西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁 摘要 不均勻沉降變形是路基上鋪設(shè)無砟軌道需要解決的核心問題。無砟軌道的 軌道板或道床板剛度較大，一旦基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，將對(duì)無砟軌道受力產(chǎn)生 顯著影響。我國(guó)現(xiàn)行無砟軌道在設(shè)計(jì)中，都做了不同程度的模型簡(jiǎn)化，通常不 進(jìn)行沉降設(shè)計(jì)，忽略了沉降變形對(duì)于軌道結(jié)構(gòu)的重要性，不能較全面地反映無 砟軌道的實(shí)際受力狀態(tài)。本文以不均勻沉降下土質(zhì)路基上雙塊式無砟軌道為研 究對(duì)象，建立了軌道力學(xué)梁一板模型，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)分析。 本文采用通用有限元軟件對(duì)不均勻沉降作用下土質(zhì)路基雙塊式無砟軌道進(jìn) 行力學(xué)分析，鋼軌采用彈性點(diǎn)支承梁模型，扣件采用線性點(diǎn)支承彈簧模擬，道 床板與支承層由于在其厚度方向上的尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度和寬度方向上的尺寸，符 合彈性薄板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用板殼單元進(jìn)行模擬，基礎(chǔ)的支承采用非線性彈簧 單元進(jìn)行模擬。本文假定地基變形按余弦曲線變化，據(jù)此進(jìn)行模擬計(jì)算。 本文著重介紹了路基上雙塊式無砟軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，路基上無砟軌道 在考慮路基不均勻沉降條件下的計(jì)算方法。主要工作如下：通過比較分析，驗(yàn) 證了路基不均勻沉降用剛性基礎(chǔ)法簡(jiǎn)化計(jì)算的可行性；按照允許應(yīng)力法對(duì)路基 上雙塊式無砟軌道進(jìn)行配筋，據(jù)此提出不均勻沉降限值；對(duì)不同地基剛度下， 不均勻沉降對(duì)軌道上部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行比較，以期在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上達(dá)到合理優(yōu)化； 同時(shí)，本論文還分析了支承層發(fā)生破壞時(shí)不均勻沉降作用對(duì)上部軌道結(jié)構(gòu)的影 響。 關(guān)鍵詞：無砟軌道；道床板；不均勻沉降；有限元法 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁 a b s t r a c t t h es t i f f n e s so fb a l l a s t l e s st r a c k ss l a bo rr o a d l ) e ds l a bi sb i g s ot h eb a s i s d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tw i l lb er e v e a l i n gs i g n i f i c a n te f f e c t so nb a l l a s t l e s st r a c k ss t r e s s t h e r ei sd i f f e r e n te x t e n tm o d e lr e d u c t i o ni nc h i n e s ed e s i g n i n go fb a l l a s t l e s st r a c k ， g e n e r a l l yn od e s i g nw a sg i v e ni n f o u n d a t i o ns e t t l e m e n t ，t h ei m p o r t a n c eo f d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tf o rt h et r a c ks t r u c t u r ew a sn e g i e c ta tt h es a m et i m e t h e r e f o r e i tc a nn o tr e f l e c tt h es t r u c t u r ea c t u a ls t r e s so fb a l l a s t l e s st r a c ko v e r a l l t h e p a p e rr e g a r d e dt w i n - b l o c kb a l l a s t l e s st r a c k o fs o i ls u b g r a d e su n d e rd i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n ta st h er e s e a r c h o b j e c t e s t a b l i s h e dam e c h a n i c a la n a l y s i s m o d e lo f b e a m s l a b a n dh a v ea l ls y s t e m a t i ca n a l y s i so f i t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t l l i sp a p e ru s ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r et oa n a l y s i sd o u b l e b l o c kb a l l a s t l e s s t r a c ko fs o i ls u b g r a d e su n d e rd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n ta st h er e s e a r c ho b j e c t ：r a i li s s i m p l i f i e da sf l e x i b l ep o i n te u l e r - b e a mw i t hu n l i m i t e dl e n g t h f a s t e n e rw i l lb e s i m p l i f i e dt ol i n e a rs p r i n g s r o a d b e ds l a ba n ds u p p o r t i n gl a y e rw h i c ht h i c k n e s ss i z e i sf a rs m a l l e rt h a nm e1 e n g t ha n dw i d t hs i z e a c c o r d i n gw i t ht h ee l a s t i ct h i ns l a b s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c a r es i m p l i f i e da sp l a t e s h e l le l e m e n t a n db a s es u p p o r ti s s i m p l i f i e da sd i a p h r a g mf l e x u r e i nt h i sa r t i c l e , w ea s s u m i n gt h a tt h ec h a n g eo f f o u n d a t i o nd e f o r m a t i o nb yc o s i n ec u r v e ，t h e na c c o r d i n gt h i st h e o r yt os i m u l a t i n g c a l c u l a t i n m s p a p e rm a i n l yi n t r o d u c e s 也es t r u c t u r a ld e s i g nm e t h o d so fd o u b l e - b l o c k b a l l a s t l e s st r a c ko nt h er o a d b e d ，a n dt h ec a l c u l a t i n gm e t h o do f b a l l a s t l e s st r a c ku n d e r s o i ls u b g r a d e sw h e nc o n s i d e r i n gd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t t h ep a p e ri n c l u d e s 也e f o l l o w i n gp a r t s ：t h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gr i g i df o u n d a t i o nm a 恤o d sa sas i m p l i f i e d c a l c u l a t i o no fs u b g r a d eu n d e rd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n ti sp r o v e dt h r o u g hc o m p a r a t i v e a n a l y s i s r e i n f o r c e m e n td e s i g n f o rd o u b l e - b l o c kb a l l a s t l e s st r a c ku n d e rs o i l s u b g r a d e sa c c o r d i n gt oa l l o w a b l er a i lb e n d i n gs t r e s sm e t h o d ，t h e np r e s e n t st h el i m i t o fd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t f o rv a r i o u sf o u n d a t i o ns t i f f n e s s ，t h ep a p e rc o m p a r e st h e i m p a c to fs o i ls u b g r a d e su n d e rd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to nt h et r a c ks u p e r s t r u c t u r e ，i n o r d e rt or e a c h et h eb e s ta n dr e a s o n 曲l em e t h o d sb yt e c h n o l o 百c a la n de c o n o m i c a l w a y a tt h es a m et i m e ，t h i sp a p e ra n a l y s i st h ei n f l u e n c eo fs o i ls u b g r a d e su n d e r d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to nt h et r a c ks u p e r s t r u c t u r ew h e ns u p p o r t i n gl a y e rf a i l u r i n g 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第i 頁 k e y w o r d s ：b a l l a s t l e s st r a c k ：r o a d b e ds l a b ；f i n i t ed e m e n tm e t h o d ；d i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n t ： 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁 1 1 無砟軌道發(fā)展現(xiàn)狀 第1 章緒論 鐵路是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，國(guó)家經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具，在 綜合交通運(yùn)輸體系中處于骨干地位。隨著運(yùn)量的增長(zhǎng)和高速行車的要求，傳統(tǒng) 的有砟軌道結(jié)構(gòu)已不能滿足高速重載行車的需求，原因是有砟軌道因列車的反 復(fù)通過而使道床逐漸松弛，致使軌道失去平順性，影響列車運(yùn)行的舒適性和安 全性，同時(shí)顯著增加軌道的養(yǎng)護(hù)維修工作量，加大了鐵路的運(yùn)營(yíng)投入。這種線 路維修作業(yè)，自然是隨著列車的通過次數(shù)和行駛速度的不斷增加而增大。然而， 由于近年來運(yùn)輸量的增長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間間隔的縮短、維修標(biāo)準(zhǔn)的更加嚴(yán)格、 以及由于維修線路作業(yè)使用的大型機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲等原因，逐漸給線路維 修作業(yè)增加了很大的困難，這就要求發(fā)展更為合理的軌道結(jié)構(gòu)。 無砟軌道是以混凝土或?yàn)r青砂漿取代散粒道砟道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)形 式。與有砟軌道相比，無砟軌道具有軌道平順性高、剛度均勻性好、耐久性； 結(jié)構(gòu)高度低，自重輕，可降低隧道開挖區(qū)面積，減少橋梁二期恒載；道床整潔 美觀，可削除列車運(yùn)行時(shí)的道砟飛濺；軌道變形緩慢，可減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。 無砟軌道修建時(shí)所增加的投入經(jīng)費(fèi)，一般可在一個(gè)線路大修周期內(nèi)依靠所節(jié)省 的線路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用收回投資，軌道的零維護(hù)費(fèi)用和比有砟軌道更便宜的運(yùn)營(yíng) 周期費(fèi)用 3 0 】。無砟軌道在運(yùn)營(yíng)過程中一旦產(chǎn)生病害，維修將十分困難。因此對(duì) 無砟軌道的適用范圍、設(shè)計(jì)條件和施工技術(shù)等問題，都必須十分重視。無砟軌 道在日本和德國(guó)高速鐵路上已獲得廣泛應(yīng)用，法國(guó)高速鐵路也在積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在基礎(chǔ)堅(jiān)固的隧道內(nèi)、高架結(jié)構(gòu)和橋梁上，世界各國(guó)成功地發(fā)展了無砟軌 道結(jié)構(gòu)。