160 km/h市域铁路装配式浮置板轨道过渡段优化研究

对于时速160 km,轴重17 t运营条件下的市域浮置板轨道列车平稳过渡问题,设计人员提出一种设置钢轨预拱值的钢弹簧浮置板新型过渡段方案。本文建立三维列车−轨道−过渡段耦合模型来验证该设计方案下列车通过时的轨面平顺性,研究在160 km/h速度下车辆和轨道结构的动力响应规律,并对过渡段预拱值、合理长度以及扣件垂向刚度过渡方案进行分析。结果表明,在市域铁路非减振地段至浮置板地段的轨道过渡段设置预拱值可以有效提高列车通过时的轨面平顺性,降低列车和轨道动力响应,提高列车运行舒适性。本文过渡段长度设置无过渡段,13.2,19.8,26.4和33 m共5种工况。通过计算可知,设置过渡段后能有效降低列车动力响应,降低钢轨轨面变化率。随着过渡段长度的增加,钢轨轨面变化率逐渐减小,轨面平顺性增加。在19.8 m工况下,车体垂向加速度、轮轨垂向力及预拱过渡段和钢弹簧浮置板段交界处的钢轨垂向加速度均达到最小值,为4种工况的较优解。通过高斯函数拟合,对浮置板过渡段扣件垂向刚度过渡方案进行优化设计,从线性过渡改为非线性过渡,非线性过渡方案下的钢轨轨面变化率降低效果显著,比线性过渡更能保证列车通过过渡段时的轨面平顺性。

市域(郊)铁路桥上无缝道岔至梁缝距离研究

市域(郊)铁路桥梁占比高,结合车站配线设计,道岔不可避免需要设置在高架站前后的道岔连续梁上。考虑市域(郊)铁路采用的道岔型号、桥梁结构及设计荷载与高速铁路明显不同,桥上无缝道岔至梁缝距离研究相对缺乏。由于市域(郊)铁路设计速度比地铁高,轮轨作用力大,轮轨之间的振动和冲击对周围环境影响大,因此,桥上道岔采用跨区间无缝线路技术。基于“道岔-桥梁”相互作用原理,建立“岔-板-梁-墩”一体化12号无砟轨道、无缝道岔有限元模型,对常用的单开道岔、4.3 m线间距渡线道岔至梁缝距离开展计算分析并研究其影响规律,以道岔钢轨强度、尖轨尖端位移值、心轨尖端位移值、转辙机处基本轨与桥梁相对位移值及断缝值为限值条件,提出市域(郊)铁路桥上无缝道岔至梁缝合理距离限值。研究结果表明:桥上无缝道岔始终端距梁缝距离越大,尖轨尖端位移、心轨尖端位移和转辙机处基本轨与桥梁相对位移明显减小,道岔钢轨伸缩力和制动力计算结果差异不大;温暖地区道岔始端、终端至梁缝距离不小于10 m,寒冷地区道岔始端、终端至梁缝距离不小于18 m,相关研究成果纳入《市域(郊)铁路设计规范》。

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道混凝土支承块结构承载力试验

以客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道混凝土支承块为对象,通过开展承载力破坏试验,验证Q/CR 9130—2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》中无砟轨道钢筋混凝土结构抗力计算方法相关规定。结果表明:(1)混凝土支承块结构符合平截面假定,混凝土支承块结构中和轴在截面中线靠上;(2)面支承试件裂缝发展、破坏形式等静载力学性能与简支梁不同,无砟轨道结构极限状态不能照搬GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的相关规定;(3)建议重点开展单元式无砟轨道结构静载开裂特性试验,并对裂缝截面处纵向受拉钢筋应力计算公式进行优化研究。

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间摩擦参数及性能影响研究

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝后的层间相互作用关系,开展现场运营线及室内推板试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学特性分析模型,研究离缝条件下不同层间摩擦参数对轨道结构力学性能的影响。研究结果表明:实际运营状态下的轨道板随着顶推力不断增大,轨道板与砂浆层逐渐脱粘,完全脱粘后发生滑移,轨道板失稳发生水平位移的推力在160~200 kN之间,轨道板发生稳定滑移的水平推力在210~250 kN之间,对应摩擦系数为2.5~3.1;室内试验轨道板与砂浆层之间在无粘结力的最不利状态下,轨道板发生稳定滑移的水平推力在55~56 kN之间,对应摩擦系数为0.79~0.80;随着层间摩擦系数增加,会一定改善轨道结构受力变形,但影响程度有限,摩擦系数由0.7增加至3.1时,宽窄接缝受力最大减小6.6%,钢轨和轨道板最大上拱位移分别减小了4.19%和5.7%;对于已经出现离缝的CRTSⅡ型板式无砟轨道,层间摩擦状态影响较小,应提前预防和避免层间离缝病害的产生,保证层间粘结完好。

