高速铁路弱膨胀泥岩地基轨道上拱量计算预测

为研究高速铁路无砟轨道地基土体中不同黏土矿物含量对弱膨胀泥岩地基膨胀上拱量的影响,以实际高速铁路沿线弱膨胀土为研究对象,基于已表现为有膨胀且轨道上拱超限路段为取样段,进行X射线衍射分析、自由膨胀率和阳离子交换量试验,结合实际轨道上拱量观测值为因变量,采用主成分分析法(PCA)提取累计方差解释量>85%的主成分确定其组合权重,采用最小二乘法进行主成分回归分析(PCR)建立三元预测模型.结果表明, PCA有效克服了各因子间的共线性和信息重叠性;PCR预测模型将泥岩膨胀量进行定量化分析,计算结果与实测值间的Pearson相关性可达0.932,提高了模型计算预测精度;室内无荷膨胀量试验验证了PCR模型对高铁膨胀泥岩地基的适用性和准确性.为使计算预测公式适用所有膨胀泥岩段,采用沿线无上拱超限段泥岩取样试验验证回归模型的适用范围,提出是否具有危害性的临界值,预测公式具有普遍适用性.

郑西高铁K921段无砟轨道上拱整治方案研究

郑西高铁修建在大面积湿陷性黄土地区。论述和分析灵宝西—华山北区间K921+000—208区段线路轨道结构、线路设备、地质勘察和地基处理。针对K921+000—208区段线路病害,分析产生原因并进行研究,提出病害区段无砟轨道结构局部重新施作、局部挖除及重植轨枕、道床板落道整治、打磨轨枕承轨台和道床现浇承轨台方案;建议采用局部挖除及重植轨枕方案。

路基膨胀引起轨道上拱响应特征研究

通过对高铁无砟轨道的钢轨上拱问题进行数值模拟,研究3种工况(基床底层、泥岩地基、基床底层+泥岩地基)不同膨胀率变形情况下,钢轨产生的上拱位移以及膨胀应力响应规律。研究结果表明:对应3种工况下膨胀率为0.15%,0.06%和0.04%时的钢轨上拱量接近高铁轨道可调节的临界值,并发现由路基结构膨胀引起的钢轨上拱病害的空间分布仅与路基结构层发生的膨胀范围有关,而与膨胀变形的程度与发生膨胀变形的结构层位无关。进一步分析发现,由于钢轨与轨道板之间的牢固连接,在路基膨胀段与非膨胀段的共同作用下钢轨上拱拱顶与拱脚处分别表现为全截面受拉与全截面受压的应力状态,同时3种工况下当膨胀率小于0.5%时,各结构层的膨胀率与钢轨的上拱位移以及轴向主拉应力均呈现良好的线性关系。

西北地区高速铁路路隧过渡段无砟轨道上拱原因分析

以西北地区一高速铁路路隧过渡段路基上拱路段为研究对象,通过现场监测获得无砟轨道上拱情况,并现场取样进行室内试验分析过渡段上拱成因,最后通过数值模拟研究了路隧过渡段路基膨胀对无砟轨道钢轨和路基的影响。结果表明:该路段隧道外膨胀原因是基床底层填料中含有蒙脱石成分,同时含水率较高,二者相互作用后产生体积膨胀;隧道内膨胀原因是仰拱下部基岩具有较强膨胀性,在遇到丰富的基岩裂隙水后产生膨胀;隧道内部的钢轨上拱位移和轴向拉应力均高于隧道外部,且在隧道洞口位置出现较短范围的渐变;隧道洞口区域路基竖向位移最大;膨胀区域路堤侧膨胀范围向外扩散较大,而隧道侧无砟轨道区域的膨胀范围扩散受到较强的抑制作用。

高温荷载下CRTSⅡ型板式轨道上拱变形特性研究

基于CRTSⅡ型板式轨道在高温荷载作用下的上拱变形是一种比较典型的病害,将功的互等法应用到实际工程中,推导高温荷载作用下弹性薄板的功的互等定理,建立适用于两对边简支两对边自由的轨道板上拱计算模型。分析Ⅱ型板式轨道在温度荷载作用下的上拱变形特性,研究结果表明:在高温荷载作用下轨道板的上拱位移随纵向位置的变化呈正弦曲线变化趋势。分析不同因素对Ⅱ型板式轨道板上拱变形的影响,研究Ⅱ型板式轨道的上拱变形特性。从轨道板垂向稳定性和行车安全性角度,提出优化轨道结构参数和层间病害修补时机的建议。

高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱整治方案

双块式无砟轨道是高速铁路隧道内轨道的主要结构形式之一。受下部基础变形、隧道渗水等不利因素的影响,个别隧道内的双块式无砟轨道出现了轨道板上拱病害。本文以一高速铁路隧道内双块式无砟轨道上拱病害为研究对象,在病害调研及成因分析的基础上,提出了绳锯法分层切割处理病害的整治方案。经实践验证,该方案对运营高铁影响较小,整治效果良好,可为类似病害整治提供借鉴。

