高速鐵路線路軌道平順問題的探討

1、第14卷第3期1997年9月JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.14No.3Sep.1997高速鐵路線路軌道平順問題的探討賈瑞珍金宗斌(土木工程系)摘要簡(jiǎn)介了高速鐵路的特點(diǎn)問題關(guān)鍵詞高速鐵路;分類號(hào)1當(dāng)今世界鐵路提高行車速度,逐步實(shí)現(xiàn)高速(指列車運(yùn)行速度在200km󰃗h以上)已成為一個(gè)普遍發(fā)展趨勢(shì),高速鐵路已成為運(yùn)輸能力最大、占地最少、能耗最低、污染最少,速度最快的陸上交通工具世界上第一條高速鐵路:日本東海道新干線,始于1964年10月開通運(yùn)營(yíng),最高運(yùn)營(yíng)速度210km󰃗h,至今已有運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)1830km,每年運(yùn)送旅客11

2、8億人次,從1964年以來共運(yùn)送旅客30多億人次,未發(fā)生過任何人身事故法國(guó)1976年10月開始運(yùn)行高速鐵路,最高運(yùn)行速度270km󰃗h,從技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上都超過了日本80年代在一次試驗(yàn)中創(chuàng)下51513km󰃗h的世界鐵路上的最高速度記錄德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家都相繼開行了高速運(yùn)行的客貨列車從以上國(guó)外研究、試驗(yàn)、建設(shè)的高速鐵路的情況和取得的效益來看,可以說高速鐵路技術(shù)在世界上已經(jīng)是成熟技術(shù),高速鐵路已經(jīng)成為各國(guó)交通運(yùn)輸工具中的骨干我國(guó)高速鐵路的研究工作起步較晚,但已列入“九五”計(jì)劃,成為科技攻關(guān)的重點(diǎn)課題在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中鐵路客貨運(yùn)輸起著大動(dòng)脈作用,貨運(yùn)量的70%,客

3、運(yùn)量的60%以上都由鐵路所承擔(dān),這就給發(fā)展高速鐵路提供了必要的條件2高速鐵路的線路高速鐵路線路應(yīng)保證列車按規(guī)定的最高速度,安全、平穩(wěn)和不間斷的運(yùn)行因此,鐵路線路,不論就其整體來說,或者就其各個(gè)組成部分來說,都應(yīng)當(dāng)具有一定的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性收稿日期:1997202228賈瑞珍,女,1937年生,副教授華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)1997年46列車以一定的重量和速度在線路上行駛,車輪不間斷地給鋼軌以作用力其中,除了重力以外,還有由于彈簧結(jié)構(gòu)的振動(dòng),線路上存在的不平順和車輪上存在著不圓順以及機(jī)車車輛在運(yùn)行中未被平衡的慣性力、離心力等原因所產(chǎn)生的附加豎直力;由于制動(dòng)和其他因素所產(chǎn)生的縱向水平力以及由于機(jī)車車輛搖擺和

4、在曲線中的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的橫向水平力等另外,鐵路線路還受氣象、溫度等因素和地質(zhì)、水文、地質(zhì)等條件的影響,尤其是在無縫線路上,由于溫度變化而在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力等在高速鐵路上,隨著列車運(yùn)行速度的提高,要求線路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也越高,包括最小曲線半徑、緩和曲線、外軌超高等線路平面標(biāo)準(zhǔn);坡度值和豎曲線等線路縱斷面標(biāo)準(zhǔn),以及高速行車對(duì)線路構(gòu)造、道岔等的特殊要求等由于高速比一般線路的修建、維修與養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高,因此,必須采取提高鋼軌重量,采用焊接長(zhǎng)鋼軌,施,那就是振動(dòng)和噪音以及產(chǎn)生的,將關(guān)系到高速鐵路的發(fā)展前景3高速鐵路對(duì)線路上軌道平順性的要求軌道的平順性是影響列車速度的主要因素,是高速鐵路線路的核心,是適應(yīng)高速行

5、車的必備條件和基本特征高速行車必須保持優(yōu)良的輪軌協(xié)調(diào)工作狀態(tài)隨著軌道變形幅值的增加,或在一定幅值條件下,隨著行車速度的提高,列車的振動(dòng)沖擊和搖擺都會(huì)發(fā)生顯著變化因?yàn)榻佑|面不平順,導(dǎo)致中間扣件磨損加劇,造成軌枕?yè)p壞,道碴粉化,如不及時(shí)消除,必然形成惡性循環(huán)影響線路平順的主要因素有:軌道的初始質(zhì)量、路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性、軌道的幾何尺寸、線路平面(曲線半徑、超高、坡度等)以及列車的運(yùn)營(yíng)速度加強(qiáng)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性,嚴(yán)格控制有害沉降,是確保高速行車下不可缺少的重要措施路基是支承軌道的基礎(chǔ),在軌道具有足夠的強(qiáng)度和合理幾何形狀條件下,路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性成為軌道變形的決定因素加強(qiáng)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性,最顯著的辦法是強(qiáng)