160 km/h市域铁路装配式浮置板轨道研究

针对时速160 km,17 t轴重条件下的市域铁路,提出一种在板缝处设置剪力铰和隔振器的装配式长型钢弹簧浮置板轨道。为验证该轨道结构对市域快线行车的适应性,建立三维车辆-轨道-基础耦合动力学模型,分析160 km/h速度下车辆和轨道结构的动力学响应,并对板缝结构、隔振器合理刚度以及减振效果进行研究。研究结果表明:在板缝处设置隔振器可以有效减小板端的钢轨位移、浮置板位移以及板中的隔振器反力,设置剪力铰可以有效减小浮置板板端的振动加速度和相对错动。在板缝处同时设置隔振器和剪力铰可以加强装配式浮置板轨道的薄弱环节,使整体的受力和变形更加均匀;隔振器间距取2.4 m且刚度在7.5~25 kN/mm范围内时,隔振器刚度变化对车体动力响应的影响较小,车体各项动力指标均满足规范的要求,但隔振器刚度小于15 kN/mm时钢轨最大位移会超过规范限值,此时车辆运行的安全性不能得到保证;本结构设计参数下的浮置板轨道减振效果可达15 dB以上,且在高频段的减振较为明显。隔振器刚度由7.5 kN/mm增大到25 kN/mm后,减振效果由26.29 dB减少至15.32 dB。综合考虑车体动力响应、轨道位移限值以及减振效果,建议本设计的装配式浮置板轨道的隔振器刚度取15 kN/mm。

市域铁路轨道减振方案研究

为探寻适用于市域铁路的轨道减振技术方案,通过建立车辆-轨道耦合动力分析模型,分析扣件减振和道床减振2类轨道减振措施对市域铁路的适用性。结果表明:行车速度的提高对车辆、轨道动力响应的影响不可忽视,在将城市轨道交通的轨道减振措施沿用到市域铁路时,必须开展适应性分析和差异化设计;当减振扣件的系统刚度取15kN/mm及以上时,可适用于120、160km/h两种速度等级市域铁路线路,满足中等减振要求;对于减振道床,为适应市域铁路120km/h速度等级的运行条件,隔离式减振垫的支承面刚度不应低于0.019N/mm3,而为适应160km/h速度等级的运行条件,隔离式减振垫的支承面刚度不应低于0.025N/mm3;当隔离式减振垫的支承面刚度设置合理时,减振道床可满足市域铁路高等减振的要求。

高速铁路轨道工程建造信息一体化技术研究与应用

针对高速铁路轨道工程建造信息一体化技术进行研究和探讨,提出轨道工程信息化平台可分为中国国家铁路集团有限公司信息化总平台(一级平台)、建设单位建造管控信息化平台(二级平台)、施工单位精细化施工管控信息化平台(三级平台)、铁路局集团公司轨道全生命周期运维信息化平台。建造管控信息化平台主要针对设计、制造、施工的建造全过程实现信息化,面向建设单位实现建造过程管控。轨道工程建造信息化关键是实现数字化设计技术和施工过程信息实时准确上传,依托信息化平台实现工程建造精度、建设进度、质量管控、信息追溯、报表统计、超限预警等功能。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道,基于B/S架构构建无砟轨道建造信息化平台,实现了轨道设计、制造和施工全过程的数字化、信息化和一体化协同,研发了轨道建造信息化的成套工艺装备、系列软件和信息化平台,实现了建造过程信息化。研究成果在昌吉赣、商合杭等高铁项目进行了全面应用,提升了我国轨道工程建造质量和效率,取得了良好效果。

京福高铁小半径曲线轨道服役状态监测试验研究

在运营过程中,受高速列车的碾压和冲击,小半径曲线地段已成为高速铁路轨道结构的薄弱环节之一.为保障列车的安全运行,需建立小半径曲线地段轨道结构长期监测系统,实现监测数据的自动采集、传输、存储和关联分析,并对可能发生的破坏进行预测预警.通过对2年监测周期内小半径曲线地段CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的温度、受力变形等监测数据的综合分析,得出合肥地区夏季轨道板板中的月最高温度是月最高气温值增加11℃,冬季轨道板板中的月最高温度是月最高气温值减少3℃;全年路基摩擦板地段钢轨与轨道板的纵向相对位移在1mm以内,大端刺附近钢轨与轨道板的纵向相对位移最大值为2.9mm;从简支梁到端刺,钢轨受到的压应力逐渐减小,冬季端刺区钢轨出现了拉应力,最大拉应力为32MPa.

