树脂轨枕有砟轨道结构优化研究
摘要
由于不同的发展背景，有砟轨道结构形式和设计理论世界各地是不同的。在日本，板式轨道通常放在坚实的基础上，如首先放在桥梁或隧道，后来逐渐发展到土质路基上。日本的设计理论采用单元设计，考虑列车荷载的影响。德国首先把有砟轨道放在土路基，然后放在桥梁和隧道的基础上。有砟轨道连续结构要考虑热效应。中国早期的有砟轨道主要铺设在隧道中，主要考虑列车荷载的影响。随着有砟轨道应用的日益完善，高速铁路有砟轨道的创新研究，已经逐渐形成一套相对通用设计理论和结构体系。本文基于中国的有砟轨道创新研究成果综述了计算方法和参数，以及结构设计的过程还有简要的介绍了设计理论。最后，对未来工作提供一些建议，包括列车车和温度载荷的耦合作用下疲劳特性，耐久性、长期动力特性和有砟轨道的维护机制。
关键词：树脂轨枕 有砟轨道 结构优化
Abstract
Due to different development backgrounds, the structural form and design theory of ballasted track are different from all over the world. In Japan, slab tracks are usually placed on a solid foundation, such as bridges or tunnels, and then gradually develop into soil subgrade. The design theory of Japan adopts unit design, taking into account the influence of train load. Germany first placed ballasted track on the soil roadbed, then placed it on the bridge and tunnel foundation. The continuous structure of ballastballed track should take into account the thermal effect. The early ballasted track in China is mainly paved in tunnels, mainly considering the influence of train load. With the increasingly perfect application of ballasted track, innovative research on ballastless track of high-speed railway has gradually formed a relatively universal design theory and structural system. Based on the research results of ballasted track in China, this paper summarizes the calculation methods and parameters, as well as the process of structural design, and briefly introduces the design theory. Finally, some suggestions for future work are provided, including the fatigue characteristics, durability, long-term dynamic characteristics and the maintenance mechanism of ballastballed track under the coupling of train cars and temperature loads.
Key words: structural optimization of resin sleeper ballasted track
目录
第1章 绪论 3
1.1 高速铁路发展概况 3
1.1.1 世界高速铁路发展的三次浪潮 4
1.1.2 国内高速铁路发展概况 5
1.2 高速铁路轨道结构特点 6
1.3 课题研究的必要性和主要研究内容 7
1.3.1 必要性 7
1.3.2 主要研究内容 8
第2章 铁路工务养护维修体制现状 9
2.1 法、日、德高速铁路养护维修体制 9
2.1.1 法国 9
2.1.2 日本 9
2.1.3 德国 10
2.2 我国高速铁路养护维修体制及问题 10
2.2.1 缺乏较精确的检测方法 10
2.2.2 缺陷的判断不科学 11
2.2.3 作业方法落后 11
2.3 国内外线路养护维修差异性分析 11
2.3.1 高速铁路线路养护维修核心内容 11
2.3.2 线路的检测 11
第3章 树脂轨枕有砟轨道的结构及其特点 13
3.1 树脂轨枕有砟轨道结构 13
3.1.1 长枕埋入式 13
3.1.2 板式 13
3.1.3 弹性支承块式 14
3.1.4 CRTSⅡ型板式 14
3.1.5 CRTSⅡ型双块式 16
3.2 树脂轨枕有砟轨道的结构特点 17
3.2.1 CRTSⅡ型板式结构特点 17
3.2.2 CRTSⅡ型双块式结构特点 17
3.3 有砟轨道设计综述理论及结构设计 18
3.3.1. 列车荷载应力计算 18
3.3.2. 温度应力的计算 2
3.3.3. 翘曲应力计算 3
3.3.4. 计算地基变形的效果 4
3.3.5. 有砟轨道结构的设计 4
第4章 树脂轨枕有砟轨道的病害及养护与维修 9
4.1 树脂轨枕有砟轨道养护维修的相关标准 9
4.1.1 树脂轨枕有砟轨道养护维修的相关规范 9
4.1.2 树脂轨枕有砟轨道主要技术标准 9
4.2 树脂轨枕有砟轨道的病害及检测设备 13
4.2.1 病害(缺陷)机理分析 13
4.2.2 检测设备 14
4.3 树脂轨枕有砟轨道结构检查 15
4.3.1 静态检查 15
4.3.2 动态检査 16
4.3.3 树脂轨枕有砟轨道质量评定 17
4.4 树脂轨枕有砟轨道养护与维修内容 19
4.4.1 树脂轨枕有砟轨道日常养护 19
4.4.2 树脂轨枕有砟轨道设备维修内容 19
4.4.3 树脂轨枕有砟轨道养护维修作业评估 20
