第59卷第5期 建筑 Vol. 59 No 5 2019年5月 May 2019 文章编号:1003-1995(2019)05-0001-06 既有线开行27t轴重通用货车线桥 适应性分析与强化改造对策 牧,马战国,许良善,刘吉元,付兵先,陈锋,潘振 (中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所,北京10081) 摘要对既有线开行27t轴重通用货车条件下线桥结构适应性进行了分析,指出既有线在主型配置、 结构状态正常条件下,可以满足少量开行27t轴重货车的要求。从保证27t轴重货车长期运行安全、减 少养护维修工作量的角度考虑,须对轨道、桥粱结构逐步强化提升,对路基、隧道结枃进行病害整治。开 行27t轴重货车前,须对影响运营安全的线路基础设施进行强化改造;常态化开行条件下,须逐步对疲 劳与耐久性能降低的线路基础设施进行改造。 关键词既有线;27t轴重通用货车;基础设施;适应性;强化改造 中图分类号U2394文献标识码ADOI:10.3969/jisn.1003-1995.2019.05.01 随着我国国民经济的快速发展,对铁路运输尤其针对线路设备的薄弱区段,采用线路移动加载车开展 是大宗货物运输的需求不断增大,迫切需要提高铁路27t轴重移动加载检测,分析线路设备状态变化程度 运输能力。2013年2月,我国铁路施行的新版《铁路结合调研分析、移动加载测试、理论分析、线桥典型工 主要技术政策》规定:“货车轴重研究推广25t,硏究发点动态试验等结果,分析线路基础设施适应性,提岀强 展27t”。新版技术政策为我国重载铁路的技术发展化措施建议2 指明了方向,为既有铁路开行27t轴重通用货车确立 了发展目标。以用量最大的敞车为例,27t轴重CsoE 1轨道结构适应性分析 货车与23t轴重C70货车相比,车长一致,轴重和延米1.1既有轨道结构现状分析 重均增加17.4%,相应地大幅增加了线路上的作用 既有线轨道结构主要配置为:60kg/m钢轨,双层 力,在大轴重、高密度的运营条件下,轨道结构在大坡或单层道床,Ⅲ型轨枕。轨道结构存在的主要伤损 道和小半径曲线地段,钢轨轨头侧面磨耗、轨头顶面波如下 浪形磨损以及疲劳断裂严重;轨道残余变形积累加速, 1)钢轨。①曲线上股侧磨较快,下股压溃、掉块、 基床病害增多,线路不平顺性加剧。随着货车轴重的鱼鳞伤损严重。②焊缝位置存在焊缝低塌现象,钢轨 提高,桥涵结构呈现出一定的不适应性,如结构状态差重伤大多由焊接接头处核伤引起。有缝接头处钢轨伤 的小跨度桥涵结构承载能力不足,中、小跨度钢筋混凝损严重,易产生波浪磨耗,同时引发轨枕和道床病害。 土梁劣化速率明显加快,钢梁桥疲劳寿命降低等。路③个别线路存在不少数量的再用轨,使用年限较长,钢 基基床和隧道基底的既有病害会随着轴重的增加而呈轨的频繁更换易产生多接头区段,较多的钢轨接头容 加剧劣化趋势 易导致钢轨、轨枕及道床病害。④钢轨打磨及润滑无 为分析27t轴重条件下既有线线路基础设施适应法根据病害发展的需要进行 性,结合京广线27t轴重混编货车综合试验、大秦线 2)轨枕。我国既有干线铁路有砟轨道结构主要 27t轴重CsE货车运用试验,系统开展了既有线线桥采用Ⅲ型枕,部分区段为Ⅱ型枕。从太原局既有线使 现状调硏分析,掌握线桥设备运营现状和劣化情况。用情况看,Ⅱ型枕岀现了较为普遍的伤损,主要的伤损 形式为中间和轨下截面横裂(环裂)、钉孔附近和中间 收稿日期:2018-12-16;修回日期:201901-18 上表面纵裂、挡肩破坏、承轨面压溃、承轨面斜裂等。 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(P2018X011);太原铁路 局科技研究开发计划(2015C01) 3)扣件。弹条Ⅱ型扣件出现弹条残余变形大、扣 第一作者:谷牧(1981—),男,副研究员,硕士。 压力不足、轨距挡板和挡板座磨损严重、轨距调整量不 E-mail. mguens(@ 163.c 足等问题。其中,低刚度橡胶垫板在使用中多有压溃
第 ５９ 卷 第 ５ 期 ２０１９ 年 ５ 月 铁 道 建 筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ.５９ Ｎｏ.５ Ｍａｙ ２０１９ 文章编号:１００３￣１９９５(２０１９)０５￣０００１￣０６ 既有线开行 ２７ ｔ 轴重通用货车线桥 适应性分析与强化改造对策 谷 牧ꎬ马战国ꎬ许良善ꎬ刘吉元ꎬ付兵先ꎬ陈 锋ꎬ潘 振 (中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所ꎬ北京 １０００８１) 摘 要 对既有线开行 ２７ ｔ 轴重通用货车条件下线桥结构适应性进行了分析ꎬ指出既有线在主型配置、 结构状态正常条件下ꎬ可以满足少量开行 ２７ ｔ 轴重货车的要求ꎮ 从保证 ２７ ｔ 轴重货车长期运行安全、减 少养护维修工作量的角度考虑ꎬ须对轨道、桥梁结构逐步强化提升ꎬ对路基、隧道结构进行病害整治ꎮ 开 行 ２７ ｔ 轴重货车前ꎬ须对影响运营安全的线路基础设施进行强化改造ꎻ常态化开行条件下ꎬ须逐步对疲 劳与耐久性能降低的线路基础设施进行改造ꎮ 关键词 既有线ꎻ２７ ｔ 轴重通用货车ꎻ基础设施ꎻ适应性ꎻ强化改造 中图分类号 Ｕ２３９.４ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００３￣１９９５.２０１９.０５.０１ 收稿日期:２０１８￣１２￣１６ꎻ修回日期:２０１９￣０１￣１８ 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(Ｐ２０１８Ｘ０１１)ꎻ太原铁路 局科技研究开发计划(２０１５Ｇ０１) 第一作者:谷牧(１９８１— )ꎬ男ꎬ副研究员ꎬ硕士ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｍｇｕｅｎｓ＠ １６３.ｃｏｍ 随着我国国民经济的快速发展ꎬ对铁路运输尤其 是大宗货物运输的需求不断增大ꎬ迫切需要提高铁路 运输能力ꎮ ２０１３ 年 ２ 月ꎬ我国铁路施行的新版«铁路 主要技术政策»规定:“货车轴重研究推广 ２５ ｔꎬ研究发 展 ２７ ｔ”ꎮ 新版技术政策为我国重载铁路的技术发展 指明了方向ꎬ为既有铁路开行 ２７ ｔ 轴重通用货车确立 了发展目标ꎮ 以用量最大的敞车为例ꎬ２７ ｔ 轴重 Ｃ８０Ｅ 货车与 ２３ ｔ 轴重 Ｃ７０ 货车相比ꎬ车长一致ꎬ轴重和延米 重均增加 １７ ４％ꎬ相应地大幅增加了线路上的作用 力ꎬ在大轴重、高密度的运营条件下ꎬ轨道结构在大坡 道和小半径曲线地段ꎬ钢轨轨头侧面磨耗、轨头顶面波 浪形磨损以及疲劳断裂严重ꎻ轨道残余变形积累加速ꎬ 基床病害增多ꎬ线路不平顺性加剧ꎮ 随着货车轴重的 提高ꎬ桥涵结构呈现出一定的不适应性ꎬ如结构状态差 的小跨度桥涵结构承载能力不足ꎬ中、小跨度钢筋混凝 土梁劣化速率明显加快ꎬ钢梁桥疲劳寿命降低等ꎮ 路 基基床和隧道基底的既有病害会随着轴重的增加而呈 加剧劣化趋势ꎮ 为分析 ２７ ｔ 轴重条件下既有线线路基础设施适应 性ꎬ结合京广线 ２７ ｔ 轴重混编货车综合试验、大秦线 ２７ ｔ 轴重 Ｃ８０Ｅ 货车运用试验ꎬ系统开展了既有线线桥 现状调研分析ꎬ掌握线桥设备运营现状和劣化情况ꎮ 针对线路设备的薄弱区段ꎬ采用线路移动加载车开展 ２７ ｔ 轴重移动加载检测ꎬ分析线路设备状态变化程度ꎮ 结合调研分析、移动加载测试、理论分析、线桥典型工 