軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)(石碴道床)

軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)

（石碴道床）

第一節(jié)道床的功用1.分壓1%平均應(yīng)力線160%100%80%60%40%20%道床的分壓特性be12道床第一層對(duì)分壓不起作用道床應(yīng)力與深度無關(guān)道床如要起到分壓的作用，厚度不宜小于20cm道床第二層應(yīng)力與軌枕寬度無關(guān)道床應(yīng)力與軌枕寬度無關(guān)，但與軌枕長度有關(guān)，路基面沿縱向應(yīng)力均勻，而沿橫向應(yīng)力不均勻，可能在軌下路基面形成縱向壓槽道床厚度只能滿足基面橫向應(yīng)力均勻要求道床第三層應(yīng)力與軌枕尺寸無關(guān)道床厚度至少應(yīng)在1米以上才有可能滿足路基面縱橫向應(yīng)力均勻的要求道床厚度依據(jù)路基面應(yīng)力不超限確定，路基面處于道床應(yīng)力的第二層。石碴內(nèi)摩擦角與極配的關(guān)系影響內(nèi)摩擦角的主要因素：粒徑、粒狀、表面特性，對(duì)粒狀和表面特性有嚴(yán)格規(guī)定，因面反映粒徑及粒徑組成的級(jí)配影響最大。級(jí)配5－2525－4025－5025－6025－7040－70摩擦角404245475053前蘇聯(lián)的試驗(yàn)結(jié)果石碴道床分壓的局限性石碴的接觸抗壓強(qiáng)度玄武巖：3040－4170MPa花崗巖：1120－4000MPa石炭巖：290－3570MPa石碴的名義應(yīng)力與實(shí)際接觸應(yīng)力差距巨大石碴級(jí)配25－70mm，枕底名義應(yīng)力0.24MPa，路基面名義應(yīng)力0.1MPa。枕底范圍內(nèi)平均320顆道碴承力，每顆道碴平均承力505N，平均接觸應(yīng)力1680MPa。25cm深處，每顆道碴平均承力238N，平均接觸應(yīng)力600－800MPa。道碴接觸應(yīng)力可能存在3－6倍的波動(dòng)。2.減振彈性：石碴顆粒的壓縮變形、顆粒移動(dòng)阻尼：顆粒間的摩擦影響因素：粒徑、表面特性、粒狀、臟污程度、板結(jié)程度石碴道床的減振效果鋼輕接頭部位的軌道振動(dòng)情況：鋼軌100－300g；軌枕20－50g；道床表層10－20g；道床底層及路基面2－5g；加速度衰減系數(shù)軌枕/鋼軌＝0.13-0.17軌枕附近道碴/軌枕＝0.2-0.24軌枕下部道碴/軌枕＝0.32-0.38底部道碴/表層道碴＝0.45-0.73.固定軌道框架道床橫向阻力的組成木枕（%）PC枕（%）枕底15

50枕盒55

25肩部30

25穩(wěn)定軌道框架的因素組成道床65%、鋼軌25%、扣件10%影響道床阻力的因素軌枕尺寸、重量、底面積與底面形狀石碴道床的密實(shí)度粒徑、級(jí)配、表面特性肩寬列車荷載維修作業(yè)4.排水5.方便維護(hù)第二節(jié)石碴道床材料有碴軌道維修工作量的1/3至1/2出現(xiàn)在道床，因此選擇石碴的材料是減少軌道維修的關(guān)鍵。對(duì)道碴材料的檢測方法、指標(biāo)規(guī)定很詳細(xì)，道碴檢測的儀器種類繁多。一、道碴材料的檢測指標(biāo)體系1.物理力學(xué)指標(biāo)：

