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高速、重载及城市轨道交通对轨道结构的要求

已有 1087 次阅读 2019-8-9 20:49 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 高速铁路, 重载铁路, 城市轨道交通, 铁路运输, 轨道结构

高速、重载及城市轨道交通对轨道结构的要求

伍赛特

 

轨道结构与其他工程结构物不同,具有荷载的随机性和重复性、结构的组合性和散体性(有砟轨道)、修理工作的经常性和周期性。和普速铁路轨道结构一样,高速、重载及城市轨道交通轨道结构也是由钢轨、轨枕、扣件道床、道岔等部分组成,但由于高速、重载及城市轨道交通在速度、轴重及使用环境方面的特殊要求,轨道结构在部件性能、技术水平和养护维修等方面具有各自的特点和要求。

 

1高速铁路轨道结构

高速铁路作为一种安全、快捷、舒适、全天候的运输方式,如今已经成为现代交通运输体系的重要组成部分。由于行车速度的提高,机车车辆和轨道的振动强度加大,作用在轨道上的动荷载越大,轨道的几何形位越难保持,轨道结构和部件破坏越快。为适应高速行车的要求,保证高速列车运行的平稳性、舒适性与安全性,高速铁路轨道各部件的力学性能、使用性能和组合结构的性能都比普通轨道部件高得多,其必须具有高平顺性和高稳定性。基于以上要求,速铁路有砟轨道应具有以下特点:

1)钢轨具有平顺的运行表面。为减少列车冲击、振动荷载及行车噪声的污染,轨道必须为列车提供一个平滑的运行表面。为达到这一目的,要从钢轨和轨下基础两方面提出要求。

a.钢轨要有足够的抵抗变形的能力,且钢轨材质要具有足够的强韧性,对无缝线路钢轨焊缝应打磨平顺;

b.为保持轨面的平顺性,轨道也必须有一个坚实的轨下基础。因此,混凝土轨枕、强劲的钢轨扣件及硬质石砟组成的道床,就成为高速铁路轨道必不可少的轨下基础。

2)采用稳固的重型轨道。由60kg/m钢轨、混凝土枕、强劲钢轨扣件和硬质道床组成的重型轨道,不但可以使轨道变形小,保持轨面平顺,而且可以起到稳固线路与减少振动对道床的破坏作用。高速铁路采用重型轨道结构,其主要目的不是为了增加轨道强度,而是为了减少轨道变形,保持平顺的列车运行轨面。采用重型轨道的另一个目的是:由于高速列车施加的高频振动会使道砟“流坍”,道床下沉增加,而铺设重型钢轨和轨枕则可起到隔离与补偿的作用,以减少高频振动对道床的影响。

3)轨道结构应该具有良好的弹性性能。良好的弹性不但可以使轨道具有较强的抗振动与

抗冲击的能力,而且有利于减少噪声干扰。因此,针对高速铁路应努力改善轨道的弹性性能,以适应高速列车的运行。

4)铺设无缝线路,消除或减少钢轨接头,增加列车运行的平稳性,减少轨道振动损伤。

5)铺设高速与快速道岔。道岔是轨道结构的重要组成部分,应该与高速铁路相适应。在高速铁路道岔设计中应该采用强韧的道岔部件,选择合理的道岔几何线型和部件尺寸,采用可动心轨辙叉或焊连成无缝道岔等方法提高列车过岔速度。

高速铁路无砟轨道相比有砟轨道具有一系列的优点:使用寿命长;维修费用低;二期恒载小、建筑高度低;线路状况良好,宜于高速行车等。此外,在无砟轨道线路上铺设无缝线路不易产生胀轨跑道,高速行车时不会产生道砟飞溅的问题。

 

2重载铁路轨道结构

重载铁路的特点是提高了运量,加大了车体的轴重。在铁路轨道上,轴重使轨道承受静荷载强度,轴重越大,轨道承受的荷载也就越大。随着列车荷载的反复循环作用,极易使轨道部件发生各种疲劳损坏,严重影响轨道结构的正常工作,如钢轨的轨头伤损、钢轨的折损以及轨道几何形位的破坏等都与重载铁路的荷载有关。为发挥重载的运输优势,必须采用强韧化的轨道,以抵御重载列车对轨道结构的破坏,强化轨道结构和延长使用寿命,确保列车的运行安全并减少养护维修的工作量。

为此,世界上很多国家在重载线路上均用无缝线路,提高重载列车运行平稳性,减少对线路的动力作用。一系列新型轨道结构,包括板式无砟轨道、梯形轨道等也都在进行大运量试验,测试其安全性及可靠性,以利于在重载线路上推广采用。与此同时,美国、加拿大、南非、澳大利亚、巴西等国家在重载线路上正在普及用可动心轨道岔及新型菱形辙叉,这有利于减少线路道岔区间的动力作用,提高可靠性。

此外,针对重载铁路最经常现的钢轨表面裂纹、轨内裂纹的损伤,还要求研究开发耐磨性好、防表面裂纹和防轨内裂纹的新型钢轨。同时,针对采用无缝钢轨的线路,还要研发新的铝热焊技术,保证接头部分的材质强度。

 

3城市轨道交通轨道结构

城市轨道交通虽然在运营等方面与大铁路有所区别,但是轨道仍是城市轨道交通运营设备的基础,仍由钢轨、连接零件、轨枕和道床、道岔及其他附属设备组成,轨道结构同样直接承受列车荷载,引导列车运行。其特性和要求与大铁路相比并无太大的区别。但是,由于城市轨道交通接近人口密集的市区,需要运营安全平稳、舒适性好,同时,对振动与噪声控制的要求大大高于大铁路。另外,由于城市轨道交通的行车密度大,它的维修“天窗”时间短,因而,需要轨道结构具有较好的耐磨性,养护维修工作量小。城市轨道交通对轨道结构的基本要求如下:

1)结构简单、整体性强、具有坚固性、稳定性、均衡性等特点。确保行车安全、平稳、舒适。

2)具有足够的强度、刚度,便于施工,易于管理,可靠性高,使用寿命长,可以减少维修或者避免维修,并利于日常的清洁养护,降低运营成本。

3)对于扣件要求强度高、韧性好。

4采)用成熟的新工艺、新技术、新材料,满足绝缘、减振降噪和减轻轨道结构的自重等需求,尽可能符合城市环境、景观等要求。同时,城市轨道交通中的钢轨兼做轨道电路,为轨道电路提供导体。

 

参考文献

[1] 高亮. 轨道工程[M]. 重庆:重庆大学出版社, 2014.08.




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2 王安良 杨正瓴

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