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30t轴重重载铁路有砟轨道道床结构设计分析

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第6期作者：荣啸天

[导读] 摘要：从发展重型国际铁路的角度来看，重型铁路运输一般通过增加车轴的重量和扩大列车编组的组成来提高运输能力和效率。

        国能朔黄铁路公司肃宁分公司河北省沧州市 061000
        摘要：从发展重型国际铁路的角度来看，重型铁路运输一般通过增加车轴的重量和扩大列车编组的组成来提高运输能力和效率。由于重型列车的重量和长度增加，机车车辆车轮的重量增加，轨道载荷显着增加，轨道结构的破坏性性能高于传统轨道，离线轨道结构和基础设施的要求更高。道床作为轨道结构的重要组成部分，构成轨道框架的基础。道路提供了对水平轨道和垂直轨道的阻力，并保持了轨道的稳定性；提供轨道灵活性，以减轻和吸收车轮轨道上的冲击和振动；提供良好的排水性能。如果床的结构不合理，很容易损坏平台和床，以及钢轨、横梁、紧固件等。，从而缩短了轨道构件的寿命并增加了维护和保养工作量。因此设计重型铁道床非常重要
        关键词：重载铁路；30t轴重;有砟轨道；道床设计；现场试验
        引言
        铁路基本技术政策要求，新建重轨设计时速不得超过100公里，轴重不得小于30吨，列车牵引质量万吨级及以上。为研究开发30吨重铁路的公共工程技术，结合中国南铁通道工程建设，中国铁道总公司组织中国铁路研究院和中国铁道第二研究院对国内外铁路轨道的现状进行了研究，系统对30吨重铁路、叉车等进行了关键技术研究。提出了30吨重轨和无轨轨道设计的主要参数，开发了新型重轨垫、紧固件、重叉、非轨结构部件，制定了相应的临时技术条件，初步建立了30吨轴轨轨道结构技术体系。
        1、国内外重载铁路总体现状
        由于运行条件和技术设备水平不同，世界各地的铁路都有不同形式的重型列车运输。对外重轨运输的主要特点是：轴大、组长、体积大、密度小，我国现有重轨运输的主要特点是运输量大、组长大、密度大、速度快、轴重小。目前，国内外重轨运营回顾见表1。美国、加拿大、澳大利亚、南非、瑞典、巴西等国重轨轴重一般达到30吨以上，最大质量为40吨，运输密度小，保证了更充足的维护保养时间：从国际铁路的发展趋势看，提高货运量是提高重轨线运输能力和效率的最有效途径之一。
        表1国内外运营重载铁路总体情况

2、道床结构形式
铁路砾石层在结构上分为双层和单层。在中国，两层道床主要铺设在非导电土基路段，单层道床位于岩石、观水土基路段。双层地面道床结构是将道床分为土面层和砂、砾石层的道道床垫层。砾石床双结构的混凝土铺设形式分为铺床的双层结构和铺床的双层结构（见图1（a）、图1（b）。双层床的结构是，下道床覆盖土路基，道床的肩部不铺道床，所以他的肩部高度离道床表面的高度是一条路。双层装饰层结构是覆盖路基整个表面的路垫材料，而肩部的上表面是下部路基的表面。单层土路结构是直接铺设在岩石道床上或凹陷道床表面的土道床。图1（c）中显示了典型的单层床结构。

