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1、1 大巴山隧道病害整治工程 线路架空的轨道受力情况分析第二工程有限公司中原公司李恩桓一、工程概况襄渝铁路大巴山隧道始建于1970 年-1974 年，位于川陕交界大巴山的越岭隧道，隧道为单线隧道，通过隧道线路为直线人字坡，P60轨无缝线路，碎石道床。原设计采用蘑菇形开挖大拱脚薄边墙，先拱后墙法施工，普通砼直墙式衬砌。大巴山隧道1974 年交付临时运营两年后，即出现了渗漏水，道床开裂，水沟流水不畅等病害。1977 年 5 月至 11 月底经原铁道兵八九三一O部队对此隧道进行了初步整治，但对道床渗漏水等并未给予全面整治。1978 年正式交付运营后，病害仍在不断发展，1984 年由原西安铁路局工务处对
2、此隧道进行了病害整治施工，1988 年完工。大巴山隧道虽经以上整治，但仍存在翻浆冒泥、水沟淤积、 沟壁破坏、 渗漏水等病害。二、隧道施工情况二 OOO 年三月份，襄渝铁路扩能工程招标，中铁十九局中土建1 标段，九月份进场，年底平导开始施工，二OO 一年七月份正洞开始每天封锁2 小时施工，主要进行K446+032-+482 ，长 450 米翻浆冒泥段增设仰拱及全隧道正洞改建工程施工。1、无缝线路切割整座隧道内无缝线路切割成1000 米长轨条，增设仰拱处更换为25 米标准轨。2、加固边墙增设仰拱处边墙采用MAR25 锚杆加固，每根锚杆3.0 米，每延米6 根。3、吊轨加固增设仰拱施工工艺安排如下：
3、2 无缝线路切割更换标准轨加固边墙开挖马口支墩衬砌马口衬砌清理运碴塔设枕木垛安放横抬轨清除道碴安放基本轨安装吊轨开挖仰拱仰拱衬砌填充衬砌水沟衬砌拆除横抬轨安装基本轨检查线路拆除吊轨更换枕木上 道 碴拆除基本轨3 横抬轨支墩处采取先开挖至仰拱底，然后灌注砼至水沟底面以下10cm 标高处，砼顶面以上设置枕木垛，在枕木垛上搭设横抬轨及吊轨加固线路。4、仰拱施工开挖仰拱后衬砌，进行填充，水沟施工。5、恢复线路撤除横抬轨及吊轨，仰拱结束后恢复无缝线路施工。三、线路架空时轨道强度计算机车车辆通过钢轨时，其作用力可分为：和钢轨面垂直的竖直压力；和钢轨方向垂直的侧向水平推力；沿钢轨方向的侧向水平力。其中垂直作
4、用力是主要的，计算中以垂直作用力为基础，其余诸力选择适当系数加以计算。（一）施组设计为保证行车安全，采用吊、扣轨束梁方案，纵向在枕木顶吊25 米 P50束梁，每根基本轨两侧各3 扣计 3 22=12 扣，横抬轨采用间距3.0 米， P50轨 7 束，横抬轨长4.0 米，支座采用枕木垛，支座处原水沟及边墙底部按设计图开挖尺寸开挖到位，并灌注砼， 待砼强度达到设计要求后，开挖仰拱。吊轨示意图：横抬轨示意图：（二）钢轨强度检算在计算强度之前， 首先假设钢轨为弹性支点上等截面无限长梁，支座下沉与其反力之间呈线性关系，作用在轨道上的荷载系符合力的独立作用原理；其次， 本计算中轨道各部件自重不考虑。4 施
5、工中需进行吊轨组扣检算，横抬轨组扣检算，即计算; 作用在基本轨上的最大动弯距与四组扣轨承受的最大应力值的比较，最大动弯压力作用在横抬轨上后形成最大应力值与横抬轨理论最大应力值比较。大巴山隧道中吊扣轨作用示意图：p01 p02 本图两端为横抬轨支点，中间为4 个枕木支点，当P0作用至主轨时，作用力通过吊轨传递至横抬轨，通过轨木垛传到基础。吊、扣轨中，纵轨4 组，每组3 根 P50轨，机车车辆通过时因线路架空道床反力不存在，这样必须对吊轨强度进行检算，以确定吊轨组数。强度检算：1、列车通过架空线路时需计算钢轨动弯应力d，动弯距Md，中间传力支点上压力Rd，横抬轨支点上压力Rdh。根据应力、弯距、弹
6、性模量的关系得出：Md d底= f W底式中： d-轨底边缘动弯应力（MPa）Md-动弯距（ N.mm ）W底-钢轨底部对水平中性轴的截面模量（mm3）f- 横向水平力系数其中： Md=M0（ 1+）（1）M0- 机车辆重轮作用于架空线路时产生的静弯距- 速度系数（因轮轨之间的动力效应产生的垂直方向附加动力影响）5 - 偏载系数（列车通过曲线时未被平衡的超高产生偏载引起的附加荷载）大巴山隧道增设仰拱处无曲线故值为零。车轮作用在钢轨上时最不利情况下M0值：1 M0= PO（2） 4R 式中： P0-静轮重k- 见参数说明 -弯距、挠度的影响线系数检算吊轨强度应用一组参数。支座钢度D，即使支座顶面