它是用混凝土板體基礎(chǔ)取代傳統(tǒng)軌道中的軌枕和道床。板體基礎(chǔ)下的 是由聚合物或水泥瀝青混合物灌注的特制墊層。這樣，軌下基礎(chǔ)既有足夠的強(qiáng) 度和穩(wěn)定性，又有一定的彈性，殘余變形的積累甚小，軌道結(jié)構(gòu)得以加強(qiáng)，實(shí) 現(xiàn)了軌道少維修的目的。對(duì)于土質(zhì)路基，因很難解決列車反復(fù)作用下的路基的 下沉問題，修建無砟軌道存在較多的技術(shù)問題，同時(shí)費(fèi)用十分昂貴。板式無砟 軌道雖然具有較均勻的軌道剛度，但應(yīng)當(dāng)使軌道具有與有砟軌道相當(dāng)?shù)膹椥裕?以緩解高速列車的動(dòng)力沖擊作用，為此須增設(shè)如瀝青砂漿或橡膠等彈性墊層， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁 同時(shí)為完成軌道高低與方向的調(diào)整而使得扣件的結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜化。在板式無砟 軌道的施工過程中，需要精確的施工控制等技術(shù)，對(duì)施工組織和施工工藝等提 出了更高的要求。 1 2 雙塊式無砟軌道 1 2 1 國(guó)外情況 雙塊式無砟軌道是將預(yù)制好的雙塊式軌枕，在現(xiàn)場(chǎng)通過澆筑混凝土將軌枕 埋入到混凝土道床中，使軌枕與混凝土道床板成為一個(gè)整體的無砟軌道結(jié)構(gòu)形 式，常見的有r h e d a 型、z u b l i n 型和h e i t k a m p 型。在目前各國(guó)發(fā)展的無砟軌道 結(jié)構(gòu)形式中雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)形式無疑是其中實(shí)際鋪設(shè)較多，設(shè)計(jì)和施工技 術(shù)都較為成熟的一類結(jié)構(gòu)類型。雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)形式在我國(guó)也進(jìn)行了為數(shù) 不少的實(shí)際鋪設(shè)。 雙塊式無砟軌道以預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆混凝土的高度整體性為目標(biāo)，其關(guān)鍵技 術(shù)是減少預(yù)制軌枕與現(xiàn)澆混凝土的結(jié)合面面積，控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。 1 2 1 1r h e d a2 0 0 0 型無砟軌道 無砟軌道系統(tǒng)“r h e d a 2 0 0 0 ”是以從7 0 年代就開始在德國(guó)鐵路系統(tǒng)成功 運(yùn)營(yíng)的著名的r h e d a 系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。而且d e u t s c h e b a h n a g ( 德國(guó)鐵路股份公司) 和其他制造商進(jìn)一步將無砟鐵路上部結(jié)構(gòu)發(fā)展成了各種各樣不同的系統(tǒng)f 3 。 ( 1 ) 結(jié)構(gòu)組成 r h e d a 型無砟軌道由u i c 6 0 鋼軌+ v o s s l o h 3 0 0 扣件+ 整體式軌枕或雙塊式軌 枕+ 道床板+ 支承層j 彘座組成。 ( 2 ) 結(jié)構(gòu)演變 r h e d a 型無砟軌道結(jié)構(gòu)的演變分為兩個(gè)方面( 圖1 1 ) ： 軌枕的演變 傳統(tǒng)r h e d a 整體軌枕r h e d ab e r l i n 軌枕塊一r h e d a 2 0 0 0 只保留承軌和預(yù)埋 扣件螺栓的軌枕塊； 傳統(tǒng)r h e d a 整體軌枕一鼬e d a b e r l i n 軌枕塊一軌枕塊間角鋼聯(lián)結(jié)一軌枕塊間 怖架式鋼筋骨架聯(lián)結(jié)； 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁 軌枕與道床板聯(lián)結(jié)方式的演變【3 】： 圖1 - 1r h e d a 無砟軌道結(jié)構(gòu)的演變 傳統(tǒng)r h e d a 軌枕帶有3 個(gè)銷釘與道床板聯(lián)結(jié)( 每隔2 根軌枕布置1 根帶銷子 的軌枕) 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁 在軌枕演變過程中，傳統(tǒng)r h e d a 采用整體預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，其優(yōu)點(diǎn)是， 即使現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)裂紋，也不影響軌道的幾何狀態(tài)。其缺點(diǎn)是：新老混凝土 結(jié)合面積大，軌道整體性差，容易在結(jié)合面處產(chǎn)生裂紋；軌道單位質(zhì)量較大， 在橋上鋪設(shè)時(shí)，二期恒載較大；軌道高度比較高，在隧道內(nèi)鋪設(shè)時(shí)，開挖空間 比較大。 采用雙塊式軌枕，基本克服了傳統(tǒng)r h e d a 的上述缺點(diǎn)。 r h e d ab e r l i n 以及r h e a a 2 0 0 0 演化過程中的r h e d a 無砟軌道結(jié)構(gòu)，主要在減 少軌枕與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面面積方面做了大量?jī)?yōu)化，混凝槽依然存在，與此有 關(guān)的問題人難以克服。 r h e d a 2 0 0 0 取消了混凝土槽，預(yù)制軌枕的鋼筋與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)鋼筋聯(lián)結(jié)在一起， 實(shí)現(xiàn)了預(yù)制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的最佳結(jié)合，結(jié)構(gòu)整體性能過更加完善。 傳統(tǒng)的r h e d a 系統(tǒng)通過r h e d a 柏林發(fā)展成為r h e d a 2 0 0 0 系統(tǒng)，之所以采 用該系統(tǒng)，目的如下： 優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)造 降低結(jié)構(gòu)的高度和寬度 提高軌枕和澆注混凝土之間的連接作用 消除溝槽與填充混凝土之間的縱縫 安裝技術(shù)優(yōu)化，使之簡(jiǎn)化并合理化 在施加填充混凝土之前保證軌道的高承載能力 1 2 1 2z t l b l i n 型無砟軌道 z u b l i n 型無砟軌道是1 9 7 4 年在z t l b l i n 鋪設(shè)的一種軌枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu) 形式【4 】( 圖1 2 ) 。 z t l b l i n 型無砟軌道的結(jié)構(gòu)組成與r h e d a 型無砟軌道大體相同。