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多年冻土地区高道床地段无缝线路稳定性研究

高东丰  
【摘要】:为近一步完善国家铁路网建设,加快我国西部地区的经济发展步伐,我国首条代表性的高原铁路——青藏铁路,在对原有线路的进行改造的同时,不断开始新的里程建设。由于青藏铁路所在地区特殊的高寒气候,加之年温差与日温差变化幅度大,使得青藏铁路沿线路基土质条件较普通地区更为复杂,其较大范围的冻土区分布,使得高原地区铁路建设和养护维修的难度加大。而无缝线路不仅提高了旅客舒适度、列车运行速度,且在线路的养护维修、线路运行成本及运输效率等方面比普通线路具备明显优势。因此,近年来,无缝线路在我国西部高原冻土地区的铁路建设中逐步得到了应用。虽然,非常年冻土区铺设无缝线路也取得了一定的成绩,现场使用较好,但对于常年冻土区,在现场勘察过程中可以发现,青藏铁路冻土区很多地段出现超高道床。结合青藏线养护维修和现场观察,超高道床的形成原因有以下两个方面:一方面在每年对青藏铁路养护维修时,由于缺乏专门针对高原铁路的大型养护机具,只能通过抬高道床的方式来完成对线路的大机保养,这样就会使得道床厚度以每次抬道量的大小逐年增加;另一方面由于冻土区路基下土体的不稳定性,土体的冻融循环作用,使得路基左右两侧发生不均匀沉降,针对此种线路病害,通过增添道砟的方式来满足线路的使用要求,这又会导致道床厚度近一步抬高。新增添的道砟之间缝隙的存在,使得道砟在行车荷载作用下相互融合、密实,而此过程中也会发生不均匀沉降,引起钢轨轨面的不平顺。道床的过度抬高,使得原有的路基结构设计不能满足线路承载力以及稳定性的要求。所以,从道床自身在重复荷载作用下的变形规律以及常年冻土区多年路基变形观测数据出发,研究其发生机理,分析形成原因,找出相应处理对策,是十分必要的。论文研究主要包括以下四项内容:(1)根据冻土地区路基变形原理并结合路基变形的相关影响因素,利用等体积计算方法和轨道路基变形相关的原理,来完成由于路基下沉导致的轨道沉降分析;并参考相关计算模型,建立了复合元素试验(CET)的ansys模型,进行模拟分析,得到重复荷载作用下的道床自身沉降规律,并最终得到冻土区道床厚度变化的发展趋势图。(2)对于常年冻土区出现超高道床,也不可避免的有会出现路肩宽度不足,路基两侧设置的挡砟墙变形严重,引起的道床下陷会对铺设无缝线路的稳定性造成影响,尤其是道床纵、横向阻力的降低会影响无缝线路的铺设范围,因此,要针对高道床路肩宽度不足的整治方法,分为一般路基地段和桥头路基地段区域,设计不同的整治方案。(3)针对加固后的冻土区高道床地段无缝线路,进行相关结构设计,其中包括钢轨强度设计检算、轨道稳定性设计检算、锁定轨温的合理确定和钢轨断缝检算等;依托青藏线线路的工程实例,定量分析道床横向阻力减小对线路稳定性的影响;结合不均匀路基下沉引起的轨枕吊空计算方法,得到轨枕临界吊空状态下的路基不均匀沉降值,并以此作为冻土区无缝线路路基变形的技术指标,对冻土区无缝线路铺设的适宜性作出判断。(4)青藏铁路冻土区的无缝线路,由于特殊的高寒气候影响,在运营过程中,钢轨内部必然会存在温度力,这一隐患严重影响了线路的稳定性以及列车的行车安全。因此冻土区无缝线路在运营通车后,要结合线路实际,提出具有针对性的线路养护维修办法。论文将从位移观测桩的设置、无缝线路钢轨内的温度应力放散以及养护维修体制等方面,加强锁定轨温监测,提出针对了冻土区大温差条件下的无缝线路日常养护维修办法。


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