        图1道床结构(单位:cm)
        近年来，我国铁路建设发展迅速，铁路结构与以往大不相同。为了全面考虑路基结构和道床设计的选择，路基采用层层搬运材料，为保证转移到地基表面的压力符合要求，需要较厚的道床，建议采用双层床结构；路基采用承重能力较高的级配碎石作为基层面层时，宜按单层路面设计。
        3、大轴重重载铁路路基基床结构设计原则及技术标准
        结合现有实验，分析高周期负荷下主填料的累计塑料变形状况，根据基于IQO值获得的相应填料动态力参数指数或动态承重力，以及基于基础结构中多个地层累计塑料变形条件的长期稳定负荷表达，同时，是否正确？实验获得的变形形式通过变形和循环加载进行校正，以获得路径基础实际工作状态的循环变形形式，从而解释填充状态的设计参数。根据工程结构的分析设计原理，构建了大型重轨床架结构的设计控制原理和计算方法，基于高常年强度、支撑刚度和长期稳定性，提出了额定砾石加固基面厚度应随地面基底填料变化、地基结构垂直多层结构优化、额定砾石重（30吨）而获得的五层结构负荷的建议。建议用混凝土代替砾石分级，作为地表改善填料的优化处理措施，高强度、良好的隔水性能，为了实现路基顶部排水保护功能的良好要求，建议在地基表面上加两层结构型上边缘驱动，上部表面填充松散的防帧I型颗粒，渗透系数为L（R2CM/S），下部表面填充有松散框架，渗透系数为l（r2cm/s填充物）。
        4、30t轴重荷载作用下道床实车试验
        4.1安全性分析
        （1）大型轴重卡车通过重型道路结构时，脱轨系数的最大测量值为0.27，车轮超载系数的最大值为0.21，车轮横向功率的最大值为37.1Kn，脱轨系数、车轮超载系数和车轮横向功率均低于安全评价值。（2）在机器侧停止实际测试之前测试了一种新型的重iv.型跟踪垫，测试结果见表1。可以看一斑，它满足无缝线稳定性所需的12KN/垫要求。
        表2重载Ⅳ型轨枕横向阻力测试结果

        4.2不同道床厚度轨道结构受力分析
        30t轴重试验列车(1.2万t)通过时，实测垂直力、支点压力、道床底面应力分别见表2—表4。
        表3试验列车车辆通过时的垂直力

表4试验列车车辆通过时的支点压力

表5试验列车通过时道床底面的应力

对垂直力和支点压力取总体平均值予以对比，见图2。可见，2种轨道结构实测垂直力和支点压力无明显区别，分配系数基本相当。

        图2垂直力和支点压力对比
        对道床应力的总平均值进行比较。其中，现有电路结构厚度为300mm，新轨道结构厚度为350mm。路基下部应力为现有20.64万帕轨结构，新建126.2kPa轨道结构，衬垫厚度350mm，可比300mm路基降低38.8%，效果明显。
        5、我国30t轴重重载铁路轨道结构技术发展思考
        为测试和验证30t重载铁路线路工艺，中国铁路总公司决定在一定程度上修建重载试验段，组织30t重载铁路联合试验，其中30t轴重载铁路结构试验的主要内容包括新型重载轨道结构试验、隧道无缝轨道结构试验、过渡试验、分岔试验等。试验将在每年的4月至11月进行。这项试验将进一步优化30t铁路的关键技术和产品。根据30t轴重型铁路体系结构的技术创新实践，建议今后的研究应包括:一是加强对不同轨道类型和焊缝、不同关键参与部分、不同紧固件类型和三个无载荷轨道结构的观测，以确保数据的可靠性；二是在试验运行期间，维修部门应建立一个观测分析系统，以便及时分析研究中发现的问题，找出原因，提出对策；三是根据实际情况，及时提出关于临时技术条件的修正和建议；四是加强总结分析科研成果的实践，优化30t轴重载铁路结构完善的技术标准体系。
        结束语
        30t重载铁路在我国尚处于起步阶段，需要系统总结和深入分析，结合即将进行的试验验证，特别是在维修技术的运行和维护方面，进一步研究技术经济可行性，并作出努力30t以上重载铁路的技术创新任重道远，需要广大科技人员加大努力，为我国重载铁路产业做出更大贡献。
        参考文献
        [1]李明.30t轴重重载铁路有砟轨道动力性能试验研究[J].铁道建筑, 2020,60(06):123-127+135.
        [2]许良善,郄录朝,全顺喜.35～40t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究[J].铁道建筑,2019,59(11):95-100.
        [3]傅丽霖.40t轴重重载铁路有砟轨道关键设计参数研究[D].西南交通大学,2018.