伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

長昆客運專線漣水特大橋軌道結構設計方案研究

伍衛(wèi)凡

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

對長昆客運專線漣水特大橋(60+3×100+60) m連續(xù)梁上軌道結構進行研究，提出不同軌道結構設計方案，并通過相關調研及計算分析，得出適宜于漣水特大橋上的軌道結構設計方案。采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構時，需設置鋼軌伸縮調節(jié)器；若設置鋼軌伸縮調節(jié)器，將增加工務部門養(yǎng)護維修工作量，應減少鋼軌伸縮調節(jié)器的設置；采用CRTSⅡ型板式無砟軌道時，可不設置鋼軌伸縮調節(jié)器。結論：漣水特大橋設計采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構。

客運專線鐵路；無砟軌道；大跨連續(xù)梁；軌道結構；設計

1 概述

大跨連續(xù)梁上無縫線路設計是高速鐵路軌道設計的難點及重點，在大跨連續(xù)梁橋上鋪設無縫線路，由于橋梁溫度跨度很大，導致鋼軌溫度附加力很大，對鋼軌的強度和穩(wěn)定性產生不利影響。因此對大跨連續(xù)梁橋上軌道結構方案研究具有較大工程實用意義。

長昆客運專線漣水特大橋全橋長7.56 km，共15個墩臺，梁型為10-32 m簡支梁+(60+3×100+60) m連續(xù)梁。全橋位于直線段，縱斷面位于-3‰的縱坡上。

2 類似跨度橋上軌道結構設計方案

目前，類似跨度橋上的軌道結構設計方案見表1。

從表1可知：(1)類似跨度橋梁位于平曲線或豎曲線上時，軌道結構均采用小阻力扣件方案，未設置鋼軌伸縮調節(jié)器。其中，溫福鐵路飛云江特大橋有砟軌道最大溫度跨度為400 m，廣珠城際鐵路容桂水道特大橋雙塊式無砟軌道最大溫度跨度為332 m[3]。(2)類似跨度橋梁位于直線上時，軌道結構設置鋼軌伸縮調節(jié)器[3]。

3 大跨度橋梁無縫線路軌道狀態(tài)調研情況

3.1 大跨度橋梁上不設置鋼軌伸縮調節(jié)器使用現狀

(1)溫福鐵路飛云江特大橋運營中高溫季節(jié)發(fā)生了梁端軌道方向不良和上拱等病害。

表1 大跨橋梁軌道設計統(tǒng)計

(2)容桂水道特大橋上、下行大跨度連續(xù)剛構橋兩端出現了半圓形凸臺與底座連接處拉裂病害；梁端小阻力扣件復合墊板均有不同程度的在鐵墊板上竄出現象；半圓形凸臺周圍填充樹脂與軌道板產生離縫，最大離縫寬度約為12 mm。

3.2 大跨度橋梁上鋼軌伸縮調節(jié)器使用現狀

從運營情況來看，鋼軌伸縮調節(jié)器總體情況正常，主要存在以下問題。

(1)武廣客運專線株洲湘江特大橋、衡陽湘江特大橋鋼軌伸縮調節(jié)器范圍內軌向、軌距易發(fā)生變化，鋼軌伸縮調節(jié)器扣壓件易松動。

(2)梁縫處扣件墊板反復竄出(圖1)。據工務部門觀測，伸縮調節(jié)器梁縫處扣件墊板反復竄出，需要及時檢查、復位。

圖1 梁縫處扣件墊板竄出

(3)運營部門發(fā)現伸縮調節(jié)器軌撐螺栓有松動現象，需要及時復擰。

由此可見，對于大跨度橋梁，采用小阻力扣件有可能引起軌道方向不良和上拱等病害,,采用鋼軌伸縮調節(jié)器則會形成線路的薄弱環(huán)節(jié)，容易造成軌道不平順，影響行車的舒適性，同時給工務部門帶來較大的養(yǎng)護維修工作量，設計中應盡量減少采用。因此，對于長昆客運專線漣水特大橋工點，需要對軌道結構方案展開研究，提出適宜于大跨連續(xù)梁上的軌道結構設計方案。

4 軌道結構設計方案研究

4.1 軌道結構設計參數

長昆客運專線正線軌道采用60 kg/m、U71Mn(G)軌鋼軌，一次鋪設跨區(qū)間無縫線路，一般地段采用WJ-8型扣件。

鋼軌相關設計參數見表2。WJ-8型常阻力扣件線路縱向阻力按圖2取值[5，6]，小阻力扣件線路縱向阻力取6.5 kN/m/軌，扣件節(jié)點間距a取650 mm。 鎖定軌溫和最大溫升、溫降情況如表3所示。

表2 鋼軌相關計算參數

圖2 WJ-8型扣件縱向阻力

4.2 軌道結構設計方案

4.2.1 方案1：采用小阻力扣件方案

(1)軌道結構

漣水特大橋全橋采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構，在(60+3×100+60) m連續(xù)剛構梁均不設置鋼軌伸縮調節(jié)器，而在連續(xù)梁及相鄰2孔簡支梁對稱布置小阻力扣件，其余地段采用常阻力扣件，小阻力扣件縱向阻力取值6.5 kN/m/軌。漣水特大橋軌道結構及小阻力扣件布置范圍見圖3。

圖3 漣水特大橋軌道結構及小阻力扣件布置示意(單位：m)

(2)橋上無縫線路檢算

根據橋上無縫線路[7-9]，計算得到(60+3×100+60) m大跨連續(xù)梁鋼軌伸縮附加力見圖4，鋼軌強度檢算見表4。

圖4 鋼軌伸縮附加力(方案1)(單位：kN)

