師彬

（昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650217）

道床是有砟軌道最主要的組成部分之一，同時(shí)也是有砟維持軌道動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性的主要組成部分。道床要維持鋼軌的幾何形位和平順性，這就要求道床的橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度等主要狀態(tài)參數(shù)滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外學(xué)者對道床狀態(tài)參數(shù)相關(guān)研究比較多，比較典型的如下：

于譯等人通過研究床肩寬與砟肩堆高與道床阻力的增長關(guān)系，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：道床橫向阻力與道床肩寬、砟肩堆高兩種參數(shù)的增加都會(huì)提高道床的橫向阻力值[1]。

KHATIBI F 等采用離散元法建立了有砟軌道數(shù)值模型對道床橫向阻力進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：道床空隙率是道床橫向阻力最有效的影響因素，當(dāng)?shù)来部障堵蕼p小10%時(shí)，道床橫向阻力平均增加18%[2]。

高亮對秦沈客運(yùn)專線道床整形結(jié)束單元軌節(jié)鎖定前、區(qū)間無縫線路形成工程車碾壓3 個(gè)多月和初驗(yàn)以前3 個(gè)時(shí)段道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度等參數(shù)進(jìn)行綜合測試和分析研究的基礎(chǔ)上，對跨區(qū)間無縫線路道床狀態(tài)指標(biāo)的確定、施工控制等方面提出合理的建議[3]。

黃海等對膠濟(jì)客運(yùn)專線建設(shè)過程中不同施工階段道床質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明：不同施工階段、不同機(jī)具、不同作業(yè)條件對道床狀態(tài)參數(shù)的影響有所不同，試驗(yàn)結(jié)果可供客運(yùn)專線跨區(qū)間無縫線路鋪設(shè)及安全開通運(yùn)營提供借鑒[4]。

在新建鐵路有砟軌道施工作業(yè)過程中，大型養(yǎng)路機(jī)械（后簡稱大機(jī)）已成為道床搗固、穩(wěn)定作業(yè)的主要作業(yè)手段。那么在大機(jī)作業(yè)過程中，道床主要狀態(tài)參數(shù)隨大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的增加是如何變化的，為了探尋新建有砟鐵路精整道大機(jī)施工作業(yè)對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度等參數(shù)的影響，尋求合理的大機(jī)施工作業(yè)方式，本文將設(shè)計(jì)大機(jī)一搗一穩(wěn)、一搗兩穩(wěn)、兩搗一穩(wěn)等3 種作業(yè)模式對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度影響的試驗(yàn)研究，為鐵路有砟軌道現(xiàn)場大機(jī)施工提供一定的指導(dǎo)依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)選擇中老鐵路國內(nèi)段玉磨鐵路為試驗(yàn)研究對象，玉磨鐵路為客貨共線鐵路，線路等級(jí)Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，線路為無縫線路，枕木III 型混凝土枕，道砟為新建鐵路一級(jí)道砟。本次試驗(yàn)時(shí)玉磨鐵路已普遍經(jīng)過人工搗固和大機(jī)作業(yè)，道床已達(dá)到初期穩(wěn)定階段，鋼軌已經(jīng)過無縫線路應(yīng)力放散作業(yè)，線路中線預(yù)留標(biāo)高基本在110mm 左右，即道床力學(xué)參數(shù)符合以下規(guī)定：道床支撐剛度不應(yīng)小于70kN/枕，道床橫向阻力不應(yīng)小于7.5kN/枕[5]。為了減小本次試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的偏差，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和原則具體如下：

1.1 在中老鐵路直線地段選擇3 段線路預(yù)留標(biāo)高大于130mm 的線路作為研究對象，分別進(jìn)行大機(jī)一搗一穩(wěn)、一搗兩穩(wěn)和兩搗一穩(wěn)3 種作業(yè)模式，每種作業(yè)模式進(jìn)行6 遍。

1.2 為了減少大機(jī)作業(yè)誤差，在3 個(gè)試驗(yàn)段作業(yè)大機(jī)使用同一臺(tái)搗固車、穩(wěn)定車和配砟車進(jìn)行施工作業(yè)，大機(jī)作業(yè)參數(shù)設(shè)置不變。

1.3 為了控制道床總體厚度，3 個(gè)試驗(yàn)段大機(jī)每遍作業(yè)實(shí)際起道量為15mm，撥道量根據(jù)大機(jī)實(shí)測設(shè)置。

1.4 道床斷面尺寸對橫縱向阻力影響很大，為了減少道床斷面尺寸的影響，每次大機(jī)搗固穩(wěn)定作業(yè)后進(jìn)行補(bǔ)砟配砟作業(yè)，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.5 本次道床采集橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度數(shù)據(jù)使用智能道床狀態(tài)參數(shù)測試儀進(jìn)行測量，其參數(shù)測量理論詳細(xì)《鐵路碎石道砟狀態(tài)參數(shù)測試方法》[6]。

1.6 為了減少試驗(yàn)誤差，各指標(biāo)數(shù)據(jù)在試驗(yàn)段內(nèi)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集取平均值作為分析指標(biāo)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在大機(jī)作業(yè)試驗(yàn)前，對道床初始狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，測量方法：在3 個(gè)試驗(yàn)段分別抽取4 根枕木（共12 根枕木）進(jìn)行道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度進(jìn)行測量，剔除測量數(shù)據(jù)中異常點(diǎn)后，將測量數(shù)據(jù)處理成為平均值，得到試驗(yàn)地段道床整體的橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度初始值分別為7.61kN/枕、8.12kN/枕、78.3kN/mm。

