同,所以 过渡会相对简单,施工起来更容易.二是对 于板式轨道结构,因为预制轨道板厚度相等,可以仅在底座板上与支撑层之间实现 过渡。京津城际铁路n型板式无昨轨道路 桥之间均采用连续方式,且都在直线上。2、结构变形要求 旭普林无作轨道在路基
8、和隧道地段其 道床板连续铺设,正如上面提到,如果在路 基与桥台间或路基与隧道间设置伸缩缝断开方式过渡时,连续道床板温度改变时将 产生伸缩变形,如图7。为避免道床板伸缩量过大,可在路基地段道床板设置横向锚 梁,即利用道床板联结一钢筋混凝土结构,深入到支撑层和基床中。当道床板温度改 变伸缩而带动锚梁时,锚梁将受到其前后 支承层和填充层的阻止,从而限制了道床 板的位移。利用同样原理,可以在道床板与 支撑层之间设置剪力锚拴,也可以同时设置锚梁和剪力锚栓,剪力锚栓设置数量需262经过计算确定。前面也曾提到,路基与桥梁分界,在 台后由于压实条件所限制,可能会产生不 均匀沉降,对其上边轨道结构产生不利影响。
9、为降低台后不均匀沉降和避免其对轨道的不利影响可采取相应的措施,见图8。在台后采用水泥级配碎石填料,可减小不 均匀沉降。同时,在桥台后面设置搭板。搭 板作用是首先承受台后不均匀变形的影响,而搭板本身具有很强的抗弯能力,不均匀 变形对搭板产生的弯曲影响很小,也就降 低了对轨道结构的影响。如果搭板与锚梁 刚性联结,在搭板下设置一些凸台,则搭板 也具有抗纵向水平位移的作用。在京津城际铁路的路桥过渡段,就采用这种称为摩 擦板的搭板结构。在有昨轨道与无作轨道过渡地段,有 作轨道松散特性可能产生比无作轨道更大 的沉降,即使有昨与无昨轨道相邻地段基 础条件相近也难免会有不均匀变形。为降 低不均匀沉降和不均匀沉
10、降影响,可采取 以下措施,如图9。将无昨轨道支承层深入 到有昨轨道部分一段长度,一般可根据速 度和结构要求决定深人1 0一巧米;将相邻无昨轨道一端支承层加厚,这是为保证有 作轨道厚度要求,也为使深人到有昨轨道 部分支承层具有一定的厚度以满足强度要 求。3、刚度均匀变化 当无昨轨道通过不同地段或从无作轨 道经过有作轨道时,由于下部基础、结构和 道床特性差异,可能在竖向刚度存在一些 差别。为满足高速运行车辆的平稳运行和 旅客舒适度要求,需要设置过渡段。在此过 渡段的作用包括,一是尽量使不同地段轨 道刚度一致;二是当从一种轨道刚度到另一刚度时,能实现渐变。图7中的锚梁作用可以降低道床板的 纵向水平位
11、移量,但是,由于锚梁竖向结构 较大,该处的轨道竖向刚度也较大,为使沿 线路刚度均匀,可在锚梁下设置硬泡沫塑 料板,适当降低锚梁处刚度,使其同相邻地 段竖向刚度接近。在从无昨轨道地段进人有昨轨道地段,两地段支承间距、扣件刚度和道床特性不 同,其竖向刚度可能也不同。为使从无昨轨 道向有作轨道刚度渐变,可采取以下措施:如图9,在与无昨轨道相邻的有昨轨道 地段,自无作轨道一侧开始分段对有昨轨 道的道床进行不同级别灌注。第一段将枕 下、枕间和道昨边坡均灌注,称为全部粘 给 第二段将枕下和道昨边坡进行灌注,称 为部分粘络第三段仅将枕下进行灌注,称 为局部粘结。每段长度可根据设计速度确 定,对于设计速度30
12、0km/h地段,每段 可确定为1 5米。如果速度低,可以适当减 小各灌注段长度。很明显碎石道床灌注越 充分,其刚度越大,分级灌注道床使得自无 昨轨道至有碎轨道,其刚度从大变小,实现 渐变效果。除道床进行分级灌注外,为使刚度变 化更均匀,可在有昨轨道和无作轨道之间 设置不同刚度扣件。一般有昨轨道扣件垫 板刚度较大,无作轨道扣件垫板刚度较小。如国内采用的n型和m型扣件垫板刚度分 布为5 5K N/I n m一7 5K N/I n m,无作轨道地 段采用的Vo ss loh扣件刚度为2 2.S K N/mln。为此可在两种扣件之间,自无昨轨道至有作轨道设置三种刚度分别为30 K N/ m m、4OK
13、 N/mm和50KN/m m的扣件。如 果经过计算,也可更淮确采用其垫板刚度,如27K N/m m、3 5K N/m m和50 KN/m m 三种。中间三种刚度扣件段落需要与灌注 道床段落错开布置,以实现刚度变化更均 匀目的。如图1 0,在无昨轨道与有昨轨道相联 处设置辅助轨。辅助轨长度可为2 0一2 5米,无作轨道部分5米,有昨轨道部分15一加米。辅助轨固定在道床板和过渡枕顶面,当 荷载作用在与无昨轨道邻近处过渡段时,由于辅助轨与无作道床板共同参与抵抗变 形,相邻有昨部分轨道刚度很接近无昨轨 道地段,实现过渡段刚度更均匀变化。三、结论以上讨论了无昨轨道过渡段的相关问 题,通过上面的阐述我们得
14、出结论:无作轨道有多种型式,任何一种型式 无昨轨道,均需满足高平顺性、高稳定性和 旅客舒适性要求,不同地段的无作轨道 由于结构不同、超高方式和轨道特性不同,为满足无作轨 道上述要求需设置过渡段.过渡段的设计方法是按照过渡段的结构要求,需要解决相互关联的三个问题,即不同结构过渡、结构的变形要求和轨道刚 度均匀变化.上面的无作轨道过渡段结构主要参考 郑西客运专线设计方法,实际上无作轨道 过渡段型式很多,只要我们按照结构要求 和基本原理研究,过渡段结构还是有很大的改善空间的。根据郑西客运专线咨询经 验,旭普林无作轨道包括过渡段仍可以进一步优化,相信只要我们不断研究和总结,一定会不断得到更好的无作轨道过渡段结 构设计。2 63
