聚氨酯在铁路道砟粘结技术中的应用综述

有砟轨道在薄弱地段的维修工作频繁、轨道几何形位保持难度大。利用聚氨酯材料将散体道砟粘结起来,可增强轨道结构并延长维修周期。通过对国外处理有砟轨道薄弱地段的聚氨酯道砟粘结技术进行分类总结,并与国内进行对比分析。结论为:(1)归纳总结了聚氨酯道砟粘结技术在国内外应用的断面粘结形式;(2)对比分析了聚氨酯道砟粘结技术在国内外新建铁路有砟-无砟过渡段的应用情况,给出了建议的过渡段粘结形式;(3)既有线宜采用道砟胶固化道床,并根据病害的位置和路基排水功能,选择影响维修的或不影响维修的断面粘结形式。     

中欧高速铁路有砟轨道道床参数的比较与分析

对中国和欧洲高速铁路道砟材质和道床断面尺寸,以及飞砟防治措施等方面进行分析对比,比较结果表明,部分标准内容略有差异,对于中欧不同的道砟试样采样和测试方法,需要进一步通过试验研究进行分析,对高速铁路有砟轨道设计提出建议。     

铁路道砟垫标准及技术发展方向研究

有砟轨道结构约占我国铁路运营里程的75%，铺设于桥、隧等刚性基础条件下的有砟轨道存在道床振动大、劣化速率快等一系列问题。对于梁端、过渡段等特殊区段，通常还存在因有砟道床厚度不足而导致的轨下刚度大、弹性差等现象。国外对此通常采用铺设道砟垫的方式以达到增强道床弹性，减少道床劣化等目的。对比分析国内外道砟垫的相关技术标准，指出各国试验方法的差异；对道砟垫减振降噪、延缓道床劣化技术的研究进展进行分析；在此基础上提出道砟垫试验方法、减振机理、延缓劣化作用、材料创新等方面的技术研究发展方向。     

隧道洞渣在铁路新型预制聚氨酯固化道床中的应用

隧道建设中产生大量洞渣,如果都作为弃渣处理,不但花费高昂的处置费用,还会对生态坏境造成破坏,如处置不当,还会造成泥石流等自然灾害。铁路有砟轨道中道床大量采用道砟,但我国铁路明确规定洞渣加工成的道砟不得在客运专线正线上使用。新型预制固化道床是在密实道砟单元块中浇注聚氨酯固化材料,固化材料发泡后填充砟间空隙,并黏结道砟,形成弹性道床块,使洞渣加工成的道砟进行工程应用成为可能,而且道床单元块间的填筑碎石也可采用洞渣。本文通过仿真分析研究固化道床中道砟的受力特性,说明道砟材质对固化道床的性能影响较小,洞渣道砟可作为固化道床的骨料使用,并提出了洞渣的分级选用控制标准。基于洞渣骨料制备的固化道床结构绿色环保,具有广阔的应用前景。     

超高速有砟道床运营影响分析与解决措施

随着铁路速度的不断提高,超高速有砟道床的研究逐渐成为热点,但是超高速有砟道床存在飞砟现象多发,道床劣化、脏污严重,桥上有砟道床流化等诸多问题。分析国内外高速有砟道床研究情况,分类、总结有砟道床存在的问题及解决措施,为超高速有砟道床的设计奠定基础。研究得出:采取相应措施,可以避免高速有砟道床存在的问题,可满足超高速有砟道床运营要求;针对飞砟需从道砟材质、道床断面、轨枕结构、养护维修等多方面进行综合考虑;轨枕结构优化、新材料、新方法可增强道床纵横向阻力、减缓道砟劣化,是超高速有砟道床发展的重要突破方向。     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

马东铁路有砟道床结构和几何断面选型与分析

研究目的:马来西亚东部沿海铁路(简称"马东铁路")具有设计速度较高、当地降雨量大、氯离子腐蚀严重、土质路基、工程造价低等特点,同时其国内窄轨铁路建设经验对该项目参考价值有限,给工程设计、施工和验收带来困难。本文根据马东铁路线路荷载、气候环境、地理区位等因素,基于中国、欧盟及美国铁路技术规范,对该项目有砟道床结构和几何断面选型中道床厚度、砟肩宽度、堆高、道床边坡与排水坡、底砟结构等进行对比、分析与确定,以期为炎热、多雨地区铁路工程项目设计与施工提供参考。研究结论:(1)通过中美欧铁路规范对比及相关研究,建议马东铁路道床厚度取350 mm,砟肩宽度取400 mm(或450 mm),堆高取100 mm,采用新Ⅱ型轨枕,边坡坡度取1∶1.75(或1∶1.5),采用传统底砟结构,排水坡坡度为5%;(2)沥青底砟层结构具有诸多优点,建议马东铁路优先采用;(3)本研究成果可为热带多雨地区有砟道床结构及几何断面选型提供参考。     

