膠濟客專長大連續(xù)梁橋上無縫線路設計

張 利

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

膠濟客專長大連續(xù)梁橋上無縫線路設計

張 利

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

介紹了膠濟客專無縫線路設計的范圍，分析了無縫線路設計中鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器制造難度大、鋪設難度大、工務維修量大等薄弱環(huán)節(jié)，進而提出了不設置伸縮調(diào)節(jié)器采取其他措施進行無縫線路設計的優(yōu)化思路，并通過實踐驗證了該思路的可行性與合理性。

無縫線路，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，設計，連續(xù)梁

1 概述

膠濟客專采用重型軌道標準，鋪設跨區(qū)間無縫線路；采用60 kg/m，U75V新軌；采用Ⅲa型有擋肩混凝土軌枕，每千米鋪設1 667根，配套采用彈條Ⅱ型扣件；采用一級碎石道砟，道床厚度0.3 m，道床頂面寬度3.5 m，砟肩堆高15 cm，道床邊坡1∶1.75。

2 無縫線路設計

設計范圍內(nèi)有4座特大橋，其中韓倉特大橋和殷陳特大橋上各有一聯(lián)(76+120+76)m連續(xù)梁，均位于半徑2 200 m曲線上，需進行無縫線路檢算。

2.1 設計思路

膠濟客專于2005年開展軌道施工圖設計，當時鐵道部采用的規(guī)范《新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規(guī)定》(鐵建設函[2003]205號)要求：“溫度跨度大于120 m混凝土連續(xù)梁應設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器”。韓倉和殷陳特大橋連續(xù)梁主橋和引橋孔跨布置如圖1所示，溫度跨度達196 m，因此若執(zhí)行規(guī)范需要在該連續(xù)梁兩端或聯(lián)中間設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器主要由基本軌、尖軌、墊板、軌撐和軌枕等部分組成，是可以伸縮的裝置，分雙向和單向兩種，設置在梁的中間或端部可以降低鋼軌縱向力，也可以適應梁的變形，見圖2。

相關設計和運營經(jīng)驗表明，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器會增加施工及養(yǎng)護維修工作量，是無縫線路的薄弱環(huán)節(jié)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器制造難度大。為保證尖軌與基本軌密貼，尖軌外側需精密加工成合理曲線，加工精度高，制造難度大。2)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器鋪設難度大。如前述鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器由很多結構部分組成，不僅給運輸增加困難，而且需要組裝、搬運和調(diào)試等，也給現(xiàn)場鋪設增加困難。3)鋪設鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器會對行車舒適性產(chǎn)生不利影響。由于鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器存在構造軌距加寬不平順因素，行車時容易出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象；另外，藏尖式尖軌構造在豎向也存在不平順，據(jù)鐵道科學研究院實測資料，列車通過鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器時，其簧下豎向振動加速度為通過平順焊接接頭的簧下豎向振動加速度的1.4倍～3.2倍。4)鋪設鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的地段工務維修量大。伸縮調(diào)節(jié)器本身結構精密且復雜，因此對其平順性、穩(wěn)定性和完整性要求極高，為保證滿足上述要求，運營過程中需不斷觀測、維修；同時，伸縮調(diào)節(jié)器范圍的不平順更容易造成磨耗、變形等現(xiàn)象。5)鋪設伸縮調(diào)節(jié)器使投資增加。一方面鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的價格遠超一般鋼軌扣件的價格，另一方面其鋪設及維護費用也會使投資增加。

鑒于以上不利因素，路局工務部門一般不建議設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，而且《新建時速200 km～250 km客運專線鐵路設計暫行規(guī)定》(鐵建設[2005]140號)中也規(guī)定“鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器應盡量少用或不用……”。針對這一情況，設計組成員嘗試在該工點突破原規(guī)范進行優(yōu)化設計，即不設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。為滿足受力要求，在該工點采取了以下措施：1)為了降低橋上無縫線路縱向力，連續(xù)梁端部及相鄰簡支梁部分地段采用小阻力扣件。2)鋼軌聯(lián)合接頭避開連續(xù)梁梁端至少10 m。3)連續(xù)梁端部的砟肩寬度及堆高必須滿足要求，施工時嚴格搗固。