点动态试验等结果ꎬ分析线路基础设施适应性ꎬ提出强 化措施建议[１－２] ꎮ １ 轨道结构适应性分析 １ １ 既有轨道结构现状分析 既有线轨道结构主要配置为: ６０ ｋｇ / ｍ 钢轨ꎬ双层 或单层道床ꎬⅢ型轨枕ꎮ 轨道结构存在的主要伤损 如下ꎮ １)钢轨ꎮ ①曲线上股侧磨较快ꎬ下股压溃、掉块、 鱼鳞伤损严重ꎮ ②焊缝位置存在焊缝低塌现象ꎬ钢轨 重伤大多由焊接接头处核伤引起ꎮ 有缝接头处钢轨伤 损严重ꎬ易产生波浪磨耗ꎬ同时引发轨枕和道床病害ꎮ ③个别线路存在不少数量的再用轨ꎬ使用年限较长ꎬ钢 轨的频繁更换易产生多接头区段ꎬ较多的钢轨接头容 易导致钢轨、轨枕及道床病害ꎮ ④钢轨打磨及润滑无 法根据病害发展的需要进行ꎮ ２)轨枕ꎮ 我国既有干线铁路有砟轨道结构主要 采用Ⅲ型枕ꎬ部分区段为Ⅱ型枕ꎮ 从太原局既有线使 用情况看ꎬⅡ型枕出现了较为普遍的伤损ꎬ主要的伤损 形式为中间和轨下截面横裂(环裂)、钉孔附近和中间 上表面纵裂、挡肩破坏、承轨面压溃、承轨面斜裂等ꎮ ３)扣件ꎮ 弹条Ⅱ型扣件出现弹条残余变形大、扣 压力不足、轨距挡板和挡板座磨损严重、轨距调整量不 足等问题ꎮ 其中ꎬ低刚度橡胶垫板在使用中多有压溃
第59卷 沿钢轨方向窜动等现象;高刚度垫板则多出现轨枕承 1)对于小半径曲线轨道结构,随着大轴重货车开 轨面和垫板下底面接触磨损现象。个别扣件轨道外侧行数量的逐步增加,小半径曲线地段轨枕及扣件伤损 挡板座向上滑移较大,有的预埋道钉甚至从轨枕中拔情况会有所加剧,同时轨道几何状态恶化加快、不易保 出或剪断 持,养护维修工作量会相应增加。既有干线部分区段 4)道床。道床主要问题为脏污、板结和翻浆冒泥客车速度达160km/h或以上,客货车速度相差较大, 病害。部分桥隧区段道床厚度严重不足,个别厚度不曲线超高设置困难,曲线地段轮轨动力作用增大,对客 足200mm。岔区道床由于得不到及时清筛,严重影响车安全运营带来了一定的隐患。 轨道结构稳定性和轨件寿命。 2)对于钢轨,货车轴重由23t增加至27t,实测 5)道岔。我国在2012年之前设计的道岔轴重均27t轴重通用货车对钢轨的动态荷载增加了13.8% 为25t和23t,部分道岔未对轴重进行规定。我国六25.5%,动弯应力增大了15.9%-27.6%;计算轮轨接 大干线正线使用的主型道岔见表1。 触应力、接触面最大剪应力分别增大了2.9%,2.8%, 表1六大干线铁路道岔图号、用量及分类 与25t轴重C8o车辆相当。轮轨动力荷载及接触应力 道岔类型 铺设数量/组轴重/t 的增加,将会加快曲线钢轨的磨耗以及钢轨疲劳伤损 专线4249 60-12混凝土枕单开 目前既有干线铁路钢轨强度等级较低,更换磨耗轨、重 60-12混凝土枕单开 3895 伤轨的工作将增加。 SC32560-12混凝土枕可动心轨1275 3)对于轨枕与扣件,27t轴重通用货车作用下 CZ251660-12混凝土枕可动心轨1039 Ⅱ型轨枕受力超过设计荷载,基本不适应;在正常养 C(06)0160-12混凝土枕可动心轨 371 护维修条件下,Ⅲ型轨枕、弹条Ⅱ型扣件可满足27t轴 60-12混凝土枕单开 重通用货车安全运营要求,轴重和运量的提高将造成 扣件伤损程度的增加和养护维修工作量的加大, 铁联线02060-12混凝土枕道岔 铁联线00460-12混凝土枕单开 4)对于道床,在道床状态满足铁运[2006〕146号 专线4228 《铁路线路维修规则》时,可满足开行27t轴重货车 60-12混凝土枕单开 GLC(08)01 60-12可动心轨 的安全运营要求。桥隧等刚性基础道床厚度不足时, 100 27t轴重作用下道床顶面应力极易超限。 道岔区的伤损主要有辙叉伤损、转辙区域曲尖轨1.3道岔适应性分析 磨耗、轨枕扣件系统伤损等。 既有线道岔的设计标准不低于60kg/m钢轨18 1)辙叉伤损。合金钢组合辙叉,主要伤损为翼号可动心轨道岔[图号:CLC(07)02]和60kg/m钢轨 轨、心轨的垂向磨耗及剥离掉块,部分辙叉翼轨顶面的12号固定型道岔(图号:SC330)时,能够满足少量开行 压溃现象较为严重。高锰钢整铸辙叉伤损主要为心轨27t轴重货车的安全运营要求。设计标准和结构强度 顶面的剥离掉块和翼轨的垂向磨耗,叉心压溃,叉趾和低于SC330和GIC(07)02的道岔需进行安全评估以 叉跟垂裂,辙叉心轨0~50mm断面裂纹。固定型辙叉确定能否满足少量开行27t轴重货物列车的条件。 使用寿命总体较短,更换频繁,维修工作量较大。 1)岔枕及扣件系统适用性 2)转辙器区段伤损。伤损主要为曲尖轨磨耗过 既有混凝土岔枕总的破损率较低,基本上可以满 快,裂纹和剥离掉块,基本轨掉块和裂纹。尖轨20mm足现有运营条件下的使用要求,如果轴重继续提高岔 断面至尖端区段的掉块成为制约曲尖轨寿命的主要因枕可能出现承载能力不足问题。随着轴重增加,岔枕 素之 扣件系统的螺栓折断和套管失效问题突出,此外还将 3)轨枕扣件系统伤损。在运营条件恶劣区段,铁出现滑床板、辙后垫板断裂、台板开焊等问题。 垫板出现断裂,岔枕出现明显裂纹。尼龙套管在使用 既有线存在少量木枕道岔,当进一步提高轴重后 2年后,失效数量增多,需要进行更换作业。 木岔枕及道钉控制轨距能力进一步降低,存在列车安 1.2轨道结构适应性分析 全运行储备不足的隐患。 既有线轨道结构(60kg/m钢轨、Ⅲ型混凝土枕 既有线采用了大量的岔枕预埋塑料套管和螺栓配 Ⅱ型扣件、一级道砟、道床厚度300mm及以上)可满合的扣件系统,常态化开行27t轴重货车条件下,预埋 足少量开行27t轴重货车的安全运营要求;从保证套管和螺栓伤损率较高,且养护维修困难。 27t轴重货车长期运行安全、减少轨道养护维修工作 2)辙叉结构适应性 量的角度考虑,需逐步强化提升轨道结构。 由于SC325,CZ2516和GIC(06)01在使用中出
铁 道 建 筑 第 ５９ 卷 沿钢轨方向窜动等现象ꎻ高刚度垫板则多出现轨枕承 轨面和垫板下底面接触磨损现象ꎮ 个别扣件轨道外侧 挡板座向上滑移较大ꎬ有的预埋道钉甚至从轨枕中拔 出或剪断ꎮ ４)道床ꎮ 道床主要问题为脏污、板结和翻浆冒泥 病害ꎮ 部分桥隧区段道床厚度严重不足ꎬ个别厚度不 足 ２００ ｍｍꎮ 岔区道床由于得不到及时清筛ꎬ严重影响 轨道结构稳定性和轨件寿命ꎮ ５)道岔ꎮ 我国在 ２０１２ 年之前设计的道岔轴重均 为 ２５ ｔ 和 ２３ ｔꎬ部分道岔未对轴重进行规定ꎮ 我国六 大干线正线使用的主型道岔见表 １ꎮ 表 １ 六大干线铁路道岔图号、用量及分类 图号 道岔类型 铺设数量/ 组 轴重/ ｔ 专线 ４２４９ ６０￣１２ 混凝土枕单开 ３ ６９８ ２５ ＳＣ３３０ ６０￣１２ 混凝土枕单开 ３ ８９５ ２３ ＳＣ３２５ ６０￣１２ 混凝土枕可动心轨 １ ２７５ ２５ ＣＺ２５１６ ６０￣１２ 混凝土枕可动心轨 １ ０３９ ２５ ＧＬＣ(０６)０１ ６０￣１２ 混凝土枕可动心轨 ３７１ ２５ 专线 ４２５３ ６０￣１２ 混凝土枕单开 ８６０ 铁联线 ０２０ ６０￣１２ 混凝土枕道岔 ３２０ 铁联线 ００４ ６０￣１２ 混凝土枕单开 ３００ 专线 ４２２８ ６０￣１２ 混凝土枕单开 ２７７ ＧＬＣ(０８)０１ ６０￣１２ 可动心轨 １００ ２５ 道岔区的伤损主要有辙叉伤损、转辙区域曲尖轨 磨耗、轨枕扣件系统伤损等ꎮ １)辙叉伤损ꎮ 合金钢组合辙叉ꎬ主要伤损为翼 轨、心轨的垂向磨耗及剥离掉块ꎬ部分辙叉翼轨顶面的 压溃现象较为严重ꎮ 高锰钢整铸辙叉伤损主要为心轨 顶面的剥离掉块和翼轨的垂向磨耗ꎬ叉心压溃ꎬ叉趾和 叉跟垂裂ꎬ辙叉心轨 ０~５０ ｍｍ 断面裂纹ꎮ 固定型辙叉 使用寿命总体较短ꎬ更换频繁ꎬ维修工作量较大ꎮ ２)转辙器区段伤损ꎮ 伤损主要为曲尖轨磨耗过 快ꎬ裂纹和剥离掉块ꎬ基本轨掉块和裂纹ꎮ 尖轨 ２０ ｍｍ 断面至尖端区段的掉块成为制约曲尖轨寿命的主要因 素之一ꎮ ３)轨枕扣件系统伤损ꎮ 在运营条件恶劣区段ꎬ铁 垫板出现断裂ꎬ岔枕出现明显裂纹ꎮ 尼龙套管在使用 ２ 年后ꎬ失效数量增多ꎬ需要进行更换作业ꎮ １ ２ 轨道结构适应性分析 既有线轨道结构(６０ ｋｇ / ｍ 钢轨、Ⅲ型混凝土枕、 Ⅱ型扣件、一级道砟、道床厚度 ３００ ｍｍ 及以上)可满 足少量开行 ２７ ｔ 轴重货车的安全运营要求ꎻ从保证 ２７ ｔ轴重货车长期运行安全、减少轨道养护维修工作 量的角度考虑ꎬ需逐步强化提升轨道结构[３] ꎮ １)对于小半径曲线轨道结构ꎬ随着大轴重货车开 行数量的逐步增加ꎬ小半径曲线地段轨枕及扣件伤损 情况会有所加剧ꎬ同时轨道几何状态恶化加快、不易保 持ꎬ养护维修工作量会相应增加ꎮ 既有干线部分区段 客车速度达 １６０ ｋｍ / ｈ 或以上ꎬ客货车速度相差较大ꎬ 曲线超高设置困难ꎬ曲线地段轮轨动力作用增大ꎬ对客 车安全运营带来了一定的隐患ꎮ ２)对于钢轨ꎬ货车轴重由 ２３ ｔ 增加至 ２７ ｔꎬ实测 ２７ ｔ 轴重通用货车对钢轨的动态荷载增加了 １３ ８％ ~ ２５ ５％ꎬ动弯应力增大了 １５ ９％ ~ ２７ ６％ꎻ计算轮轨接 触应力、接触面最大剪应力分别增大了 ２ ９％ꎬ２ ８％ꎬ 与 ２５ ｔ 轴重 Ｃ８０ 车辆相当ꎮ 轮轨动力荷载及接触应力 的增加ꎬ将会加快曲线钢轨的磨耗以及钢轨疲劳伤损ꎮ 目前既有干线铁路钢轨强度等级较低ꎬ更换磨耗轨、重 伤轨的工作将增加ꎮ ３)对于轨枕与扣件ꎬ２７ ｔ 轴重通用货车作用下ꎬ Ⅱ型轨枕受力超过设计荷载ꎬ基本不适应ꎻ在正常养 护维修条件下ꎬⅢ型轨枕、弹条Ⅱ型扣件可满足 ２７ ｔ 轴 重通用货车安全运营要求ꎬ轴重和运量的提高将造成 扣件伤损程度的增加和养护维修工作量的加大ꎮ ４)对于道床ꎬ在道床状态满足铁运〔２００６〕１４６ 号 «铁路线路维修规则» [４]时ꎬ可满足开行 ２７ ｔ 轴重货车 的安全运营要求ꎮ 桥隧等刚性基础道床厚度不足时ꎬ ２７ ｔ 轴重作用下道床顶面应力极易超限ꎮ １ ３ 道岔适应性分析 既有线道岔的设计标准不低于 ６０ ｋｇ / ｍ 钢轨 １８ 号可动心轨道岔[图号:ＧＬＣ(０７)０２]和 ６０ ｋｇ / ｍ 钢轨 １２ 号固定型道岔(图号:ＳＣ３３０)时ꎬ能够满足少量开行 ２７ ｔ 轴重货车的安全运营要求ꎮ 设计标准和结构强度 低于 ＳＣ３３０ 和 ＧＬＣ(０７)０２ 的道岔需进行安全评估以 确定能否满足少量开行 ２７ ｔ 轴重货物列车的条件ꎮ １)岔枕及扣件系统适用性 既有混凝土岔枕总的破损率较低ꎬ基本上可以满 足现有运营条件下的使用要求ꎬ如果轴重继续提高岔 枕可能出现承载能力不足问题ꎮ 随着轴重增加ꎬ岔枕 扣件系统的螺栓折断和套管失效问题突出ꎬ此外还将 出现滑床板、辙后垫板断裂、台板开焊等问题ꎮ 既有线存在少量木枕道岔ꎬ当进一步提高轴重后ꎬ 木岔枕及道钉控制轨距能力进一步降低ꎬ存在列车安 全运行储备不足的隐患ꎮ 既有线采用了大量的岔枕预埋塑料套管和螺栓配 合的扣件系统ꎬ常态化开行 ２７ ｔ 轴重货车条件下ꎬ预埋 套管和螺栓伤损率较高ꎬ且养护维修困难ꎮ ２)辙叉结构适应性 由于 ＳＣ３２５ꎬＣＺ２５１６ 和 ＧＬＣ(０６) ０１ 在使用中出 ２
第5期 谷牧等:既有线开行27t轴重通用货车线桥适应性分析与强化改造对 现了心轨折断、翼轨折断等影响安全的严重病害,总公2)钢桥结构现状 司废止了上述图号。 既有钢梁设计活载主要为中-22/26、中-活载,其 各铁路局对上述道岔进行了改造和更换,但目前他设计荷载有H-7(苏联标准)、E50(美国标准)、L-2 还存在部分上述道岔,特别是GLC(06)01数量较多,(日本标准)、中华20级(我国19301950年标准) 需要在开行27t轴重列车后进行改造,以彻底避免心等。以京广线为例,以中-22和中一活载设计的钢桥居 轨断裂影响行车安全。 多,约占82%。 3)道岔轨件适应性 钢桥主要结构形式为钢板梁和钢桁梁,跨度主要 道岔(铺设在特殊位置)曲尖轨在短时间内即磨集中在20~64m,有少量跨度在64m之上的大跨钢 耗、压溃、掉块严重,平均使用寿命进一步缩短,尤其在梁桥 侧向过岔列车较为频繁的岔位,曲尖轨使用寿命极短 既有钢桥病害主要包括:锈蚀问题、支座附近杆件 更换极为频繁。 裂纹、平纵联连接板和节点板裂纹、纵横梁和纵横梁连 重载铁路道岔在轨线中断部位(钢轨接头)和刚接处裂纹、铆接桥铆钉烂头等。明桥面钢桥木枕病害 度突变部位(安装有间隔铁或限位器的尖轨跟端、心主要包括:道钉孔松弛,持钉能力下降;木枕腐朽、开裂 轨跟端等)及轨腰螺栓孔部位,轨顶面的压塌及磨耗和空洞。木枕病害严重情况下,轨道结构稳定性不易 将明显增加。 保持,从而影响行车安全。 随着货车轴重增加,道岔状态劣化加快,几何尺寸 3)支座病害主要包括:摇轴钢支座纵向位移超 保持能力降低,维修工作量增大 限;弧形支座生锈,滑动及转动不灵活,螺栓折断;板式 2桥涵结构适应性分析 橡胶支座对梁体的横向限位能力较弱。 4)下部结构病害主要包括:混凝土桥墩表面常出 2.1既有干线桥涵结构现状分析 现各种类型和程度的裂缝;高墩或柔性墩横向刚度相 我国既有线铁路桥梁的建设年代跨越范围大,设对较弱,致使墩顶横向振幅偏大;石砌墩台勾缝开裂、 计、建设标准不统一,结构类型多样,不同桥涵的状态脱落,降低了结构的整体性。 差异较大 2.2桥涵结构适应性分析 1)混凝土桥涵结构现状 按不低于中22活载标准设计的结构状态正常的 混凝土桥涵桥梁设计活载主要为中-23/26、中-活桥涵结构能够满足少量开行27t轴重通用货车的安全 载,以及少量其他荷载形式。 运营要求。 各种类型混凝土梁桥中预应力混凝土梁桥占比最 1)钢筋混凝土梁桥适应性分析 大,约为57.5%。跨度小于10m的多采用钢筋混凝土 对跨度3.40,4.50,6.70,13.06m钢筋混凝土梁 梁桥;16m及以上多采用预应力混凝土梁桥,以32m桥在27t轴重通用货车作用下的试验研究表明,状态 跨度居多。 正常的钢筋混凝土梁桥满足开行27t轴重通用货车 从混凝土梁桥的病害情况来看,主要包括双片式要求s-。 梁横向刚度弱、混凝土剥落、钢筋锈蚀、底板纵向裂缝 2)涵洞适应性分析 等。桥梁A级劣化率在20%~25%,据2012年统计,A 对净孔2.0,4.0m盖板箱涵在27t轴重通用货车 级A1等的劣化率最高为23.7%,可能危及行车安全作用下的试验研究表明,盖板跨中实测钢筋应力较小, 的A级AA等劣化率为1.3%。 实测钢筋应变动力系数小于规范设计值。结合理论检 各类涵洞中以盖板涵居多,约占全部涵渠数量的算、轨道结构减载效应(、疲劳性能分析,状态正常的 42.6%。从跨度来看,涵渠跨度均小于10m,其中6m涵洞可满足开行27t轴重通用货车要求。但是,既有 以下占比约为96.8%。 铁路涵洞数量众多,类型多样,填土厚度不一,结构状 从涵渠的病害情况来看,部分盖板涵的盖板施工态差异较大。既有测试中,部分结构状态较差的涵洞 质量差、混凝土剥落、钢筋锈蚀、石砌边墙开裂变形;部25t轴重货车作用下盖板涵钢筋应力幅值达到9 分涵顶填土厚度较小,盖板间受力分配系数相差较大,100MPa,钢筋应力动力系数达到1.80~1.90,存在运 致使局部盖板承受的动力作用偏大,跨中开裂严重,钢营安全隐患。 筋应力偏大等。涵渠A级劣化率约7%,据2012年统 3)预应力混凝土梁桥适应性分析 计,A级A1等的劣化率最高为6.9%,可能危及行车 对跨度16m低高度预应力钢筋混凝土T梁桥和 安全的A级AA等劣化率为0.2%。 跨度24,32m预应力混凝土T梁桥在27t轴重通用货
