CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降抬板維修技術(shù)研究

張珍珍

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢　430063)

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CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降抬板維修技術(shù)研究

張珍珍

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063)

摘要：由于地質(zhì)條件、建設(shè)施工等原因，部分高速鐵路路基出現(xiàn)不同程度的沉降，影響行車的平順性。介紹高速鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降抬板維修方案的若干技術(shù)問題，提出抬板高度及抬板填充材料剛度的合理取值。CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降可通過扣件調(diào)整和抬升軌道板增加充填層厚度等方式進(jìn)行整治維修。為保證抬升軌道板后凸型擋臺(tái)受力，建議圓形凸臺(tái)地段抬板高度最大不超過45 mm，半圓形凸臺(tái)地段不應(yīng)進(jìn)行抬板。軌道板抬升采用的填充材料剛度宜與原CA砂漿層保持一致。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；CRTSⅠ型板式無砟軌道；路基沉降；抬板；凸型擋臺(tái)

高速鐵路路基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，為列車提供穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，尤其無砟軌道應(yīng)嚴(yán)格控制路基的沉降[1-2]。由于地質(zhì)條件、建設(shè)施工等原因，部分高速鐵路路基出現(xiàn)了不同程度的沉降，影響了行車的平順性，以下針對(duì)CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降的維修方案進(jìn)行研究。

1路基沉降及抬板維修方案

部分高速鐵路路基出現(xiàn)了沉降，尤其在路橋結(jié)合部不均勻沉降較明顯，部分路基沉降量已經(jīng)超過了扣件的調(diào)整能力。路基不均勻沉降地段線路高低不平，影響了列車運(yùn)行的平穩(wěn)。此外，路基不均勻沉降增大了無砟軌道受力，加劇了軌道板、底座等結(jié)構(gòu)部件的裂紋發(fā)展，影響著結(jié)構(gòu)的耐久性[3-5]。

CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降整治可采用如下方案：路基不均勻沉降在扣件系統(tǒng)調(diào)整范圍內(nèi)的，通過調(diào)節(jié)扣件系統(tǒng)中的調(diào)高墊板進(jìn)行調(diào)整；路基不均勻沉降超出扣件系統(tǒng)調(diào)整范圍的，通過調(diào)坡與抬升軌道板增加充填層厚度來恢復(fù)軌道的平順性。

路基不均勻沉降通過抬升軌道板，增加軌道板下填充層厚度實(shí)現(xiàn)軌面的平順，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的主要影響有：(1)抬升軌道板后增加了作用在凸臺(tái)的彎矩，因此應(yīng)保證抬升軌道板后凸臺(tái)承載力仍能滿足要求；(2)軌道板下填充層厚度及剛度的改變對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力變形有一定的影響[6-7]。從抬板對(duì)軌道結(jié)構(gòu)凸臺(tái)及其他部件受力的影響，確定合理的抬板高度以及填充層的剛度。

2抬板對(duì)凸型擋臺(tái)的影響分析

2.1凸型擋臺(tái)設(shè)計(jì)荷載及承載能力

CRTSⅠ型板式無砟軌道凸型擋臺(tái)分圓形凸型擋臺(tái)和半圓形凸型擋臺(tái)，其主要功能是傳遞軌道板的縱向力和橫向力至底座，并限制軌道板的縱向和橫向位移。作用在凸型擋臺(tái)上的力主要有：鋼軌通過扣件與軌道板傳給凸型擋臺(tái)的縱向力Fr、橫向力Fh，由于軌道板與下部混凝土基礎(chǔ)之間的溫差而引起的縱向溫度力Ft等[8-10]。路基地段凸型擋臺(tái)上的水平力計(jì)算如表1、表2所示。

表1　路基地段凸型擋臺(tái)上水平作用荷載

表2　路基地段凸型擋臺(tái)作用荷載組合

凸型擋臺(tái)作為深梁構(gòu)件進(jìn)行抗剪、抗彎承載能力檢算，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　凸型擋臺(tái)設(shè)計(jì)承載力

2.2抬板高度取值

抬升軌道板增加充填層厚度，增加了作用于凸型擋臺(tái)的彎矩，不同抬板高度相應(yīng)作用于凸型擋臺(tái)的彎矩計(jì)算如表4所示。

表4　路基地段不同抬板高度時(shí)作用于凸型擋臺(tái)的彎矩

綜合上述分析結(jié)果，半圓形凸型擋臺(tái)的抗彎承載力為65.2 kN·m，圓形凸型擋臺(tái)的抗彎承載力為81.2 kN·m，考慮1.3倍的安全系數(shù)，從保證凸型擋臺(tái)受力考慮，建議圓形凸臺(tái)地段抬板高度最大不超過45 mm，半圓形凸臺(tái)地段不應(yīng)進(jìn)行抬板。