其研發(fā)初衷 是尋求一種高度機(jī)械化的施工方法，以解決r h e d a 軌枕埋入式無砟軌道傳統(tǒng)的 手工施工帶來的進(jìn)度慢、成本高的問題。 z u b l i n 與r _ h e a a 的主要差異在施工方式上。后者是在底座澆筑完成后，將 預(yù)制軌枕組合的軌排放置在底座上，綁扎好鋼筋以后澆筑混凝土，使軌枕與道 床板成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；前者是在現(xiàn)場(chǎng)混凝土道床板澆筑以后，通過振動(dòng)方式 將軌枕“振入”到新鮮混凝土中，使軌枕與道床板成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，此時(shí)的 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁 混凝土必須具有一定的密度，只能將軌枕“振”入其中，而不允許軌枕靠重力 “沉”入其中。 z _ 【l b l i n 型無砟軌道不需要r h e d a 型無砟軌道中采用的工具軌，代之以剛度 很大的鋼構(gòu)架。鋼構(gòu)架兩端支承在橫梁上，每根橫梁支承在2 個(gè)支腿上。由于 對(duì)構(gòu)件之間所有接觸面均進(jìn)行了高精度機(jī)械加工，在精確測(cè)量并對(duì)支腿進(jìn)行調(diào) 整以后，就能保證軌枕的最終位置。施工效率一般可達(dá)到1 5 0 2 0 0 m 8 h 。 圖卜2z u b l i n 軌道結(jié)構(gòu)示惹圖 1 2 1 3h e i t k a m p 型無砟軌道 h e i t k a m p 型無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與采用混凝土槽的r h e d a 型無砟軌道相 同，只是將充填的混凝土代之以粘結(jié)處理的道砟。所謂粘結(jié)處理的道砟，一般 是將道砟攤鋪后，再灌注水泥灰漿【3 1 。 h e i t k a m p 型無砟軌道的優(yōu)點(diǎn)是可以采用傳統(tǒng)有砟軌道施工中的機(jī)械進(jìn)行鋪 砟和搗固。1 9 9 6 年德國(guó)在w a g h a u s l 路基上鋪設(shè)了o 3 9 k m 試驗(yàn)軌道。 1 2 2 國(guó)內(nèi)情況 1 2 2 1 國(guó)內(nèi)雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況 在我國(guó)國(guó)內(nèi)客運(yùn)專線雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是在r h e d a 2 0 0 0 技術(shù)轉(zhuǎn) 讓資料和遂渝鐵路無砟軌道綜合試驗(yàn)段鋪設(shè)雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)研究、試驗(yàn)、 設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合客運(yùn)專線技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化、完善形成的。在我 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁 國(guó)客運(yùn)專線雙塊式無砟軌道國(guó)產(chǎn)化研發(fā)中的主要設(shè)計(jì)原則如下【3 1 】： ( 1 ) 國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)原則 包括設(shè)計(jì)理論的國(guó)產(chǎn)化，結(jié)構(gòu)原材料的國(guó)產(chǎn)化，根據(jù)國(guó)產(chǎn)材料性能進(jìn)行軌 道結(jié)構(gòu)、零部件的國(guó)產(chǎn)化計(jì)算和設(shè)計(jì)。 ( 2 ) 安全性設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)荷載考慮緊急制動(dòng)等特殊工況荷載基礎(chǔ)上有一定的安全儲(chǔ)備：計(jì)算理 論考慮一種理論的基礎(chǔ)上應(yīng)用國(guó)內(nèi)外成熟理論和有關(guān)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證，保證 設(shè)計(jì)理論安全可信；結(jié)構(gòu)配筋必須滿足裂紋寬度不超過0 2 m m 要求；所用材料 性能參數(shù)要求保證滿足軌道結(jié)構(gòu)使用壽命6 0 年要求。 ( 3 ) 經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)原則 在保證運(yùn)營(yíng)安全、舒適、環(huán)保的前提下，根據(jù)客運(yùn)專線的環(huán)境、結(jié)構(gòu)、運(yùn) 營(yíng)、接口設(shè)計(jì)實(shí)際情況，對(duì)于路基、橋梁和隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)形式、尺寸和配筋 率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低原材料和制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、施工和管理維修費(fèi)用；采 用國(guó)產(chǎn)原材料，降低原材料采購費(fèi)用。 ( 4 ) 通用性設(shè)計(jì)原則 包括不同線下結(jié)構(gòu)物上軌道結(jié)構(gòu)盡量一致；雙塊式無砟軌道與板式軌道等 其他無砟軌道結(jié)構(gòu)形式對(duì)于線下結(jié)構(gòu)物要求盡量一致。前者道床板結(jié)構(gòu)尺寸高 度在橋梁、路基和隧道地段一致，均為2 6 0 m m ；后者在軌道結(jié)構(gòu)與橋梁的連接 等方面不同無砟軌道結(jié)構(gòu)一致。軌道結(jié)構(gòu)可以適用與國(guó)內(nèi)外不同扣件結(jié)構(gòu)形式、 不同線下結(jié)構(gòu)物、不同環(huán)境工程條件，增加軌道結(jié)構(gòu)適用范圍。 ( 5 ) 可修復(fù)性設(shè)計(jì)原則 道床板采用不連續(xù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證在軌道損壞時(shí)可以及時(shí)更換。 ( 6 ) 可施工性設(shè)計(jì)原則 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利于機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，滿足施工質(zhì)量和施工效率要求。 1 2 2 2 國(guó)內(nèi)雙塊式軌道鋪設(shè)現(xiàn)狀 在鋪設(shè)方面我國(guó)雙塊式無砟軌道在武廣客運(yùn)專線和遂渝鐵路無砟軌道綜合 試驗(yàn)段進(jìn)行了試鋪。其中武廣客運(yùn)專線鋪設(shè)的r h e d a 2 0 0 0 型無砟軌道結(jié)構(gòu)是鐵 四院根據(jù)德國(guó)睿鐵公司提供的技術(shù)轉(zhuǎn)讓資料，結(jié)合中國(guó)軌道電路、原材料性能 指標(biāo)等有關(guān)要求完成的。