第58卷第7期 Vol58 No.7 Railway Engineering july 2018 文章编号:1003-1995(2018)07-0005-04 国内外弹性轨枕的研究与应用 尤瑞林,刘伟斌,仇鹏,杜香刚 (中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所,北京100861) 摘要铺设弹性轨枕是减少有砟轨道结构道床养护维修工作量的一项重要技术措施,国内外均对此 开展了大量研究工作。国内外研究现状的总结分析表明:弹性轨枕对于轨道的刚度均匀化、减少道床应 力、减轻道床及下部基础的冲击效应具有一定的效果,但铺设弹性轨枕的线路存在轨枕樻向阻力降低、 钢轨和轨枕振动加速度增大、道床不稳定、线路噪声増加等问题;设计时枕下弹性垫板刚度应与轨道结 构的整体受力统一考虑,硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能会导致轨枕出现裂纹,软 的轨下垫板与硬的枕下弹性垫板鉏合为较合理的配置方式。总体来看,弹性轨枕对于改善整个轨道结 构弹性是有利的,可在下部基础刚度较大的特殊区段使用。 关键词轨道结构;弹性轨枕;枕下弹性垫板;结构特点;现场试验;总结分析 中图分类号U2133文献标识码ADOl:10.3969/jisn.1003-1995.201807.02 我国重载铁路和高速铁路正经历着快速发展的时砟轨道结构技术发展提供借鉴。 结构是铁路运营安全可靠舒适高效的重要保证。我1弹性轨枕轨道结构特点 国铁路轨道结构分为无砟轨道和有砟轨道Σ大类型,1.1弹性轨枕轨道结构概况 前者主要用于高速铁路和其他类型铁路的特殊区段 铺设弹性轨枕的有砟轨道结构如图1所示。轨道 (如长大隧道内)2。从铺设的长度来看,有砟轨道结构包括钢轨、扣件、轨枕、枕下弹性垫板( Under 仍然是我国铁路的主要轨道结构形式。有砟轨道结构 Sleeper Pad,USP)以及有砟道床。相对于传统有砟轨 的主要优点是建设成本低、养护维修方便,但同时也存道结构,弹性轨枕有砟轨道结构仅在轨枕底部增设了 在着养护维修工作量较大的缺点。有砟轨道结构及部枕下弹性垫板。 件的养护维修工作的主要内容包括道床捣固清筛、钢 枕下弹性垫板 轨打磨更换、扣件维修、轨枕更换等。其中道床捣固清 筛是工务部门的一项重要工作,耗费了大量的人力、物 力和财力。 导致道床粉化、下沉等劣化现象的主要原因是轮 轨动态荷载的反复作用。前期的相关研究表明轮 图1铺设弹性轨枕的有砟轨道结构 轨疲劳荷载会导致道床伤损快速发展,直接影响道床 的稳定性和使用寿命。因此降低传递至道床内的动态 枕下弹性垫板在轨枕底面有全部粘贴和仅在钢轨 轮轨荷载是延长道床养护维修周期的关键。目前,国内支承部位的有效承载范围内粘贴2种方式。弹性轨枕 外对于降低道床动态应力的措施主要有铺设道砟垫和用枕下弹性垫板通常采用橡胶、聚氨酯或者乙烯-醋酸 铺设弹性轨枕2种。道砟垫的成本较高,应用的范围较乙烯酯共聚物( Ethylene- vinyl acetate copolymer,EVA) 小,而弹性轨枕是目前世界各国研究的热点。本文总结发泡的材料制作。枕下弹性垫板制作完成以后与轨枕 国内外对于弹性轨枕的研究和应用情况,从而为我国有粘连形成弹性轨枕有2种方式:①直接粘贴在成品轨 枕底面;②在轨杭生产过程中,在混凝土硬化前粘贴在 收稿日期:2018-0410;修回日期:2018405-30 轨枕底面4。枕下弹性垫板通常由3层组成:中间为弹 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(2015004-A,2015004 性层,与道砟接触的为保护层,与轨枕底面接触的为黏 第一作者:尤瑞林(1986—),男,副研究员,硕土。 结层。也有的枕下弹性垫板将其中的2层合二为一。 E-mail: youruilin0731(@ 126.cor 对于铺设弹性轨枕的有砟轨道结构,由于在轨枕