2.2 設計檢算

結合以上措施，對該工點進行鋼軌強度和穩(wěn)定性檢算，檢算結果見表1，表2。

表1 鋼軌強度檢算結果(原參數(shù)) MPa

表2 鋼軌穩(wěn)定性檢算結果

根據(jù)檢算結果可知，在不設置伸縮調(diào)節(jié)器的情況下，通過采取其他措施，該工點的鋼軌強度和穩(wěn)定性檢算能滿足要求。

3 設計回訪及分析

跨區(qū)間無縫線路溫度跨度達到196 m而未設置伸縮調(diào)節(jié)器，在當時北方地區(qū)屬于第一次。對于較大溫度跨度的連續(xù)梁在未設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的條件下，由于橋上無縫線路梁軌相互作用，理論上鋼軌伸縮附加力很大，加上溫度力和動彎作用力等的影響，長鋼軌的強度和穩(wěn)定性在實際運營過程中能不能滿足要求，長鋼軌在連續(xù)梁端部是否形成碎彎現(xiàn)象，以及是否給線路的養(yǎng)護維修帶來困難等問題都是需要進行驗證和解決的。

帶著以上問題課題組到現(xiàn)場進行了回訪，目的是通過了解現(xiàn)場實際情況，對設計的合理性進行驗證，為以后的類似設計提供依據(jù)。膠濟客專韓倉特大橋和殷陳特大橋均屬淄博工務段管轄，通過現(xiàn)場工務人員介紹，韓倉特大橋和殷陳特大橋上(76+120+76)m連續(xù)梁及其相鄰的簡支梁范圍的養(yǎng)護維修工作與其他普通橋梁地段基本一致，并無特別之處；另外，該地段線路狀況良好，沒有發(fā)現(xiàn)梁端鋼軌碎彎等現(xiàn)象。通過上道現(xiàn)場觀看，課題組發(fā)現(xiàn)(76+120+76)m連續(xù)梁及相鄰簡支梁均工作正常，連續(xù)梁端設置的小阻力扣件狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)相對滑移留下的滑痕，見圖3。可見，該工點未設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器未對運營產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)規(guī)范，設計中橋上無縫線路附加力計算時梁溫差取日溫差15 ℃，即本橋196 m溫度跨度梁每天理論變形量29.4 mm。但根據(jù)現(xiàn)場實際觀察，梁端小阻力扣件未發(fā)生移動，一方面可以證明連續(xù)梁沒有達到理論上的變形量，另一方面，梁端的微小伸縮已通過有砟軌道的道砟、軌枕和墊板等結構的變形得到了釋放，并沒有導致梁軌之間產(chǎn)生理論數(shù)值的附加力。由此可知，本工點不設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器是合理的。

4 結語

膠濟客專韓倉和殷陳特大橋(76+120+76)m連續(xù)梁上無縫線路經(jīng)研究和檢算后未設鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，雖突破了設計規(guī)范，但理論分析和運營實踐均證明該設計是合理的。該工點設計是長大連續(xù)梁上無縫線路優(yōu)化設計的典型實例，其經(jīng)驗表明，橋上無縫線路設計應在保證安全前提下合理使用參數(shù)，減少鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設置，以保證線路安全平穩(wěn)運營并減少養(yǎng)護維修量，使設計成果具備技術經(jīng)濟綜合優(yōu)勢。

[1] 廣鐘巖,高慧安.鐵路無縫線路[M].北京：中國鐵道出版社,2005.

[2] 盧耀榮.無縫線路研究與應用[M].北京：中國鐵道出版社,2010.

[3] 鐵建設函[2003]205號，新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規(guī)定[S].

[4] TB 10082—2005，鐵路軌道設計規(guī)范[S].

[5] TB 10015—2012，鐵路無縫線路設計規(guī)范[S].

The design of continuous welded rail on continuous bridge of large span for Qingdao-Jinan passenger dedicated line

Zhang Li

(Railway3rdSurveyDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Tianjin300142,China)

The thesis introduces continuous welded rail design scope of Qingdao-Jinan passenger dedicated line, analyzes continuous welded rail design problems including expansion joint manufacture difficulty, paving difficulty and maintenance difficulty and so on, and puts forward optimal continuous welded rail design concept without using expansion joint, and finally proves its feasibility and rationality of the concept through practice. Key words: continuous welded rail, rail expansion joint, design, continuous beam

2014-11-25

張 利(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0191-02

U448.215

A