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35~40t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35~40t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55m和0.95m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35~40t轴重铁路的承载要求。

市域铁路道岔及岔区轨道结构设计

道岔是市域铁路必不可少的设备,其构造复杂、零部件多。针对城市轨道交通道岔技术标准相对较低、而干线铁路道岔造价相对较高的情况,结合市域铁路特点,对市域铁路道岔方案进行比选,提出市域铁路正线非地下线地段采用12号可动心轨道岔、地下线地段采用12号固定辙叉道岔的总体方案,并完成这2种道岔的结构设计,可满足直、侧向160km/h和50km/h的过岔速度要求,同时完成市域铁路地下线地段、桥上普通地段和桥上高等减振地段岔区无砟轨道结构设计。

台州市域铁路S1线新型双块式轨枕及无砟轨道

针对台州市域铁路S1线的技术特点和建设需求,研发具有自主知识产权的钢管混凝土双块式轨枕,创新了轨枕块之间、轨枕块与道床之间的连接方式,提出钢管混凝土双块式轨枕灌注材料性能指标,形成轨枕制造技术,实现批量化生产;基于钢管混凝土双块式轨枕,研发适用于市域铁路轻量化、经济型的无砟轨道结构,并开展无砟轨道实尺模型室内试验,验证了无砟轨道结构设计的合理性与可靠性。

市域铁路双块式无砟轨道优化设计

市域铁路是介于干线铁路和城市轨道交通两者之间的一种交通制式,其技术标准和经济性要求决定了轨道结构形式不能完全照搬高速铁路和城市轨道交通。针对市域铁路运营特点,从结构安全性、经济性、可施工性、可维修性等方面综合考虑,提出市域铁路采用双块式无砟轨道。通过理论计算和结构优化设计,完成市域铁路路基、桥梁和隧道地段轨道结构设计方案,为我国市域铁路轨道设计提供参考。

市域铁路轨道系统关键技术创新

我国市域铁路轨道系统关键技术研究刚刚起步,尚不能满足目前市域铁路建设和发展的需求。以温州市域铁路为依托,结合市域铁路的功能需求和技术特点,开展无砟轨道、道岔、减振降噪、无缝线路等关键技术研究,研制扣件、道岔、减振产品等市域铁路轨道核心装备,形成我国具有自主知识产权的市域铁路轨道系统设计技术,研究成果为建立符合我国国情的市域铁路轨道技术标准体系提供了支撑,对促进我国市域铁路发展具有重要意义。

高速铁路路基地段双块式无砟轨道线间排水优化

以国内广泛应用的CRTS双块式无砟轨道为例,研究路基基床表面翻浆冒泥的产生机理,并结合无砟轨道防排水的相关研究成果和既有线病害整治经验,针对线间防排水提出一系列的优化方案。研究结果表明:(1)受高铁线路纵坡值的影响,位于小坡度值段的路基线间封闭层容易产生积水滞留,在高速运行动车组反复动应力影响下,是导致积水下渗,路基基床表面出现翻浆冒泥的主要原因;(2)通过线间采用纤维混凝土、优化横向切缝嵌缝材料尺寸、集水井附近配筋加强措施,可增强封闭层密封防水性,改善其早期抗裂性能、抑制后期裂纹发展并从整体上改善混凝土的服役期工作性能;(3)通过加密集水井、加厚封闭层并在封闭层顶面形成纵坡排水或在封闭层内部设置排水明沟排水均可有效增加排水效果,满足线间积水快速引排的需要。

珠三角城际铁路轨道减振方案研究

珠三角城际铁路具有规划线路多、线路网络密集、多穿越城市中心城区等特点,对减振降噪有着特殊要求,结合资料调研和仿真分析,对适用于珠三角城际铁路的轨道减振方案开展系统研究。通过调研国内外无砟轨道减振措施,结合珠三角城际铁路技术标准的特点,推荐该地区城际铁路轨道减振宜采用减振型双块式无砟轨道。经静、动力学分析,提出减振型双块式无砟轨道设计参数的合理取值范围:道床板长度宜取值为6~8 m;在结构、限界等条件允许的前提下,道床板厚度宜尽量取较大的值;隔振垫刚度建议取0.025~0.04 N/mm3。当道床板厚度取353 mm,长度取值为6~8 m,隔振垫刚度取值为0.025~0.04 N/mm3时,减振型双块式无砟轨道可减振8 d B及以上。