6、化路基面層,包括基床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,選用優(yōu)質(zhì)填料、強(qiáng)化壓實(shí)密度和加強(qiáng)路基的排水,凈化路基這些因素對(duì)路基填土部分的質(zhì)量,路基后期沉降都起著控制作用線路平面主要指園曲線和緩和曲線,按國(guó)外車速250km h以上最小半徑都在4000m以上(但也有個(gè)別例外的情況,例如英國(guó)有車速200km h,半徑為805m,日本有車速210km h,半徑2500m),最小曲線半徑設(shè)置直接與車速有關(guān),曲線半徑越小,曲線阻力越大,運(yùn)營(yíng)條件越差,在其他相同的條件下,運(yùn)營(yíng)速度也越低曲線半徑越小,鋼軌的磨耗增加越大鋼軌磨耗與曲線半徑的關(guān)系如圖1所示為了平衡列車運(yùn)行中所產(chǎn)生的離心力,必須把曲線線路的外股鋼軌加高,即超高曲線外軌的理論超

7、高按下列公式計(jì)算第3期賈瑞珍等:高速鐵路線路軌道平順問題的探討47平通過曲線的各次列車的平均速度,km 式中Vh確定高速鐵路最小半徑時(shí)多采用下述公式確定Rmin=11.8(用于高速列車專線)h+h欠)max22(用于高中速列車混跑高速線)Rmin=11.8(h欠+h過)max顯然,hmax、h欠max、h過max就成為確定曲線最小半徑的關(guān)鍵系數(shù)2h=1118R2除日本、法國(guó)和德國(guó)一些高速鐵路線路專門運(yùn)行客車外,一般高速鐵路都是客貨車共線由于客貨車速度懸殊(如廣深準(zhǔn)高速線路,客車160km h,貨車只達(dá)100km h),徑如廣深線考慮最小半徑時(shí),規(guī)定最大欠超高為93mm,最大過超高為60mm(現(xiàn)

8、行鐵路規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)為欠超高為7090mm,過超高3050mm)相應(yīng)的最小曲線半徑圖1鋼軌磨耗與曲線半徑關(guān)系為1600m考慮過超高和欠超高,統(tǒng)稱為未被平衡的超高度,目的是考慮未被平衡的離心加速度和未被平衡的向心加速度對(duì)未被平衡的超高度加以限制,不能超過一定的允許值,目的為不使內(nèi)外軌因過大偏載而引導(dǎo)起嚴(yán)重的不均等磨耗,以保證行車安全,軌道穩(wěn)定及旅客舒適否則過大的未被平衡的超高度甚至有使列車傾覆的危險(xiǎn)表1幾個(gè)主要國(guó)家的高速鐵路線路曲線半徑和速度曲線半徑與速度最高速度km h設(shè)計(jì)值運(yùn)營(yíng)值法國(guó)東南線大西洋線3002704000(3200)3003006000(4000)德國(guó)-意大利-東海道26022035

9、40(2000)日本山陽東北-2774000(3500)2602404000山越2602754000英國(guó)200-805客250貨1007000(5100)客250貨1504000(3000)最小曲線半徑 m說明:括號(hào)內(nèi)為困難地段的最小曲線半徑軌道的平順在高速、密度大的線路要加強(qiáng)維修的控制軌枕下道床的變形,根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)多數(shù)國(guó)家規(guī)定時(shí)數(shù)為200km h的軌道不平順標(biāo)準(zhǔn)為±2mm法國(guó)曾對(duì)300m軌道區(qū)段整體不平順狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;當(dāng)速度為300km 016,而在質(zhì)量好,h時(shí),前后高低變形值為013行車速度為160200km 110,由于線路狀態(tài)良好,高速行車條件反而異乎尋h的線路為016

10、常地好路基與橋梁過渡地段由于變形模量突變,通常成為軌跡不平順的薄弱環(huán)節(jié),必須采取特殊華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)1997年48措施,防止不均勻下沉橋梁在高速線路技術(shù)中具有十分重要的影響其主要技術(shù)特征,是限制各種跨度的梁不產(chǎn)生過大的振動(dòng)頻率;多跨度梁應(yīng)避免發(fā)生共振,大跨度連續(xù)梁需特別注意對(duì)水平力的疏導(dǎo);克服無伸縮區(qū)無縫線路產(chǎn)生的附加影響以及控制基礎(chǔ)不均勻下沉降等,其基本宗旨仍然是確保線路平順,創(chuàng)造安全舒適的高速行車條件保持軌道平順性,其因素是多方面的,都與行車速度密切相關(guān)有些還需待進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)和研究,以提供一些參數(shù)供制定有關(guān)規(guī)定和作為高速線路養(yǎng)護(hù)和維修(大修)的依據(jù)以上為高速鐵路中對(duì)線路軌道平順問題的一些粗淺看法參考文獻(xiàn)1錢仲候主編高速鐵路概論北京:中國(guó)鐵道出版社,19942鐵路工程建設(shè)科技動(dòng)態(tài)報(bào)告文集:4Digh-SpeedRailwayJaiRuizhenJinzhongbin(CivilEngineeringDepartment)AbstractThecharacteristicsofhigh2speedrailwayareintroducedchieflywiththeempha2sisonroughnessofrails.Thefactorsinfuencingtheroughnessofrailsareals