第 ５ 期 谷 牧等:既有线开行 ２７ ｔ 轴重通用货车线桥适应性分析与强化改造对策 现了心轨折断、翼轨折断等影响安全的严重病害ꎬ总公 司废止了上述图号ꎮ 各铁路局对上述道岔进行了改造和更换ꎬ但目前 还存在部分上述道岔ꎬ特别是ＧＬＣ(０６)０１ 数量较多ꎬ 需要在开行 ２７ ｔ 轴重列车后进行改造ꎬ以彻底避免心 轨断裂影响行车安全ꎮ ３)道岔轨件适应性 道岔(铺设在特殊位置)曲尖轨在短时间内即磨 耗、压溃、掉块严重ꎬ平均使用寿命进一步缩短ꎬ尤其在 侧向过岔列车较为频繁的岔位ꎬ曲尖轨使用寿命极短ꎬ 更换极为频繁ꎮ 重载铁路道岔在轨线中断部位(钢轨接头) 和刚 度突变部位(安装有间隔铁或限位器的尖轨跟端、心 轨跟端等)及轨腰螺栓孔部位ꎬ轨顶面的压塌及磨耗 将明显增加ꎮ 随着货车轴重增加ꎬ道岔状态劣化加快ꎬ几何尺寸 保持能力降低ꎬ维修工作量增大ꎮ ２ 桥涵结构适应性分析 ２ １ 既有干线桥涵结构现状分析 我国既有线铁路桥梁的建设年代跨越范围大ꎬ设 计、建设标准不统一ꎬ结构类型多样ꎬ不同桥涵的状态 差异较大ꎮ １)混凝土桥涵结构现状 混凝土桥涵桥梁设计活载主要为中￣２２ / ２６、中 活 载ꎬ以及少量其他荷载形式ꎮ 各种类型混凝土梁桥中预应力混凝土梁桥占比最 大ꎬ约为 ５７ ５％ꎮ 跨度小于 １０ ｍ 的多采用钢筋混凝土 梁桥ꎻ１６ ｍ 及以上多采用预应力混凝土梁桥ꎬ以３２ ｍ 跨度居多ꎮ 从混凝土梁桥的病害情况来看ꎬ主要包括双片式 梁横向刚度弱、混凝土剥落、钢筋锈蚀、底板纵向裂缝 等ꎮ 桥梁 Ａ 级劣化率在 ２０％ ~２５％ꎬ据 ２０１２ 年统计ꎬＡ 级 Ａ１ 等的劣化率最高为 ２３ ７％ꎬ可能危及行车安全 的 Ａ 级 ＡＡ 等劣化率为 １ ３％ꎮ 各类涵洞中以盖板涵居多ꎬ约占全部涵渠数量的 ４２ ６％ꎮ 从跨度来看ꎬ涵渠跨度均小于 １０ ｍꎬ其中６ ｍ 以下占比约为 ９６ ８％ꎮ 从涵渠的病害情况来看ꎬ部分盖板涵的盖板施工 质量差、混凝土剥落、钢筋锈蚀、石砌边墙开裂变形ꎻ部 分涵顶填土厚度较小ꎬ盖板间受力分配系数相差较大ꎬ 致使局部盖板承受的动力作用偏大ꎬ跨中开裂严重ꎬ钢 筋应力偏大等ꎮ 涵渠 Ａ 级劣化率约 ７％ꎬ据 ２０１２ 年统 计ꎬＡ 级 Ａ１ 等的劣化率最高为 ６ ９％ꎬ可能危及行车 安全的 Ａ 级 ＡＡ 等劣化率为 ０ ２％ꎮ ２)钢桥结构现状 既有钢梁设计活载主要为中￣２２ / ２６、中 活载ꎬ其 他设计荷载有 Ｈ￣７(苏联标准)、Ｅ５０(美国标准)、Ｌ￣２５ (日本标准)、中华￣２０ 级(我国 １９３０—１９５０ 年标准) 等ꎮ 以京广线为例ꎬ以中￣２２ 和中 活载设计的钢桥居 多ꎬ约占 ８２％ꎮ 钢桥主要结构形式为钢板梁和钢桁梁ꎬ跨度主要 集中在 ２０~６４ ｍꎬ有少量跨度在 ６４ ｍ 之上的大跨钢 梁桥ꎮ 既有钢桥病害主要包括:锈蚀问题、支座附近杆件 裂纹、平纵联连接板和节点板裂纹、纵横梁和纵横梁连 接处裂纹、铆接桥铆钉烂头等ꎮ 明桥面钢桥木枕病害 主要包括:道钉孔松弛ꎬ持钉能力下降ꎻ木枕腐朽、开裂 和空洞ꎮ 木枕病害严重情况下ꎬ轨道结构稳定性不易 保持ꎬ从而影响行车安全ꎮ ３) 支座病害主要包括:摇轴钢支座纵向位移超 限ꎻ弧形支座生锈ꎬ滑动及转动不灵活ꎬ螺栓折断ꎻ板式 橡胶支座对梁体的横向限位能力较弱ꎮ ４)下部结构病害主要包括:混凝土桥墩表面常出 现各种类型和程度的裂缝ꎻ高墩或柔性墩横向刚度相 对较弱ꎬ致使墩顶横向振幅偏大ꎻ石砌墩台勾缝开裂、 脱落ꎬ降低了结构的整体性ꎮ ２ ２ 桥涵结构适应性分析 按不低于中￣２２ 活载标准设计的结构状态正常的 桥涵结构能够满足少量开行 ２７ ｔ 轴重通用货车的安全 运营要求ꎮ １)钢筋混凝土梁桥适应性分析 对跨度 ３ ４０ꎬ４ ５０ꎬ６ ７０ꎬ１３ ０６ ｍ 钢筋混凝土梁 桥在 ２７ ｔ 轴重通用货车作用下的试验研究表明ꎬ状态 正常的钢筋混凝土梁桥满足开行 ２７ ｔ 轴重通用货车 要求[５－６] ꎮ ２)涵洞适应性分析 对净孔 ２ ０ꎬ４ ０ ｍ 盖板箱涵在 ２７ ｔ 轴重通用货车 作用下的试验研究表明ꎬ盖板跨中实测钢筋应力较小ꎬ 实测钢筋应变动力系数小于规范设计值ꎮ 结合理论检 算、轨道结构减载效应[７] 、疲劳性能分析ꎬ状态正常的 涵洞可满足开行 ２７ ｔ 轴重通用货车要求ꎮ 但是ꎬ既有 铁路涵洞数量众多ꎬ类型多样ꎬ填土厚度不一ꎬ结构状 态差异较大ꎮ 既有测试中ꎬ部分结构状态较差的涵洞ꎬ ２５ ｔ 轴重货车作用下盖板涵钢筋应力幅值达到 ９０ ~ １００ ＭＰａꎬ钢筋应力动力系数达到 １ ８０ ~ １ ９０ꎬ存在运 营安全隐患ꎮ ３)预应力混凝土梁桥适应性分析 对跨度 １６ ｍ 低高度预应力钢筋混凝土 Ｔ 梁桥和 跨度 ２４ꎬ３２ ｍ 预应力混凝土 Ｔ 梁桥在 ２７ ｔ 轴重通用货 ３
第59卷 车作用下的试验研究表明,综合考虑桥梁整体受力和全的基础设施进行强化改造,主要包括劣化严重的桥 桥面板局部受力情况,状态正常的预应力钢筋混凝土涵结构、木枕道岔等;开行后根据27t轴重货车的投入 梁桥可满足开行27t轴重通用货车要求。 时间、投入量和运输组织,分年度逐步对疲劳与耐久性 4)钢梁桥适应性分析 能降低的线路基础设施进行改造, 中-活载(或中-22)设计的结构状态正常的钢桥可3.127t轴重通用货车开行前开展工作 以满足少量开行27t轴重通用货车要求。 为确保运营安全,应开展以下工作:①对全线线桥 既有典型钢桥疲劳寿命评估表明:影响线较短的隧设备进行系统调研分析,对于设计活载低于中-22 纵梁(4-8m),剩余寿命较短。 标准或结构状态不明的桥涵结构进行重点评估。②对 5)下部结构适应性分析 小半径曲线(R≤600m)、连续曲线、长大坡道、过渡 27t轴重CsoE货车延米重7.28kN/m,小于中-段、桥隧等薄弱地段的轨道状态进行排查,对病害和薄 活载图式的均布荷载。桥梁的墩台基础承受的竖向和弱区段的轨道结构进行强化或改造。③Ⅱ型轨枕区段 水平向荷载基本在设计活载范围内,结构状态正常的出现明显伤损,或低于Ⅱ型轨枕区段,需更换为Ⅲ型轨 墩台基础可以满足开行27t轴重通用货车的要求。 枕。④将正线上木枕道岔更换为混凝土枕道岔。⑤对 3既有线线桥隧强化改造对策 伤损严重、轨道几何状态不易保持的非标准道岔进行 更换。⑥对于劣化等级为AA级的桥涵病害及时进行 结合既有线运营条件、基础设施现状和既有研究强化整治。⑦对于存在严重基床病害的路基、严重基 成果,提出适用于27t轴重通用货车运营条件下底病害的隧道进行整治。 的桥涵加固改造、轨道与道岔强化、路基和隧基底病害3.227t轴重通用货车开行后开展工作 整治等技术,形成了27t轴重条件下基础设施强化改 1)轨道结构 造成套技术,见图1。 对开行27t轴重货车的既有线,考虑轨道结构安 全性、强度、稳定性、养护维修及经济性,结合大中修计 划,对轨道结构按给出的配置方案进行强化改造 轨道结构强化技术[刚性基础轨道结构 在27t轴重、年运量2亿t的货运线路中采用特 重型的75kg/m优质钢轨,年运量在2亿t以下的线 道岔结构 27t轴重12号道岔 27t轴重18号道岔 路中采用60kg/m钢轨,半径不大于1200m的曲线地 段采用热处理钢轨。 桥体外预应力碳纤维板加固技术 对于400m≤R600m曲线及直线地段,采用Ⅲ型混凝土 轨枕,使用既有线强化扣件, 边坡钢花管注浆与坡面框架梁强化技术 路基结构强化技 重载铁路线路最小曲线半径一般采用1200m,特 路基阀管注浆加固技不 殊困难条件下不小于600m,而既有线由于条件受 限,不一定能达到该条件。既有线测试数据显示在半 隧底超高渗透灌浆加固技术 径不大于400m的曲线地段脱轨系数明显偏大,稳定 隧道结构强化技术[轻型井点降水+1GRM注浆加固技 性较差,由于弹条Ⅵ型扣件和既有线强化扣件不适用 氨酯保温层十电伴热面板/半带加技不 于半径小于400m的线路,建议对R<400m的曲线进 图1线路基础设施强化改造成套技术 行线路改造,将曲线半径提高至400m及以上,不能 够进行改造的,采用Ⅲ型混凝土轨枕和弹条Ⅱ型扣 开行27t轴重通用货车前逐线进行线路基础设件,采取通用轨道结构强化措施,根据线路情况低速 施适应性评估,结合评估结果,分开行前、开行后2个通过。 阶段开展线桥隧的加固与强化。开行前对影响运营安 采用轨枕加密、更换既有线强化扣件的方案主要