第 ５８ 卷 第 ７ 期 ２０１８ 年 ７ 月 铁 道 建 筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ.５８ Ｎｏ.７ Ｊｕｌｙ ２０１８ 文章编号:１００３￣１９９５(２０１８)０７￣０００５￣０４ 国内外弹性轨枕的研究与应用 尤瑞林ꎬ刘伟斌ꎬ仇 鹏ꎬ杜香刚 (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 铺设弹性轨枕是减少有砟轨道结构道床养护维修工作量的一项重要技术措施ꎬ国内外均对此 开展了大量研究工作ꎮ 国内外研究现状的总结分析表明:弹性轨枕对于轨道的刚度均匀化、减少道床应 力、减轻道床及下部基础的冲击效应具有一定的效果ꎬ但铺设弹性轨枕的线路存在轨枕横向阻力降低、 钢轨和轨枕振动加速度增大、道床不稳定、线路噪声增加等问题ꎻ设计时枕下弹性垫板刚度应与轨道结 构的整体受力统一考虑ꎬ硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能会导致轨枕出现裂纹ꎬ软 的轨下垫板与硬的枕下弹性垫板组合为较合理的配置方式ꎮ 总体来看ꎬ弹性轨枕对于改善整个轨道结 构弹性是有利的ꎬ可在下部基础刚度较大的特殊区段使用ꎮ 关键词 轨道结构ꎻ弹性轨枕ꎻ枕下弹性垫板ꎻ结构特点ꎻ现场试验ꎻ总结分析 中图分类号 Ｕ２１３.３ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００３￣１９９５.２０１８.０７.０２ 收稿日期:２０１８￣０４￣１０ꎻ修回日期:２０１８￣０５￣３０ 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(２０１５Ｇ００４￣Ａꎬ２０１５Ｇ００４￣ ＣꎬＺ２０１６￣０２８) 第一作者:尤瑞林(１９８６— )ꎬ男ꎬ副研究员ꎬ硕士ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｙｏｕｒｕｉｌｉｎ０７３１＠ １２６.ｃｏｍ 我国重载铁路和高速铁路正经历着快速发展的时 期ꎮ 轨道是铁路建设中重要的基础设施ꎬ良好的轨道 结构是铁路运营安全可靠、舒适高效的重要保证ꎮ 我 国铁路轨道结构分为无砟轨道和有砟轨道 ２ 大类型ꎬ 前者主要用于高速铁路和其他类型铁路的特殊区段 (如长大隧道内) [１￣２] ꎮ 从铺设的长度来看ꎬ有砟轨道 仍然是我国铁路的主要轨道结构形式ꎮ 有砟轨道结构 的主要优点是建设成本低、养护维修方便ꎬ但同时也存 在着养护维修工作量较大的缺点ꎮ 有砟轨道结构及部 件的养护维修工作的主要内容包括道床捣固清筛、钢 轨打磨更换、扣件维修、轨枕更换等ꎮ 其中道床捣固清 筛是工务部门的一项重要工作ꎬ耗费了大量的人力、物 力和财力ꎮ 导致道床粉化、下沉等劣化现象的主要原因是轮 轨动态荷载的反复作用ꎮ 前期的相关研究[３] 表明轮 轨疲劳荷载会导致道床伤损快速发展ꎬ直接影响道床 的稳定性和使用寿命ꎮ 因此降低传递至道床内的动态 轮轨荷载是延长道床养护维修周期的关键ꎮ 目前ꎬ国内 外对于降低道床动态应力的措施主要有铺设道砟垫和 铺设弹性轨枕 ２ 种ꎮ 道砟垫的成本较高ꎬ应用的范围较 小ꎬ而弹性轨枕是目前世界各国研究的热点ꎮ 本文总结 国内外对于弹性轨枕的研究和应用情况ꎬ从而为我国有 砟轨道结构技术发展提供借鉴ꎮ １ 弹性轨枕轨道结构特点 １ １ 弹性轨枕轨道结构概况 铺设弹性轨枕的有砟轨道结构如图 １ 所示ꎮ 轨道 结构包 括 钢 轨、 扣 件、 轨 枕、 枕 下 弹 性 垫 板 ( Ｕｎｄｅｒ Ｓｌｅｅｐｅｒ ＰａｄꎬＵＳＰ)以及有砟道床ꎮ 相对于传统有砟轨 道结构ꎬ弹性轨枕有砟轨道结构仅在轨枕底部增设了 枕下弹性垫板ꎮ 图 １ 铺设弹性轨枕的有砟轨道结构 枕下弹性垫板在轨枕底面有全部粘贴和仅在钢轨 支承部位的有效承载范围内粘贴 ２ 种方式ꎮ 弹性轨枕 用枕下弹性垫板通常采用橡胶、聚氨酯或者乙烯￣醋酸 乙烯酯共聚物(Ｅｔｈｙｌｅｎｅ￣ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒꎬＥＶＡ) 发泡的材料制作ꎮ 枕下弹性垫板制作完成以后与轨枕 粘连形成弹性轨枕有 ２ 种方式:①直接粘贴在成品轨 枕底面ꎻ②在轨枕生产过程中ꎬ在混凝土硬化前粘贴在 轨枕底面[４] ꎮ 枕下弹性垫板通常由 ３ 层组成:中间为弹 性层ꎬ与道砟接触的为保护层ꎬ与轨枕底面接触的为黏 结层ꎮ 也有的枕下弹性垫板将其中的 ２ 层合二为一ꎮ 对于铺设弹性轨枕的有砟轨道结构ꎬ由于在轨枕
铁道建筑 第58卷 底部额外设置了1层弹性层,因此轨道结构的受力特 征有所改变,以下就枕下弹性垫板对轨道结构受力特 征的影响开展相关分析 1.2枕下弹性垫板对轨道结构受力特征的影响 1.2.1对荷载分布范围的影响 设置枕下弹性垫板可增加轮轨相互作用时荷载沿 (a)普通有砟轨道结构 钢轨纵向的分布长度。这主要是由于枕下弹性增加, 钢轨在垂向荷载作用下的位移增大,从而使得承受轮 载的轨枕数量增加、枕底道床承受的动压应力减小。 上述使用效果对延长道床使用寿命是有利的。普通有 砟轨道结构及铺设弹性轨枕有砟轨道结构在轮轨相互 作用时荷载分布范围的对比如图2所示。 (b)铺设弹性轨枕的有砟轨道结构 1.2.2对轨枕受力特征的影响 图2轮轨相互作用时荷载的分布范围示意 国际铁路联盟UIC曾针对不同类型的轨下垫板 和枕下弹性垫板的组合进行了理论计算分析,主要研同。硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用 究不同工况下设置枕下弹性垫板对轨枕静态和动态受可能会导致轨枕出现裂纹,软的轨下垫板与硬的枕下 力特征的影响。计算结果见表13。多种轨下垫板与弹性垫板组合使用可允许通过更大轴重的列车,为较 枕下弹性垫板的组合导致轨枕的静态和动态弯矩值不合理的配置方式。 表1设置枕下弹性垫板对轨枕受力特征的影响 轨道类型 轨下垫板刚度/(kNmm)枕下弹性垫板刚度 静态弯矩 使用建议 普通有砟轨道 参考基准 参考基准 参考基准 轻微减小 减小 非常软 显著减小 显著增加 应避免 非常软 减小最多 生垫 铺设枕下弹性 板的有砟轨道 较大程度减小 推荐采用 轻微减小 可采用 2瑞士铁路弹性轨枕应用情况 状态参数,其中不同区间线路扭曲和高低的测试结果 见图3。可以看出:铺设弹性轨枕的5个区间内线路 2.1试验段的设置 轨道几何状态保持良好,优于普通轨枕区间 弹性轨枕早在20世纪80年代就已经出现,国内 外针对弹性轨枕都曾开展过相关研究和试用工作。在 USPI USP2 USP3 USP4 USP5 Ref. 最近10年欧洲又重新开展弹性轨枕的试验研究。根 据UC弹性轨枕项目研究报告,瑞士联邦铁路SBB 于2005年在 Kiesen/CH建立了1个现场试验段。该 试验段分为6个区间,其中5个区间(USP1—USP5 (a)线路的扭曲 铺设了不同厂家提供的5种材料的枕下弹性垫板,每 USP4 USP5 Ref 种材料的枕下弹性垫板铺设长度均为216m;另外 个区间(R)为没有铺设枕下弹性垫板的对比区 间,长度亦为216m。这个试验段按照UC铁路分级 标准为D4级,最大轴重为2.5t 2.2试验段内弹性轨枕应用情况 (b)线路的高低 1)轨道几何状态 2005-032005-09-2006-10 SBB采用轨道检测车检测了试验段内线路的几何 图3不同区间线路扭曲和高低的测试结果
铁 道 建 筑 第 ５８ 卷 底部额外设置了 １ 层弹性层ꎬ因此轨道结构的受力特 征有所改变ꎬ以下就枕下弹性垫板对轨道结构受力特 征的影响开展相关分析ꎮ １ ２ 枕下弹性垫板对轨道结构受力特征的影响 １ ２ １ 对荷载分布范围的影响 设置枕下弹性垫板可增加轮轨相互作用时荷载沿 钢轨纵向的分布长度ꎮ 这主要是由于枕下弹性增加ꎬ 钢轨在垂向荷载作用下的位移增大ꎬ从而使得承受轮 载的轨枕数量增加、枕底道床承受的动压应力减小ꎮ 上述使用效果对延长道床使用寿命是有利的ꎮ 普通有 砟轨道结构及铺设弹性轨枕有砟轨道结构在轮轨相互 作用时荷载分布范围的对比如图 ２ 所示ꎮ １ ２ ２ 对轨枕受力特征的影响 国际铁路联盟 ＵＩＣ 曾针对不同类型的轨下垫板 和枕下弹性垫板的组合进行了理论计算分析ꎬ主要研 究不同工况下设置枕下弹性垫板对轨枕静态和动态受 力特征的影响ꎮ 计算结果见表 １ [５] ꎮ 多种轨下垫板与 枕下弹性垫板的组合导致轨枕的静态和动态弯矩值不 图 ２ 轮轨相互作用时荷载的分布范围示意 同ꎮ 硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用 可能会导致轨枕出现裂纹ꎬ软的轨下垫板与硬的枕下 弹性垫板组合使用可允许通过更大轴重的列车ꎬ为较 合理的配置方式ꎮ 表 １ 设置枕下弹性垫板对轨枕受力特征的影响 轨道类型 轨下垫板刚度/ (ｋＮ/ ｍｍ) 枕下弹性垫板刚度 静态弯矩 动态弯矩 使用建议 普通有砟轨道 ６００ 无 参考基准 参考基准 参考基准 ６０ 无 轻微减小 减小 可采用 ６００ 非常软 显著减小 显著增加 应避免 铺设枕下弹性垫 板的有砟轨道 ６０ 非常软 减小最多 增加 不建议采用 ６０ 软 较大程度减小 正常 推荐采用 ６００ 硬 轻微减小 正常 可采用 ２ 瑞士铁路弹性轨枕应用情况 ２ １ 试验段的设置 弹性轨枕早在 ２０ 世纪 ８０ 年代就已经出现ꎬ国内 外针对弹性轨枕都曾开展过相关研究和试用工作ꎮ 在 最近 １０ 年欧洲又重新开展弹性轨枕的试验研究ꎮ 根 据 ＵＩＣ 弹性轨枕项目研究报告[５] ꎬ瑞士联邦铁路 ＳＢＢ 于 ２００５ 年在 Ｋｉｅｓｅｎ / ＣＨ 建立了 １ 个现场试验段ꎮ 该 试验段分为 ６ 个区间ꎬ其中 ５ 个区间(ＵＳＰ１—ＵＳＰ５) 铺设了不同厂家提供的 ５ 种材料的枕下弹性垫板ꎬ每 种材料的枕下弹性垫板铺设长度均为 ２１６ ｍꎻ另外一 个区间( Ｒｅｆ.) 为没有铺设枕下弹性垫板的对比区 间ꎬ长度亦为 ２１６ ｍꎮ 这个试验段按照 ＵＩＣ 铁路分级 标准为 Ｄ４ 级ꎬ最大轴重为 ２２ ５ ｔꎮ ２ ２ 试验段内弹性轨枕应用情况 １)轨道几何状态 ＳＢＢ 采用轨道检测车检测了试验段内线路的几何 状态参数ꎬ其中不同区间线路扭曲和高低的测试结果 见图 ３ꎮ 可以看出:铺设弹性轨枕的 ５ 个区间内线路 轨道几何状态保持良好ꎬ优于普通轨枕区间ꎮ 图 ３ 不同区间线路扭曲和高低的测试结果 ６
