路基沉降与双块式无砟轨道轨面几何变形的映射关系

针对土质路基上双块式无砟轨道典型结构,分别建立Winkler弹性地基叠合梁解析模型和考虑层间接触非线性的轨道-路基空间有限元模型,对路基不均匀沉降引起的无砟轨道轨面几何变形特征及其与路基沉降波长、幅值之间的对应关系开展了研究。结果表明:余弦型路基不均匀沉降向上传递至轨面时,变形形式基本不变,在沉降边缘区域钢轨存在微小的局部上拱,变形范围相对于路基有所扩散;轨面几何变形曲线可由波长、波深和局部上拱幅值3项特征确定,且各项特征受路基不均匀沉降波长和幅值的综合控制,均可描述为路基沉降波长和幅值的函数;当路基不均匀沉降较平缓时,上部轨道与路基结构能保持较高的跟随性,轨面与路基变形差异很小;随着沉降幅值增大或范围缩小,双块式无砟轨道因较强的整体性而极易与路基表面出现离缝,轨道结构与路基之间会形成明显的沉降差,此时,轨面不平顺和轨下空吊同时存在,给无砟轨道的服役寿命和列车的安全平稳运营造成隐患。

板式无砟轨道轨面变形与路基沉降的映射关系

为研究路基沉降对板式轨道轨面几何变形的影响,基于无拉力Winkler地基叠合梁理论,针对纵连式、单元式两种板式轨道,提出了考虑板底脱空的路基沉降与轨面变形间静态映射关系的计算方法,并对由不同沉降型式引起的两种轨道轨面变形特征及变化规律进行了对比分析.结果表明:纵连板式轨道对基础变形的适应力较单元板式轨道欠佳,底座板与路基间易形成大范围脱空;自重效应下沉降引起的两种轨道轨面变形随基础沉降量的增大差异加剧,且对路基沉降波长极为敏感,当沉降波长达到20 m后,轨下板底脱空现象明显缓解,轨面几何不平顺基本可与路基变形保持一致;路基折角型沉降对轨面平顺性的影响相对平缓,错台型沉降不仅使轨面剧烈弯折,还会导致板底严重脱空,10 mm差异沉降即可引发轨道与路基结构间约8 mm的空吊,给列车运营质量和轨道结构疲劳特性均造成不利影响.