7、产生单位下沉时所必须施加于支座上的压力，架空木枕线路支座钢度D 为 1500019000(N/mm) 检算主钢轨时D 值为 30000N/mm ，大巴山隧道施工中检算吊轨即计算荷载效应，故D 值取上限19000 N/mm 。钢轨基础弹性模量，即使钢轨产生单位下沉时，施加于单位长度钢轨基础上的均布压力，单位Mpa。D = （3）a 式中： D- 支座钢度a-轨枕间距 a=480mm(根据施组 ) 检算主轨时 =62.5MPa（三）钢轨基础弹性模量与钢轨弯曲钢度的相对比值k 4 k= （4）4EJX式中： E-钢轨钢的弹性模量（MPa） E=2.1 105MPa JX-2879kg/m 6 表 1
8、 钢轨垂磨 （ mm）项目单位钢轨类型kg/m 75 60 50 43 6 Wj Cm3405 291 230 189 Wg Cm3482 375 275 205 Jx Cm44089 2879 1827 1317 Jy Cm4498 360 4 2.5 故 K= =0.001268MM-14 2.1 105 2879 104 填表计算不同轮位下P0值襄渝铁路为电气化铁路机车类型，韶山型电力机车我国铁路机车计算资料表 2 机车种类机车型号轮轴名称轮重(KN) 轮距(cm) 轮径(cm) 功率(马力 ) 构造速度(km/h) 电力机车韶山第 一转 向架112.8 230 125 5140 95
9、230 580 第 二转 向架230 230 计算 P00值 ,计算 P0表 3项目轮位P00计算轮动轮 1 动轮 2 轮重 P0（N）112800 112800 112800 P0=105524 P0 =108187X(mm) 0 2300 4600 kx 0 2.916 5.833 01 -0.0645 +0.0000 P00112800 -7276 1 -0.0409 -0.0000 P0112800 -4613 0 表中 kx,0 ,见下表表 4 kx 0 2.92 5.833 01 -0.0645 0.0064 1 -0.0409 0.0000 静轮重 : 7 1 M0= P04k
10、1 = 105524 4 0.001268 =20805205N.mm 动弯距：Md= M0(1+ ) 0.6 45 =20805205 (1+ +0) 100 =26422610N.mm 0.6V 式中速度系数电力机车检算钢轨时=100 应力 d底Md d 底= fW底26422610 = 1.25 375000 =88.08MPaS=352MPa 式中 f 值: 表 5 直线曲线半径（ m）300 400 500 600 R800 1.25 2.00 1.80 1.70 1.60 1.45 根据钢体力学传递力不变原则每根 P50吊轨应力：Md k= f 6Wk 26422610 = 1.2
11、5 6 275000 =20MPa=339MPa 隧道内原无缝线路已切割成25 米标准轨。故温度应力忽略不计，P60轨容许应力 S=352Mpa 故吊、扣轨线路中主轨d 底S满足设计要求。根据钢体力学传递力不变原则，主轨上作用力通过吊、扣轨传递至横抬轨P50，故需对横抬轨进行检算。横抬轨受力情况8 横抬轨正弯跳检算，计算式：a12bg Mh=KS Pd ( - ) 公式 4 2e 8 式中： Mh-横抬轨正弯距KS-安全系数（暂定2.0）Pd-横抬轨上正压力a1-钢轨中心至横抬轨端部跳离1250mm e-横抬轨压在枕木垛上长度（500mm）bg钢轨底宽式中： Pd =R0 (1+ +) R0
12、-最不利情况下产生静压力（每根枕上）Ka 0.001268 480 R0 =p= 108187=329232 2 Pd =32923(1+0.27)=41812N钢体力学传递力不变原则每组横抬轨变距12502132 4 Mh =2 41812 ( - ) 2 500 8 =125143316N.mm 每根横抬轨上应力值Mh h= f 7W衬125143316 = 1.25 7 275000 =81.26Mpa S =339MPa 式中： P50 -轨底P50再用轨 S =339MPa 由以上计算值得知每组7 根横抬轨完全满足大巴山隧道架空线路施工需要。三、横抬轨下枕木垛承载能力检算9 木枕横纹承压应力应满足：pdzi= ziMPaF 式中： zi-木枕横纹承压动应力pd- 枕上动压力（N）F-横抬轨与枕木垛接触面积（mm2）木枕横纹允许承压应力（MPa）表 6 木枕种类松木杉木桦木桉木zi1.4 10.4 3.9 4.2 式中： F=4ebg=500 4132=264000mm241812 zi= =0.16MPazi=1.4MPa 264000 根据以上检算枕木垛承承压应力满足施工需要。通过以上对主轨、吊轨、横抬轨、枕木垛的受力情况分析，说明架空线路各部分受力都未超过允许值，满足施工运营的需要。在以后的架空线路施工中我们将力求以科学的方法来解决更多的技术难题，确保安全运营。