第7期 尤瑞林等:国内外弹性轨枕的研究与应用 2)垂向位移 4000 弹性轨枕地段 采用SBB位移检测车测量钢轨垂向位移,测试过 一2000 程中线路承受20t轴重的垂向荷载。由测试结果可量20 得:铺设较软的枕下弹性垫板地段(USP5)钢轨垂向位 1881 普通轨枕地段 移约为70m,其他弹性轨扰地段钢轨垂向位移平20 均值在0.80-0.85m,而普通轨枕地段钢轨垂向位露点20 移平均值为0.70mm。弹性垫板地段钢轨的垂向位移 比普通轨枕地段更加均匀。 3)轨枕横向阻力 0808 弹性轨枕地 测试结果表明(,现场试验段内弹性轨枕横向阻 普通轨枕地段 力低于普通轨枕横向阻力,而且枕下弹性垫板的刚度 越小,横向阻力越小(见图4)。需要说明的是轨枕横装点 向阻力不仅跟道床状态、轨枕的结构设计等因素有关 而且与枕下弹性垫板的自身特性有关。 时间/s 图5轨道结构振动加速度测试结果 4我国弹性轨枕应用情况 USP? USPS 我国自20世纪80年代初开始研究在混凝土轨枕 下设置弹性垫板,并先后在沈阳、北京、上海铁路局干 图4轨枕横向阻力现场测试结果 线上及攀枝花重载矿山专用线钢轨接头部位进行了试 铺试验取得了一定的成果。在此基础上于1995 4)振动及噪声测试 年制定了TB/T2629—1995《铁路混凝土轨枕枕下弹 除了改进轨道几何状态和延长道床使用寿命外, 性垫板》标准。我国从2011年开始研究30t轴重成套 弹性轨枕其他重要的用途是降低基础荷载振动。UIC 轨道技术,依托新建山西中南部铁路通道(瓦日线) 的研究结果表明:弹性轨枕有效的减振频率范围是在重载铁路隧道内铺设新型重载弹性轨枕,并进行了 实车试验。试验结果表明 40Hz以上,降低的振动水平为8~15dB。在SBB现 场测试过程中,还得到所有类型枕下弹性垫板的共振 1)隧道内弹性轨枕地段轨道刚度明显降低,且均 匀性较好;30t轴重试验列车不同运行速度下弹性轨 频率范围均在25~40Hz,在该频率范围内试验段弹性 枕地段钢轨垂向位移最大值1.94mm,轨枕垂向位移 轨枕地段所产生的基础振动加速度比普通轨枕地段 最大值1.87mm,可显著提高轨道结构弹性。 要高。 2)隧道内弹性轨枕与普通轨枕的单根橫向静态 关于弹性轨枕对空气噪声的影响,目前大部分测 阻力平均值分别为10.5kN及11.3kN,弹性轨枕的单 试结果表明,在列车通过弹性轨枕轨道结构时产生的 根横向静态阻力略低于普通轨枕。30t轴重试验列车 空气噪声有少量的增大;SBB现场测试结果显示噪声不同运行速度下弹性轨枕地段轨枕动态横向位移最大 增大约5dB3。 值0.24mm,普通轨枕地段轨枕动态横向位移最大值 3澳大利亚铁路弹性轨枕应用情况 0.10mm,弹性轨枕的动态横向位移大于普通轨枕。 从量值来看,普通轨枕地段及弹性轨枕地段轨枕动态 2011-2012年澳大利亚南威尔士州 Dustier铁横向位移均较小,可满足重载铁路稳定性要求。 路,在钢轨接头处铺设了弹性轨枕,目的是减轻列车对 3)弹性轨枕地段钢轨加速度及轨枕加速度均高 钢轨接头处轨道结构的冲击效应。该线路运行30t轴于普通轨枕地段,弹性轨枕地段道床加速度小于普通 重重载列车,现场铺设了12根弹性轨枕,铺设时间为轨枕地段。弹性轨枕对于道床具有减振效果,但对于 2011年8月,此后进行了现场动态测试和跟踪观测。隧道基底的减振效果不明显。 测试结果(见图5)表明:弹性轨枕对于改善轨道结 构弹性、道床及路基的高频振动是有效果的,但同时增5结论 大了钢轨及轨枕的振动 根据国内外弹性轨枕的研究和应用情况,可总结