铁 道 建 筑 第 ５９ 卷 车作用下的试验研究表明ꎬ综合考虑桥梁整体受力和 桥面板局部受力情况ꎬ状态正常的预应力钢筋混凝土 梁桥可满足开行 ２７ ｔ 轴重通用货车要求ꎮ ４)钢梁桥适应性分析 中 活载(或中￣２２)设计的结构状态正常的钢桥可 以满足少量开行 ２７ ｔ 轴重通用货车要求ꎮ 既有典型钢桥疲劳寿命评估表明:影响线较短的 纵梁(４~８ ｍ)ꎬ剩余寿命较短[８] ꎮ ５)下部结构适应性分析 ２７ ｔ 轴重 Ｃ８０Ｅ 货车延米重 ７７ ２８ ｋＮ/ ｍꎬ小于中 活载图式的均布荷载ꎮ 桥梁的墩台基础承受的竖向和 水平向荷载基本在设计活载范围内ꎬ结构状态正常的 墩台基础可以满足开行 ２７ ｔ 轴重通用货车的要求ꎮ ３ 既有线线桥隧强化改造对策 结合既有线运营条件、基础设施现状和既有研究 成果[９－１０] ꎬ提出适用于 ２７ ｔ 轴重通用货车运营条件下 的桥涵加固改造、轨道与道岔强化、路基和隧基底病害 整治等技术ꎬ形成了 ２７ ｔ 轴重条件下基础设施强化改 造成套技术ꎬ见图 １ꎮ 图 １ 线路基础设施强化改造成套技术 开行 ２７ ｔ 轴重通用货车前ꎬ逐线进行线路基础设 施适应性评估ꎬ结合评估结果ꎬ分开行前、开行后 ２ 个 阶段开展线桥隧的加固与强化ꎮ 开行前对影响运营安 全的基础设施进行强化改造ꎬ主要包括劣化严重的桥 涵结构、木枕道岔等ꎻ开行后根据 ２７ ｔ 轴重货车的投入 时间、投入量和运输组织ꎬ分年度逐步对疲劳与耐久性 能降低的线路基础设施进行改造ꎮ ３ １ ２７ ｔ 轴重通用货车开行前开展工作 为确保运营安全ꎬ应开展以下工作:①对全线线桥 隧设备进行系统调研分析ꎬ对于设计活载低于中￣２２ 标准或结构状态不明的桥涵结构进行重点评估ꎮ ②对 小半径曲线(Ｒ≤６００ ｍ)、连续曲线、长大坡道、过渡 段、桥隧等薄弱地段的轨道状态进行排查ꎬ对病害和薄 弱区段的轨道结构进行强化或改造ꎮ ③Ⅱ型轨枕区段 出现明显伤损ꎬ或低于Ⅱ型轨枕区段ꎬ需更换为Ⅲ型轨 枕ꎮ ④将正线上木枕道岔更换为混凝土枕道岔ꎮ ⑤对 伤损严重、轨道几何状态不易保持的非标准道岔进行 更换ꎮ ⑥对于劣化等级为 ＡＡ 级的桥涵病害及时进行 强化整治ꎮ ⑦对于存在严重基床病害的路基、严重基 底病害的隧道进行整治ꎮ ３ ２ ２７ ｔ 轴重通用货车开行后开展工作 １)轨道结构 对开行 ２７ ｔ 轴重货车的既有线ꎬ考虑轨道结构安 全性、强度、稳定性、养护维修及经济性ꎬ结合大中修计 划ꎬ对轨道结构按给出的配置方案进行强化改造ꎮ 在 ２７ ｔ 轴重、年运量 ２ 亿 ｔ 的货运线路中采用特 重型的 ７５ ｋｇ / ｍ 优质钢轨ꎬ年运量在 ２ 亿 ｔ 以下的线 路中采用 ６０ ｋｇ / ｍ 钢轨ꎬ半径不大于１ ２００ ｍ的曲线地 段采用热处理钢轨ꎮ 对于 ４００ ｍ≤Ｒ６００ ｍ 曲线及直线地段ꎬ采用Ⅲ型混凝土 轨枕ꎬ使用既有线强化扣件ꎮ 重载铁路线路最小曲线半径一般采用１ ２００ ｍꎬ特 殊困难条件下不小于 ６００ ｍ [１１] ꎬ而既有线由于条件受 限ꎬ不一定能达到该条件ꎮ 既有线测试数据显示在半 径不大于 ４００ ｍ 的曲线地段脱轨系数明显偏大ꎬ稳定 性较差ꎬ由于弹条Ⅵ型扣件和既有线强化扣件不适用 于半径小于 ４００ ｍ 的线路ꎬ建议对 Ｒ<４００ ｍ 的曲线进 行线路改造ꎬ将曲线半径提高至 ４００ ｍ 及以上ꎬ不能 够进行改造的ꎬ采用Ⅲ型混凝土轨枕和弹条Ⅱ型扣 件ꎬ采取通用轨道结构强化措施ꎬ根据线路情况低速 通过ꎮ 采用轨枕加密、更换既有线强化扣件的方案主要 ４
第5期 谷牧等:既有线开行27t轴重通用货车线桥适应性分析与强化改造对 是考虑在既有Ⅲ型枕使用时间不长、使用状态较好的 4结论 情况下,先暂时予以保留。如果出现轨道不稳定、维修 工作量大的情况,可在后期大修换枕时,更换为重载轨 既有线基础设施主型配置(60kg/m钢轨,双层或 枕与配套扣件。 单层道床,Ⅲ型轨枕,设计标准不低于GLC(07)02和 道砟采用一级级配,建议双层碎石道床面砟层厚SC330的道岔,不低于中-22活载标准设计的桥涵)、结 度采用350mm,底砟层200mm;单层碎石道床结构,构状态正常条件下,满足少量开行27t轴重通用货物 道床厚度取350mm;砟肩堆高15cm;桥上道床厚度应列车要求。 不小于30cm。对于道床脏污、板结地段及时进行捣 鉴于既有线基础设施状态差异较大,开行27t 固清筛。 轴重通用货车前,应逐线进行线路基础设施适应性 针对桥隧地段基础弹性差、轮轨冲击力大、道砟易评估。结合评估结果,综合考虑线桥隧结构安全性 粉化、养护维修困难等特点,可使用道砟垫和弹性轨强度、稳定性、养护维修及经济性,分开行前、后2个 枕。道砟垫主要用于桥梁地段,弹性轨枕主要用于隧阶段进行线路基础设施强化改造。开行前对影响运 道地段。 营安全的基础设施进行强化改造;开行后5年内逐 正线道岔逐步使用27t轴重重载专用道岔。随着步对疲劳与耐久性能降低的线路基础设施进行 运量增加,道岔区轨件磨耗及伤损情况加剧恶化,应在改造。 日常养护维修中增加道岔区钢轨打磨。目前固定型高 锰钢辙叉的使用寿命为0.8亿-1.5亿t,随着轴重增 参考文献 加辙叉更换更为频繁,可更换为合金钢组合辙叉或高[1]中国铁道科学研究院既有线27吨轴重货车(混编)适应 致密锰钢组合辙叉,以减少辙叉更换作业。 性试验研究[R]北京:中国铁道科学研究院,2014 加强轮轨管理,重视钢轨打磨和润滑工作,降低轮「2]中国铁道科学研究院集团有限公司27吨轴重货车条件下 轨的动力冲击,以延长钢轨的使用寿命。 既有线线路基础设施评估与强化成套技术研究[R].北 2)桥涵结构 京:中国铁道科学研究院集团有限公司,2018. 对尚未横向加固改造的混凝土梁体逐步进行横向[3]李烨峰开行27t轴重CoE货车条件下轨道适应性分析 联结加固改造,保证梁体横向动力性能和整体受力 [J]铁道建筑,2017,57(4):95-101. 性能。 [4]中华人民共和国铁道部铁路线路维修规则:铁运[2006〕 对于劣化等级为A1等的桥涵、支座、墩台基础进 146号[S]北京:中国铁道出版社,2006 行强化整治。 [5]苏永华,胡所亭,谷牧,等27t轴重混编货车作用下既有 对典型、重点钢梁开展疲劳寿命专项评估工作,评 线钢筋混凝土梁受力特性试验研究[J].铁道建筑,2015 估钢梁疲劳剩余寿命,确定相应对策, 5(1):7-13 [6]刘吉元,苏永华开行27t轴重列车对小跨度钢筋混凝土 将木枕逐步更换为高分子材料复合轨枕。 