高速鐵路飛砟機(jī)理及有砟道床斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究項(xiàng)目摘要

飛砟是高速鐵路列車動(dòng)力和列車風(fēng)空氣動(dòng)力共同作用下產(chǎn)生的破壞性現(xiàn)象，嚴(yán)重制約高速有砟道床應(yīng)用與發(fā)展。本項(xiàng)目擬基于鐵道工程學(xué)科，研究列車動(dòng)力、空氣動(dòng)力多場共同作用下有砟道床力學(xué)宏細(xì)觀特性，闡明飛砟機(jī)理，優(yōu)化高速鐵路有砟道床斷面結(jié)構(gòu)，量化飛砟隨機(jī)過程可靠度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。具體地，擬開展有砟道床動(dòng)力特性和風(fēng)工程研究，包括：（1）協(xié)同研究散體動(dòng)力、空氣動(dòng)力作用下飛砟機(jī)理，開展有砟道床空氣動(dòng)力學(xué)和動(dòng)力特性測試，包括風(fēng)洞試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)；（2）闡明飛砟機(jī)理及影響因素，應(yīng)用隨機(jī)過程理論及可靠度分析方法，為高速鐵路飛砟風(fēng)險(xiǎn)評估奠定基礎(chǔ)；（3）綜合拓展飛砟防治方法與措施，優(yōu)化高速鐵路有砟道床斷面結(jié)構(gòu)（砟肩堆高、形狀、寬度、枕心道砟），軌枕形狀(空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化軌枕)，道砟級配與密實(shí)度等，指導(dǎo)高速鐵路有砟道床設(shè)計(jì)、運(yùn)營與維修。

高速鐵路有砟道床，存在主要兩個(gè)方面的問題。（1）道床劣化（2）飛砟問題。有砟道床由碎石道砟所構(gòu)成，力學(xué)特性存在明顯的離散性，有砟道床問題的根本來源可歸納為由列車振動(dòng)荷載引起的道床振動(dòng)，導(dǎo)致道砟劣化、破碎產(chǎn)生累積變形、不滿足列車高速行駛的平順性要求，以及近年來，列車風(fēng)荷載與振動(dòng)的協(xié)同作用下可能發(fā)生道砟飛濺問題。采用空氣動(dòng)力學(xué),風(fēng)洞試驗(yàn),離散單元法,軌道力學(xué)試驗(yàn),隨機(jī)過程可靠度方法等進(jìn)行了多角度協(xié)同研究，共計(jì)產(chǎn)生標(biāo)注SCI和期刊論文20篇以上，發(fā)明專利2項(xiàng)，培養(yǎng)研究生5名，較好的完成了研究項(xiàng)目，研究成果在伊朗德伊高鐵/俄羅斯莫喀高鐵得到了應(yīng)用和體現(xiàn)，能滿足速度350km/h及以上的運(yùn)營要求。 2100433B

該書是有砟道床研究集大成者，凝聚了作者及其研究團(tuán)隊(duì)10多年研究及國際先進(jìn)有砟道床應(yīng)用技術(shù)。該書系統(tǒng)深入介紹了有砟道床試驗(yàn)、模型、理論與數(shù)值分析，對有砟道床理論進(jìn)行了深刻剖析。同時(shí)該書還對有砟道床級配、土工格柵應(yīng)用、檢測維修、環(huán)境保護(hù)進(jìn)行了闡述，指導(dǎo)有砟道床新技術(shù)應(yīng)用。該書對我國鐵路工務(wù)人員、科研院所研究及師生具有重要參考和實(shí)用價(jià)值。

有砟軌道鋼軌

正線軌道應(yīng)采用100m定尺長的60kg/m無螺栓孔新鋼軌，其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)速度等級鋼軌的相關(guān)要求。

有砟軌道軌枕

正線有砟軌道采用2.6m長混凝土軌枕，每千米鋪設(shè)1667根。道岔區(qū)段鋪設(shè)混凝土岔枕。

有砟軌道配件

有砟軌道采用與軌枕配套的彈性扣件，其軌下彈性墊層的靜剛度宜為（60±10）kN/mm。

有砟軌道道床

（1）采用特級碎石道砟，道砟的物理力學(xué)性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。道砟上道前應(yīng)進(jìn)行清洗，清潔度應(yīng)滿足有關(guān)要求。