第 ７ 期 尤瑞林等:国内外弹性轨枕的研究与应用 ２)垂向位移 采用 ＳＢＢ 位移检测车测量钢轨垂向位移ꎬ测试过 程中线路承受 ２０ ｔ 轴重的垂向荷载ꎮ 由测试结果可 得:铺设较软的枕下弹性垫板地段(ＵＳＰ５)钢轨垂向位 移约为 １ ７０ ｍｍꎬ其他弹性轨枕地段钢轨垂向位移平 均值在 ０ ８０~ ０ ８５ ｍｍꎬ而普通轨枕地段钢轨垂向位 移平均值为 ０ ７０ ｍｍꎮ 弹性垫板地段钢轨的垂向位移 比普通轨枕地段更加均匀ꎮ ３)轨枕横向阻力 测试结果表明[６] ꎬ现场试验段内弹性轨枕横向阻 力低于普通轨枕横向阻力ꎬ而且枕下弹性垫板的刚度 越小ꎬ横向阻力越小(见图 ４)ꎮ 需要说明的是ꎬ轨枕横 向阻力不仅跟道床状态、轨枕的结构设计等因素有关ꎬ 而且与枕下弹性垫板的自身特性有关ꎮ 图 ４ 轨枕横向阻力现场测试结果 ４)振动及噪声测试 除了改进轨道几何状态和延长道床使用寿命外ꎬ 弹性轨枕其他重要的用途是降低基础荷载振动ꎮ ＵＩＣ 的研究结果[５]表明:弹性轨枕有效的减振频率范围是 ４０ Ｈｚ 以上ꎬ降低的振动水平为 ８ ~ １５ ｄＢꎮ 在 ＳＢＢ 现 场测试过程中ꎬ还得到所有类型枕下弹性垫板的共振 频率范围均在 ２５~４０ Ｈｚꎬ在该频率范围内试验段弹性 轨枕地段所产生的基础振动加速度比普通轨枕地段 要高ꎮ 关于弹性轨枕对空气噪声的影响ꎬ目前大部分测 试结果表明ꎬ在列车通过弹性轨枕轨道结构时产生的 空气噪声有少量的增大ꎻＳＢＢ 现场测试结果显示噪声 增大约 ５ ｄＢ [５] ꎮ ３ 澳大利亚铁路弹性轨枕应用情况 ２０１１—２０１２ 年澳大利亚南威尔士州 Ａｕｓｔｉｍｅｒ 铁 路ꎬ在钢轨接头处铺设了弹性轨枕ꎬ目的是减轻列车对 钢轨接头处轨道结构的冲击效应ꎮ 该线路运行 ３０ ｔ 轴 重重载列车ꎬ现场铺设了 １２ 根弹性轨枕ꎬ铺设时间为 ２０１１ 年 ８ 月ꎬ此后进行了现场动态测试和跟踪观测ꎮ 测试结果(见图 ５ [７] )表明:弹性轨枕对于改善轨道结 构弹性、道床及路基的高频振动是有效果的ꎬ但同时增 大了钢轨及轨枕的振动ꎮ 图 ５ 轨道结构振动加速度测试结果 ４ 我国弹性轨枕应用情况 我国自 ２０ 世纪 ８０ 年代初开始研究在混凝土轨枕 下设置弹性垫板ꎬ并先后在沈阳、北京、上海铁路局干 线上及攀枝花重载矿山专用线钢轨接头部位进行了试 铺试验ꎬ取得了一定的成果[８￣１０] ꎮ 在此基础上于 １９９５ 年制定了 ＴＢ / Ｔ ２６２９—１９９５«铁路混凝土轨枕枕下弹 性垫板»标准ꎮ 我国从 ２０１１ 年开始研究 ３０ ｔ 轴重成套 轨道技术ꎬ依托新建山西中南部铁路通道(瓦日线)ꎬ 在重载铁路隧道内铺设新型重载弹性轨枕ꎬ并进行了 实车试验[３] ꎮ 试验结果表明: １)隧道内弹性轨枕地段轨道刚度明显降低ꎬ且均 匀性较好ꎻ３０ ｔ 轴重试验列车不同运行速度下弹性轨 枕地段钢轨垂向位移最大值 １ ９４ ｍｍꎬ轨枕垂向位移 最大值 １ ８７ ｍｍꎬ可显著提高轨道结构弹性ꎮ ２)隧道内弹性轨枕与普通轨枕的单根横向静态 阻力平均值分别为 １０ ５ ｋＮ 及 １１ ３ ｋＮꎬ弹性轨枕的单 根横向静态阻力略低于普通轨枕ꎮ ３０ ｔ 轴重试验列车 不同运行速度下弹性轨枕地段轨枕动态横向位移最大 值 ０ ２４ ｍｍꎬ普通轨枕地段轨枕动态横向位移最大值 ０ １０ ｍｍꎬ弹性轨枕的动态横向位移大于普通轨枕ꎮ 从量值来看ꎬ普通轨枕地段及弹性轨枕地段轨枕动态 横向位移均较小ꎬ可满足重载铁路稳定性要求ꎮ ３)弹性轨枕地段钢轨加速度及轨枕加速度均高 于普通轨枕地段ꎬ弹性轨枕地段道床加速度小于普通 轨枕地段ꎮ 弹性轨枕对于道床具有减振效果ꎬ但对于 隧道基底的减振效果不明显ꎮ ５ 结论 根据国内外弹性轨枕的研究和应用情况ꎬ可总结 ７
铁道建筑 第58卷 出以下3点 l10-114 1)弹性轨枕自20世纪80年代前后,在国内外都[3]尤瑞林,范佳,杜香刚重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下 已经开展了相关研究工作,弹性轨枕对于轨道的刚度 垫层静刚度试验方法研究[J].铁道建筑,2014,54(11): 均匀化、减少道床应力、减轻道床及下部基础的冲击效 应具有一定的效果。但是弹性轨枕仍存在轨枕横向阻[4] JAYASURIYA C, INDRARATNA B, NIMBALKAR S. Analysi 力降低、钢轨和轨枕的振动加速度增大、道床不稳定、 of the Performance of Under Sleeper Pads-A Critical Review 线路噪声增大等问题。 [ C]//International Conference on Geotechnical Engineering 2)结构设计时,枕下弹性垫板的刚度应与轨道结 Colombo, Sri Lanka: Sri Lankan Geotechnical Society, 2015 601-604. 构的整体受力统一考虑。国外的研究分析结果表明 5]U Sleeper Pads [M]. Vienna: International Union of 硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能 2009. 