铁路有砟轨道下沉及高低不平顺发展预测研究

针对我国轨道管理基础理论研究较薄弱的现状,进行轨道下沉及轨面高低不平顺发展恶化基础理论研究.主要研究内容和结论如.     

利用高速铁路轨道不平顺谱估算不平顺限值的方法

基于车辆-轨道耦合动力学理论,结合我国高速铁路轨道不平顺的管理模式,提出利用高速铁路轨道不平顺谱进行不同管理等级轨道不平顺限值估算的方法。以中国高速铁路无砟轨道不平顺谱激扰作用下中国典型高速车辆在板式无砟轨道上运行为例,进行350km/h行车速度条件下轨道高低、轨向、水平、轨距不平顺各管理等级(Ⅰ~Ⅳ级)对应限值的估算,并与传统单一谐波(波长为10、40m)激扰作用下计算获得的限值和国内外高速铁路轨道不平顺标准对比分析。结果表明,采用本文所提的限值估算方法,以包含多种波长成分的随机不平顺作为输入激扰,相比单一谐波的计算方式考虑更为全面,可反映轨道不平顺各波长成分对行车品质的共同作用;相比国内外高速铁路轨道不平顺标准,在本文仿真计算条件下,利用高速铁路轨道不平顺谱估算的各管理等级轨道不平顺限值总体居于国内外标准之间。因此,本文利用高速铁路轨道不平顺谱进行轨道不平顺限值估算的方法是可行的,为采用动力学仿真手段获取轨道不平顺理论限值提供了一种新途径。     

干线轨道不平顺速度管理标准建议值的研究

轨道不平顺会恶化列车运行条件，大的轨道不平顺还可能引起列车脱轨。为保障行车安全，当查出这些不平顺后，应立即整修，并在病害消除前限制列车运行速度。根据轨道不平顺对车辆的动力影响，通过人工设置轨道不平顺动力试验、计算机仿真分析、考查我国轨道实际状况和参考国外类似标准，研究提出了“干线轨道不平顺速度管理标准建议值”，对我国轨道安全管理具有重要意义。     

轨道质量状态预测方法

对轨道不平顺进行预测可以监控轨道质量状态的发展,合理安排养修计划,降低养修成本,保证线路安全性和平顺性,同时也是开发和研究轨道辅助决策系统的关键性技术。因此,预测轨道不平顺的发展规律是近代轨道力学的基本课题,一直是国内外研究的重点。一般来说,轨道不平顺的预测从需求上可分为局部轨道不平顺预测和区段轨道不平顺预测。局部轨道不平顺预测偏重对轨道个别     

高速道岔轨道几何状态评价与规律研究

高速道岔的轨道几何不平顺状态能够直观反映其服役性能,开展高速道岔区段轨道几何不平顺状态管理是道岔检养修体系中的重要一环。以高速综合检测列车2023年1月—5月采集得到的检测数据为研究对象,从道岔结构、管理速度、道岔型号、辙叉号角度进行分类,分析当前高速正线道岔铺设概况。以道岔区轨道质量指数为基础,提出能够量化一定检测周期内道岔区段轨道几何整体状态与变化情况的道岔轨道状态指标与波动率指标。最后,以铺设最广的1/18道岔为研究对象,分析主型1/18道岔的轨道几何不平顺状态规律。研究结果为后续应用TQI-T评价高速正线道岔动态轨道几何不平顺状态以及指导道岔区段养护维修等工作奠定基础。     

列车通过轨道不平顺和刚度突变时对轨道振动的影响

通过建立轨道振动微分方程,推导了单轮作用下考虑轨道不平顺和轨道基础刚度突变的轨道变形解析表达式。利用该解析解和叠加原理,研究了轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动的影响,分析了单轮对和TGV高速动车通过不同的轨道不平顺和4种轨道刚度比时的轨道动力响应。计算表明,轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动有较大影响,其影响随着轨道不平顺振幅、刚度比和列车速度的增加而增加。     