对于列车通过时桥梁横向晃动较大的高墩、柔性 桥的影响分析[J]铁道建筑,2015,55(11):6-10 墩进行动力性能测试评估,必要时进行强化改造;对于 η]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.既有线开行27t轴 病害加剧劣化的石砌墩台进行外包混凝土加固。 重货车条件下小跨度桥涵承载力储备试验研究[R] 京:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,2016. 3)路基结构 [8]中国铁道科学硏究院铁道建筑硏究所.既有铁路大跨度钢 针对翻浆冒泥、道砟囊等基床病害,采用排水、固 化、非开挖置换等技术进行整治。 桥开行重载货物列车适应性及强化对策研究[R]北京: 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,2012. 针对基床承载力不足的路基,采用非开挖旋喷技[φ]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所轴重30吨以上煤 术、型钢水泥土桩加固技术、袖阀管注浆加固技术、挤 炭运输重载铁路关键技术与核心装备研制一线路基础设 密加固技术等进行加固。 施强化改造技术研究[R]北京:中国铁道科学研究院铁 针对稳定性不足的边坡,采用斜向钢花管框架梁、 道建筑研究所,2015 锚索等技术进行强化。 [10]谷牧新型钢-混凝土结合梁的研发及在重载铁路桥梁强 4)隧道结构 化改造中的应用[J]铁道建筑,2017,57(11):11-18. 加强隧道基底结构检査和检测,视隧道劣化类型[1冂]国家铁路局.重载铁路设计规范:TB10625-∞017[S].北 及发展程度,必要时采用超高渗透灌浆加固技术、基底 京:中国铁道出版社,2017 水害综合整治技术等措施进行整治与强化。 (下转第14页)
第 ５ 期 谷 牧等:既有线开行 ２７ ｔ 轴重通用货车线桥适应性分析与强化改造对策 是考虑在既有Ⅲ型枕使用时间不长、使用状态较好的 情况下ꎬ先暂时予以保留ꎮ 如果出现轨道不稳定、维修 工作量大的情况ꎬ可在后期大修换枕时ꎬ更换为重载轨 枕与配套扣件ꎮ 道砟采用一级级配ꎬ建议双层碎石道床面砟层厚 度采用 ３５０ ｍｍꎬ底砟层 ２００ ｍｍꎻ单层碎石道床结构ꎬ 道床厚度取 ３５０ ｍｍꎻ砟肩堆高 １５ ｃｍꎻ桥上道床厚度应 不小于 ３０ ｃｍꎮ 对于道床脏污、板结地段及时进行捣 固清筛ꎮ 针对桥隧地段基础弹性差、轮轨冲击力大、道砟易 粉化、养护维修困难等特点ꎬ可使用道砟垫和弹性轨 枕ꎮ 道砟垫主要用于桥梁地段ꎬ弹性轨枕主要用于隧 道地段ꎮ 正线道岔逐步使用 ２７ ｔ 轴重重载专用道岔ꎮ 随着 运量增加ꎬ道岔区轨件磨耗及伤损情况加剧恶化ꎬ应在 日常养护维修中增加道岔区钢轨打磨ꎮ 目前固定型高 锰钢辙叉的使用寿命为 ０ ８ 亿 ~ １ ５ 亿 ｔꎬ随着轴重增 加辙叉更换更为频繁ꎬ可更换为合金钢组合辙叉或高 致密锰钢组合辙叉ꎬ以减少辙叉更换作业ꎮ 加强轮轨管理ꎬ重视钢轨打磨和润滑工作ꎬ降低轮 轨的动力冲击ꎬ以延长钢轨的使用寿命ꎮ ２)桥涵结构 对尚未横向加固改造的混凝土梁体逐步进行横向 联结加固改造ꎬ保证梁体横向动力性能和整体受力 性能ꎮ 对于劣化等级为 Ａ１ 等的桥涵、支座、墩台基础进 行强化整治ꎮ 对典型、重点钢梁开展疲劳寿命专项评估工作ꎬ评 估钢梁疲劳剩余寿命ꎬ确定相应对策ꎮ 将木枕逐步更换为高分子材料复合轨枕ꎮ 对于列车通过时桥梁横向晃动较大的高墩、柔性 墩进行动力性能测试评估ꎬ必要时进行强化改造ꎻ对于 病害加剧劣化的石砌墩台进行外包混凝土加固ꎮ ３)路基结构 针对翻浆冒泥、道砟囊等基床病害ꎬ采用排水、固 化、非开挖置换等技术进行整治ꎮ 针对基床承载力不足的路基ꎬ采用非开挖旋喷技 术、型钢水泥土桩加固技术、袖阀管注浆加固技术、挤 密加固技术等进行加固ꎮ 针对稳定性不足的边坡ꎬ采用斜向钢花管框架梁、 锚索等技术进行强化ꎮ ４)隧道结构 加强隧道基底结构检查和检测ꎬ视隧道劣化类型 及发展程度ꎬ必要时采用超高渗透灌浆加固技术、基底 水害综合整治技术等措施进行整治与强化ꎮ ４ 结论 既有线基础设施主型配置(６０ ｋｇ / ｍ 钢轨ꎬ双层或 单层道床ꎬⅢ型轨枕ꎬ设计标准不低于 ＧＬＣ(０７)０２ 和 ＳＣ３３０ 的道岔ꎬ不低于中￣２２ 活载标准设计的桥涵)、结 构状态正常条件下ꎬ满足少量开行 ２７ ｔ 轴重通用货物 列车要求ꎮ 鉴于既有线基础设施状态差异较大ꎬ开行 ２７ ｔ 轴重通用货车前ꎬ应逐线进行线路基础设施适应性 评估ꎮ 结合评估结果ꎬ综合考虑线桥隧结构安全性、 强度、稳定性、养护维修及经济性ꎬ分开行前、后 ２ 个 阶段进行线路基础设施强化改造ꎮ 开行前对影响运 营安全的基础设施进行强化改造ꎻ开行后 ５ 年内逐 步对疲 劳 与 耐 久 性 能 降 低 的 线 路 基 础 设 施 进 行 改造ꎮ 参 考 文 献 [ １ ]中国铁道科学研究院.既有线 ２７ 吨轴重货车(混编)适应 性试验研究[Ｒ].北京:中国铁道科学研究院ꎬ２０１４. [ ２ ]中国铁道科学研究院集团有限公司.２７ 吨轴重货车条件下 既有线线路基础设施评估与强化成套技术研究[Ｒ].北 京:中国铁道科学研究院集团有限公司ꎬ２０１８. [ ３ ]李烨峰.开行 ２７ ｔ 轴重 Ｃ８０Ｅ 货车条件下轨道适应性分析 [Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１７ꎬ５７(４):９５￣１０１. [ ４ ]中华人民共和国铁道部.铁路线路维修规则:铁运〔２００６〕 １４６ 号[Ｓ].北京:中国铁道出版社ꎬ２００６. [ ５ ]苏永华ꎬ胡所亭ꎬ谷牧ꎬ等.２７ ｔ 轴重混编货车作用下既有 线钢筋混凝土梁受力特性试验研究[ Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１５ꎬ ５５(１):７￣１３. [ ６ ]刘吉元ꎬ苏永华.开行 ２７ ｔ 轴重列车对小跨度钢筋混凝土 桥的影响分析[Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１５ꎬ５５(１１):６￣１０. [ ７ ]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.既有线开行 ２７ ｔ 轴 重货车条件下小跨度桥涵承载力储备试验研究[Ｒ].北 京:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所ꎬ２０１６. [ ８ ]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.既有铁路大跨度钢 桥开行重载货物列车适应性及强化对策研究[Ｒ].北京: 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所ꎬ２０１２. [ ９ ]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.轴重 ３０ 吨以上煤 炭运输重载铁路关键技术与核心装备研制—线路基础设 施强化改造技术研究[Ｒ].北京:中国铁道科学研究院铁 道建筑研究所ꎬ２０１５. [１０]谷牧.新型钢 混凝土结合梁的研发及在重载铁路桥梁强 化改造中的应用[Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１７ꎬ５７(１１):１１￣１８. [１１]国家铁路局.重载铁路设计规范:ＴＢ １０６２５—２０１７ [ Ｓ].北 京:中国铁道出版社ꎬ２０１７. (下转第 １４ 页) ５
