新型轨道结构

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新型轨道结构

non-coventional track structure新型轨道结构

 对传统轨道结构的某一组成部分或其整体进行重大改进或根本性改革的轨道结构,以适应高速、重载、大运量、高密度铁路运输的需要,并达到改善轮轨相互作用及轨道各部分应力应变分布状态,延长设备使用寿命,推迟养护维修周期诸目的。

钢轨是轨道结构直接与机车车辆接触的部分。多少年来,钢轨除重量随着机车车辆轴重及行车速度的提高而有所增加外,没有什么重大的改进和根本性的改革。钢轨接头仍然是轨道结构的薄弱环节。世界各国正在努力设法尽可能地减少或根本消灭目前依然存在的钢轨接头。中国从1957年开始试铺焊接长钢轨轨道,即无缝线路,到1984年铺设里程已近1万公里。

轨道结构中钢轨以下的部分称轨下基础。70年代,世界各国出现了各种不同类型的新型轨下基础。主要有:①新型轨下受力部件(简称轨下部件);②新型道床;③综合采用新型轨下部件和新型道床。

新型轨下受力部件 轨下基础保留了传统的道碴道床,而将传统的横向轨枕改变为特殊形状的新型轨下部件。例如,荷兰铁路曾试铺过“之”字形组合混凝土轨枕,以提高轨道的横向稳定性;奥地利工程师曾提出过平面上成双十字形的带翼轨枕,以改善钢轨的受弯条件和道床的支承条件;法国铁路曾试铺过纵向混凝土轨枕等。

中国从1966年起开始较大量地在繁忙干线和其他一些线路上试铺了一种宽混凝土轨枕(见彩图[宽轨枕轨道]宽轨枕轨道)。宽混凝土轨枕的长度与普通轨枕相同,但宽度约为后者的一倍。其作用是扩大轨枕在道床上的支承面积,减少轨道的总下沉量,并能使列车通过时的道床振动加速度有所下降,从而大大地提高了轨道的承载能力及其稳定性。宽轨枕轨道能保持道床的整洁和排水畅通,道碴清筛工作量较小,清筛周期较长;铺设于运输繁忙的线路,能有效地延长轨道的养护维修周期。在长隧道内铺设宽轨枕轨道,可以极大改善养路工人的工作条件。在大型客货站场及运煤线路上铺设这种轨道,也取得非常良好的效果。为充分发挥宽轨枕轨道的优势,常和焊接长钢轨配合使用,并采用质地良好的弹性扣件和弹性垫层。到1983年止,中国已在全国范围内铺设了近300公里的宽混凝土轨枕轨道。

在苏联,对传统轨道上轨枕所作的改进,主要有如下两种:一是使用宽2.6米,长6.24米,厚0.30米的4型钢筋混凝土轨枕板,二是使用纵、横轨枕组成的宽2.71米,长 6.24米的8型钢筋混凝土框架轨枕。两者均铺设在经过平整压实的碎石道床上。后者的优点是重量较轻,便于调整轨距及起道捣固;缺点是不能有效地保护道床不受污染。仍需进行一定的清筛工作。

新型道床 传统轨道道床的改进,是人们研究得最少的领域之一。传统道床常用碎石作成,呈散粒状态,是一种极不稳定的结构。在行车的反复荷载作用下,产生残余下沉,通过一定运量后就会出现病害,必须加以整修,而随着运量及行车密度的增加,列车正常运行和轨道养护维修之间的矛盾将日益尖锐。到70年代,对道碴道床的重大改进主要有两种方案。一是将碎石道床更换成整体结构,二是保留碎石道床,在其间灌入沥青材料将它连成整体。前者称整体道床,后者称沥青道床。