鋼軌強度檢算無法通過。鋼軌斷縫為42.6 mm[10]，能滿足無砟軌道允許斷縫70 mm的要求。無縫線路穩(wěn)定性可以滿足要求。

(3)小結

在連續(xù)梁及相鄰2孔簡支梁對稱布置小阻力扣件，鋼軌的強度檢算不能夠滿足要求，該方案不可行。

4.2.2 方案2：設置鋼軌伸縮調節(jié)器方案

漣水特大橋全橋采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構，在(60+3×100+60) m連續(xù)梁兩端均設置鋼軌伸縮調節(jié)器，鋼軌伸縮調節(jié)器區(qū)段采用軌枕埋入式無砟軌道。根據《高速鐵路設計規(guī)范》(TB10621—2014)規(guī)定“9.7.1橋梁、線路和軌道之間應進行系統(tǒng)設計，減小鋼軌伸縮調節(jié)器的設置。平面曲線和豎曲線地段應避免設置鋼軌伸縮調節(jié)器”[11]。通過對國內鋼軌伸縮調節(jié)器使用現狀進行調研[2，12]，采用鋼軌伸縮調節(jié)器方案，會造成行車舒適性下降，工務養(yǎng)護維修工作量增加，應盡量避免采用。

4.2.3 方案3：采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構方案

(1)軌道結構

漣水特大橋全橋采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構，不設置鋼軌伸縮調節(jié)器，如圖5所示。

圖5 漣水特大橋全橋采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構示意(單位：m)

(2)橋上無縫線路檢算

根據橋上無縫線路，得到(60+3×100+60) m大跨連續(xù)剛構梁鋼軌伸縮附加力見圖6，鋼軌強度檢算見表5。

圖6 鋼軌伸縮附加力(方案3)(單位：kN)

當采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構，鋼軌強度可以通過檢算。鋼軌斷縫為25.4 mm，滿足無砟軌道允許斷縫值的要求。無縫線路穩(wěn)定性可以滿足要求。

(3)軌道結構設計計算

①計算模型

圖7 計算模型示意

CRTSⅡ型板式無砟軌道(由軌道板、CA砂漿和底座板組成)變形和傳力特性類似于無縫線路中的長軌條，必須考慮其對梁軌相互作用的影響。根據CRTSⅡ型板式無砟軌道橋上連續(xù)底座板式無砟軌道縱向傳力特點，建立圖7所示的線板橋墩空間一體化縱向力計算模型，線路縱向考慮鋼軌、縱連軌道板、橋梁和橋墩的相互作用。根據已有試驗結論，模型中認為CA砂漿能完全保證軌道板和底座板的協調同步變形，因此，將軌道板和底座板縱向看成一塊板。鋼軌和無砟道床通過扣件縱向阻力相互作用，無砟道床和橋梁通過固結機構和摩擦阻力進行相互作用。

為反映縱連軌道結構的縱向傳力特性以及其影響因素，在模型中將結構都簡化為層狀體系的桿件，結構層之間的連接采用非線性彈簧單元進行模擬。

底座板設計計算流程見圖8。

圖8 底座板計算流程

②軌道結構計算參數(表6)

表6 軌道結構基本計算參數

③剛度折減

CRTSⅡ型板式無砟軌道底座板為縱連結構，在溫度荷載作用下產生開裂，造成混凝土剛度折減，根據試驗結果，縱連混凝土結構溫度作用下本構關系按圖9計算。

圖9 混凝土構件不同工作狀態(tài)時法向力與應變關系

④計算結果

經計算，底座板制動附加力如圖10所示。底座板最大制動附加力為2 160 kN。

經對底座配筋計算，底座需要配筋183 cm2，結果見表7。

圖10 底座板制動附加力 (單位：kN)

(4)小結

采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構，鋼軌強度、斷縫、穩(wěn)定性可以通過檢算，軌道結構可以通過檢算，并可避免設置鋼軌伸縮調節(jié)器，該方案可行。

表7 底座配筋計算結果 cm2

5 結語

為減少鋼軌伸縮調節(jié)器設置，長昆客運專線漣水特大橋上軌道結構設計采用了CRTSⅡ型板式無砟軌道結構，本工程已于2014年12月16日正式開通運營，因此，對于大跨連續(xù)梁結構，為避免設置鋼軌伸縮調節(jié)器，減少工務部門養(yǎng)護維修工作量，可考慮采用CRTSⅡ型板式無砟軌道結構。

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Research on Structural Design Scheme of Lianshui Extra-long Bridge on Changsha to Kunming Dedicated Railway Passenger Line

WU Wei-fan

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142， China)

This paper focuses on the structural design scheme of (60+3+3×100+60) m continuous beam of Lianshui bridge on Changsha to Kunming dedicated railway passenger line and puts forward different track structure design schemes. Reasonable structural design scheme is obtained based on relevant investigation and calculating analysis. It is concluded that when the CRTSⅠBi-block sleeper track is used， the rail expansion joint is required; if rail expansion joint is employed， more maintenance and repair works are needed， thus， less rail expansion joint should be arranged; when CRTSⅡslab track is used， rail expansion joins are not necessarily required. So CRTSⅡslab track is designed for Lianshui bridge.

Dedicated railway passenger line; Slab track; Large span continuous beam; Track structure; Design

2015-04-10；

2015-04-17

伍衛(wèi)凡 (1972—)，男，高級工程師，1994年畢業(yè)于西南交通大學鐵道工程專業(yè)，工學學士，E-mail：729592327@qq.com。

1004-2954(2015)11-0052-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.013