土工格栅加固铁路道砟的颗粒离散元模拟研究

研究目的:道砟是有砟轨道的关键构成,其变形累积将直接造成轨道的下沉破坏。随着列车运行速度的提高,道砟的变形对有砟轨道的行车安全性、舒适性和轨道养护维修工作量的影响也越来越大。因此,开展高速铁路道砟变形机理的研究具有重要意义。近年来,一些学者开始将土工格栅应用到铁路道砟的加固中,用以减小铁路道砟的沉降变形,但总体来说还不够成熟和完善。为进一步研究铁路道砟的变形机理及土工格栅加固铁路道砟的效果,本文以铁路道砟为研究对象,建立土工格栅加固铁路道砟的三维颗粒离散元模型,进行循环荷载作用下的数值试验,分别研究土工格栅不同安设位置、不同刚度以及不同网格尺寸对铁路道砟加固效果的影响。研究结论:(1)土工格栅加固铁路道砟效果明显,能够有效减小铁路道砟的沉降变形;(2)土工格栅安设位置不同,其加固效果也不同,当土工格栅距离模型箱底面100 mm时效果最好;(3)随着土工格栅刚度的增大,道砟的沉降变形逐渐减小,但当刚度增大到一定值后,对减小道砟沉降的作用有限;(4)土工格栅网格尺寸对铁路道砟加固效果有明显影响,但这种影响不是单调的,即存在一个合理的土工格栅网格尺寸使其加固铁路道砟的效果最好;(5)该研究成果对深入理解铁路道砟的沉降机理及土工格栅在铁路道砟加固中的应用均具有一定的参考意义。     

大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

道砟压实质量与颗粒运动关联特征及内在机制研究

级配较为均匀的道砟其捣固(压实)质量对铁路有砟道床的服役性能起着至关重要的作用.然而,目前尚无统一的标准或规范可用于指导和控制道砟捣固(压实)参数选择,传统的路基填料压实也未能考虑散体颗粒的自组织行为和细观运动特征等.基于正交设计方案开展缩放道砟级配的室内旋转压实试验,在试样的不同位置预置了新型智能颗粒传感器用于监测旋转压实过程中颗粒的运动参数,揭示道砟压实质量与颗粒运动参数的关联特征,从颗粒细观运动角度探究压实机理,提出考虑颗粒细观运动特征的压实度控制新指标.研究结果表明:智能颗粒传感器可用于测量旋转压实过程中粗颗粒的细观运动参数;3个方向的相对旋转模式与旋转压实过程中试样干密度和高度的变化直接相关,据此可将压实过程分为初始压实、旋转压密和稳定压密等3个阶段;试样上部位置处智能颗粒传感器的相对转角可作为新的压实度控制指标.研究成果有望为铁路道砟的室内外压实技术选取和压实质量控制提供技术参考和指导.     

中法有砟道床断面设计技术标准分析

为在国际铁路竞争市场中提高中国标准的国际认可程度,中国宜充分借鉴吸收国外标准.通过对比分析中法两国有砟道床断面设计差异,结论如下:(1)中国规定道床厚度主要根据列车轴重和速度取值,法国标准除此之外还考虑轨枕类型;(2)两国标准中新建线路砟肩宽度范围相近,中国标准进一步明确道床顶面宽度;(3)中国标准中无缝线路除在速度等...     

