铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用

道床弹性固化技术是解决有砟轨道稳定性差、养护维修工作量大,以及高速铁路飞砟等问题的主要技术途径。论文介绍了聚氨酯材料道砟粘结和固化道床技术的作用机理、发展历史、试验研究及应用现状,分析了两种道砟固化技术在我国高速和重载铁路上的应用范围、前景和发展方向。     

聚氨酯固化道床浇注前轨道施工工艺研究

聚氨酯固化道床是继有砟轨道和无砟轨道以后的又一新型道床结构,不仅有足够的强度和稳定性,而且具备弹性好、可维修性好等优点。本文根据山西中南部铁路通道重载铁路综合试验段,对聚氨酯固化道床现场的实际施工过程进行了分析,总结出一套完整的聚氨酯固化道床浇注前轨道施工方法,并对施工过程中各环节质量卡控点,有针对性地提出了相应控制措施。     

聚氨酯固化道床线路运营与维护

自2009年以来,聚氨酯固化道床在我国的高速、重载和客货混运线路上已铺设近7 km,运营中的固化道床轨道结构状态良好,无维修或少维修,验证聚氨酯固化道床技术的应用对于环境保护、资源节约和工务维修具有重要意义。聚氨酯固化道床技术在我国已具备推广应用的条件,研究固化道床的维修技术,对于固化道床的推广使用、保证线路运营安全、发挥聚氨酯固化道床的优势,具有重要意义。     

聚氨酯固化道床的力学性能试验研究

聚氨酯固化道床是介于传统碎石道床和无砟轨道整体道床之间的一种新型结构。本文介绍了聚氨酯固化道床的国内外现状;通过聚氨酯固化道床围压试件的疲劳荷载、冻融试验、实尺模型疲劳试验和现场加载车测试试验,研究聚氨酯固化道床的弹性、抗累积变形、荷载传递规律及轨排阻力等力学性能。试验结果表明:聚氨酯固化道床具有良好弹性保持能力和抗累积变形能力,和普通碎石道床相比,具有更好的抵抗横向荷载能力,同时验证了聚氨酯固化道床结构设计断面的合理性。     

沪昆高铁北盘江特大桥聚氨酯固化道床施工质量控制技术

聚氨酯固化道床是一种新型的轨道结构,兼备有砟轨道和无砟轨道的优点,可在有特定需要的区段铺设。沪昆高铁北盘江特大桥主桥为跨度445 m的上承式钢筋混凝土拱桥,设计的聚氨酯固化道床轨道结构受温度和徐变作用影响比较小,有利于线路的稳定且维修方便。本文介绍了碎石道床填筑和聚氨酯固化道床浇注施工质量控制技术,并对线路质量进行了动态测试。测试结果表明,北盘江特大桥聚氨酯固化道床能够满足列车运行安全性和稳定性要求,同时也适应高速铁路大跨度桥梁变形的要求,轨道平顺性良好,质量控制措施效果显著。     

预制装配式聚氨酯固化道床优化设计方案

预制装配式聚氨酯固化道床可实现道床结构的工厂化制造、装配式施工及单元化维修,对工程与环境条件恶劣的项目具有良好的适应性。为评估其结构设计、施工、运维的合理性并为其结构优化设计提供方向,在西银高铁首次建立装配式聚氨酯固化道床线上综合试验段。针对试验段建设中存在的问题进行研究分析,提出优化设计方案与思路,得出主要结论如下：道床块与轨枕之间粘接力不足、扣件调整能力差以及轨枕块之间缝隙施工便捷性差等是预制装配式聚氨酯固化道床存在的主要问题,在预制聚氨酯轨枕块、扣件等方面均具备一定优化设计空间;为确保道床块与轨枕之间的粘接力,且便于现场实施,预制装配式聚氨酯固化道床轨枕宽度宜为400 mm;为满足预制装配式聚氨酯固化道床日常维护调整需求,建议配套研发大调整量扣件系统,使其调整能力与无砟轨道扣件相当。     

重载铁路道砟清洁度对聚氨酯固化道床力学性能的影响北大核心

道砟颗粒表面清洁度分别取0.17%、0.50%、0.70%、1.00%,通过室内实尺模型疲劳试验,分析500万次疲劳荷载作用下聚氨酯固化道床沉降、道床静态模量的变化规律以及轨枕与道床的黏结性能。结果表明,当道砟清洁度超过0.50%后,聚氨酯固化道床沉降明显增大,道床静态模量无明显变化,轨枕与道床黏结性能变差。建议聚氨酯固化道床施工时,在道砟装载、运输过程中采取措施防止道砟二次污染,上砟整道时采取少捣多稳工艺,确保固化道床浇注前道砟清洁度在0.50%以内。     

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。     

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。     

有砟道床表层胶结封闭技术

煤粉侵入会加快有砟道床板结,大幅增加运营维护成本。有砟道床表层胶结封闭技术可有效解决因煤粉侵入导致的有砟道床板结问题。采取小颗粒石子铺设与道床表层胶结相结合的方式实现了有砟道床的高效封闭,且排水功能良好。为满足天窗期养护维修要求,采用喷涂强度与柔顺性相匹配的快速固化聚氨酯使道床表层胶结。经在朔黄铁路40 m长试验段验证,道床表层胶结封闭技术的防煤粉侵入效果良好。     