遂渝鐵路雙塊式無砟軌道則是結(jié)合中國(guó)國(guó)內(nèi)前期研究 成果、設(shè)計(jì)及施工技術(shù)水平、原材料主要性能指標(biāo)，進(jìn)行的試鋪。該試驗(yàn)段共 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁 鋪設(shè)了二個(gè)方案：即道床板連續(xù)鋪設(shè)方案和道床板不連續(xù)鋪設(shè)方案；軌枕則采 用了三種方案：即t b l 方案( 鋼筋桁架不長(zhǎng)腿方案) 、t a 2 ( 鋼筋桁架長(zhǎng)腿方案) 、 t b 3 方案( 在t b 2 方案基礎(chǔ)上考慮軌道電路方案) 。 遂渝線無砟軌道綜合試驗(yàn)段位于遂渝引入工程桐子林隧道出口一蔣家橋大 橋之間。設(shè)計(jì)里程為d k l 2 5 + 6 7 k 1 3 8 + 8 9 3 正線全長(zhǎng)1 3 1 5 7 k i n 。試驗(yàn)段為i 級(jí)鐵路，單線( 預(yù)留雙線條件) 速度目標(biāo)值1 6 0 2 0 0 k m h 最小曲線半徑1 6 0 0 m 限制坡度0 6 。試驗(yàn)段內(nèi)主要有板式軌道、雙塊式軌道、軌枕埋入式軌道等無 砟軌道結(jié)構(gòu)型式。試驗(yàn)段采用材質(zhì)為u 7 5 v 的6 0 k g m 鋼軌，軌下膠墊剛度3 5 5 5 k n m m ，扣件間距0 6 2 5 m 。路基上板式軌道的軌道板尺寸4 9 3 m 2 4 m x 0 1 9 m ，c 6 0 混凝土，混凝土底座尺寸4 9 3 m 32 m 0 3 0 m 。c 4 0 混凝上。c a 砂漿彈性模量1 0 0 3 0 0 m p a 、厚度o 0 5 m 。路基上雙塊式軌道道床板尺寸4 9 8 m 2 8 m 0 3 5 m 。c 4 0 混凝土，混凝土支承層寬度3 6 米，厚度o 3 米，c 2 0 混 凝土彈性模量5 0 0 0 1 0 0 0 0 m p a 。 遂渝線的運(yùn)營(yíng)列車主要有最高速度為2 0 0 k m h 的“長(zhǎng)白山”號(hào)快速旅客列 車。2 5 t 軸重、最高速度為1 2 0 k n g h 的雙層集裝箱貨物列車。最高速度為8 0k m l l 的普通貨物列車。 正在進(jìn)行施工的武廣客運(yùn)專線軌枕設(shè)計(jì)在r h e d a 2 0 0 0 技術(shù)轉(zhuǎn)讓的基礎(chǔ)上， 考慮軌道電路影響，共設(shè)計(jì)了二種軌枕設(shè)計(jì)方案，即w g - 1 和w g - 2 方案，目 前武廣客運(yùn)專線雙塊式軌枕已經(jīng)開始投入生產(chǎn)；路基、隧道地段道床板和橋梁 地段鋪設(shè)道床板、橋梁保護(hù)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配筋原則上按照有關(guān)轉(zhuǎn)讓技術(shù)提供 的計(jì)算原則進(jìn)行，原材料的技術(shù)參數(shù)則是結(jié)合國(guó)外技術(shù)參數(shù)和國(guó)內(nèi)材料進(jìn)行確 定。 1 3 本文研究的意義、方法及主要內(nèi)容 1 3 1 本文研究的意義 在目前我國(guó)的高速鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中，無砟軌道正以其高穩(wěn)定性、高平 順性和少維修性等特點(diǎn)，在鐵路運(yùn)營(yíng)中逐漸取得了明顯優(yōu)勢(shì)。雙塊式無砟軌道 是常見的無砟軌道類型之一，設(shè)計(jì)施工技術(shù)都較為成熟，在我國(guó)遂渝、武廣等 客運(yùn)專線上都有較為集中的鋪設(shè)。它也是我國(guó)無砟軌道中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。 無砟軌道在隧道內(nèi)、高架結(jié)構(gòu)和橋梁上的應(yīng)用，己被世界各國(guó)鐵路普遍認(rèn) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁 可并已標(biāo)準(zhǔn)化。而在高速土路基上的應(yīng)用則十分謹(jǐn)慎，除德國(guó)r h e d a 軌道鋪設(shè) 應(yīng)用較多并基本定型外，日本、美國(guó)等許多國(guó)家多處于積極的試鋪試驗(yàn)中。在 土路基鋪設(shè)雙塊式無砟軌道，在遂渝還屬首次，沒有任何實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。 在土路基上鋪筑無砟軌道，由于路基的承載能力相對(duì)較低，又對(duì)動(dòng)載荷和 水浸蝕反應(yīng)敏感【3 】。因此，必須特別重視對(duì)地基的加強(qiáng)處理和排水設(shè)施的良好設(shè) 置。由于受調(diào)整能力的限制，無砟軌道對(duì)沉降變形特別敏感，工后沉降或不均 勻沉降過大是導(dǎo)致路基鋪設(shè)無砟軌道失敗的主要原因，而地基的不確定因素也 是潛在的風(fēng)險(xiǎn)。沉降變形控制和規(guī)避地基地質(zhì)條件的風(fēng)險(xiǎn)是路基上鋪設(shè)無砟軌 道的關(guān)鍵。因此，各國(guó)無砟軌道都對(duì)路基的沉降，尤其是不均勻沉降提出了嚴(yán) 格要求，目的在于減少路基的壓縮沉降和列車動(dòng)力作用下的動(dòng)態(tài)沉降。 1 3 2 本文研究的方法 軌道系統(tǒng)是一個(gè)包含多種軌道部件的復(fù)雜系統(tǒng)，各部件之間通過彈性元件 連接【3 3 】。本論文采用通用有限元軟件對(duì)不均勻沉降作用下土質(zhì)路基雙塊式無砟 軌道進(jìn)行力學(xué)分析，鋼軌采用彈性點(diǎn)支承梁模型，扣件采用線性點(diǎn)支承彈簧模 擬，道床板與支承層由于在其厚度方向上的尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度和寬度方向上的尺 寸，符合彈性薄板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用板殼單元進(jìn)行模擬，基礎(chǔ)的支承采用面彈 簧模擬。本文假定地基變形按余弦曲線變化，據(jù)此進(jìn)行模擬計(jì)算。分析不同地 基變形沉降下土路基上雙塊式軌道各層結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力分布，分析雙塊式軌 道是否滿足運(yùn)行和強(qiáng)度方面的要求。 1 3 3 本文研究的主要內(nèi)容 考慮在雙塊式軌道發(fā)生不均勻沉降時(shí)，列車荷載對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。分別 對(duì)不均勻沉降的理論解和有限元解進(jìn)行分析，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1 通過比較分析，驗(yàn)證了路基不均勻沉降用剛性基礎(chǔ)法簡(jiǎn)化計(jì)算的可行性； 2 按照允許應(yīng)力法對(duì)路基上雙式無砟軌道進(jìn)行配筋，據(jù)此提出不均勻沉降 限值； 3 對(duì)不同地基剛度下，不均勻沉降對(duì)軌道上部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行比較，以期 在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上達(dá)到合理優(yōu)化； 4 本文還分析了支承層發(fā)生破壞時(shí)不均勻沉降作用對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁 第2 章土路基上無砟軌道的結(jié)構(gòu)型式 2 1 德國(guó)鐵路土路基上無砟軌道 德國(guó)鐵路自1 9 7 2 年開始在比勒費(fèi)爾德一哈姆之間的r h e d a 車站路基上設(shè) 計(jì)、鋪設(shè)了無砟軌道。