成都地铁7号线轨道不平顺谱特征分析

目的：为了对列车运行的平稳性、安全性、舒适性以及环境振动噪声进行更好的控制，亟需展开针对成都地铁线路进行轨道不平顺谱的分析研究。方法：采用轨检车对成都地铁7号线轨道弹性变形和永久变形的叠加状态进行动态检测，测试项目主要包括左右轨的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及轨距不平顺等。然后采用目前最常用的功率谱密度估计方法——Welch法(改进的周期图法)进行功率谱密度计算，得到统计期内被测轨道的长波高低不平顺谱、轨向不平顺谱、轨距不平顺谱及水平不平顺谱，并对计算结果进行分析，总结出成都地铁7号线轨道不平顺谱的频率特性，并与国内外典型轨道谱进行对比。基于非线性最小二乘法，采用中国三大干线谱公式对成都地铁7号线轨道谱进行曲线拟合。结果及结论：轨道板板缝会影响轨道的长波不平顺；成都地铁7号线轨道不平顺谱均存在空间频率为0.04 m^-1整数倍的窄带谱峰，该空间频率与无缝钢轨相邻2个焊缝间的线路长度吻合，焊缝不平顺已经成为了严重影响轨道状态以及列车运行的问题；成都地铁7号线轨道的平顺性优于美国、德国以及我国的普速铁路(尤其是波长大于19 m的长波频段),但不如我国的高速铁路无砟...     

基于概率分布的轨道不平顺发展统计预测

针对轨道不平顺的随机性,应用数理统计原理和方法,对轨道动态不平顺检测数据进行统计分析,研究轨道不平顺的概率分布特性。分析讨论基于不平顺分布函数特征的不平顺发展统计预测方法,比较不同统计预测模型的预测效果和预测精度。研究结果表明:轨道不平顺概率分布接近于正态分布;在轨道不平顺概率分布特性分析的基础上,指数平滑预测方法具有较好的预测效果和预测精度,能够用于轨道不平顺发展预测问题的研究。     

重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2～70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征，提出重载铁路轨道不平顺的数学描述，可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱，并与国内外标准轨道谱进行对比；使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络，并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后，给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式，并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法，对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明：大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致，因此可以使用统一的拟合公式进行拟合；提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状；随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。     

客运专线无碴轨道噪声问题探讨

对轮轨噪声问题国内外研究现状、无碴轨道噪声及其降噪措施进行了概述。为了对高速运营条件下的轮轨滚动噪声进行更详细描述和评价,通过对钢轨竖向振动的测量,间接得到轮轨有效不平顺度,再结合声压测量结果,根据有效不平顺度与声压间的简单关系得到不平顺度对声压的转换函数,合成有效不平顺度与转换函数的组合可用于任何列车速度、任何给定列车轨道系统的噪声辐射谱预测;将车辆噪声和轨道噪声分开进行评估量化,为从车辆与轨道两方面寻求有效控制和降低轮轨噪声的方法奠定基础。     

城市轨道交通路基沉降与无砟轨道轨面不平顺映射关系

路基沉降会影响轨面不平顺,为了分析路基沉降与无砟轨道轨面不平顺间的映射关系,基于温克尔弹性地基耦合梁理论和有限元方法,建立考虑层间接触非线性整体道床轨道梁-体空间有限元模型,对轨道自重荷载和设计列车动荷载作用下轨面不平顺与路基沉降间映射关系展开研究,并在此基础上,提出城市轨道交通无砟轨道线路路基不均匀沉降的安全限值。分析结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载作用下发生跟随性沉降变形,且各层沉降幅值从上到下依次增大;路基沉降幅值越大轨面不平顺越明显,20 m沉降波长条件下,沉降幅值超过25 mm时轨道结构与路基间易形成脱空;轨面不平顺对路基沉降波长也极为敏感,20 mm沉降幅值条件下,当沉降波长超过25 m时路基与轨道结构间脱空现象明显缓解,此时轨面不平顺基本可与路基变形保持一致。     

城市轨道交通轨面不平顺调整的实践

城市轨道交通线路整体道床下沉后,如何调整轨面平顺度是一项重要的课题.对增加铁垫板下调整垫层高度后轨道刚度的变化、轨道几何形位的稳定性等方面进行研究,认为在目前条件下轨道结构尚处于稳定状态,但轨道结构的动态稳定性还需作进一步的研究.使用刚性较大的酚醛环氧玻璃板作为轨面的调高垫板是可行的.     

