关于乌鞘岭隧道弹性整体轨道Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望汇报主要内容一、概况 二、弹性整体轨道结构研究试验情况三、适应时速200公里客货共线的轨道结构技术条件分析四、适应时速200公里轨道施工技术条件分析五、有关建议一、概况1乌鞘岭隧道弹性整体轨道概况 乌鞘岭隧道全长20.5km，为左右两个单线隧道。洞内采用弹性支承块式整体道床,60kg/m钢轨无缝线路。原初步设计和施工图阶段设计速度目标值为160km/h,各轨道部件及轨道强度均按此目标值进行设计试验。目前,右线隧道两端道床施工已完成约3km。 2国内外应用概况弹性支承块结构的基本形式在国外也称“低振动轨道(LVT)”,最早于1966年铺设于瑞士 Boetberg隧道中,至今已有38年的运营经验。1993年6月开通运营的英法海峡隧道铺设了这种结构,该隧道设计最高行车速度200km/h。之后,这种结构在业界被广泛铺设运用。英法海峡隧道虽然设计速度为200km/h,但实际运营速度为160km/h的记录,因此,目前只能从理论上来说应该能达到200km/h速度。 国内自从秦岭特长隧道首次研究铺设该结构至今，在短短的6年内通车隧道7处，里程达到了74.4km（不包括城市轨道交通使用数量）；正在设计和正在施工隧道6处，里程约88km，该结构受到运营单位的肯定和好评。为适应兰武线最高行车速度160km/h的要求，在原秦岭长隧道弹性整体轨道结构基础上进行了构件的改进和加强,并进行了分析检算,认为乌鞘岭隧道铺设的标准可以达到160km/h速度。 二、弹性整体轨道结构研究试验情况 1秦岭隧道研究概况秦岭隧道全长18.456km，是我国目前最长的运营铁路山岭隧道。隧道修建之初，考虑特长隧道内环境黑暗潮湿、狭窄，如采用传统有碴轨道，隧道内的养护维修作业将十分困难，新铺轨道通车后需花费大量人力进行整道，12年内洞内难以达到设计车速。在运营期间，当道碴几何状态恶化时，也必须靠人工清筛换碴并反复调整轨道的几何状态，这种维修的频率在繁忙干线上为5年左右出现一次，在维修期间，列车不能正常运营，洞内将难以达到设计车速且不能保证行车安全。要彻底解决以上技术问题，隧道内必须采用技术先进，结构合理，施工快捷，运营少维修或免维修的新型无碴轨道结构。另外，当轨道结构部件发生个别损坏时，可更换，易修复。经反复论证，最终选定套靴式弹性支承块式整体轨道进行突破性研究，铁道部以重点科技开发项目立项对“弹性整体轨道结构及施工工艺和机具的研究”课题（合同编号：95G48Q）进行全面研究试验。该课题经轨道动力学分析计算、部件设计试制、室内力学试验、宝天线白清隧道铺设试验、施工工艺及机具研究试制、西康线大瓢沟隧道工艺机具工业性试验、结构部件改进及施工图设计，最终成功地铺设于秦岭隧道中。线隧道于2001年1月开通后，洞内车速就达到了120km/h。 2秦岭线隧道存在问题及其改进秦岭线隧道整体轨道铺设运营之初，发生的问题有： 道床：在现场浇注道床砼时，个别地点道床砼面位置高度超线，使个别支承块内侧上翼缘在列车运营中剪切掉块，其原因是砼道床抹面位置偏上，限制了支承块在列车通过时的弹性位移所致。 采用氯丁胶生产的套靴产品存在低温变硬现象。 个别预埋铁座断裂损坏，当时，现场利用抬道法予以更换，经全面分析补充试验发现其原因是： 铸造质量存在离散性，离散性大小与生产厂家、生产设备、工艺水平密切相关； 铁件强度存在薄弱点； 工地组装扣件时，螺栓扭矩过大，如要求的螺栓扭矩为120Nm即可达到弹条下颌三点接触，而实际扭矩个别达到300Nm。当时，课题组针对以上问题进行了全面分析和改进，之后在2002年3月开通运营的线隧道内，轨道结构则无任何损坏及维修。该结构得到郑州铁路局运营部门的肯定和赞赏。至目前已对主要部件及有关技术条件进行了二次改进和修订，改进主要内容及修订情况如下：第一次修订是针对科研阶段发现的问题所进行的改进，适用于国铁25t轴重、客货混运时速120公里的线路，改进后形成了弹性整体轨道部件通用图（壹线3025图）及相应配套的技术条件，改进修订的主要内容为： 将支承块上翼缘凸出尺寸由原12mm缩小为9mm，并加强道床抹面平整度； 套靴全部采用三元乙丙胶制造； 预埋铁座： 设计尺寸进行了局部改进，使预埋铁座轴向拉伸强度由原60KN提高至100KN以上，试验强度达到140KN-160KN。