雙塊式無(wú)砟軌道裂紋對(duì)道床板受力的影響分析

毛敏

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京，110000）

摘要：雙塊式無(wú)砟軌道是世界上較為先進(jìn)的軌道建設(shè)技術(shù)，能夠高效確保列車運(yùn)行的穩(wěn)定性與平順性，且使用壽命較長(zhǎng)。但對(duì)列車軌道的道床板具有嚴(yán)格的要求，在雙決式無(wú)砟軌道使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋會(huì)對(duì)道床板產(chǎn)生巨大的受力影響。故此，需要對(duì)無(wú)砟軌道裂紋對(duì)道床板受力的影響進(jìn)行分析，最大程度確保軌道的使用安全。本文就雙塊式無(wú)砟軌道對(duì)道床板受力的影響進(jìn)行如下分析。

關(guān)鍵詞：雙塊式無(wú)砟軌道；道床板；受力影響

DOI:  10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.038

0前言

由于雙塊式無(wú)砟軌道建設(shè)結(jié)構(gòu)的特殊性，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)裂紋的情況，而雙塊式無(wú)砟軌道出現(xiàn)裂紋對(duì)道床板的影響是連續(xù)性的，當(dāng)裂紋出現(xiàn)的寬度過(guò)大時(shí)，會(huì)直接影響道床板的結(jié)構(gòu)受力。軌道道床板的受力根據(jù)實(shí)際的建設(shè)情況有相應(yīng)的荷載限度．如若道床板裂紋的縱深長(zhǎng)度大于道床板的荷載限度時(shí)，會(huì)對(duì)道床板的受力產(chǎn)生影響，致使道床板建設(shè)使用的鋼筋出現(xiàn)變形問(wèn)題。故此，應(yīng)對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道裂紋產(chǎn)生的成因進(jìn)行分析，確定雙塊式無(wú)砟軌道對(duì)道床板受力產(chǎn)生的影響，從而盡量避免軌道板出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題，以確保行車安全，延長(zhǎng)雙塊式無(wú)砟軌道的使用壽命。

1  雙塊式無(wú)砟軌道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

  在我國(guó)傳統(tǒng)的軌道建設(shè)模式中，一般是使用散粒碎石作為道床板進(jìn)行軌道建設(shè)。雙塊式無(wú)砟軌道是使用鋼筋混凝土與瀝青的混合物作為建筑材料完成的軌道建設(shè)，在列車運(yùn)行過(guò)程中最大程度避免出現(xiàn)道砟飛濺的問(wèn)題，且具有耐久性的特點(diǎn)，維修工作大幅減少，進(jìn)而提高我國(guó)鐵路列車的運(yùn)行速度。故此，在避免雙塊式無(wú)砟軌道出現(xiàn)裂紋時(shí)，首先要明確雙塊式無(wú)砟軌道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

  雙塊式無(wú)砟軌道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：第一，軌道的計(jì)算參數(shù)，以雙塊式無(wú)砟軌道的建設(shè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，選擇基本的計(jì)算參數(shù)作為參考進(jìn)行軌道建設(shè)；第二，軌道的荷載限數(shù)，根據(jù)雙塊式無(wú)砟軌道的建設(shè)情況，應(yīng)當(dāng)綜合考慮軌道運(yùn)行中荷載作用于板中以及板端的最大值，避免出現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)受力不利的情況；第三，軌道的扣件剛度，扣件剮度要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選取最適宜的扣件剛度；第四，雙塊式軌杭，軌枕是通過(guò)鋼筋桁架連接混凝土，并將雙塊式軌枕調(diào)整到適宜的平面位置，確保雙塊式軌枕的整體連接；第五，雙塊式軌枕的建設(shè)地基，通過(guò)調(diào)整軌枕地基的彈性系數(shù)，使雙塊式無(wú)砟軌道的土質(zhì)路基增大，有利于提高軌道建設(shè)的結(jié)構(gòu)受力。

2雙塊式無(wú)砟軌道裂紋的成因

2.1雙塊式無(wú)砟軌道的承載強(qiáng)度到達(dá)極限出現(xiàn)裂紋

  雙塊式無(wú)砟軌道使用混凝土與瀝青的混合物完成建設(shè)，屬于剛性承載層。在列車運(yùn)行過(guò)程中，承載強(qiáng)度到達(dá)極限時(shí)則會(huì)出現(xiàn)裂紋的情況，從而引發(fā)軌道尺寸的變化，造成難以預(yù)估的惡化問(wèn)題。雙塊式無(wú)砟軌道的承載強(qiáng)度出現(xiàn)裂紋一般是由三種情況造成的：第一種是軌道完成混合物澆筑后，未能及時(shí)解除對(duì)軌道的約束，致使混凝土在雙塊式軌枕周圍出現(xiàn)裂紋；第二種是由于軌枕路基等出現(xiàn)變形而沒(méi)有及時(shí)預(yù)測(cè)，導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)出現(xiàn)變形，引發(fā)軌道板裂紋；第三種是列車運(yùn)行的外加荷載超出雙塊式無(wú)砟軌道的承載強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)裂紋。