高速铁路飞砟防治专用聚氨酯适用性研究

研究目的:道砟飞溅是高速铁路有砟道床面临的重要问题,为防治飞砟,本文针对5种低强度防飞砟专用聚氨酯,提出一种可捣固的道床全断面表层固化方案。根据道床纵、横向阻力试验判定喷涂聚氨酯对道床的加固作用;根据风洞试验判定防飞砟性能;根据捣固测试判定可捣固性能;根据单轴无侧限压缩试验判定聚氨酯固化强度增长特征。研究结论:(1) 1号至5号聚氨酯(强度分别为1. 38 MPa、3. 70 MPa、5. 30 MPa、14. 20 MPa、27. 40 MPa)固化后,道床纵向阻力相比固化前提升约6%～16%,道床横向阻力提升约9%～17%,对道床稳定性起到了有效的提升作用;(2)采用强度最低的1号聚氨酯固化时,道床在30 m/s风速(相当于350 km/h列车通过)下并未产生道砟位移情况;(3)除5号聚氨酯强度稍大,捣固时破坏了一定数量的周围粘结,其余4种均可正常完成捣固维修,根据对比分析选取4号聚氨酯为最优;(4) 4号聚氨酯完全硬化需要7 d,可在喷涂1 d后达到最终强度的69%,2 d后达到88%;(5)本研究结果对时速350 km及以上有砟道床结构选型、养护维修具有参考意义。     

中俄铁路碎石道砟加工指标技术标准的对比研究

为了更深入了解俄罗斯铁路碎石道砟加工指标特点,对比分析中国和俄罗斯铁路在道砟颗粒形状与清洁度、粒径级配、指标试验方法等方面的异同点,得出以下结论:(1)中俄标准对道砟颗粒形状定义不同,如对针片状颗粒看法不同,俄罗斯标准中有长粒概念等;(2)中俄道砟标准的制定理念存在差异,俄罗斯标准未定义渗水性能、抗压碎性能等与材质相关的性能指标,而是通过增设道砟加工指标来保障道砟的良好渗水性和抗压碎性;(3)由于气候等因素,与我国同等级道砟相比,俄罗斯各类道砟粒径级配普遍较大。     

高速铁路有砟轨道横向阻力宏细观分析

研究目的:道床横向阻力是保持列车平稳安全运行的重要因素,砟肩部位是横向阻力重要组成部分,但高速铁路为防治飞砟采取降低砟肩堆高措施,导致道床横向阻力降低。为探究不同速度等级下高速铁路有砟道床横向阻力变化情况,本文进行了Ⅲc型轨枕在不同道床几何断面下横向阻力现场试验。同时,基于3D扫描与离散元法,以颗粒簇Clump和墙体单元分别模拟道砟颗粒和轨枕,细观分析阻力大小、分担、力键及接触特性。研究结论:(1)速度由200 km/h提升至250～300 km/h、300 km/h以上(350 km/h)道床断面条件下,试验结果分别相应降低6. 6%、11. 8%,数值研究分别降低12. 6%、24. 2%,建议300 km/h以上(350 km/h)应采取措施满足横向阻力要求;(2)轨枕底部及轨枕端部占约80%道床横向阻力,枕心部位道砟并未充分参与和作用,宜采取轨枕结构设计、密实和部分胶结方案;(3)轨枕底部-道砟在轨枕横向位移时接触数目较小,轨枕底部结构和纹理可进行优化以增大接触数目;(4)本文研究结果对不同时速下有砟道床断面选型具有一定指导意义。     

中俄铁路碎石道砟物理性能指标技术标准的对比研究

根据中俄铁路碎石道砟标准,对道砟物理性能指标及试验进行对比研究,得出如下主要结论:(1)中俄两国铁路线路条件、气候及道砟资源存在差异,故制定指标的侧重点不同;(2)中俄两国对集料冲击韧度试验的计算指标不同,俄罗斯标准对颗粒粉碎状况的反映不如我国试验精确、全面;(3)中俄两国道砟试验所用筛网尺寸、形状均有差异,我国试验仅采用方孔筛,俄罗斯试验兼用方孔筛和圆孔筛,这些差异会影响试验结果;(4)俄罗斯道砟试验所用样品与建设所用道砟针片状指数相同,我国标准将试样针片状指数控制在5%以内,以便对比母材差异;(5)我国硫酸钠溶液浸泡损失率试验的循环次数与当前试验循环样本浸泡质量损失率无关,俄罗斯试验最终循环次数与当前试验循环的样本质量损失率相关;(6)俄罗斯标准对道砟电导率、天然放射性核素比活度、玄武岩集料冲击韧度试验后,经煮沸处理的样本质量损失率等有特殊要求。     

