長昆客運(yùn)專線漣水特大橋軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

長昆客運(yùn)專線漣水特大橋軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

對長昆客運(yùn)專線漣水特大橋(60+3×100+60) m連續(xù)梁上軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出不同軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并通過相關(guān)調(diào)研及計(jì)算分析，得出適宜于漣水特大橋上的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，需設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器；若設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，將增加工務(wù)部門養(yǎng)護(hù)維修工作量，應(yīng)減少鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置；采用CRTSⅡ型板式無砟軌道時(shí)，可不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。結(jié)論：漣水特大橋設(shè)計(jì)采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。

客運(yùn)專線鐵路；無砟軌道；大跨連續(xù)梁；軌道結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 概述

大跨連續(xù)梁上無縫線路設(shè)計(jì)是高速鐵路軌道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及重點(diǎn)，在大跨連續(xù)梁橋上鋪設(shè)無縫線路，由于橋梁溫度跨度很大，導(dǎo)致鋼軌溫度附加力很大，對鋼軌的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。因此對大跨連續(xù)梁橋上軌道結(jié)構(gòu)方案研究具有較大工程實(shí)用意義。

長昆客運(yùn)專線漣水特大橋全橋長7.56 km，共15個(gè)墩臺，梁型為10-32 m簡支梁+(60+3×100+60) m連續(xù)梁。全橋位于直線段，縱斷面位于-3‰的縱坡上。

2 類似跨度橋上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

目前，類似跨度橋上的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見表1。

從表1可知：(1)類似跨度橋梁位于平曲線或豎曲線上時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)均采用小阻力扣件方案，未設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。其中，溫福鐵路飛云江特大橋有砟軌道最大溫度跨度為400 m，廣珠城際鐵路容桂水道特大橋雙塊式無砟軌道最大溫度跨度為332 m[3]。(2)類似跨度橋梁位于直線上時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器[3]。

3 大跨度橋梁無縫線路軌道狀態(tài)調(diào)研情況

3.1 大跨度橋梁上不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器使用現(xiàn)狀

(1)溫福鐵路飛云江特大橋運(yùn)營中高溫季節(jié)發(fā)生了梁端軌道方向不良和上拱等病害。

表1 大跨橋梁軌道設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)

(2)容桂水道特大橋上、下行大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋兩端出現(xiàn)了半圓形凸臺與底座連接處拉裂病害；梁端小阻力扣件復(fù)合墊板均有不同程度的在鐵墊板上竄出現(xiàn)象；半圓形凸臺周圍填充樹脂與軌道板產(chǎn)生離縫，最大離縫寬度約為12 mm。

3.2 大跨度橋梁上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器使用現(xiàn)狀

從運(yùn)營情況來看，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器總體情況正常，主要存在以下問題。

(1)武廣客運(yùn)專線株洲湘江特大橋、衡陽湘江特大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器范圍內(nèi)軌向、軌距易發(fā)生變化，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器扣壓件易松動。

(2)梁縫處扣件墊板反復(fù)竄出(圖1)。據(jù)工務(wù)部門觀測，伸縮調(diào)節(jié)器梁縫處扣件墊板反復(fù)竄出，需要及時(shí)檢查、復(fù)位。

圖1 梁縫處扣件墊板竄出

(3)運(yùn)營部門發(fā)現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)器軌撐螺栓有松動現(xiàn)象，需要及時(shí)復(fù)擰。

由此可見，對于大跨度橋梁，采用小阻力扣件有可能引起軌道方向不良和上拱等病害,,采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器則會形成線路的薄弱環(huán)節(jié)，容易造成軌道不平順，影響行車的舒適性，同時(shí)給工務(wù)部門帶來較大的養(yǎng)護(hù)維修工作量，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少采用。因此，對于長昆客運(yùn)專線漣水特大橋工點(diǎn)，需要對軌道結(jié)構(gòu)方案展開研究，提出適宜于大跨連續(xù)梁上的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

4 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

4.1 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

長昆客運(yùn)專線正線軌道采用60 kg/m、U71Mn(G)軌鋼軌，一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路，一般地段采用WJ-8型扣件。

鋼軌相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。WJ-8型常阻力扣件線路縱向阻力按圖2取值[5，6]，小阻力扣件線路縱向阻力取6.5 kN/m/軌，扣件節(jié)點(diǎn)間距a取650 mm。 鎖定軌溫和最大溫升、溫降情況如表3所示。

表2 鋼軌相關(guān)計(jì)算參數(shù)

圖2 WJ-8型扣件縱向阻力

4.2 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

4.2.1 方案1：采用小阻力扣件方案

(1)軌道結(jié)構(gòu)

漣水特大橋全橋采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，在(60+3×100+60) m連續(xù)剛構(gòu)梁均不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，而在連續(xù)梁及相鄰2孔簡支梁對稱布置小阻力扣件，其余地段采用常阻力扣件，小阻力扣件縱向阻力取值6.5 kN/m/軌。漣水特大橋軌道結(jié)構(gòu)及小阻力扣件布置范圍見圖3。

圖3 漣水特大橋軌道結(jié)構(gòu)及小阻力扣件布置示意(單位：m)

(2)橋上無縫線路檢算

根據(jù)橋上無縫線路[7-9]，計(jì)算得到(60+3×100+60) m大跨連續(xù)梁鋼軌伸縮附加力見圖4，鋼軌強(qiáng)度檢算見表4。

圖4 鋼軌伸縮附加力(方案1)(單位：kN)