重载铁路聚氨酯固化道床结构形式及其合理参数的研究

聚氨酯固化道床被认为是有砟轨道和无砟轨道以外的第三种轨道结构。论文分析了聚氨酯固化道床三种结构形式的优缺点,推荐采用经济合理的轨下梯形聚氨酯固化道床形式。并针对该固化结构形式,基于对轨枕受力的影响和轨道刚度的合理匹配,研究了重载条件下固化道床合理的几何尺寸和刚度。     

城市轨道交通宽枕板式固化道床轨道结构动力特性

以乌鲁木齐城市轨道交通1号线为依托,设计宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构,并进行动力特性和减振性能研究。结果表明:与无砟轨道结构相比,宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构在列车振动荷载作用下会产生迟滞弹性变形,有利于能量耗散,轮轨垂向力均值及峰值分别减少17.9%和9.8%;无砟轨道结构脱轨系数在0.04～0.22范围内,而宽枕板式聚氨酯道床轨道结构脱轨系数在0.03～0.08范围内,行车稳定性更高;与无砟轨道结构相比,宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构的Z振级插入损失为8.1 dB,最大插入损失为11.18 dB,对应中心频率为40 Hz,具有较好减振性能。     

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。     

重型弹性支撑块无砟轨道施工装备的研究

重型弹性支撑块新型框架针对客运专线弹性支撑块无砟道床施工设计,集工具轨、高低调节器、模板为一体,用60 kg/m钢轨和型钢制造。框架各部尺寸和轨面高程按铺设60 kg/m钢轨技术条件设计。此重型弹性支撑块无砟轨道排架能够满足我国时速200、250、300 km及以上客运专线,以及重载铁路弹性支撑块无砟轨道道床施工,并能在路基、桥梁、隧道内施工,它适用于各类弹性支撑块无砟轨道断面道床施工,满足铺设长轨的道床技术要求。     

预制装配式聚氨酯道床结构研究

提出1种新型预制装配式聚氨酯固化道床结构,依据所提出的设计及施工方案,在国家铁道试验中心建立世界首条预制装配式聚氨酯固化道床试验段,并对预制装配式聚氨酯固化道床、现浇式聚氨酯固化道床结构、普通无砟道床3种轨道结构的静动力特性进行对比试验研究。结果表明:在没有大型养路机械稳定作业的条件下,预制装配式聚氨酯固化道床的纵、横向阻力分别为16.2和13.5kN,具有足够的静态稳定性;在总体轨下结构动位移中,扣件与道床所占的比例约为1∶1,轨下结构刚度匹配合理;预制聚氨酯固化道床结构具有突出的减振效果,分频最大减振效果为29.6dB,对应中心频率为50Hz。     

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道的施工是一项新工艺。结合中南部铁路通道全线各施工标段首段无砟轨道工艺性试验评估过程中的经验,对重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术进行探讨。重点从无砟轨道铺设前的铺设条件确认、隧道基底处理要求,弹性支承块储存运输要求及弹性支承块式无砟轨道道床施工等方面进行了梳理和总结,并在全线弹性支承块式无砟轨道道床施工过程中推广应用,取得较好效果。     

预制式聚氨酯固化道床合理设计参数研究

采用经室内试验验证的聚氨酯固化道床结构离散元数值仿真模型及室内轨枕-聚氨酯固化道床刚度试验,对不同设计厚度条件下聚氨酯固化道床结构的物理、力学性能进行了分析。研究结果表明,聚氨酯固化道床试件的总残余变形量与固化道床的厚度呈正相关关系。但厚度较小的道床同样会引起固化道床结构的弹性降低,且会削弱道床对上部荷载的衰减作用,使传递至道床底部的应力增大。综合各方面因素,建议在客货共线的线路中将预制式聚氨酯固化道床结构的合理设计厚度定为30 cm。     

城市轨道交通有砟轨道的应用及养护维修探讨

绿色低碳可持续的城市轨道交通发展对“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要意义。围绕有砟轨道技术在城轨线路中的应用及其养护维修进行探讨,可为城市轨道交通高效、高质量发展提供研究思路。基于对传统铁路有砟道床服役年限的总结,通过线路年通过量计算不同制式城轨线路中的有砟道床服役寿命,并进一步针对地面线及高架线城轨有砟道床开展结构选型研究。在此基础上,对国内外城轨有砟道床养护维修相关新型机械及维修工艺进行介绍,为有砟轨道在城市轨道交通中的实际工程应用提供借鉴和参考。     

济青高速铁路聚氨酯固化道床的动力特性测试分析

为验证350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的安全性、振动特性以及道床表面风场分布规律,在济青高速铁路开展了340～385 km/h逐级提速试验。测试结果分析表明:350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的行车安全性指标满足要求;相比于无砟轨道结构,聚氨酯固化道床具有更好的减振效果,在Z记权条件下其插入损失约为9.4 dB;线路中心正负风压变化最剧烈,是线路横断面中最容易发生道砟飞溅处。     

高速铁路飞砟与防治

飞砟(迁移)是高速铁路列车动力和列车风空气动力共同作用下产生的破坏性现象,严重制约高速有砟道床应用与发展。在介绍国外飞砟(迁移)研究与应用基础上,系统分析我国高速铁路飞砟研究与应用,以合福高铁巢湖东站区间为例,介绍有砟高速铁路飞砟防治综合拓展方法与措施,服务我国高速铁路有砟道床设计、运营与维修。