会导致轨枕出现裂纹;软的轨下垫板与硬的枕下弹性 6 JUIC Measurement Report About a New Under Sleeper Pads 垫板组合为较合理的配置方式。 Test Track in a Curve [M]. Paris: International Union of Rail- 3)总体来看,弹性轨枕由于在轨枕底部增加了 个弹性层,对于改善整个轨道结构的弹性是有利的,可[7] KAEWUNRUEN S, AIKAWA A, remeNNIKOv AM Vibra- 作为轨道结构特殊区段的处理措施,如既有线改造中 tion Attenuation at Rail Joints through Under Sleeper Pads 道床厚度不足、下部基础过渡刚度差异较大等工况 [J]. Procedia Engineering, 2017, 189: 193-198 [8]张雷弹性轨枕有碴轨道的基础试验与动力分析[D].成 都:西南交通大学,2005 [1]王继军,尤瑞林,杜香刚,等重载铁路隧道内无砟轨道结[9]陈俊波弹性轨枕在既有线提速改造中的应用研究[J],铁 构选型分析[J]铁道建筑,2013,53(5):132-136 道勘察,2008,34(5):88-91 [2]尤瑞林,王继军,杜香刚,等重载铁路弹性支承块式无砟10]韩义涛,姚力王瑶胶济线涵顶铺设弹性轨杭的动力分析 轨道轨距保持能力计算分析[]铁道建筑,2015,55(3) 研究[J]铁道建筑,2007,47(9):82-84. Research and Application of Elastic Sleeper in China and abroad YOU Ruilin, LIU Weibin, QIU Peng, DU Xianggang Railway Engineering Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China Abstract Laying the elastic sleeper is an important technical measure to reduce the ballast bed maintenance work of ballasted track structure, a large amount of research work has been carried out around the world. The summary analysis of research status shows that the elastic sleepers has some effect on the homogeneity of the track stiffness ducing the stress of the ballast bed, and alleviating the impact of the ballast bed and the lower base, however, the railway line laying elastic sleepers has the problems of lowering the lateral resistance of the sleeper, increasing the vibration acceleration of the rails and sleepers, instability of the ballast bed, and increase of line noise. So the stiffness under sleeper pad (USP)should be in consideration of the overall force of the track structure in the design. The combination of a hard rail pad with a very soft USP may cause cracks in the sleeper, soft rail pads combining with a stiff USP is a more reasonable selection. Overall, the elastic sleeper is beneficial for improving the elasticity of the entire track structure and can be used in special section with large lower base stiffness Key words Track structure; Elastic sleeper; Under-sleeper pad USP Structural characteristics; Field test; Summary and analysis 责任审编葛全红)