抵抗殘余變形及顆粒破碎的能力粒徑和級(jí)配粒狀及表面棱角密度和容重硬度和韌度吸水率和飽和率抗壓強(qiáng)度2.耐久性指標(biāo)：抵抗風(fēng)化、崩解的能力凍融指標(biāo)碳酸鈣腐蝕性軟脆道碴含量巖相特性3.滲漏參數(shù)：抵抗臟污及滲水排水能力道碴粉末的粘性道碴粉末的滲透性級(jí)配4.電導(dǎo)參數(shù)：電阻5.養(yǎng)護(hù)作業(yè)參數(shù)：振動(dòng)密實(shí)度6.工程性能參數(shù)：抗剪性能、重復(fù)荷載變形積累、抗磨耗指數(shù)二、鐵標(biāo)中關(guān)于道碴指標(biāo)的規(guī)定主要適用于我國重載鐵路的TB/T2140-90對(duì)一級(jí)道碴的各種指標(biāo)規(guī)定為：

（1）抗磨耗沖擊性能：▼洛杉礬磨耗率LAA小于27▼標(biāo)準(zhǔn)集料沖擊韌度IP大于95▼石料耐磨硬度系數(shù)K干磨大于18（2）抗壓碎性能▼標(biāo)準(zhǔn)集料壓碎率CA小于9▼道碴集料壓碎率CA小于18（3）滲水性能▼滲透系數(shù)Pm大于4.5＊10－6cm/s▼石粉試模件抗壓強(qiáng)度小于0.4MPa▼石粉液限LL大于20%▼石粉塑限PL大于12%（4）抗大氣腐蝕破壞▼硫酸鈉溶液浸泡損失率小于10%（5）穩(wěn)定性能▼密度大于2.55g/cm3▼容重大于2.50g/cm3（6）軟弱顆粒▼飽水單軸抗壓強(qiáng)度小于20MPa（7）道碴級(jí)配(25-60mm）方孔篩邊長162535.5455663過篩百分率%0-55-1525-4055-7592-9797-100（8）道碴清潔度指標(biāo)▼針狀指數(shù)（長度大于平均尺寸的1.8倍的顆粒含量）不大于50%▼片狀指數(shù)（尺寸小于平均尺寸的0.6倍的顆粒含量）不大于50%▼粘土含量不大于0.5%▼粒徑0.1mm以下的粉末含量不大于1%三、高速鐵路的道砟級(jí)配道碴級(jí)配綜合反映了道碴的粒徑大小及各種粒徑的組成比例，影響道床的許多質(zhì)量指標(biāo)，是道碴最重要的指標(biāo)之一：

剛度、阻尼密實(shí)度、道床阻力道床應(yīng)力與變形積累滲水排水性能維修性能等我國重載線路的寬級(jí)配道碴

（標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配）TB/T2140-90道砟級(jí)配針對(duì)重載客貨共線鐵路、半機(jī)械、半手工維修提出的，采用“寬級(jí)配”。粒徑分布范圍寬，粗顆粒隙由更多小顆粒填充，增加顆粒接觸面，有利于減少重載壓力?！皩捈?jí)配”有利于小型機(jī)械甚至人工作業(yè)時(shí)道床的密實(shí)。我國道碴的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配（25－60mm）方孔筋邊長(mm)162535.5455663過篩質(zhì)量百分比(%)0～55～1525～4055～7592～9797～100

我國高速鐵路的窄級(jí)配道碴我國高速鐵路道碴的窄級(jí)配曲線粒徑[篩分機(jī)底篩和面篩篩孔邊長(mm)]31.5～50級(jí)配方孔篩孔邊長(mm)22.431.5405063過篩質(zhì)量百分率(%)0～31～2530～6570～99100顆粒分布方孔篩孔邊長(mm)31.5～50顆粒質(zhì)量百分率(%)≥50高速道碴與標(biāo)準(zhǔn)道碴級(jí)配的區(qū)別道砟粒徑分布相對(duì)集中，25－60mm，變?yōu)?1.5－50mm。小篩由16mm變?yōu)闉?2.4mm，控制小粒徑含量由5%變?yōu)?%。最大控制粒徑?jīng)]變(63mm)，但含量由0～3%減小為0%。高速鐵路采用“窄級(jí)配”道砟的優(yōu)點(diǎn)（1）有更大的內(nèi)摩擦力，增加道床在列車振動(dòng)荷載作用下的穩(wěn)定性。（2）有利于延緩道床小顆粒在列車振動(dòng)作用下的粉化。（3）防止道砟中小顆粒在高速列車風(fēng)作用下的飛濺。（4）高速鐵路幾乎不再采用人工搗固作業(yè)的方法，采用窄級(jí)配不會(huì)影響道床作業(yè)質(zhì)量。