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥轨道结构选型

研究目的:特大跨钢桥在荷载作用下有竖向位移大、自振频率较高的特点,轨道结构的选型直接影响到大桥自身的安全及列车的正常运营,本文通过对国内外钢桥轨道结构选型的介绍,结合渝黔铁路新白沙沱长江特大桥自身的特点,分析轨道结构与钢桥的适应性,确定该桥合理的轨道结构型式。研究结论:(1)有砟轨道结构通过道砟厚度的微调能较好的适应新白沙沱长江特大桥钢桁桥自身以及轨道二期恒载引起的变形大的特性;(2)有砟轨道的碎石道床与该桥车桥振动时的受力特性清晰,也能够更好的适应钢桁桥自振频率高的特性;(3)有砟轨道轨道成熟和稳定的技术更有利该桥钢桁桥的建造和维护;(4)本研究成果在大跨、重载铁路钢桁桥的轨道结构选型上具有一定的参考价值。     

道床轮廓测量系统的研制

线路道床及边坡的整形作业,既要保证道床有足够的横向阻力,又要避免道砟的浪费,提高线路道砟资源的利用率,降低线路建设成本.由此可见对道床轮廓的准确测量是十分必要的.以激光测距扫描为基本原理,对激光束扫描道砟表面的回波进行信号转换和处理,将得到的激光发射点到道砟的距离和激光束的角度,形成所测道床的实际轮廓;通过图像比较可得到道床实测轮廓与标准轮廓的偏差:经过系统的积分计算,得到该断面道砟量的盈亏;在车行过程中对道床连续扫描,将全部断面的测量结果进行积分计算,可以得到该段线路道床道砟的总量盈亏,为线路补砟提供准确依据.     

重载铁路隧道内无砟轨道动力响应

研究目的:采用少维修的无砟轨道结构是重载铁路长大隧道地段的必然选择,本文通过建立车辆-轨道耦合动力学模型,对不同车速、不同轴重、不同轨道结构、不同过渡形式下的系统动力响应进行对比,以确定出最佳轨道类型和过渡段类型,进而为无砟轨道在重载铁路隧道中的设计提供理论依据。研究结论:(1)车速增加对轨下结构的振动加速度影响较大;(2)随着轴重增加,除轮重减载率以外,其他各项指标均随轴重的增加而增大,且增幅较大;(3)长枕套靴式无砟轨道道床垂向应力较小,但脱轨系数大,道床垂向位移较大;双块式无砟轨道钢轨垂向位移小,但道床垂向应力、钢轨垂向力均较大;弹性支承块式无砟轨道脱轨系数和轮重减载率较小,道床垂向应力适中,利于重载铁路环境下铺设使用;(4)将有砟与无砟过渡段设置在路基上时,车辆运行的安全性指标控制得较好,并且因冲击而产生的钢轨加速度明显减小,且扣件的支反力也明显减小;(5)本研究成果对开展重载铁路无砟轨道结构设计具有参考价值。     

Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵横向阻力设计参数试验研究

研究目的:在此之前,国内曾经对铺设Ⅱ型枕的有砟道床阻力进行过测试,并提出过道床阻力参数。但随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的不断提速,有砟轨道普遍使用Ⅲ型混凝土轨枕,同时道床断面尺寸、道砟材质及颗粒级配不断强化提高,确定Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床线路阻力是进行有砟轨道无缝线路设计的一项重要基础工作。研究结论:本文选取武汉至襄樊区间增建第二线云梦段作为测试工点,通过现场原位测试和对测试数据进行数理统计分析,拟合确定了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵向、横向阻力曲线,同时计算了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床的等效横向阻力,其结果可为铁路无缝线路设计阻力的取值提供参考。     

铁路道床振动特性的三维离散元分析

研究目的:铁路碎石道床是一种典型的散粒体结构,为突出考虑道砟颗粒的散体特性,运用离散元法建立轨枕-道床空间耦合的颗粒流模型.通过加载高速列车动荷载时域谱,研究铁路道床在高速行车条件下的振动特性和道砟颗粒的动态响应.研究结论:通过建模和计算,将计算结果与已有试验结果相对比,验证了模型的正确性;在此基础上对铁路道床的振动特性进行分析,结果表明:动荷载作用下道砟之间的接触力按近似45°角的规律传递;相邻轨枕下方道砟颗粒的振动加速度和道砟接触力存在振动叠加作用,道砟颗粒的振动加速度、道砟接触力及道砟颗粒动位移随道床深度的增加而递减.