铁 道 建 筑 第 ５８ 卷 出以下 ３ 点: １)弹性轨枕自 ２０ 世纪 ８０ 年代前后ꎬ在国内外都 已经开展了相关研究工作ꎬ弹性轨枕对于轨道的刚度 均匀化、减少道床应力、减轻道床及下部基础的冲击效 应具有一定的效果ꎮ 但是弹性轨枕仍存在轨枕横向阻 力降低、钢轨和轨枕的振动加速度增大、道床不稳定、 线路噪声增大等问题ꎮ ２)结构设计时ꎬ枕下弹性垫板的刚度应与轨道结 构的整体受力统一考虑ꎮ 国外的研究分析结果表明ꎬ 硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能 会导致轨枕出现裂纹ꎻ软的轨下垫板与硬的枕下弹性 垫板组合为较合理的配置方式ꎮ ３)总体来看ꎬ弹性轨枕由于在轨枕底部增加了一 个弹性层ꎬ对于改善整个轨道结构的弹性是有利的ꎬ可 作为轨道结构特殊区段的处理措施ꎬ如既有线改造中 道床厚度不足、下部基础过渡刚度差异较大等工况ꎮ 参 考 文 献 [ １ ]王继军ꎬ尤瑞林ꎬ杜香刚ꎬ等.重载铁路隧道内无砟轨道结 构选型分析[Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１３ꎬ５３(５):１３２￣１３６. [ ２ ]尤瑞林ꎬ王继军ꎬ杜香刚ꎬ等.重载铁路弹性支承块式无砟 轨道轨距保持能力计算分析[ Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１５ꎬ５５(３): １１０￣１１４. [ ３ ]尤瑞林ꎬ范佳ꎬ杜香刚.重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下 垫层静刚度试验方法研究[ Ｊ].铁道建筑ꎬ２０１４ꎬ５４( １１): １３６￣１３９. [ ４ ]ＪＡＹＡＳＵＲＩＹＡ ＣꎬＩＮＤＲＡＲＡＴＮＡ ＢꎬＮＩＭＢＡＬＫＡＲ Ｓ.Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｕｎｄｅｒ Ｓｌｅｅｐｅｒ Ｐａｄｓ—Ａ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ [Ｃ] / / Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ. ＣｏｌｏｍｂｏꎬＳｒｉ Ｌａｎｋａ:Ｓｒｉ Ｌａｎｋａｎ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙꎬ２０１５: ６０１￣６０４. [ ５ ]ＵＩＣ.Ｕｎｄｅｒ Ｓｌｅｅｐｅｒ Ｐａｄｓ [Ｍ].Ｖｉｅｎｎａ:Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙｓꎬ２００９. [ ６ ]ＵＩＣ.Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｒｅｐｏｒｔ Ａｂｏｕｔ ａ Ｎｅｗ Ｕｎｄｅｒ Ｓｌｅｅｐｅｒ Ｐａｄｓ Ｔｅｓｔ Ｔｒａｃｋ ｉｎ ａ Ｃｕｒｖｅ [Ｍ].Ｐａｒｉｓ:Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌ￣ ｗａｙｓꎬ２０１３. [ ７ ]ＫＡＥＷＵＮＲＵＥＮ ＳꎬＡＩＫＡＷＡ ＡꎬＲＥＭＥＮＮＩＫＯＶ Ａ Ｍ.Ｖｉｂｒａ￣ ｔｉｏｎ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ａｔ Ｒａｉｌ Ｊｏｉｎｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｕｎｄｅｒ Ｓｌｅｅｐｅｒ Ｐａｄｓ [Ｊ].Ｐｒｏｃｅｄｉａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１８９:１９３￣１９８. [ ８ ]张雷.弹性轨枕有碴轨道的基础试验与动力分析[Ｄ].成 都:西南交通大学ꎬ２００５. [ ９ ]陈俊波.弹性轨枕在既有线提速改造中的应用研究[ Ｊ].铁 道勘察ꎬ２００８ꎬ３４(５):８８￣９１. [１０]韩义涛ꎬ姚力ꎬ王瑶.胶济线涵顶铺设弹性轨枕的动力分析 研究[Ｊ].铁道建筑ꎬ２００７ꎬ４７(９):８２￣８４. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｓｌｅｅｐｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ａｂｒｏａｄ ＹＯＵ ＲｕｉｌｉｎꎬＬＩＵ ＷｅｉｂｉｎꎬＱＩＵ ＰｅｎｇꎬＤＵ Ｘｉａｎｇｇａｎｇ (Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＬｉｍｉｔｅｄꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００８１ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｗｏｒｋ ｏｆ ｂａｌｌａｓｔｅｄ ｔｒａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ. Ｔｈｅ ｓｕｍｍａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｐｅｒｓ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓꎬ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄꎬａｎｄ ａｌｌｅｖｉａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｂａｓｅꎬｈｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｌｉｎｅ ｌａｙｉｎｇ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｐｅｒｓ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｅｅｐｅｒꎬｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｉｌｓ ａｎｄ ｓｌｅｅｐｅｒｓꎬｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔ ｂｅｄꎬａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｌｉｎｅ ｎｏｉｓｅ.Ｓｏ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒ ｓｌｅｅｐｅｒ ｐａｄ (ＵＳＰ) ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ.Ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈａｒｄ ｒａｉｌ ｐａｄ ｗｉｔｈ ａ ｖｅｒｙ ｓｏｆｔ ＵＳＰ ｍａｙ ｃａｕｓｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｌｅｅｐｅｒꎬｓｏｆｔ ｒａｉｌ ｐａｄｓ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｓｔｉｆｆ ＵＳＰ ｉｓ ａ ｍｏｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ. Ｏｖｅｒａｌｌꎬｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｐｅｒ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｔｒａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｌｏｗｅｒ ｂａｓｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｔｒａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻ Ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｐｅｒꎻ Ｕｎｄｅｒ￣ｓｌｅｅｐｅｒ ｐａｄ ( ＵＳＰ)ꎻ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻ Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔꎻ Ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ (责任审编 葛全红) ８