2.2雙塊式無(wú)砟軌道由于溫度造成的裂紋

  雙塊式無(wú)砟軌道在建設(shè)過(guò)程中，對(duì)溫度也有較高的要求。在施工過(guò)程中需要選擇適宜的時(shí)間進(jìn)行建設(shè)。如若雙塊式無(wú)砟軌道建設(shè)在施工時(shí)，外在溫度較高，混凝土混合物在完成澆筑后，會(huì)出現(xiàn)水泥水化加快的情況，使混凝土混合物在極短酌時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)塑性收縮、自主收縮、干燥收縮以及溫度收縮等情況，從而在收縮情況多種疊加下出現(xiàn)軌道裂紋。同時(shí)，在完成雙塊式無(wú)砟軌道施工后，因保養(yǎng)不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)裂紋。首先混凝士混合物在完成澆筑后，需要定期定時(shí)進(jìn)行灑水保濕，及時(shí)提供混凝土混合物所需的水分，避免混凝土混合物龜裂出現(xiàn)裂紋；其次，需要掌握混凝土混合物的保養(yǎng)時(shí)間段的水溫，在其凝固過(guò)程中使用溫度適宜的水進(jìn)行保養(yǎng)。以上合理明確的保養(yǎng)方案，會(huì)避免混凝土混合物在保養(yǎng)期內(nèi)，特別是凝固初期，出現(xiàn)混凝土混合物內(nèi)外溫差較大的情況，致使軌道板出現(xiàn)裂紋。

  2.3雙塊式無(wú)砟軌道由于鋼軌延伸造成的裂紋

雙塊式無(wú)砟軌道在建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)步驟通常是先將鋼軌與雙塊式軌枕進(jìn)行精準(zhǔn)定位，然后將相關(guān)的扣件工具擰緊，最后進(jìn)行混凝土混合物澆筑工作，進(jìn)而完成雙塊式無(wú)砟軌道的建設(shè)。在建設(shè)過(guò)程中，太陽(yáng)的溫度會(huì)直接照射到鋼軌上，使鋼軌的溫度發(fā)生變化，從而使鋼軌出現(xiàn)延伸的情況。當(dāng)鋼軌由于溫度升高出現(xiàn)延伸時(shí)，由于混凝土混合物正在凝固狀態(tài)初期，缺乏抵抗鋼軌延伸的變化的能力，從而受鋼軌變形的影響出現(xiàn)裂紋。

  2.4雙塊式無(wú)砟軌道建設(shè)混凝土粘結(jié)不良出現(xiàn)裂紋

雙塊式無(wú)砟軌道使用的雙塊式軌枕一般是預(yù)先定制的，導(dǎo)致雙塊式軌枕在安裝過(guò)程中會(huì)使用新舊兩種混凝土混合物，極易出現(xiàn)軌道建設(shè)混凝土粘結(jié)不良的問(wèn)題，當(dāng)雙塊式軌枕的混凝土粘結(jié)出現(xiàn)不良，而未采取其他措施的情況下，則會(huì)直接出現(xiàn)軌道裂紋的問(wèn)題。同時(shí)，在雙塊式無(wú)砟軌道完成建設(shè)通車運(yùn)行后，由于通車的次數(shù)與重量不斷累加，軌道裂紋會(huì)不斷加深擴(kuò)大，進(jìn)一步影響道床板的受力情況。

2.5雙塊式無(wú)砟軌道由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的裂紋

雙塊式無(wú)砟軌道在建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的間距，在計(jì)算參數(shù)的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的計(jì)算誤差，致使雙塊式無(wú)砟軌道的結(jié)構(gòu)間距設(shè)置過(guò)大，從而導(dǎo)致軌道出現(xiàn)裂紋。同時(shí)，在雙塊式無(wú)砟軌道建設(shè)過(guò)程中，需要充分考慮施工的荷載情況，在安裝雙塊式軌、枕時(shí)，由于吊裝與運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，使雙塊式軌枕出現(xiàn)裂紋，在安裝完成后會(huì)直接出現(xiàn)軌道裂紋，影響雙塊式無(wú)砟軌道的使用。