连续式无砟轨道上拱评估方法

以CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,利用有限元法及混凝土伤损理论,建立静力学非线性空间耦合模型,分析不同工况下轨道板上拱情况,提出基于轨面高低变化量和轨-板高差变化量的轨道板上拱评估方法,推导建立了利用轨面高低变化量、轨-板高差变化量和整体升温幅度判别离缝宽度的数学表达关系式。结果表明:轨面高低变化量与离缝宽度呈线性关系,轨-板高差变化量与离缝宽度呈二次非线性关系;当离缝宽度较小时,整体升温幅度不作为敏感指标;离缝宽度2 mm时,轨面高低变化量、轨-板高差变化量分别为1.3、0.8 mm;离缝宽度3 mm时,轨面高低变化量、轨-板高差变化量分别为2.0、1.1 mm。

32 m简支梁桥有砟轨道精捣上拱误差模型及其修正研究

有砟轨道不平顺通常由大型养路机械捣固车拨道与起道抄平作业控制。高速铁路和普速铁路桥梁有砟轨道在捣固车精捣作业后,梁上轨道普遍存在难以消除的上拱现象,造成轨道垂向不平顺,影响列车安全平稳行驶。根据起道抄平原理,深入分析梁上轨道上拱成因,推演捣固车在简支梁桥有砟轨道作业的起道抄平误差模型(Lifting and Levelling Error Model,LLEM)。对轨道静态检测垂向偏差做带通滤波处理,构建32 m简支梁有砟轨道上拱的静态修正函数。运用动态检测里程误差修正及高通滤波处理方法,确定梁上轨道动、静态检测垂向不平顺互差,得出32 m简支梁桥有砟轨道预拱模型(Ballasted Track Pre-Camber Setting Model,BTPCM)。最后,通过某新建有砟轨道桥梁段精测精捣工程实践检验,采用动静态修正对比分析,从静态检测3种弦长指标、动态检测轨道不平顺谱以及车体垂向加速度三方面,验证LLEM和BTPCM的有效性。研究表明,轨道上拱是捣固作业点纵向矢距发生变化引入起道抄平误差所致,是作业中梁体受捣固车动荷载影响的结果。精测精捣中顾及起道抄平误差和有砟轨道预拱,能切实有效地控制多跨32 m简支梁桥有砟轨道动态垂向不平顺,使列车高速行驶更加平稳舒适。

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。

高速铁路黄土隧道内轨道板上拱机理及整治方案

采用现场钻探、调查等方法对高速铁路黄土隧道运营前洞口段轨道板上拱现象进行分析,研究轨道板上拱机理,并给出相应处理方案.分析结果表明:中心水沟渗漏导致地基土含水率增大是轨道板上拱的主要原因;隧底湿陷性新黄土受水浸泡软化,仰拱填充层开裂,明洞段受其两侧暗洞段与路基桩板纵向挤压作用产生隆起;受水浸泡后,寒季冻涨作用使轨道板上拱.整治前隧道进口洞门段轨道板上拱最大值为12.9 mm,采用旋喷桩对隧道仰拱底予以加固并采取隧道疏排水措施后上拱现象消失,说明该措施可有效控制轨道板上拱变形.

基于分布式声学传感的CRTSⅡ型轨道板离缝上拱检测技术

CRTSⅡ型无砟轨道离缝上拱病害会改变轨道结构力学性能及几何形位,严重影响线路运营安全。既有的离缝上拱检测手段难以满足高速铁路轨道结构状态广域、实时监控的需求。为此,提出一种基于分布式声学传感(DAS)技术的轨道板离缝上拱检测方法。通过构建车辆-轨道耦合动力分析模型,仿真模拟不同离缝上拱工况、列车运行速度及线路线形对DAS输出信号光谱的影响。通过提取光谱中的车辆轨迹信号,提出基于压实谷值、平衡峰值及极限谷值三种轨迹特征量的轨道板离缝量定量判断方法。理论分析表明,该方法受测试噪声及行车速度影响较小,且能通过传感器布置及数据处理,消除曲线区段对测试结果的干扰。

基于分布式光纤传感的轨道板上拱监测技术研究

为主动管控轨道板上拱病害,依据分布式光纤传感技术特点,从光纤布设、监测设备、监测系统集成等方面,提出了轨道板上拱监测技术方案,并通过实尺模型试验验证了方案的可行性。试验结果表明:在模拟轨道板上拱的过程中,光纤的对应点位信号变化显著;圆形光缆应变波形稳定,能更好地满足方案设计要求;轨道板上拱位移与光纤应变测量结果存在线性关系,拟合推算的上拱位移误差较小,为后期投入现场运营提供了支撑。