四、高速鐵路道碴的材質(zhì)要求道砟顆粒形狀和清潔度要求更高道砟顆粒的針狀、片狀指數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)寬級(jí)配道碴的50%下降至20%。道砟中細(xì)小顆粒及粉末的含量直接采用了更加嚴(yán)格的歐洲道砟標(biāo)準(zhǔn)。

性能參數(shù)指標(biāo)評(píng)估方法抗磨耗、抗沖擊性能洛杉磯磨耗率LAA(%)≤18必須滿足要求標(biāo)準(zhǔn)集料沖擊韌度IP≥110至少有1項(xiàng)指標(biāo)滿足要求石料耐磨硬度系數(shù)K干磨＞18抗壓碎性能標(biāo)準(zhǔn)集料壓碎度CA(%)＜8兩項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)滿足要求道砟集料壓碎率CB(%)＜17滲水性能滲透系數(shù)Pm(10-6cm/s)＞4.5至少有兩項(xiàng)指標(biāo)滿足要求石粉試模件抗壓強(qiáng)度σ(MPa)＜0.4石粉液限LL(%)＞20石粉塑限PL(%)＞11抗大氣腐蝕性能硫酸鈉容液浸泡損失率＜10均應(yīng)滿足要求穩(wěn)定性能密度(g/cm3)＞2.55容重(g/cm3)＞2.55軟弱顆粒飽水單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)≤20(含量少于10%)洛杉磯磨耗率LAA從≤20%降到≤18%)標(biāo)準(zhǔn)集料沖擊韌度IP從≥100提升到≥110標(biāo)準(zhǔn)集料壓碎率CA從≤9%降到≤8%道砟集料壓碎率CB從≤18%降到≤17%石料耐磨硬度系數(shù)已無法提高第三節(jié)石碴道床的強(qiáng)化措施一、石碴道床的問題（1）過渡段處石碴道床容易變形而形成軌道不平順

路－橋、路－隧等過渡段上，剛度突變引起較大的振動(dòng)，石碴更易坍塌，導(dǎo)致軌面不平順，影響線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和高速行車的舒適性。（2）道砟粉化嚴(yán)重

高速鐵路有砟軌道的碎石道床承受著高頻振動(dòng)和沖擊，道砟的磨損和粉化相當(dāng)嚴(yán)重。德國曾明確規(guī)定：鑒于高速鐵路道砟液化和粉化對(duì)軌道維修及運(yùn)營的干擾，建議車速250km/h以上時(shí)全部采用無砟軌道。（3）高速鐵路道床飛砟現(xiàn)象飛碴的危害高速飛起的道砟沖擊鋼軌致使鋼軌表面擦傷嚴(yán)重；飛砟撞擊列車底部損壞高速軌檢車的檢測設(shè)備。飛碴的原因冬季車輛上冰塊下落引起道砟飛散。列車風(fēng)：車速300km/h時(shí)，道床表面形成的列車風(fēng)達(dá)50m/s以上。（4）橋上有砟軌道結(jié)構(gòu)道砟液化車速200km/h以上時(shí)，橋面垂向加速度超過0.7～0.8g，且列車以某一速度運(yùn)行時(shí)，將與梁體可能產(chǎn)生共