4.5 树脂轨枕有砟轨道的养护与维修方法 20
4.5.1 树脂轨枕有砟轨道部件整修 21
4.5.2 树脂轨枕有砟轨道整正作业 21
4.6 树脂轨枕有砟轨道维修的几点思考 21
第5章 CRTSⅡ型轨道板裂缝初探 23
5.1 CRTSII型板裂缝成因分析 23
5.1.1 混凝土裂缝的影响 23
5.1.2 混凝土裂缝形成原因 23
5.1.3 混凝土开裂机理 24
5.1.4 轨道板裂缝的特征 25
5.1.5 轨道板裂缝的出现部位 26
5.1.6 轨道板裂缝成因分析 26
5.2 CRTSII型板裂缝预防措施及修补方法 30
5.2.1 裂缝控制标准 30
5.2.2 裂缝的预防措施 33
5.2.3 裂缝的修补方法 36
第6章 结束语 38
6.1 结论 38
6.2 建议 38
6.3 展望 39
参考文献 41
第1章 绪论
1.1 高速铁路发展概况
根据UIC（国际铁路联盟）定义，高速铁路是指通过原有线路直线化、轨距标准化，使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。高速铁路除了列车营运速度达到一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升，广义的高速铁路还包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。与其他运输方式相比，高速铁路具有输送能力大、速度快、安全性好、正点率高、舒适方便、能源消耗低、环境影响轻、经济效益好等特点，比较优势明显。从各地运行状况看，高速铁路以客运为主，仅有少数线路开展货运业务。
1.1.1 世界高速铁路发展的三次浪潮
第一次发展浪潮：1964年～1990年。世界上第一条真正意义上的高速铁路是日本东海道新干线，该线路从东京起始，途经名古屋、京都等地终至（新）大阪，全长515.4km，运营速度高达210km/h。1964年10月新干线的正式通车，标志着世界高速铁路新纪元的到来。东海道新干线在技术、商业、财政以及社会效益上都获得了极大的成功，高速铁路建设成就极其显著。由于运行效益好，日本于1972年又修建了山阳、东北和上越新干线。日本新干线的成功，给欧洲国家以巨大冲击，各国纷纷修建高速铁路。法国高铁（TGV）于1981年在巴黎与里昂之间开通，如今已形成以巴黎为中心、辐射法国各城市及周边国家的铁路网络，法国（TGV）东南线也在运营10年的期限里完全收回了投资。此后，德国开发了高铁系统，意大利修建了罗马至佛罗伦萨线。除北美外，世界上经济和技术最发达的日本、法国、意大利和德国共同推动了高速铁路的第一次建设高潮。
第二次发展浪潮：1990年至90年代中期。这一时期高速铁路表现出新的特征：一是已建成高速铁路的国家进入高速铁路网规划建设阶段。这一时期，日、法、德等国对高速铁路网进行了全面规划。日本于1971年通过了新干线建设法，并对全国的高速铁路网做出了规划，日本高速铁路网的建设开始向全国普及发展。法国于1992年公布全国高速铁路网的规划，计划20年内新建高速铁路总里程4700km。德国于1991年4月批准了联邦铁路公司改建、新建铁路计划，包括13个项目，其中新建高速铁路4项。意大利政府于1986年批准了交通运输发展规划纲要，修建横连东西、纵贯南北、长达1230km的“T”形高速铁路网。二是跨越国境的高速铁路建设成为趋势。英吉利海峡隧道于1994年把法国与英国连接在一起，开创了第一条高速铁路国际联结线。从巴黎开出的“欧洲之星”于1997年将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。欧洲国家大规模修建本国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。这次高速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、环境、交通政策的需要。欧洲议会于1991年批准了建设泛欧高速铁路网规划，规划中提出的在各国边境地区实施15个关键项目将有助于各个国家独立高速线之间的联网。三是高速铁路技术创新实现新突破。高速铁路建设在日本等国所取得的成就影响了很多国家，促进了各国对高速铁路的关注和研究。1991年，瑞典开通了X2000摆式列车。1992年，西班牙引进法、德两国的技术建成了471km的马德里至塞维利亚高速铁路。为赶超日本，法国和德国先后着手进行过高速铁路试验。1981年法国TGV最高试验速度达到380km/h，1988年西德ICE达406.9km/h，1990年法国的TGV又创造了515.3km/h的世界纪录，目前高速轮轨铁路的速度纪录保持者是法国的TGV—V50(2007年4月3日，574.8km/h)。欧洲国家高速铁路技术的进展反过来又“刺激”了日本，使之加强了技术研究和新型车辆的开发，山阳新干线和东海道新干线的运行速度分别提高到现在的275km/h和300km/h。
第三次发展浪潮：从20世纪90年代中期至今。1998年10月在德国柏林召开的第三次世界高速铁路大会，将当前高速铁路的发展定为世界高速铁路发展的第三次高潮。参与第三次高速铁路建设的各个国家与前两次高速铁路建设不同，其特征主要表现为：一是多数国家在高速铁路新线建设初期制定了修建高速铁路的全国规划；二是虽然建设高速铁路所需资金较大，但从社会效益、节约能源、治理环境污染等诸多方面分析，修建高速铁路对整个社会具有较好的效益，成为各国政府的共识；三是高速铁路促进地区之间的交往和平衡发展，欧洲国家已经将建设高速铁路列为一项政治任务，各国呼吁在建设中携手打破边界的束缚；四是高速铁路从国家公益投资转向多种融资方式筹集建设资金，建设高速铁路出现了多种形式融资的局面；五是高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。这次高潮波及到亚洲、北美、澳洲以及整个欧洲，形成了交通领域中铁路的一场复兴运动。自1992年以来，俄罗斯、韩国、我国台湾省、澳大利亚、英国、荷兰等国家和地区先后开始了高速铁路新线的建设。据不完全统计，为了配合欧洲高速铁路网的建设，东部和中部欧洲的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊以及罗马尼亚等国家正对干线铁路进行改造，全面提速。亚洲（韩国和中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）也都掀起了建设高速铁路的新热潮。