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。

浅谈昌福铁路高盖山长大隧道无砟轨道板上拱病害整治方法

在昌福线的长大隧道养修过程中发现,隧道内无砟道床轨道板会产生上拱的病害,经过查证资料,分析原因,提出了该病害的整治建议,并在高盖山隧道实践,采用该方案整治后,轨道几何状态良好,满足行车安全需要,方案可行,在今后的养修过程中可供类似隧道设计、施工提供借鉴。

高铁无砟轨道路基填料微膨胀机理试验研究

为确定高速铁路路基粗颗粒填料中膨胀性组分与骨料之间的相互作用机理,对我国西部一客运专线无砟轨道上拱区段进行调查研究后,选择其中部分工点对基床部分填料进行取样分析,并开展了孔隙率-蒙脱石掺量影响下的膨胀试验。研究分析了填料膨胀率在蒙脱石含量、填料孔隙率共同作用下的变化规律及其膨胀机理。试验结果表明:填料膨胀率与膨胀性矿物(蒙脱石)含量呈正相关,与孔隙率呈负相关;进一步分析数据后提出参数β,即蒙脱石掺量与填料孔隙率之比作为衡量路基填料膨胀性的指标,当该结构下的基床A组填料β=0.365时,A组填料膨胀性达到高速铁路可调节的临界指标。并将现行规范中对填料膨胀性的相关规定,利用参数β换算为膨胀率代入数值模拟进行计算,证明了现行规定与高速铁路设计计算的不适应性。

大调整量新型高承轨台无砟轨道受力特性

研究目的:为有效解决隧道内无砟轨道上拱病害,基于双块式无砟轨道,提出一种大调整量新型高承轨台无砟轨道。通过ANSYS和LS-DYNA有限元软件建立精细化的静、动力学有限元模型,研究不同工况下新型高承轨台无砟轨道的受力特性,并与双块式无砟轨道对比分析。研究结论:(1)在列车静荷载和基础上拱变形作用下,新型高承轨台无砟轨道的受力变形和双块式无砟轨道无太大区别,轨道结构最大应力和位移均满足普通无砟轨道设计要求;(2)通过打磨轨枕块实现轨道结构垂向-50~0 mm的向下大调整量,满足结构最大应力和位移限值要求;(3)在列车动荷载作用下,新型高承轨台无砟轨道与双块式无砟轨道的各项动力响应指标均相差不大;新型无砟轨道打磨前后的轨道结构动力响应无明显区别,基础上拱后通过打磨轨枕块调整轨道结构,对高速列车行车的安全性和稳定性有显著提升;(4)针对隧道内无砟轨道上拱问题,本研究可为隧道内无砟轨道的设计和施工提供借鉴和参考。

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道预防性加固方案及应用

为了加强高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道在持续高温条件下的结构稳定性,降低轨道板上拱风险,提出了轨道板植筋锚固预防性加固方案。建立有限元模型,计算温度荷载作用下轨道结构及销钉的受力情况和轨道板的竖向位移,分析了方案的可行性;将该方案应用于实际线路,监测表征轨道结构总体稳定性的关键参数,现场验证了预防性加固方案的实施效果。结果表明:植筋锚固预防性加固方案可有效限制轨道板与底座板/支承层的纵向及竖向相对位移,降低高温胀板风险;可缓解宽接缝受力,降低其挤溃风险。该方案可整体提升轨道结构稳定性,达到补强轨道结构稳定性的预期目标。

高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形整治措施研究

针对高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板离缝上拱、宽接缝破损等结构病害,在病害类型调研及成因分析的基础上,对既有CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱的病害整治方案进行了总结。结合CRTSⅡ型轨道板修复试验,利用有限元方法分析了植筋锚固和注胶对轨道板离缝上拱的整治效果,在此基础上提出了CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱病害整治的优化及预防措施,为无砟轨道结构病害的养护维修提供参考。

CRTSⅡ型板式轨道的纵连特征对板下离缝的影响研究

针对CRTSⅡ型板式轨道板下离缝问题,建立包括钢筋、预裂缝等轨道板主要特征的有限元模型,分析轨道板在整体升温40℃和温度梯度-50~100℃/m作用下, CRTSⅡ型板的纵连特征造成的板间接缝初始受力不均匀对板下离缝和钢轨不平顺的影响。结果表明:若宽接缝硬化时窄接缝存在较大的初始压应力,板温较高时窄接缝被挤碎的概率大幅增加;对板下离缝和钢轨不平顺影响最大的是窄接缝被挤碎,其次是仅宽接缝承力,而窄接缝处存在一定的初始压应力对其影响较小;由接缝处初始受力不均匀引起的板下离缝值虽然较小(增加0.5~1 mm),却会大幅增加运营维护后期砂浆层离缝的维修工作量;施工中应采取措施减小宽、窄接缝硬化时的板温差,使宽接缝硬化时的板温T_k高于窄接缝硬化时的板温Tz不超过10℃。