3軌道板下填充材料剛度和厚度的影響分析

路基不均勻沉降整治采用抬高軌道板方案時(shí)，板下填充材料剛度和厚度變化對(duì)于軌道結(jié)構(gòu)受力具有一定的影響。針對(duì)不同板下填充材料的剛度和厚度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的受力影響進(jìn)行分析。對(duì)填充材料進(jìn)行模擬，建立“鋼軌-板式無砟軌道-路基”有限元模型，鋼軌簡(jiǎn)化為豎直面內(nèi)的彈性可彎梁；扣件簡(jiǎn)化為彈簧，彈簧線剛度取為扣件的動(dòng)剛度；軌道板、填充材料、底座采用實(shí)體單元[11]。底座與下部基礎(chǔ)間的支承簡(jiǎn)化為均布線性彈簧，彈簧面剛度依據(jù)下部基礎(chǔ)的性質(zhì)確定，計(jì)算模型如圖1所示。

圖1　CRTSⅠ型板式無砟軌道“梁-體”分析模型

列車荷載255 kN，荷載作用位置主要計(jì)算3種工況：作用在板中扣件處的鋼軌上；作用在板中兩扣件間的鋼軌上；作用在軌道板縫處的鋼軌上。

填充材料彈性模量采用200 MPa，厚度取20～120 mm時(shí)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)果見表5。

表5　不同填充材料厚度時(shí)CRTSⅠ型板式

填充材料厚度采用40 mm，彈性模量采用200～34 000 MPa時(shí)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)果見表6。

表6　不同填充材料彈性模量時(shí)CRTSⅠ型板式

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可得到如下結(jié)論。

(1)隨著填充材料厚度的增加，軌道板縱向拉壓應(yīng)力均增大，橫向壓應(yīng)力增大，拉應(yīng)力減小，但變化幅度均極??；填充材料縱橫向拉、壓應(yīng)力基本不變；底座縱橫向拉應(yīng)力增大，壓應(yīng)力減小，但變化幅度極小?？烧J(rèn)為填充材料厚度的變化對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響較小。

(2)抬升軌道板后，所采用的填充材料剛度增加，軌道板拉應(yīng)力增大，壓應(yīng)力減??；填充材料縱橫向拉應(yīng)力均增大；底座縱橫向拉應(yīng)力減小，壓應(yīng)力增大。由于CRTSⅠ型板式無砟軌道砂漿層為結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，建議新填充的材料彈性模量與原CA砂漿層保持一致。

4結(jié)論與建議

(1)CRTSⅠ型板式無砟軌道路基沉降可通過扣件調(diào)整和抬升軌道板增加充填層厚度的方式進(jìn)行整治維修，恢復(fù)軌道平順性。

(2)為保證抬升軌道板后凸型擋臺(tái)受力，建議圓形凸臺(tái)地段抬板高度最大不超過45 mm，半圓形凸臺(tái)地段不應(yīng)進(jìn)行抬板。

(3)軌道板抬升后填充材料厚度的增加對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力影響較小。

(4)軌道板抬升采用的填充材料剛度變化對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力有一定的影響，建議新填充的材料彈性模量與原CA砂漿層保持一致。

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Study on Slab Uplifting Treatment of Subgrade Settlement of CRTS-ⅠBallastless Slab Track

ZHANG Zhen-zhen

(China Railway Fourth Survey And Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

Abstract：Due to geological conditions and construction activities， subgrade settlement in part of high-speed railway seriously affects the train running smoothness. The paper studies on the treatment of subgrade settlement of CRTS-Ⅰballastless slab track by lifting slabs and proposes the reasonable value of slab lifting height and filling material stiffness. The subgrade settlement of CRTS-Ⅰballastless slab track can be treated through fastener adjustment and increasing the filling layer thickness by lifting slabs. To assure the shear cam rational strength after slab lifting， it is suggest that the slab lifting height in round shear cam section should be less than 45mm and slab lifting should be not carried out in half round shear cam section. The stiffness of filling materials by slab lifting should be consistent with the original CA mortar layer．

Key words：High speed railway; CRTS-Ⅰballastless slab track; Subgrade settlement; Slab lifting; Shear cam

中圖分類號(hào)：U213.2+44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.004

文章編號(hào)：1004-2954(2015)04-0013-03

作者簡(jiǎn)介：張珍珍(1984—)，女，工程師，2009年畢業(yè)于西南交通大學(xué)道路與鐵道專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：290425858@qq.com。

基金項(xiàng)目：中國鐵道建筑總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題(10-02A)

收稿日期：2014-07-06； 修回日期：2014-07-27