高速铁路无砟轨道综合技术经济分析

无砟轨道结构以其自身高平顺性、高可靠性、高稳定性等特性得到国外高速铁路发达国家的广泛认同。我国高速铁路在"引进、消化、吸收、再创新"的思想指导下,先后研发出CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ型板式及CRTSⅠ型双块式等无砟轨道结构型式,并在国内多条高速铁路及客运专线上得到成功应用。但是,也应该看到,我国无砟轨道结构设计还处于不断优化完善阶段,对各种轨道结构的技术特点、适用性以及工程造价等尚没有统一的认识。从设计、施工、养护维修的角度对我国已应用的主要型式的无砟轨道进行技术特点分析和对比研究,并对不同型式无砟轨道的造价进行分析。     

无砟轨道中减振垫组合减振性能对比分析

无砟轨道的整体刚度比有砟轨道大,为降低列车通过时的轮轨振动以及环境振动,有关无砟轨道的减振措施应运而生,考虑3种减振垫组合:轨下减振垫、轨下减振垫+枕下减振垫和轨下减振垫+板下减振垫。为研究3种减振垫组合情况下的减振性能,基于FEM方法,建立3种组合情况下的振动力学模型,对其进行谐响应分析,结果表明:轨下减振垫+枕下减振垫组合和轨下减振垫+板下减振垫组合不利于减少轮轨(钢轨)振动;轨下减振垫+板下减振垫组合有助于降低200 Hz频率以下环境(底座板)振动,最多能降低底座板振动加速度级为11.98 d B,频率越低减振能力越强;轨下减振垫+枕下减振垫组合仅能略微降低20 Hz频率以下环境(底座板)振动,最多能降低底座板振动加速度级为5.46 d B;相关计算和分析可为合理设计减振垫位置提供依据。     

膨胀土深基坑开挖对邻近地铁设施变形的影响

随着全国各大城市地铁以及城市轻轨交通项目的快速兴建,在膨胀土分布区域,一系列的膨胀土深基坑工程位于地铁线路周边,对地铁隧道及车站的安全产生影响。膨胀土作为对工程危害严重的特殊土,膨胀土深基坑的开挖对邻近地铁设施的影响分析显得尤为重要。为此,以邻近成都地铁2号线洪河站某膨胀土深基坑工程为背景,运用FLAC3D数值软件建立计算模型,采用膨胀土抗剪强度折减的方法,对膨胀土深基坑分层开挖对邻近地铁设施的变形影响进行分析计算。计算结果表明:地铁隧道及车站的最大位移符合控制要求,数值计算结果与现场测试结果相近,表明考虑膨胀土抗剪强度衰减的方法可以用于膨胀土基坑分析计算,成果可为类似工程的设计和施工提供参考。     

基于谐响应分析的设备基础设计方案优化

设备基础通常要承受较大的动力荷载作用,但其振幅响应又不能过大。以某地铁线路大型风机为例,基础设计时考虑了5种方案。通过采用大型有限元计算软件Ansys建立各种方案的有限元模型,同时考虑土-结构间的相互作用,进行多种土层参数情况下的动力特性及谐响应分析。通过对比基本方案的振幅计算结果与实测结果,证明了该分析方法的准确性。总结出了类似工程基础设计时较为经济有效的优化方向及优化原则。     

复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究

复合轨枕无砟轨道是一种新型轨枕无砟轨道结构,通过开展复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究其疲劳性能。试验建立复合轨枕无砟轨道实尺模型并对其施加300万次疲劳荷载,观察轨道各部件在疲劳加载前后的伤损情况,测试疲劳加载前后钢轨、复合轨枕、道床板相对位移变化、轨距变化和道床板受力变化。试验结果发现:无砟轨道及其各部件在疲劳试验中均未出现疲劳损伤;轨道结构部件位移在加载前期略有波动,后逐渐减小并趋于稳定,道床板受力满足规范要求。研究结果表明:复合轨枕无砟轨道具有一定耐久性,为其进一步推广和应用奠定了基础。     

人工冻结砾石土三轴剪切强度试验研究

为分析冷冻温度和含水量对于砾石土抗剪强度参数的影响,通过室内试验对南宁地铁联络通道砾石土层进行冻结状态下的三轴剪切强度分析,研究围压、冷冻温度以及含水量对于其强度演变的影响,分别得到几个特征围压下的砾石土冻结强度与冷冻温度及含水量的关系。试验结果表明:砾石土的三轴剪切强度随着冷冻温度的降低而升高,温度效应明显;同时,含水量变化对于其剪切强度影响也十分显著,在试验研究范围内冻结砾石土偏应力峰值与含水量成一定的正相关性,随着含水量增加,冻结冰晶体含量随之升高进而引起土体胶结能力增大,相应的强度有所提升。该三轴剪切强度符合Mohr-Column准则,黏聚力与内摩擦角随着冷冻温度的降低而增大,随着含水量的增加而增加。同时,冷冻温度对于砾石土三轴剪切强度参数的影响受土体含水量变化影响显著。     

桩承式路堤土拱效应形成机制离散元模拟

针对桩承式路堤,分别建立二维和三维离散元分析模型,开展土拱形成过程数值模拟。从细观角度研究不同路堤高度条件下桩承式路堤土拱形态和荷载传递机制,获得土拱效应充分发挥条件下的土体沉降模式,其模式呈现为椭圆形拱状。二维分析结果表明,当路堤填土高度达到一定值时,其高度约为0.8倍桩净距。由于二维土拱模型只能反映一个截面上的土拱效应,因而高估了路堤荷载传递效率。相比二维Trapdoor分析结果,三维条件下土拱效应充分发挥时所需的桩-土差异沉降更大,桩顶和桩间土压力随差异沉降的变化速率更慢,荷载传递效率更低且受填土高度影响更高。     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。     

西北严寒地区双块式无砟轨道初期力学性能分析

位于我国西北严寒地区的双块式无砟轨道采用了大单元道床板结构,为掌握该型结构对严寒地区恶劣温度环境的适应能力,了解其力学性能和行为规律,对达坂城地区采用20 m单元道床板的双块式无砟轨道试验段展开试验研究,通过数据分析和理论计算,得出如下主要结论:大单元道床板板端伸缩效应明显,引发轨道结构与基床表层大面积的层间分离滑动;大单元道床板板中部分混凝土开裂严重,年温差循环作用下大单元道床板将呈现"低温小单元组合、高温闭合大单元"的工作模式;试验段中基床表层提供的单位长度层间摩阻力为372 kN/m;极端日气温差的出现显著放大了大单元道床板日伸缩变化幅值,并形成了大单元道床板日伸缩位移均值阶梯型跳跃式发展的行为特性。     

动荷载与水耦合作用下无砟轨道混凝土层间裂纹扩展研究

随着高速铁路的大范围应用,无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的水致损伤问题备受关注。为研究列车荷载与水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展现象,运用有限元软件进行无砟轨道层间裂纹扩展分析,开展动荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验。研究结果表明:裂纹尖端疲劳寿命与列车速度呈二次方关系,随列车轴重增加,裂纹尖端疲劳寿命显著降低;裂纹尖端剪应力随裂纹深度增大呈高次方增长;裂纹扩展初期尖端多呈一定弧度,裂纹局部会伴有压溃现象;混凝土层间裂纹沿界面扩展时为折线形,并可能会产生裂纹分叉,最终导致裂纹面掉块现象发生。