高速铁路无砟轨道线路路基封闭层病害成因及整治技术研究

无砟轨道线路随着运营时间增加,路基封闭层病害问题日益突出。结合中国铁路上海局集团范围10条高速铁路路基封闭层运营状况,系统研究既有无砟轨道线路路基封闭层病害成因及整治技术,并提出整治方案、整治流程、施工工艺、注意事项及建议。研究结果表明:(1)封闭层拱起主要原因是封闭层横向伸缩缝间距设置过大或存在假缝,夏季高温季节在温度力作用下所致。建议后续设计中封闭层横向伸缩缝采用真缝且间距不超过10 m;(2)结合现场运营经验,同时为减少封闭层薄弱环节和现场整治工作量,整治过程中封闭层横向伸缩缝间距可按不超过10 m控制;(3)根据既有线封闭层横向伸缩缝设置情况,可分封闭层横向未设伸缩缝、封闭层横向设置真缝、封闭层横向设置假缝3种工况进行整治。封闭层整治后效果良好,为后期类似病害整治提供参考。

市域铁路装配式轨道结构设计及力学特性研究

为适应市域铁路的大规模发展,克服传统现浇枕式无砟轨道结构的缺点,提出一种适用于市域铁路的新型装配式无砟轨道结构设计方案,并以桥梁地段为例,建立桥上无砟轨道三维精细化静力、动力分析模型,研究轨道系统的力学特性。研究表明:(1)桥上轨道结构在列车荷载作用下,最大拉应力为0.633 MPa,最大位移为0.903 mm,整体受力变形水平较低;(2)在温度荷载作用下,最大拉应力为2.105 MPa,最大垂向位移为1.039 mm,最大纵向位移为1.060 mm;(3)限位凸台倒角位置在正负温度梯度荷载下会出现一定程度应力集中现象,但整体受力水平较低,均未超过混凝土强度设计值;(4)车辆-轨道系统在160 km/h行车速度下,各项动力响应指标均在限值范围内,行车安全性和舒适性满足要求;(5)新型装配式无砟轨道稳定可靠、传力清晰、可维修性强,可为市域铁路装配式轨道结构设计、优化提供参考。

高速铁路桥轨一体化无砟轨道设计技术

相比桥梁及隧道,桥上无砟轨道设计更加复杂,且桥梁与轨道专业间接口更多,由设计接口、施工误差导致的问题偶有发生。为加强桥梁与轨道专业间协同设计,提出2种高速铁路桥轨一体化无砟轨道设计方案,在此基础上,建立桥轨一体化无砟轨道精细化三维实体模型,对2种方案无砟轨道的受力特性及适应性进行研究。最后,对现阶段桥轨一体化无砟轨道仍存在的问题及未来发展方向进行探讨,相关设计理念可为高速铁路无砟轨道设计提供思路。

福厦铁路CRTS双块式无砟轨道BIM技术应用研究

结合福厦铁路BIM试点项目,将Dynamo可视化编程技术应用于铁路无砟轨道BIM设计中,阐述轨道BIM参数化设计思路和流程。针对项目特点,建立轨道部件自适应构件模型,采用Dynamo编程定义节点的逻辑关系。实践表明,该技术可提升CRTS双块式无砟轨道结构建模效率,提高设计质量,对类似应用具有推广和借鉴意义。

基于Revit的高速铁路双块式无砟轨道BIM设计软件研究

近年来,BIM技术依托多个试点项目逐步在铁路行业中推广应用。作为信息的载体,模型创建是BIM关键技术之一,但依托现有的BIM商业平台,难以实现轨道工程信息模型的创建以及专业间、阶段间协同设计。针对双块式无砟轨道结构,采用数据驱动的方式,以Revit软件作为三维图形引擎开发轨道BIM设计软件,研究轨道零构件参数化模型超高、方位角、坡度等参数的表达方式,基于线路、路基、桥梁、隧道等专业接口信息,分析轨道超高设计、配板设计、数据模型,自动创建和更新轨道信息模型。研究表明,利用双块式无砟轨道BIM设计软件,能够形成道床板、底座等轨道构件参数化模型、全线轨道数据模型以及BIM模型,提高建模效率和精度。研究成果初步支持专业间的数据协同,支持无砟轨道设计、施工阶段的信息管控与共享,推动了高速铁路轨道工程BIM正向设计。