以后經(jīng)過多處多年的試鋪試驗(yàn)不斷完善優(yōu)化1 9 8 9 年基本 定型統(tǒng)稱為r h e d a 軌道，應(yīng)用于高速鐵路區(qū)間和車站軌道上。至1 9 9 7 年，在土 路基上鋪設(shè)混凝土道床無砟軌道約8 6 k m ，瀝青混凝土道床無砟軌道約6 6 k m ， 是世界鐵路在土路基上應(yīng)用無砟軌道最多的國(guó)家，顯示出良好的結(jié)構(gòu)性能和運(yùn) 營(yíng)效果。 2 1 1r h e d a 軌道 圖2 1 為德國(guó)土路基上r h e d a 無砟軌道結(jié)構(gòu)斷面圖。它實(shí)際上是把整體式 混凝土枕用混凝土現(xiàn)場(chǎng)灌筑在鋼筋混凝土底座上，以起支承承載作用。為加強(qiáng) 灌筑的整體性，在混凝土枕側(cè)而預(yù)留有3 個(gè)孔眼，以便用鋼桿把軌枕串連起來。 為強(qiáng)化路基基礎(chǔ)，在鋼筋混凝土底座的下面還鋪有一層水硬性穩(wěn)定承載層。若 在凍寒地區(qū)該層采用輕質(zhì)混凝土【2 9 】。 i ! s 墅 l 圖2 - l 德國(guó)土路基上r h e d a 無砟軌道( 單位：m m ) 當(dāng)r h e d a 軌道修筑在地基較差的地段時(shí)，應(yīng)視當(dāng)?shù)鼐唧w情況加鋪防凍層、 地基加固層、土工布和設(shè)置良好的排水設(shè)施。r h e d a 車站鋪設(shè)的混凝土道床無 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁 砟軌道至今己運(yùn)用近3 0 年，累計(jì)通過運(yùn)量近4 0 0 0m t ，最高運(yùn)營(yíng)速度2 3 0k l n h ， 這期間除對(duì)鋼軌進(jìn)行過打磨外，未對(duì)軌道做過任何維修工作。 2 1 2 改進(jìn)型r h e d a 軌道 早先的r h e d a 軌道不足之處是采用鋼桿穿過整體式混凝土枕孔眼和穿入預(yù) 埋在混凝土層上的環(huán)形箍筋的方法一是不方便，二是位置有偏差，很難順利穿 過去。為此又研發(fā)了改進(jìn)型r h e d a 無砟軌道即r h e d a 2 0 0 0 軌道( 如圖2 2 ) ，并 廣泛應(yīng)用于1 9 9 8 年開通的柏林漢諾威高速鐵路上。 3 趔 i 圖2 2 德國(guó)土路基上r h e d a - 2 0 0 0 無砟軌道( 單位：m m ) 它與原r h e d a 軌道的主要區(qū)別是，用2 根桁架型配筋組成的特殊雙塊式軌 枕取代整體式軌枕，取消了槽形板，特殊雙塊式軌枕只保留承軌和預(yù)埋扣件螺 栓部位的混凝土，其余為桁架式鋼筋骨架，使之與現(xiàn)場(chǎng)灌筑混凝土的新老界而 減至最少，有利于改善施工工藝性，提高施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)整體性。同時(shí)，軌道 高度從原來的6 5 0 m m 降至4 7 2 m m ，建筑高度的降低，又有利于降低工程造價(jià)。 2 1 3 德國(guó)瀝青混凝土道床無砟軌道 ( 1 ) 雙塊式軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道 圖2 3 為德國(guó)鐵路土路基上雙塊式軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道。簡(jiǎn)稱為 a t d 軌道。1 9 9 3 年首次鋪設(shè)在法蘭克福和漢諾威維爾茨堡的聯(lián)絡(luò)新線南特伯 斯曲線區(qū)間，后又鋪在隧道區(qū)間，至1 9 9 7 年己鋪設(shè)2 7 9 k m 運(yùn)用情況良好 2 9 1 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第11 頁 - 工塹剖 瀝膏混凝土層“i 耱定處) 迥屢 刪 基床 圖2 3 雙塊式軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道( 單位：m m ) a t d 軌道是在經(jīng)過碾壓的路基道床和穩(wěn)定承載層上鋪筑厚約3 0c n - i 的瀝青 混凝土墊層。表面施工精度要求2 m m ，再在其上鋪設(shè)雙塊式軌枕。枕下設(shè)置 厚4 m m 的土工布，用以調(diào)整其平整性。因而不需要填充層，在道心和枕端散布 夯實(shí)道砟。a t d 軌道縱向力由軌枕與鋪裝墊層的摩擦力和道砟阻力來抵抗；而 軌道橫向力，由于在鋪裝墊層中間加工有凸臺(tái)，靠凸臺(tái)與雙塊式軌枕之間填入 樹脂來抵抗。在高速區(qū)間，為防止飛砟和提高吸聲性能在道心內(nèi)散布樹脂。瀝 青混凝土道床無砟軌道與混凝土道床無砟軌道相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：1 瀝青為粘彈 性體可取消接縫提高軌道彈性；2 因軌枕與墊層內(nèi)摩擦角大，故超高1 8 0n l l n 時(shí) 也能施工；3 瀝青冷卻后，可立即開通線路，有利于既有線使用；4 修補(bǔ)與更新 容易；5 可利用現(xiàn)有的機(jī)械化道路工程鋪裝技術(shù)；6 鋪設(shè)成本低，具有良好的經(jīng) 濟(jì)性。 ( 2 ) 凹槽式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道 圖2 4 為德國(guó)鐵路土路基上凹槽式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道，簡(jiǎn) 稱w f 軌道。速度目標(biāo)值既有線提速改造區(qū)間為2 0 0k i n h ，新建線區(qū)間為 3 0 0 k m h 。 l 也氣青孟土層 薰 l瀝青海凝土層 茅 i穩(wěn)定姓彈謠 圖2 - 4 凹槽式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道( 單位：m m ) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 2 頁 w f 軌道同a t d 軌道一樣，是在瀝青混凝土道床上直接鋪設(shè)帶凹槽的整體 式p c 軌枕的一種新型無砟軌道。1 9 9 5 年試鋪在柏林地區(qū)軌道，長(zhǎng)度3 5 0 0 m 2 ( 雙線) 。它是在枕下設(shè)置厚5 m m 的土工布，用以調(diào)整其平整性。為抵抗橫向水 平荷載的作用，采用在p c 枕中間的底部和鋪裝層表面上均設(shè)有凹槽，并在凹槽 中插入圓筒形混凝土塊。再在其周圍填注水泥灰漿加以固定的方法。為降低軌 道噪聲，可在軌道表面上采取吸聲的措施。 ( 3 ) 鋼桿式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道 圖2 5 為德國(guó)鐵路土路基上鋼桿式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道簡(jiǎn)稱 w a l t e ：軌道。 ，旗該翳蝻瓣 氆默l璺 鋤青潞凝士瓔 贏 穩(wěn)定鼬瑙屢 喇7 墓庫 圖2 5 鋼桿式整體軌枕瀝青混凝土道床無砟軌道( 單位：恥n ) w a l t e r 軌道是在瀝青混凝土鋪裝層上直接鋪設(shè)帶鋼桿的整體式p c 枕的少維 修軌道。它是每隔3 根p c 枕就在1 根p c 枕上用直徑3 2 衄的鋼桿插入瀝青混 凝上鋪裝道床中加以固定，用以抵抗橫向水平荷載。在枕下也設(shè)置厚5 m m 的土 工布用以調(diào)整水平。 2 2 日本鐵路土路基上無砟軌道 2 2 1 日本瀝青混凝土道床無砟軌道 圖2 - 6 為日本鐵路路基上瀝青混凝土道床無砟軌道，又稱r a 型板式軌道。 適用于新干線或既有線土路基上的區(qū)間軌道和站場(chǎng)( 道岔) 軌道。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁 圖2 - 6 日本r a 型板式軌道( 單位：m m ) 為能經(jīng)常保持r a 型板式軌道的水平狀態(tài)和路基所必要的強(qiáng)度，需鋪設(shè)瀝 青混凝土道床作為墊層。道床墊層又分為道床表層和道床底層。道床底層由厚 1 0 0 m m 的級(jí)配碎石層和厚9 0 m m 的瀝青穩(wěn)定處理層( 碎石瀝青層) 組成；而道床 表層則為厚6 0 r a m 的粗粒瀝青混凝土層。在寬枕與道床表層之間灌筑約5 0 r a m 厚的乳化瀝青水泥砂漿( c a m ) 調(diào)整層。從而構(gòu)成了十分穩(wěn)定的路面鋪裝寬枕無 砟軌道，可以顯著延長(zhǎng)軌道養(yǎng)護(hù)維修周期。 由于采用純?yōu)r青等瀝青材料鋪筑，增加了骨料之間的粘著力，形成十分穩(wěn) 固的鋪筑層，可使列車荷載均勻分布；又由于瀝青墊層具有彈性，可緩沖列車 沖擊作用。為能在土路基上或既有高架橋上鋪設(shè)r a 型板式軌道，不再采用凸 形擋臺(tái)法而改用板底作凹槽的方法利用其與c a m 之間的阻力來阻止板的縱橫 向移動(dòng)。 在新建線條件下填充材料采用乳化瀝青水泥砂漿而在既有線上，因養(yǎng)生需 要時(shí)日，所以改用速凝旱強(qiáng)水泥灰漿，以期能在較短時(shí)間內(nèi)硬化，盡快開通線 路。 新干線的斷面尺寸為1 1 5 0 m m x 2 3 4 0 m m 1 9 0 m m ，采用寬1 1 5 0 r a m 是為能 增大寬枕對(duì)路基變形的追隨性。板底凹槽尺寸為6 5 0 m m 6 5 0 m i n x 3 0 r a m ，板 間距為1 0 0 m m 。 為保證l p c 枕的強(qiáng)度條件，要求路基表面地基系數(shù)1 1 0 m p a m ；考慮到扣 件的最大調(diào)高量，要求l p c 枕無砟軌道鋪設(shè)后的最終沉降量。當(dāng)列車速度為 2 5 0 k m h 時(shí)應(yīng)在3 0 i i l l l l 以內(nèi)；為保證旅客乘客的舒適性。在路堤比較松軟地段， 要求軌道最大撓度指數(shù)不大于1 1 8 0 0 ，高低不平最大折角指數(shù)不大于2 7 1 0 0 0 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 4 頁 2 2 2 土路基上混凝土道床板式無砟軌道 為改善r a 型板式軌道所用瀝青材料溫度敏感性高和耐久性差的不足，提出 了如圖2 7 所示的用水泥混凝土道床替代瀝青混凝土道床的結(jié)構(gòu)方案；并已在 北陸新干線上鋪設(shè)使用，約1 0 8k m 。 它是由砂層、下部鋪裝( 山級(jí)配碎石層、礦砟層、水泥穩(wěn)定處理層或?yàn)r青中 間層組成的強(qiáng)化路基) 、鋼筋混凝土底座、乳化瀝青水泥砂漿層( c a m ) ，a 型軌 道板、鋼軌扣件和鋼軌等構(gòu)成的。 圖2 7 土路基上混凝土道床板式軌道( 單位：衄) 這種軌道的特點(diǎn)是： ( 1 ) 可以使用在高架橋上和隧道內(nèi)等剛性基礎(chǔ)上廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)a 型軌道 板； ( 2 ) 采用了抗彎剛度大的混凝土底座，可以提高荷載的分散傳遞效果； ( 3 ) 與瀝青系材料相比，溫度敏感性低，耐久性優(yōu)； ( 4 ) 與瀝青鋪裝施工時(shí)可采用道路工程鋪裝用的大型施工機(jī)械相比，施工 效率降低了，并且需要較長(zhǎng)的養(yǎng)生時(shí)間； ( 5 ) 工程建設(shè)費(fèi)高于瀝青鋪裝軌道； ( 6 ) 應(yīng)采取防止混凝土因溫度收縮而出現(xiàn)裂紋的技術(shù)對(duì)策； ( 7 ) 與有砟軌道相比，噪聲和振動(dòng)大。 關(guān)于工程建設(shè)費(fèi)，如考慮其使用壽命期限內(nèi)的全部費(fèi)用( 建設(shè)費(fèi)+ 維修費(fèi)+ 管 理費(fèi)) ，未必就不經(jīng)濟(jì)。關(guān)于噪聲和振動(dòng)，可根據(jù)地基承載力的情況，視需要采 取減振降噪技術(shù)對(duì)策。關(guān)于提高施工效率和混凝土收縮裂紋，也可采取相應(yīng)對(duì) 策。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 5 頁 2 2 3 寬枕瀝青填充道床少維修軌道 日本鐵路鋪設(shè)的瀝青填充道床軌道是作為既有線少維修軌道而研制的，主 要有b 型和e 型2 種。其結(jié)構(gòu)型式見圖2 8 和圖2 - 9 。 圖2 8 日本b 型寬枕瀝青填充道床軌道( 單位：刪n ) 在經(jīng)過數(shù)十年運(yùn)營(yíng)后路基下沉和道砟壓入路基己完結(jié)，封鎖線路施工時(shí)， 先撤去舊枕和扒出部分舊砟，用振動(dòng)器將底砟夯實(shí)，并在其上面鋪設(shè)寬枕( e v e 枕) ，然后在寬枕周圍補(bǔ)充新砟并整正軌道，再注入預(yù)先加熱熔融的特殊瀝青( 氧 化瀝青和合成樹脂混合料，簡(jiǎn)稱b t b 混合物) 來填充寬枕和道床之間的空隙。 此外還在充分碾壓的道床表面噴灑預(yù)先拌和的瀝青封閉層，以防止表層水浸入。 圖2 - 9 日本e 型寬枕瀝青填充道床軌道( 單位：) b 型填充道床軌道己鋪設(shè)1 2 k i n ，運(yùn)營(yíng)調(diào)查表明，可大大減少養(yǎng)護(hù)維修工作 量，達(dá)到了少維修的目的。但也存在諸如在排水處理不當(dāng)?shù)赜蟹瓭{冒泥。瀝青 封閉層與l p c 枕接縫處開裂等現(xiàn)象。為此，又研發(fā)鋪設(shè)了e 型填充道床軌道。 e 型填充道床軌道的主要特征是把填充材料改用常溫瀝青水泥砂漿復(fù)合材 料( 簡(jiǎn)稱p t c a m ) 。以實(shí)現(xiàn)注入容易，早期強(qiáng)度快；同時(shí)，增設(shè)替代模板的土工 布以使注入厚度均一，也便于注入厚度的管理。 鋪設(shè)瀝青填充道床軌道時(shí)，應(yīng)特別注意路基支承力的影響。一般是隨著路 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 6 頁 基k 3 0 的降低l p c 枕的垂向位移及p t c a m 層的壓力及其剪應(yīng)力都將增大。如 果增加p t c a m 層的厚度剪應(yīng)力則可隨之降低。 