（2）道床頂面低于軌枕承軌面不應(yīng)小于40mm，且不應(yīng)高于軌枕中部頂面。

（3）路基地段單線道床頂面寬度為3.6m，道床厚度為0.35m，道床邊坡為1：1.75，砟肩堆高為0.15m。雙線道床頂面寬度分別按單線設(shè)計(jì)。石質(zhì)路塹地段采用彈性軌枕或鋪設(shè)砟下彈性墊層。

（4）橋上的道床標(biāo)準(zhǔn)與路基地段相同，應(yīng)采用彈性軌枕或鋪設(shè)砟下彈性墊層。砟肩至擋砟墻之間以道砟填平。

（5）隧道內(nèi)的道床標(biāo)準(zhǔn)與路基地段相同，應(yīng)采用彈性軌枕或鋪設(shè)砟下彈性墊層。砟肩至邊墻（或高側(cè)水溝）間以道砟填平。

（6）線路開通前，道床密度不應(yīng)小于1.75g/cm，軌枕支承剛度不應(yīng)小于120kN/mm，縱向阻力不應(yīng)小于14kN/枕，橫向阻力不應(yīng)小于12kN/枕。

隨著京津城際高速鐵路、武廣高速鐵路、滬杭高速鐵路和京滬高速鐵路的相繼開通和運(yùn)營，我國高速鐵路無砟軌道技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)系列化、現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化。無砟軌道結(jié)構(gòu)形式在線路上主要有CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道、CRTSⅡ型雙塊式無砟軌道、CRTSⅠ型板式無砟軌道和CRTSⅡ型板式無砟軌道、CRTSⅢ型板式無砟軌道，在道岔區(qū)段主要有長枕埋入式無砟軌道和板式無砟軌道。

高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)與普通軌道結(jié)構(gòu)一樣，由鋼軌、軌枕、扣件、道床、道岔等部分組成。這些力學(xué)性質(zhì)截然不同的材料承受來自列車車輪的作用力，它們的工作是緊密相關(guān)的，任何一個(gè)軌道零部件性能、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的變化都會影響其他零部件的工作條件，并對列車運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。因此，軌道結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)，要用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)和方法進(jìn)行研究。鋼軌直接承受由機(jī)車車輛傳來的巨大動(dòng)力，并傳向軌枕；軌枕承受鋼軌傳來的豎向垂直力、橫向和縱向水平力后再將其分布于道床，并保持鋼軌正常的幾何位置；輪軌間的各種作用力通過軌枕和扣件的隔振、減振和衰減后傳遞給道床，并將作用力擴(kuò)散傳遞于路基。由于列車速度的提高與軌道結(jié)構(gòu)的作用力及速度成正比，高速鐵路的軌道必然比普通線路具有更高的安全性、可靠性和平順性。為保證軌ⅡⅡ道結(jié)構(gòu)的這些要求，軌道各部件的力學(xué)性能、使用性能和組成為結(jié)構(gòu)的性能都比普通軌道部件高得多。作為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的軌道結(jié)構(gòu)是一龐大的系統(tǒng)工程，其受力狀態(tài)極其復(fù)雜，運(yùn)營條件的任何變化都會直接引發(fā)受力狀態(tài)的變化，而作為軌道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的橋梁、路基的狀態(tài)和性能對軌道結(jié)構(gòu)有決定性影響，因此，作為高速鐵路和高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)，具備良好的基礎(chǔ)并在正常受力條件下運(yùn)營就顯得特別重要。高速鐵路一般采用60kg/m鋼軌、長度2.6m軌枕、彈性扣件、無砟的軌道結(jié)構(gòu)，大號碼道岔，直向過岔速度與區(qū)間正線一致，側(cè)向過岔速度與連接的聯(lián)絡(luò)線一致，利用標(biāo)準(zhǔn)列車計(jì)算橋梁荷載，規(guī)定統(tǒng)一的列車速度和軸重，全部采用立體交叉。