馬榮田

(中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展,尤其是高速無砟鐵路的興建,鐵路所通過路段的各種地質(zhì)情況越來越復(fù)雜。為了最大限度地減少災(zāi)害的發(fā)生,以及滿足線路穩(wěn)定性、平順性、經(jīng)濟合理性的要求,無論是在其勘察、設(shè)計還是施工階段,鐵路路堤和地基的整體穩(wěn)定性分析一直都是巖土工程領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題之一。對于不同的影響因素對路堤穩(wěn)定性的作用效果，已經(jīng)有許多學(xué)者做了大量的研究[1-9]，但針對鐵路路堤動力性能測試分析方面的研究較少。

本文通過長白烏鐵路擴能改造工程路堤進(jìn)行實車運行測試，分析CRH2C-2068綜合檢測列車在速度等級分別為140，160，170，176 km/h運行條件下季節(jié)性凍土區(qū)鐵路路堤的動力特性。對列車通過時路堤的受力、變形以及振動特性進(jìn)行測試，結(jié)合路基基床土體的強度特性，評價路堤動力性能的工程適應(yīng)性。

1 工程概況

長白烏鐵路擴能改造工程于2014 年12月31日開工建設(shè)，是對長春—白城、白城—烏蘭浩特既有鐵路進(jìn)行擴能改造。該線路為雙線電氣化有砟軌道Ⅰ級鐵路，設(shè)計時速160 km，起自長春市，途經(jīng)農(nóng)安縣、松原市、大安市、白城市，止于烏蘭浩特市，全長412 km，設(shè)車站25座，其中客運業(yè)務(wù)辦理站17座。長白烏鐵路進(jìn)一步優(yōu)化了東北快速鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使烏蘭浩特、白城、松原等城市邁入動車時代，對更好地滿足人民群眾出行需求、促進(jìn)沿線旅游資源開發(fā)、推動吉林和內(nèi)蒙古經(jīng)濟社會發(fā)展都將發(fā)揮重要作用。

季節(jié)性凍土極易在擴能改造工程的影響下失去原有的熱平衡狀態(tài)，引起一系列凍土工程地質(zhì)問題，其中最主要的是凍脹和融沉。路堤是多年凍土區(qū)道路工程較為復(fù)雜的路段之一，由于加高路堤會改變多年凍土的熱平衡狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致路堤的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，極有可能會造成路堤病害及破壞[10-12]。因此，有必要針對長白烏鐵路擴能改造工程路堤性能開展測試分析。

長白烏鐵路于2017 年6月5日進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試和動態(tài)檢測階段。針對長白烏鐵路路堤，采用CRH2C-2068綜合檢測列車對動車組通過時路堤動力參數(shù)進(jìn)行了測試，以確定路堤是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，為設(shè)計與施工提供指導(dǎo)。

2 路堤動力性能現(xiàn)場測試方法和內(nèi)容

路堤動力性能現(xiàn)場測試主要在路堤基床的相應(yīng)位置布置壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器，通過信號線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這一過程將現(xiàn)場的物理量轉(zhuǎn)換為電信號，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)再將電信號轉(zhuǎn)換為物理量。測試前需要將傳感器予以標(biāo)定，確定電信號和物理量間的對應(yīng)關(guān)系。各參數(shù)試驗方法為：①動應(yīng)力測試模塊采用土壓力傳感器+數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。②動變形測試模塊采用高精度位移計+數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。③振動加速度測試模塊采用振動加速度傳感器+數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

檢測系統(tǒng)及檢測流程見圖1。

圖1 檢測系統(tǒng)及檢測流程

測試路堤在不同速度等級動車組運行時路基基床的動荷載、動變形及振動特性，分析在動車組通行條件下路堤的動力特性，結(jié)合路基土體的強度特性，評價其適應(yīng)性。主要測試內(nèi)容包括路堤的動荷載、動變形和振動加速度。

3 測試數(shù)據(jù)分析

由于季節(jié)性動土區(qū)鐵路高填方路堤因凍融循環(huán)作用易出現(xiàn)局部沉陷或整體沉陷、滑動或邊坡滑坍、縱向開裂等危及列車運營安全的病害，故選取長白烏鐵路的2處高填方路堤作為測試對象，具體測試工點見表1。

表1 鐵路路堤動力性能測試工點

3.1 路堤測點1動力性能

①動荷載分析

主要測試鋼軌下基床表面的動荷載。動車組以不同速度通過時，路堤動荷載與列車速度的關(guān)系見圖2?？芍瑒雍奢d隨列車速度提高變化不明顯。

圖2 動荷載與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面動荷載，結(jié)果見表2?？芍?，路堤基床表面動荷載最大值32 kPa，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表2 路堤基床表面動荷載統(tǒng)計結(jié)果

②動變形分析

主要測試軌枕間鋼軌外側(cè)路基表面的動變形。動車組以不同速度通過時，路堤動變形與列車速度的關(guān)系見圖3?？芍?，動變形隨列車速度提高變化不明顯。

圖3 動變形與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面動變形，結(jié)果見表3?？芍返袒脖砻鎰幼冃巫畲笾?.54 mm，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表3 路堤基床表面動變形統(tǒng)計

③振動特性分析

主要測試軌枕間鋼軌外側(cè)基床表面的振動加速度。動車組以不同速度通過時，路堤振動加速度與列車速度的關(guān)系見圖4?？芍駝蛹铀俣扰c列車速度的關(guān)系不明顯。

圖4 振動加速度與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面振動加速度，結(jié)果見表4?？芍?，路堤基床表面振動加速度最大值1.0 m/s2，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表4 路堤基床表面振動加速度統(tǒng)計結(jié)果

3.2 路堤測點2動力性能

①動荷載分析

動車組以不同速度通過時，路堤動荷載與列車速度關(guān)系見圖5?？芍瑒雍奢d隨列車速度提高變化不明顯。

圖5 動荷載與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面動荷載，結(jié)果見表5?？芍?，路堤基床表面動荷載最大值29 kPa，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表5 路堤基床表面動荷載統(tǒng)計結(jié)果

②動變形分析

動車組以不同速度通過時，路堤動變形與列車速度的關(guān)系見圖6?？芍瑒幼冃坞S列車速度提高變化不明顯。

圖6 動變形與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面動變形，結(jié)果見表6。可知，路堤基床表面動變形最大值0.30 mm，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表6 路堤基床表面動變形統(tǒng)計結(jié)果

③振動特性分析

動車組以不同速度通過時，路堤振動加速度與列車速度的關(guān)系見圖7。可知，振動加速度隨列車速度提高呈增大趨勢。

圖7 振動加速度與列車速度的關(guān)系

統(tǒng)計動車組通過時基床表面振動加速度，結(jié)果見表7。可知，路堤基床表面振動加速度最大值1.2 m/s2，小于相應(yīng)的限值，說明路堤的設(shè)置基本合理[8]。

表7 路堤基床表面振動加速度統(tǒng)計結(jié)果

4 結(jié)論

對綜合檢測列車在不同列車速度條件下通過路堤各測試工點動力參數(shù)進(jìn)行檢測，得出：

1)路堤K14+973所測動荷載最大值32 kPa，動變形最大值為0.54 mm，振動加速度最大值為1.0 m/s2，均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

2)路堤K62+119所測動荷載最大值29 kPa，動變形最大值為0.30 mm，振動加速度最大值為1.2 m/s2，均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3)該鐵路路堤動荷載、動變形、振動加速度滿足相關(guān)規(guī)范的要求，路堤動力性能滿足動車組以160 km/h 及以下速度運行時的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。