道床參數對無縫線路穩定性的試驗研究

摘 要：在有砟軌道上，道床對軌枕的橫向阻力在軌道的橫向穩定性中有著重要作用。文章先對道床肩寬與砟肩堆高這兩個參數獨立研究，分析各自參數的改變與道床阻力的增長關系，然后將二者得到的實驗數據擬合到一起，分析兩參數的組合與道床阻力特性的關系，得出提高道床橫向阻力的最佳參數分布域。

關鍵詞：道床參數；無縫線路；穩定性

1 概述

道床橫向阻力是預防有砟軌道無縫線路脹軌跑道的關鍵因素，在無縫線路高穩定性要求下，保證道床具有一定的橫向阻力意義重大[1]。道床橫向阻力由枕底、枕側和砟肩阻力組成，國內外針對道床橫向阻力做了大量研究工作，道床與軌枕之間的摩擦阻力在道床橫向阻力中占絕大比例[2]。在本試驗中，關于道床橫向阻力的特性，通過在現場使用儀器測量不用道床肩部形狀下的橫向阻力得出數據得出結論。

2 試驗概況

2.1 設備情況

試驗設備主要采用了機械式道床阻力測試裝置。該阻力測試裝置主要包含兩個部分，壓力加載部分和數據讀取部分，其中壓力加載部分主要是使用液壓千斤頂對鋼軌進行加載以便軌枕產生橫向位移，如圖1組中左側所示，數據讀取部分主要是依靠百分表等部件測試軌枕受力后產生的位移情況，如圖1中右側所示。

2.2 實驗工況

從軌道結構體系的受力角度來看，道床的砟肩寬度對道床橫向阻力產生很大的影響，雖然從理論上說隨著肩寬的增大道床的橫向阻力會逐漸增加，但肩寬過大也會提高對人力物力的要求，因此選擇一個適度的道床肩寬一直以來都是一個值得研究的問題[3]。在文章的實驗研究中道床肩寬的參數依據《鐵路軌道設計規范TB10082-2005》的規定選定為20厘米、30厘米、40厘米、50厘米、60厘米。

3 測試方案與方法

3.1 測試方法

道床橫向阻力采用試驗現場原位測試方法測試，將被測軌枕所有扣件松開，并抽出膠墊，利用鋼軌提供的反力橫向推移被測軌枕。測試采用千斤頂施加橫向推力，測力儀記錄推力數值，百分表記錄軌枕位移。

3.2 數據處理及分析

考慮到無縫線路失穩破壞通常發生在道床橫向阻力較為薄弱的地段，故對于橫向阻力實測數據的處理采用偏于保守的數理統計方法。將測量值取均值后減去其2.5倍的標準方差，作為道床橫向阻力最小可能值，并將該最小可能值轉化為穩定性檢算中采用的單位長度阻力[5]。

4 實驗結果與結論

為了更加深入的研究橫向阻力特性與道床參數的關系，文章將實驗測得的數據進行詳細分析，因此，現將兩個影響參數道床肩寬與砟肩堆高進行單獨分析。

4.1 道床肩寬與橫向阻力之間的關系

如圖2所示，固定堆高值為0，分別測量道床肩寬為20、30、40、50、60。

從圖2可見，隨著道床肩寬的增加橫向阻力會逐漸增大。當肩寬由20厘米增加到30厘米，橫向阻力增加4.7%，當肩寬增加到40厘米時，道床橫向阻力增加16.1%，當繼續以每10厘米的增加阻力的增加比例為5.64%和3.21%，阻力增加不顯著。

4.2 道床砟肩堆高與橫向阻力之間的關系

固定道床肩寬值30，固定坡角為45°。分別測量砟肩堆高為0、15、30時的橫向阻力值，結果如圖3所示。

1960年以前，我國鐵路對砟肩堆高并無規定，隨著無縫線路的廣泛推廣，脹軌跑道現象經常發生，采取砟肩堆高最初是為了防止無縫線路脹軌跑道，近年來，《高速鐵路設計規范（試行）》《鐵路線路設計規范》等規范中均有砟肩堆高150毫米的規定。

堆高砟肩能顯著提高道床阻力，與采用加寬道床砟肩寬度相比，能有效節約道砟用量，計算結果表明，砟肩堆高在120毫米及以上時，能滿足上述規范中橫向阻力的規定，繼續增大砟肩堆高可增大橫向阻力，但砟肩堆高超過200毫米后，橫向阻力增幅明顯減小。

5 成果與分析

道床橫向阻力與道床肩寬、砟肩堆高有著密不可分的聯系，兩種參數的增加都會提高道床的橫向阻力值，并且兩個參數在單獨提高的同時增幅也由高到低產生變化，考慮到經濟因素與結構合理性等問題，現將兩種參數同時考慮，找出既能滿足規范中的參數限定值的要求還能最大化的提高道床橫向阻力的參數分布值，最終主要獲得了以下結論：

可以看出堆高從0到30厘米的增長過程中，增幅是一個先增長后減緩的過程，也就是說堆高增加幅度在15厘米左右后達一個峰值。

同樣在可以看出道床肩寬的增長幅度也和砟肩堆高類似，當肩寬在400厘米左右處整張幅度減緩，因此增幅也是一個先增長后減緩的過程。

參考文獻

[1]潘冰.道床橫向阻力測試修正值的探討[J].鐵道建筑，2005（11）：99-100.

[2]佐藤吉彥.關于道床橫向阻力特性的試驗結果[J].鐵道建筑，1983（10）：156-158.

[3]高亮，羅奇.道床斷面尺寸對道床橫向阻力的影響[J].西南交通大學學報，2014（12）：22-24.

[4]楊艷麗.Ⅲ型混凝土軌枕有砟道床縱橫向阻力設計參數試驗研究[J].鐵道工程學報，2010（10）：45-46.

[5]高亮，谷愛軍.道床阻力測試方法的新探討[J].北方交通大學學報，1999（8）：86-87.