3雙塊式無(wú)砟軌道裂紋對(duì)道床板受力的影響

3.1  雙塊式無(wú)砟軌道道床板的功用

  道床板是雙塊式無(wú)砟軌道運(yùn)行的重要組成部分，建設(shè)在雙塊式軌枕的下方，支撐雙塊式軌枕完成列車運(yùn)行工作。雙塊式無(wú)砟軌道道床板一般是使用混凝土混合物建設(shè)的整體道床，道床板在列車運(yùn)行過(guò)程中，不易發(fā)生變形問(wèn)題。其中雙塊式無(wú)砟軌道道床板的功用如下：第一，雙塊式無(wú)砟軌道道床板主要是用于支撐軌枕進(jìn)行工作，在支撐過(guò)程中，需要承受列車運(yùn)行造成的大量壓力，并將壓力均勻得轉(zhuǎn)移到軌道路基中，確保軌道的安全運(yùn)行；第二，道床板可以固定雙塊式軌枕的位置，給軌道的橫向運(yùn)行提供大量阻力，確保雙塊式無(wú)砟軌道的穩(wěn)定；第三，道床板可以給雙塊式無(wú)砟軌道提供彈性，最大程度避免在雙塊式無(wú)砟軌道長(zhǎng)期運(yùn)行下出現(xiàn)路基變形的情況，同時(shí)減緩列車運(yùn)行對(duì)軌道造成的沖擊；第四，道床板可以為雙塊式無(wú)砟軌道提供良好的排水性能，進(jìn)而提高軌枕路基的荷載能力，避免出現(xiàn)雙塊式無(wú)砟軌道裂紋的情況；第五，道床板便于開展雙塊式無(wú)砟軌道的維修保養(yǎng)工作，及時(shí)校正軌道中平縱出現(xiàn)的斷面。

3.2雙塊式無(wú)砟軌道在裂紋前對(duì)道床板受力分析

  在雙塊式無(wú)砟軌道出現(xiàn)裂紋前，對(duì)道床板已經(jīng)產(chǎn)生一定的受力影響，需要對(duì)相應(yīng)的受力影響進(jìn)行分析，提高道床板的使用效率。雙塊式無(wú)砟軌道在出現(xiàn)裂紋前，一方面是對(duì)道床板的拉應(yīng)力產(chǎn)生受力影響，另一方面是對(duì)道床板的鋼筋應(yīng)力產(chǎn)生受力影響。其中對(duì)道床板的拉應(yīng)力嚴(yán)生受力影響，是由于遭床板是混凝土澆筑的，屬于剛性承載層，其抗拉的極限強(qiáng)度較小，當(dāng)超過(guò)抗拉的極限強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)道床板裂紋的問(wèn)題。而道床板的鋼筋應(yīng)力產(chǎn)生受力影響時(shí)，是由于道床板在建設(shè)過(guò)程中，出現(xiàn)上層鋼筋與下層鋼筋的對(duì)比情況，上層鋼筋的應(yīng)力比卜層鋼筋的應(yīng)力更大，導(dǎo)致上層鋼筋作為應(yīng)力的控制主體，從而影響雙塊式無(wú)砟軌道的鋼筋屈服強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道裂紋前的道床板進(jìn)行受力分析，可以為軌道的建設(shè)參數(shù)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考，最大程度避免軌道板出現(xiàn)裂紋，延長(zhǎng)其使用壽命。

3.3 雙塊式無(wú)砟軌道在裂紋后對(duì)道床板受力分析

雙塊式無(wú)砟軌道在列車運(yùn)行過(guò)程中，受列車荷載作用的影響，對(duì)于軌道出現(xiàn)的不同裂紋進(jìn)行分析，可以得出裂紋寬度與深度對(duì)道床板的受力影響。雙塊式無(wú)砟軌道在裂紋后，無(wú)論是軌道表面裂紋還是軌道的深度裂紋對(duì)道床板的受力影響：第一，當(dāng)列車的荷載發(fā)揮作用后，隨著對(duì)軌道應(yīng)力的不斷增加，在軌道裂紋深度一致的情況下，軌道裂紋的寬度對(duì)道床板的拉應(yīng)力以及鋼筋應(yīng)力影響較小；第二，當(dāng)列車的荷載發(fā)揮作用后，隨著對(duì)軌道應(yīng)力的不斷增加，在軌道裂紋寬度一致的情況下，軌道裂紋的深度對(duì)道床板的拉應(yīng)力以及鋼筋應(yīng)力影響較大。故此，耍高度注意雙塊式無(wú)砟軌道出現(xiàn)的深度裂紋，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理，避免對(duì)列車正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

4總結(jié)

  綜上所述，雙塊式無(wú)砟軌道是鐵路建設(shè)較為先進(jìn)的技術(shù)，需要注重軌道運(yùn)行的使用情況。而雙塊式無(wú)砟軌道對(duì)遭床板的要求較高，逶過(guò)對(duì)其裂紋進(jìn)行分析，可以確定裂紋對(duì)道床板的影響，注重對(duì)軌道裂紋的修復(fù)工作，延長(zhǎng)雙塊式無(wú)砟軌道的使用情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]都遠(yuǎn)行．基于斷裂力學(xué)的連續(xù)雙塊式無(wú)砟軌道裂紋擴(kuò)展研究[D].西南交通大學(xué)，2013．

[2]張勇．路基上杖塊式無(wú)砟軌過(guò)空間力學(xué)覆裂縫特性研究[D].中南大學(xué)，2011.

[3]吳歡．合裂紋CRTS I型雙塊式無(wú)砟軌道受力分析[D].西南交通大學(xué)，2011.