整体道床 常用于隧道内部。在隧道基底上直接浇筑混凝土,以取代传统的碎石道床。结构形式有预埋混凝土短枕式、预埋短木枕式及整体浇筑式等三种,以第一种最常见。中国从1958年开始试铺、1965年起大量推广,到1983年已修建隧道整体道床近300公里。隧道整体道床主要由混凝土道床、隧道底部填充(隧道设仰拱时)、钢筋混凝土短枕、排水沟、人行道及其他附属设施组成。根据对排水要求的不同,分中心水沟式及两侧水沟式。在整体道床的全长上,随需要设置伸缩缝。其与两端碎石道床连接处,应按规定设置道床弹性渐变的过渡段,以减少机车车辆进出整体道床时的猝然冲击。整体道床坚固耐久,外观整洁,基本上能达到少维修的目的,但必须正确处理好隧道水文地质条件与设计施工之间的关系。缺点是造价高昂,且要求较高的施工精度和特殊的施工方法,在运营过程中一旦出现病害,整治非常困难。

沥青道床 应用沥青作铁路道床材料的尝试,20年代即已在美国开始,以后法国、瑞士、联邦德国和苏联也进行过类似的试验,并取得一定的成果。日本从1960年开始进行沥青道床的试铺,70年代已在全国范围内推广。中国从1967年起开始试铺,试验研究工作正在全国十多个试验段上进行。沥青道床可用沥青混合料加热施工,也可用乳化沥青水泥砂浆、乳化沥青砂浆或稀释沥青不加热施工。沥青材料的灌入深度可仅达碎石道床的表面层,也可深入碎石道床的全部。沥青道床一般需要在其顶面设置由水泥沥青砂浆作成的调整层,以消除由于施工不当或轨枕厚度不一而发生的高低误差,并起一定的缓冲作用。沥青道床能增加线路强度,延缓轨道下沉,使道床稳定性有很大提高,从而大大减少线路维修工作量;在旧线上施工,能在不中断行车的条件下进行。缺点是对沥青材料的性能要求比较高,并必须配合使用能大幅度调整轨距及轨面高低的扣件,以适应改道及起道的需要。

新型轨下部件和新型道床的综合采用 日本在高速铁路上铺设的混凝土板式轨道,是一种既采用新型轨下部件,又采用新型道床的新型轨下基础。它们不仅可以铺设在隧道内或高架桥上(称A型板式轨道),也可以铺设在一般的土质路基上(称 RA型板式轨道)。A型板式轨道用预制的钢筋混凝土板支承钢轨。板的长度为 4~10米,通常为5米,宽2.34米,厚0.20米。在板和基底上浇筑的混凝土基础之间,设置可调整的缓冲垫层。缓冲垫层厚50毫米,为乳化沥青、水、细砂、铝粉末及早强水泥等以一定的配合比配制而成的水泥沥青砂浆。掺用铝粉末的目的是为了使砂浆起膨胀作用,保证板与水泥沥青砂浆间的密切贴合而不留空隙。板上有预先准备好的供连结钢轨用的预埋螺栓。列车运行时产生的纵向力和横向力,依靠板底面上的摩擦力和设置在混凝土基础上的限位圆柱承担。RA型板式轨道的板宽和板厚与 A型相同,但宽度减小为1.15米,以适应土质路基可能发生的不均匀下沉。重要的是,板须铺设在路基面上的沥青混凝土上,两者之间设水泥沥青砂浆缓冲垫层。沥青混凝土分上下两层。上层为厚60毫米的沥青混凝土,下层为厚90毫米由不同碎石颗粒组成的沥青稳定处理层,均按规定的标准方法施工。板式轨道是从混凝土整体道床的基础上发展起来的,既保持了它的全部优点,又改进了其中的某些固有缺陷。板在工厂预制,能满足一定的精度要求,运输、铺设及组装均可用机械化方法施工,从而避免了整体道床工程费用高,施工进度慢,因基底变形而引起的轨道病害的整治非常困难,以及混凝土短枕和混凝土道床之间经常出现裂缝等缺陷。板式轨道和整体道床及沥青道床一样,需配合使用能较大幅度调整轨距及轨面高低的扣件,以适应养护工作的需要。

参考书目

..阿尔布雷希达等著,铁道部科学技术情报研究所译:《铁路轨道现代化结构》,第1版,人民铁道出版社,北京,1978。(..  .,    –  , , ,1975.)

佐藤裕著,卢肇英译:《轨道力学》,人民铁道出版社,北京,1981。(佐藤裕:《道力学》,日本道社,1972。)

上海铁道学院:《铁路轨道及路基》上册,人民铁道出版社,北京,1979。

童大埙

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