經(jīng)現(xiàn)場大機(jī)施工作業(yè)后，將3 個(gè)試驗(yàn)段測量的橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度等道床參數(shù)測量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行均值處理。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，使用matlab 軟件作圖，試驗(yàn)段道床的橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度隨大機(jī)作業(yè)遍數(shù)增加的變化趨勢如圖1 所示。根據(jù)測量結(jié)果和圖1 中道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度隨大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的整體變化趨勢，可以得出如下結(jié)論：

圖1 道床主要狀態(tài)參數(shù)表變化

（1）在3 種大機(jī)作業(yè)模式中，橫向阻力、縱向阻力隨著大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的增加而增大，其中一搗兩穩(wěn)作業(yè)增加效果最為顯著，兩搗一穩(wěn)次之，一搗一穩(wěn)效果相對最小；

（2）在3 種大機(jī)作業(yè)模式中，支撐剛度隨著大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的增加而增大，其中兩搗一穩(wěn)作業(yè)增加效果最為顯著，一搗兩穩(wěn)次之，一搗一穩(wěn)效果相對最小。

為了進(jìn)一步反應(yīng)不同大機(jī)作業(yè)遍數(shù)效果對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度的變化影響，定義大機(jī)作業(yè)各道床狀態(tài)參數(shù)相對于道床初始狀態(tài)的相對變化率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

使用公式（1）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到第6 遍作業(yè)后的道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度相對變化率如圖2 所示。

圖2 第6 遍作業(yè)后道床主要狀態(tài)參數(shù)相對變化率

從圖2 中可以看出：在3 種大機(jī)作業(yè)模式中，一搗兩穩(wěn)作業(yè)對道床橫向阻力、縱向阻力增加最快，第6 遍作業(yè)后分別提升為：50.20%、75.86%；在3 種大機(jī)作業(yè)模式中，兩搗一穩(wěn)作業(yè)對支撐剛度增加最快，第6 遍作業(yè)后提升76.88%。

為了反應(yīng)相鄰作業(yè)遍數(shù)之間大機(jī)作業(yè)遍數(shù)效果對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度的影響變化，定義大機(jī)作業(yè)相鄰遍數(shù)之間相對變化率指標(biāo)來進(jìn)行分析，其計(jì)算公式如下：

使用公式處理道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度相鄰遍數(shù)之間相對變化率如圖3 所示。

圖3 道床各狀態(tài)參數(shù)大機(jī)相鄰遍數(shù)之間相對變化率

得出如下結(jié)論：對比大機(jī)相鄰遍數(shù)之間道床狀態(tài)參數(shù)的相對變化率發(fā)現(xiàn)：3 種大機(jī)作業(yè)模式第1 遍作業(yè)對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度提升最大，然后增加的幅度逐步減小，到第6 遍作業(yè)時(shí)達(dá)到最??；由此可以推斷出：隨著大作業(yè)作業(yè)遍數(shù)的增加，道床主要狀態(tài)參數(shù)會(huì)隨之增加，但增加的幅度會(huì)逐步降低。

結(jié)合圖1、圖2、圖3 測試數(shù)據(jù)及變化趨勢，以一搗一穩(wěn)作業(yè)模式為參照標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)：一搗兩穩(wěn)作業(yè)對道床橫向阻力、縱向阻力提升較快，而兩搗一穩(wěn)對道床支撐剛度提升較快。結(jié)合現(xiàn)場施工實(shí)際情況，對于新建有砟鐵路精整道施工階段，若起道量小時(shí)，宜采用一搗兩穩(wěn)模式可快速穩(wěn)定道床使其達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，若起道量較大時(shí)，宜采用兩搗一穩(wěn)模式可相對快速提升道床標(biāo)高，若起道量適中時(shí)，宜采用一搗一穩(wěn)模式逐步作業(yè)使其達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如此減少大機(jī)作業(yè)遍數(shù)，進(jìn)一步降大機(jī)作業(yè)低施工成本。

3 結(jié)論

有砟軌道道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度是維持有砟軌道動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性的主要組成部分，為了探尋新建鐵路有砟軌道施工作業(yè)過程中，大機(jī)作業(yè)對道床主要狀態(tài)參數(shù)的影響，本文將設(shè)計(jì)大機(jī)一搗一穩(wěn)、一搗兩穩(wěn)、兩搗一穩(wěn)3 種作業(yè)模式對道床橫向阻力、縱向阻力、支撐剛度影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

3.1 道床的橫向阻力、縱向阻力隨著大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的增加而增大，但增加的幅度會(huì)隨大機(jī)作業(yè)遍數(shù)逐步降低。其中一搗兩穩(wěn)作業(yè)效果最為顯著，兩搗一穩(wěn)次之，一搗一穩(wěn)效果相對最小。

3.2 道床的支撐剛度隨著大機(jī)作業(yè)遍數(shù)的增加而增大，但增加的幅度會(huì)隨大機(jī)作業(yè)遍數(shù)逐步降低。其中兩搗一穩(wěn)作業(yè)效果最為顯著，一搗兩穩(wěn)次之，一搗一穩(wěn)效果相對最小。

鑒于以上結(jié)論，文章對新建鐵路精整道施工階段大機(jī)作業(yè)方式提供了合理的指導(dǎo)意見，可降低大機(jī)施工作業(yè)遍數(shù)，為鐵路有砟軌道現(xiàn)場大機(jī)施工提供一定的指導(dǎo)依據(jù)。