既有線提速基床與道床相互影響的研究.pdf

1、隨著列車速度不斷提高，既有線軌道結(jié)構(gòu)暴露出的問題越來越嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為軌道與路基結(jié)構(gòu)在列車重復(fù)載荷作用下產(chǎn)生不均勻的殘余變形，導(dǎo)致軌道與路基結(jié)構(gòu)的幾何形位、尺寸不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生各種不平順。不平順的產(chǎn)生除了與基床的強(qiáng)度、密實(shí)度有關(guān)外，還與道床和基床的剛度指標(biāo)關(guān)系密切。軌道與路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)與其平順性存在著辨證統(tǒng)一的關(guān)系，因此本文研究目的就是通過系統(tǒng)研究得出既有線提速基床與道床相互影響的內(nèi)在關(guān)系。 本文主要研究方法有理論

2、分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算分析以及現(xiàn)場普查與測試等。首先從理論上對道床與基床的動態(tài)特性做了分析研究，提出既有線提速路基面臨的相關(guān)問題。其次，通過室內(nèi)動載模型試驗(yàn)，研究不同剛度(密度)基床下，軌道與路基結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力、動變形、模量、剛度等隨載荷次數(shù)的變化規(guī)律及發(fā)展過程。然后，通過數(shù)值模擬計(jì)算掌握了軌道與路基結(jié)構(gòu)動應(yīng)力、動位移的分布特點(diǎn)及規(guī)律。最后，針對不同形式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對道床的影響，綜合參考國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查與實(shí)測，提出了線路

3、全面普查與局部勘察相結(jié)合的質(zhì)量評估系統(tǒng)。主要工作及結(jié)論如下： 1、重復(fù)荷載作用下基床與道床相互影響的室內(nèi)動載模型試驗(yàn)研究針對既，有線提速改造中遇到的道床與基床參數(shù)的合理匹配問題，以室內(nèi)動載模型試驗(yàn)研究為依托，配制6組不同密實(shí)度的土樣，對軌道與路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動應(yīng)力、彈性變形、塑性變形、反應(yīng)模量等項(xiàng)目的測試，并通過不同壓實(shí)系數(shù)下模型試驗(yàn)測試結(jié)果的對比分析，得出了基床、道床彈塑性變形以及反應(yīng)模量的變化趨勢，探討了軌道與路基結(jié)構(gòu)地基系數(shù)

4、、壓實(shí)系數(shù)以及動靜剛度等參數(shù)之間的發(fā)展規(guī)律，提出了基床對道床影響的臨界值，即：基床壓實(shí)度為0.93時(shí)，基床臨界動剛度值為75MPa/m，基床臨界動彈性變形為1.5mm，道床的臨界動剛度值為11kN/mm。對基床與道床參數(shù)匹配及相互動力作用的規(guī)律研究，為既有線提速改造設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。 2、軌道與路基結(jié)構(gòu)動態(tài)數(shù)值模擬研究，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，采用反分析法確定軌道與路基結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)，對模型結(jié)構(gòu)以及原形結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)數(shù)值模擬研究。模

5、型試驗(yàn)的數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)得出的測試值吻合較好，且模型模擬結(jié)果與原形模擬結(jié)果總體變形規(guī)律有較好的一致性，從而說明采用該模型對軌道與路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算結(jié)果比較可靠，反演參數(shù)合理。因此，可通過數(shù)值模擬研究來掌握軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形整體分布規(guī)律，彌補(bǔ)模型試驗(yàn)以及現(xiàn)場原位測試只能了解局部點(diǎn)狀信息的缺憾，也可為進(jìn)一步進(jìn)行模型試驗(yàn)的方案選擇與參數(shù)設(shè)置起指導(dǎo)作用，同時(shí)可對未來運(yùn)營工況下的應(yīng)力及位移做出合理的預(yù)測。 3、軌道與路基結(jié)構(gòu)質(zhì)量

6、調(diào)查與評估系統(tǒng)的研究，由軌道與路基結(jié)構(gòu)的隱蔽性以及其運(yùn)營狀態(tài)影響因素的復(fù)雜性決定了僅靠幾組室內(nèi)模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬計(jì)算難以準(zhǔn)確地把握既有線基床與道床相互影響的本質(zhì)與機(jī)理，也不能得出應(yīng)用于原形軌道與路基結(jié)構(gòu)的真正合理可靠的臨界參數(shù)值。為了把模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬的研究結(jié)果與現(xiàn)場軌道與路基結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況相結(jié)合起來，本文提出了一種新的思路即軌道與路基結(jié)構(gòu)質(zhì)量調(diào)查與評估系統(tǒng)。基本原理是利用TIC數(shù)據(jù)與雷達(dá)探測結(jié)果對軌道與路基結(jié)構(gòu)的幾何狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評

7、判，據(jù)此將路基按區(qū)段分類，然后針對每一種區(qū)段的路基進(jìn)行現(xiàn)場詳勘，得到各類型路基的評價(jià)參數(shù)。最后通過大量長期的測試數(shù)據(jù)積累，分析各種運(yùn)營狀況下，基床各參數(shù)與工作性能的關(guān)系，確定在目前行車狀況下基床正常工作時(shí)對應(yīng)參數(shù)的臨界控制值，可作為其他條件相似的線路提速到該運(yùn)營速度時(shí)的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)參考依據(jù)，以優(yōu)化既有線提速路基改造設(shè)計(jì)，也可作為路基提速的評估標(biāo)準(zhǔn)。 4、不同結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)與道床相互影響的研究，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，軌道質(zhì)量指數(shù)和軌道不平順

8、譜可反映不同路基地段軌道不平順狀態(tài)，可以作為不同結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)區(qū)段不平順評價(jià)的依據(jù)。對秦沈線、京秦線、遂渝線三條線路的一般路基區(qū)段、路橋過渡段、路隧過渡段、橋隧過渡段、堤塹過渡段以及不同填料區(qū)段的TQI值與PSD進(jìn)行分析，認(rèn)為秦沈線的整體軌道質(zhì)量要優(yōu)于遂渝線，遂渝線優(yōu)于京秦線；認(rèn)為路橋結(jié)合處設(shè)置過渡段以及基床表層設(shè)置級配碎石與不設(shè)置過渡段以及不設(shè)置級配碎石相比，軌道質(zhì)量狀態(tài)明顯提高；認(rèn)為路橋、堤塹、路隧、橋隧等過渡段的軌道質(zhì)量狀態(tài)與動態(tài)特