第59卷 Study on Shear Ratio of Concrete lining with Corrugated Steel Webs in Large Span Continuous Rigid Frame bridge YE Liuke,, LI Ziqi, WANG Li (1.School of Civil Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou Gansu 730070, China 2. National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Road Bridge Disaster Prevention and Control, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou Gansu 730070, China) Abstract In the design of large span bridge structure, the shear force of the steel web near the top of the pier generally large. When the beam height is large, the corrugated steel web is easily affected by the irregular geometry which leads to the decrease of shear buckling strength. In order to prevent buckling failure of corrugated steel webs the buckling b ed steel we proved by adding g near the top the pier. Taking Xushuigou bridge as the engineering background, the stress states of steel web and concrete lining under the thickness of concrete lining, shear ratio and the action of vertical load were studied by using simplified calculation formula and establishing finite element numerical simulation model of concrete lining with different thickness.The results show that when the thickness of concrete lining is in the range of 20-60 cm, the shear effect of concrete lining is better, and the vertical load has no effect on the shear ratio of corrugated steel web plate and concrete Key words Highway bridge; High pier and large span continuous rigid frame bridge; Corrugated steel web Thickness of concrete lining: Shear ratio Stress state (责任审编郑冰) (上接第5页) Adaptability Analysis of Existing Railway Tracks and bridges to 27 t Axle Load General Freight Train and Its Strengthening Reconstruction countermeasures GU Mu, MA Zhanguo, XU Liangshan, LIU Jiyuan, FU Bingxian, CHEN Feng, Pan Zhen Railway Engineering Research Institute, China Academy of Railway Sciences Group Co. Ltd, Beijing 100081, China) Abstract This paper analyzed the adaptability of the existing railway tracks and bridges to 27 t ax freight trains. It is pointed out that under the condition of main-type configuration and normal structure state, the existing railway can meet the operation requirements of a few 27 t axle load freight trains From the perspective of maintaining the long-term operation safety of 27 t axle load freight trains and reducing the maintenance workload,it is necessary to gradually strengthen and upgrade the track and bridge structures, and treat diseases of roadbed and tunnel structures Before operation, it is necessary to strengthen reconstruction the line infrastructures that affect operation safety. Under normal operation conditions, it is necessary to gradually reconstruct the railway infrastructures with reduced fatigue lway: 27 t axle load general freight train; Infrastructure; Adaptability: Strengthening reconstruction (责任审编李付军)