2 3 國(guó)內(nèi)情況 我國(guó)在6 0 年代就曾在土質(zhì)路基上試鋪過一小段無砟軌道，但由于設(shè)計(jì)和施 工均存在較大問題，在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)了大量問題，如下沉、開裂等病害，后 不得不拆除。我國(guó)在土質(zhì)路基上鋪設(shè)無砟軌道的研究尚處于收集資料的起步階 段，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是如何有效控制以巖土為材料的路基工程殘余變形， 以滿足無砟軌道鋪設(shè)和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的要求，是土質(zhì)路基地段鋪設(shè)無砟軌道急需研 究解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。 我國(guó)遂渝線試驗(yàn)段選在重慶樞紐遂渝引入工程內(nèi)的龍風(fēng)隧道進(jìn)口蔣家橋 大橋，正線長(zhǎng)度1 2 8 3 7 k m ，設(shè)計(jì)速度為1 2 0 2 0 0 k m h 。在試驗(yàn)內(nèi)全部采用無砟 軌道型式，鋪設(shè)雙塊式無砟軌道和板式無砟軌道兩種結(jié)構(gòu)型式，土質(zhì)路基板式 軌道所采用的結(jié)構(gòu)型式為：軌道板寬度為2 4 0 0 r a m ，厚度為1 9 0 m m ，標(biāo)準(zhǔn)軌道 板長(zhǎng)度暫定為4 7 3 0 m m ，相鄰軌道板間隔7 0 m m ；軌道板下c a 砂漿設(shè)計(jì)厚度一 般為5 0 m m ；凸型擋臺(tái)半徑2 6 0 r a m ，高度2 5 0 m m ，凸型擋臺(tái)四周填充樹脂；混 凝土底座尺寸根據(jù)鋪設(shè)地段確定。設(shè)計(jì)需要的參數(shù)主要是參考日本和德國(guó)的技 術(shù)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 7 頁 第3 章高速鐵路路基變形特點(diǎn) 無砟軌道的上都結(jié)構(gòu)良好的保證了，軌道的精確定位，軌道的使用壽命長(zhǎng)， 對(duì)以后的維護(hù)要求也降低。但是，所有無砟軌道結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)都有一個(gè)重要的前 提條件，就是整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)的精確定位，因?yàn)檎麄€(gè)軌道在使用期內(nèi)沉降的調(diào)整 只能通過扣件。預(yù)期的殘余沉降會(huì)起很重要的作用，因此整個(gè)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 和施工對(duì)無砟軌道的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。 3 1 地基基礎(chǔ)的變形 引起地基基礎(chǔ)變形的原因主要可分成三類： ( 1 ) 因加載卸載引起的地基變形； ( 2 ) 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)因?yàn)橥翆幼陨碇亓Χ鸬淖冃危?( 3 ) 因動(dòng)力荷載作用引起的地基變形。 各土層的變形剛度將影響，在堆高路堤時(shí)發(fā)生的基礎(chǔ)沉降。這個(gè)隨著時(shí)間 變化的沉降分別受地下水位( 土體的飽和度) ，土體的含黏土量及所含的有機(jī)物 成分的影響。地基基礎(chǔ)的變形可以分成三個(gè)階段： ( 1 ) 瞬間沉降( 砂礫和沙) ； ( 2 ) 主要沉降( 固結(jié)變形) ； ( 3 ) 次要沉降( 蠕變) 。 對(duì)與非粘性土，只需考慮第一階段的變形。但對(duì)位于地下水位以下的沒有 預(yù)壓的軟土，第2 項(xiàng)變形才是最主要的，土的固結(jié)變形可以一直持續(xù)若干年， 這是無砟軌道所不期望出現(xiàn)的地基沉降現(xiàn)象。所以，必須對(duì)這樣的土層采取一 定的處理，如豎向排水系統(tǒng)等，以加快該地基土層的固結(jié)變形。對(duì)于含黏土及 有機(jī)物成份高的土層應(yīng)該特別注意，第3 階段的次要沉降( 蠕變) 。因?yàn)橥翆影l(fā) 生蠕變的時(shí)間比固結(jié)穩(wěn)定的時(shí)間要長(zhǎng)的多，可以說幾乎一直會(huì)延續(xù)下去，所以 對(duì)這種會(huì)發(fā)生蠕變的土層除了采取換土處理以外，還應(yīng)該預(yù)壓土層，以便盡可 能的減小土層的蠕變量。 在降低地下水位時(shí)也要引起注意，因?yàn)榈叵滤幌陆禃?huì)增加土顆粒間的有 效應(yīng)力而導(dǎo)致地基更多的沉降。對(duì)粘性土來說，會(huì)出現(xiàn)土體一般固結(jié)狀態(tài)向超 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 8 頁 固結(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的結(jié)果，因此造成持續(xù)的地基沉降。 在自身重力作用下的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降，一般考慮把路基堆高一定的高度，這 種彈性沉降與時(shí)間和土層材料有關(guān)。所以對(duì)地基基礎(chǔ)施工的質(zhì)量一定要把關(guān)， 如果施工時(shí)存在缺陷，那么也將會(huì)引起沉降，就會(huì)造成地基基礎(chǔ)填充材料分解 或解體，比如，設(shè)置地下水毛細(xì)管效應(yīng)隔絕層。 對(duì)地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些建議【1 9 1 ： 對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)的地基來說，所受動(dòng)荷載是重復(fù)頻率高，振幅小。通過對(duì) 地基采用一些可檢測(cè)的方法，可以去除行駛路段地質(zhì)上的風(fēng)險(xiǎn)。地基處理后， 它能夠有足夠的彈性和保證整個(gè)結(jié)構(gòu)位置在重復(fù)動(dòng)荷載的作用下不會(huì)移動(dòng)。也 就是說，下部基礎(chǔ)的顆粒級(jí)配盡可能少的進(jìn)行重新分配。一般情況下，無砟軌 道下部地基土層很少出現(xiàn)重新分配，所以土層應(yīng)該： ( 1 ) 盡可能的壓實(shí)； ( 2 ) 盡可能的均勻( 孔隙小且分布均勻) ； ( 3 ) 盡可能的減少土體相互間的應(yīng)力； ( 4 ) 用較硬的顆粒。 密實(shí)度高的，均質(zhì)的，堅(jiān)硬的土體石，是無砟軌道長(zhǎng)期保持在原來位置上 的前提條件。相對(duì)的，天然的卵石狀顆粒性能要優(yōu)于那些被人工弄碎的顆粒， 因?yàn)楹笳咭话愣加屑怃J的邊角。為了防止出現(xiàn)波狀的土層，因此從地基施工一 開始嚴(yán)格檢查施工位置。彈性的支撐和加固可以限制向兩邊發(fā)生偏差，為此， 可以使用一定的人工材料。地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降量是隨時(shí)間慢慢變緩的，所以 其施工應(yīng)盡早完成。為保證地基足夠的承載力及盡可能減小地基的沉降，除了 換土及地基密實(shí)處理外，還可采用其它地基處理方法，如采