鋼軌強(qiáng)度檢算無法通過。鋼軌斷縫為42.6 mm[10]，能滿足無砟軌道允許斷縫70 mm的要求。無縫線路穩(wěn)定性可以滿足要求。

(3)小結(jié)

在連續(xù)梁及相鄰2孔簡支梁對稱布置小阻力扣件，鋼軌的強(qiáng)度檢算不能夠滿足要求，該方案不可行。

4.2.2 方案2：設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器方案

漣水特大橋全橋采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，在(60+3×100+60) m連續(xù)梁兩端均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器區(qū)段采用軌枕埋入式無砟軌道。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10621—2014)規(guī)定“9.7.1橋梁、線路和軌道之間應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置。平面曲線和豎曲線地段應(yīng)避免設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器”[11]。通過對國內(nèi)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器使用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研[2，12]，采用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器方案，會造成行車舒適性下降，工務(wù)養(yǎng)護(hù)維修工作量增加，應(yīng)盡量避免采用。

4.2.3 方案3：采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)方案

(1)軌道結(jié)構(gòu)

漣水特大橋全橋采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，如圖5所示。

圖5 漣水特大橋全橋采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)示意(單位：m)

(2)橋上無縫線路檢算

根據(jù)橋上無縫線路，得到(60+3×100+60) m大跨連續(xù)剛構(gòu)梁鋼軌伸縮附加力見圖6，鋼軌強(qiáng)度檢算見表5。

圖6 鋼軌伸縮附加力(方案3)(單位：kN)

當(dāng)采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，鋼軌強(qiáng)度可以通過檢算。鋼軌斷縫為25.4 mm，滿足無砟軌道允許斷縫值的要求。無縫線路穩(wěn)定性可以滿足要求。

(3)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

①計(jì)算模型

圖7 計(jì)算模型示意

CRTSⅡ型板式無砟軌道(由軌道板、CA砂漿和底座板組成)變形和傳力特性類似于無縫線路中的長軌條，必須考慮其對梁軌相互作用的影響。根據(jù)CRTSⅡ型板式無砟軌道橋上連續(xù)底座板式無砟軌道縱向傳力特點(diǎn)，建立圖7所示的線板橋墩空間一體化縱向力計(jì)算模型，線路縱向考慮鋼軌、縱連軌道板、橋梁和橋墩的相互作用。根據(jù)已有試驗(yàn)結(jié)論，模型中認(rèn)為CA砂漿能完全保證軌道板和底座板的協(xié)調(diào)同步變形，因此，將軌道板和底座板縱向看成一塊板。鋼軌和無砟道床通過扣件縱向阻力相互作用，無砟道床和橋梁通過固結(jié)機(jī)構(gòu)和摩擦阻力進(jìn)行相互作用。

為反映縱連軌道結(jié)構(gòu)的縱向傳力特性以及其影響因素，在模型中將結(jié)構(gòu)都簡化為層狀體系的桿件，結(jié)構(gòu)層之間的連接采用非線性彈簧單元進(jìn)行模擬。

底座板設(shè)計(jì)計(jì)算流程見圖8。

圖8 底座板計(jì)算流程

②軌道結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)(表6)

表6 軌道結(jié)構(gòu)基本計(jì)算參數(shù)

③剛度折減

CRTSⅡ型板式無砟軌道底座板為縱連結(jié)構(gòu)，在溫度荷載作用下產(chǎn)生開裂，造成混凝土剛度折減，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，縱連混凝土結(jié)構(gòu)溫度作用下本構(gòu)關(guān)系按圖9計(jì)算。

圖9 混凝土構(gòu)件不同工作狀態(tài)時(shí)法向力與應(yīng)變關(guān)系

④計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，底座板制動附加力如圖10所示。底座板最大制動附加力為2 160 kN。

經(jīng)對底座配筋計(jì)算，底座需要配筋183 cm2，結(jié)果見表7。

圖10 底座板制動附加力 (單位：kN)

(4)小結(jié)

采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，鋼軌強(qiáng)度、斷縫、穩(wěn)定性可以通過檢算，軌道結(jié)構(gòu)可以通過檢算，并可避免設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，該方案可行。

表7 底座配筋計(jì)算結(jié)果 cm2

5 結(jié)語

為減少鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器設(shè)置，長昆客運(yùn)專線漣水特大橋上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，本工程已于2014年12月16日正式開通運(yùn)營，因此，對于大跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，為避免設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，減少工務(wù)部門養(yǎng)護(hù)維修工作量，可考慮采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。

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Research on Structural Design Scheme of Lianshui Extra-long Bridge on Changsha to Kunming Dedicated Railway Passenger Line

WU Wei-fan

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142， China)

This paper focuses on the structural design scheme of (60+3+3×100+60) m continuous beam of Lianshui bridge on Changsha to Kunming dedicated railway passenger line and puts forward different track structure design schemes. Reasonable structural design scheme is obtained based on relevant investigation and calculating analysis. It is concluded that when the CRTSⅠBi-block sleeper track is used， the rail expansion joint is required; if rail expansion joint is employed， more maintenance and repair works are needed， thus， less rail expansion joint should be arranged; when CRTSⅡslab track is used， rail expansion joins are not necessarily required. So CRTSⅡslab track is designed for Lianshui bridge.

Dedicated railway passenger line; Slab track; Large span continuous beam; Track structure; Design

2015-04-10；

2015-04-17

伍衛(wèi)凡 (1972—)，男，高級工程師，1994年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：729592327@qq.com。

1004-2954(2015)11-0052-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.013