高速铁路无砟轨道路基沉降监测和研究

研究目的:高速铁路对路基工程工后沉降控制十分严格,路基工程工后沉降主要为铁路铺轨完成后地基的残余沉降。石家庄—武汉高速铁路设计标准为时速350 km,全线无砟轨道。为研究地基加固措施的科学性,在建设过程中,选取代表性试验工点对复合地基沉降进行监测和研究。研究结论:采用桩+板结构和CFG桩复合地基联合堆载预压措施加固深厚松软土地基,施工期沉降约占最终总沉降的72%～85%,有效地控制了路基工后沉降,整个区段内纵向沉降较为均匀,符合区段路基铺设无砟轨道要求,加固措施有效可行。     

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。     

新型钢枕轨道结构受力特性影响因素分析

针对轨道过渡段基础沉降引起的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿基础沉降的新型钢枕。为研究新型钢枕轨道结构参数对轨道结构受力特性的影响,基于有限元法,建立新型钢枕轨道-路基空间耦合模型,分析轨下胶垫刚度、钢枕间距以及道床弹性模量等参数对钢枕轨道结构受力特性的影响规律。研究结果表明:轨下胶垫刚度对钢轨受力特性的影响最为显著,随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。     

城市轨道交通整体道床沉降修复技术

介绍城市轨道交通整体道床沉降的修复技术。以某城市轨道线路整体道床沉降为例,提出道床沉降修复原则,推导出轨道抬高量的理论公式,优化线路竖曲线半径,减少道床整治范围。提出并分析6种道床修复方案及特点,阐述新埋短枕方案的工艺原理、施工注意事项等。通过近1年运营实践,道床状态完好如新,验证该修复技术是可行的、可靠的。     

无碴轨道涵洞地基加固及沉降控制

研究目的:在客运专线无碴轨道的设计中,探讨涵洞的地基加固处理方法沉降控制的要求。研究方法:分析涵洞工后沉降的组成,考虑路基沉降与线路不平顺发展的维修能力,以及根据前期建设投资与后期养护费用的经济比较,得出比较合理的无碴轨道涵洞工后沉降量的范围。研究结果:通过系统的分析比较,涵洞地基加固处理常用两类方法:一是排水固结法,二是复合地基法。涵洞位于不同的地基土和不同的加固处理方法应选择合适的计算理论进行相应的沉降计算。研究结论:因为沉降计算理论具有一定的局限性,工后沉降的预测应以施工中的沉降观测为主,根据实测数据进行理论分析、修正计算、预测工后沉降量。     

基础沉降对土路基上板式轨道动力性能影响分析

研究目的:无砟轨道的稳定性和耐久性由线下基础决定,而土路基上无砟轨道铺设成功的核心是不均匀沉降的控制,因此研究不均匀沉降对轮轨系统的动力影响对工程设计很有必要。研究方法:应用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了土路基上车辆-板式轨道耦合动力学垂向模型,并编制相应的仿真计算程序。研究结果:选用不同沉降工况进行计算,得出轮轨系统的动力响应,以及不均匀沉降对轮轨系统的动力影响规律。研究结论:当车辆通过路基不均匀区段时,轮轨动力作用急剧增大,CA砂浆和路基面动应力明显增大,设计速度为250 km/h时,路基不均匀沉降建议控制在20 mm/20 m以内,困难路段不得超过30 mm/20 m,设计速度为300 km/h时,路基不均匀沉降建议应控制严格在20 mm/20 m以内。     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

轨道结构状态分析及其控制

从轨道受力分析出发,研究轨道状态恶化的一般规律, 并将轨道状态恶化的形式归纳分类为轨道几何状态恶化、轨道 结构恶化和轨道材料材质恶化3种形式。在分别对这三种轨 道状态恶化形式作详尽分析的基础上,初步揭示了轨道病害的 机理,以及这3种形式病害之间的关系,最后提出了预防轨道 病害、控制轨道状态的基本方法。