铁 道 建 筑 第 ５９ 卷 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｈｅａｒ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｌｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｗｅｂｓ ｉｎ Ｌａｒｇｅ Ｓｐａｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｉｇｉｄ Ｆｒａｍｅ Ｂｒｉｄｇｅ ＹＥ Ｌｉｕｋｅ １ꎬ２ ꎬＬＩ Ｚｉｑｉ １ꎬ２ ꎬＷＡＮＧ Ｌｉ １ (１.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＬａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＬａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００７０ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏａｄ ＆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ＣｏｎｔｒｏｌꎬＬａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＬａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００７０ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｌａｒｇｅ.Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｅａｍ ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ｌａｒｇｅꎬｔｈｅ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂ ｉｓ ｅａｓｉｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｇｅｏｍｅｔｒｙꎬ ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓꎬ ｔｈｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒ.Ｔａｋｉｎｇ Ｘｕｓｈｕｉｇｏｕ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄꎬｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇꎬｓｈｅａｒ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ２０~６０ ｃｍꎬｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄ ｈａｓ ｎｏ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂ ｐｌａｔｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅꎻ Ｈｉｇｈ ｐｉｅｒ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅꎻ Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂꎻ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇꎻＳｈｅａｒ ｒａｔｉｏꎻＳｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ (责任审编 郑 冰) (上接第 ５ 页) Ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｃｋｓ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｔｏ ２７ ｔ Ａｘｌｅ Ｌｏａｄ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｆｒｅｉｇｈｔ Ｔｒａｉｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ＧＵ ＭｕꎬＭＡ ＺｈａｎｇｕｏꎬＸＵ ＬｉａｎｇｓｈａｎꎬＬＩＵ ＪｉｙｕａｎꎬＦＵ ＢｉｎｇｘｉａｎꎬＣＨＥＮ ＦｅｎｇꎬＰａｎ Ｚｈｅｎ (Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. Ｌｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００８１ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｃｋｓ ａｎｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｔｏ ２７ ｔ ａｘｌｅ ｌｏａｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎｓ.Ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ￣ｔｙｐｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔａｔｅꎬｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａ ｆｅｗ ２７ ｔ ａｘｌｅ ｌｏａｄ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎｓ.Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ２７ ｔ ａｘｌｅ ｌｏａｄ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｗｏｒｋｌｏａｄꎬｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ａｎｄ ｕｐｇｒａｄｅ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ａｎｄ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬａｎｄ ｔｒｅａｔ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｏｆ ｒｏａｄｂｅｄ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ. Ｂｅｆｏｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ.Ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙꎻ ２７ ｔ ａｘｌｅ ｌｏａｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎꎻ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻ Ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙꎻ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ (责任审编 李付军) １４