从而能以较大的强度储备克服很小的质量离散性。 材料由QT400-18改为QT450-10，提高了材料强度且简化了铸造工艺，有利于生产过程的质量控制。 增加了制造设备技术条件，限定铸造工艺必须采用电感应炉熔炼，不准直接采用冲天炉，使铸造质量离散性降低到最小。 增加预埋座工作轴向拉伸强度试验和金相组织检验内容，限定球化级别不得大于3级； 在铺轨施工技术条件中要求安装扣件弹条达到三点接触的同时，限定螺母扭力距不超过150NM. 第二次改进在第一次改进的壹线3025图基础上进行，改进后的轨道部件适用于新建时速160公里客货共线铁路。改进后的图号为：壹线（04）3025。改进的主要内容如下： C50支承块：通过调整受力钢筋，使块下开裂检验荷载由65kN提高至75kN。另外，帽上尺寸调整，使制造时容易脱模。 橡胶套靴及块下橡胶垫板：调整有关物理机械性能指标，使其进一步趋向合理。 预埋铁座及轨距挡板：调整预埋铁座上肢厚度，使横向抵抗力不小于120kN，轴向拉伸强度不小于140kN。轨距挡板尺寸作相应调整。 弹条：增加弹条表面用JM型防锈漆处理措施。 T型螺栓及盖型螺母：增加M24 T型螺栓及盖型螺母表面镀锌钝化或多元共渗防腐处理。本技术条件与壹线（04）3025 “弹性整体轨道部件结构通用图”及壹线（04）3025A “弹性整体轨道部件安装图”配合使用。 三、适应时速200公里客货共线的轨道结构技术条件分析 1支承块强度分析 根据新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定316条规定：设计动轮载采用300kN。经本次计算： 取轨下静刚度60kN/mm及轮载采用300kN最不利条件，得出枕上压力：120kN，支承块最大弯矩：9kN.m。乌鞘岭已生产的支承块经有关抗裂强度试验结果为：11kN.m。说明乌鞘岭支承块抗裂强度可满足要求。 2预埋铁座强度及抗拔力分析 按车轮作用在钢轨上的横向力70kN、竖向静轮载125kN最不利组合检算，预埋铁座抗拔力弹条扣压力219.6kN10kN219.6kN39.6kN。即单个预埋铁座最大抗拔力约为40kN。试验表明在列车通过时扣件螺拴附加上拔力测值均很小，最大值为l.2kN,在原有螺母扭矩基础上螺拴轴向力增加了6。目前铁座拉伸检验强度大于140kN，可满足要求，但埋入支承块后开裂抗拔力仍需补充试验。 3轨道横向稳定性分析 由上表换算的橡胶套靴侧面总静刚度值为：190240（kN/mm）,按最大横向力70kN计算的支承块最大横向位移为：0.370.29（mm）。由此可知支承块横向稳定性是可靠的。试样静刚度值（kN/mm）试样尺寸块下大胶垫75105橡胶垫板橡胶套靴120150140185mm（从套靴小侧面取样） 套靴的侧向静刚度 秦岭隧道弹性整体道床试验情况秦岭隧道弹性整体道床试验时，对灌筑好的无碴轨道模型，在混凝土强度达到设计强度后进行静载及疲劳振动试验。所有试验都是在铁科院线路试验室PBE一500kN液压疲劳机上进行的。试验的图式如右图所示。油压千斤顶向下的总荷载为P，加力架向下成450向钢轨加荷，这样每个测点所受的水平力和竖向力均为P2。 疲劳试验的目的，主要是检验在疲劳试验后轨道几何状态（两股钢轨轨距及支承块之间的距离)的变化，各部件的损伤情况，疲劳试验的最大荷载Pmax120kN，最小Pmin20kN，试验结果见表1。 由表1可见，在规定荷载作用下，经过200万次荷载循环后，轨距的最大变化为2mm，符合有关技术标准要求；支承块的距离变化为1mm，到400万次已几乎无变化。在疲劳荷载作用下支承块的振幅为1mm左右。说明弹性整体轨道结构的稳定性很好。荷 载Pmax120kN，Pmin20kN加荷次数（104）0.1200400轨 距 (mm)南143501437214372北143701437014370支承块距离(mm)南914091519151北912091209120注：支承块在Pmax作用下上下振幅约1mm，支承块在内侧与套靴分开最大约1mm。表1 4轨道竖向稳定性分析取轨下静刚度30kN/mm及轮载采用300kN最不利条件及轮载125kN，静刚度40kN/mm，分别对轨道竖向变形进行检算，结果见表2 序号轮位（m）轮载300kN，静刚度30kN/mm时的钢轨位移（mm）轮载125kN，静刚度40kN/mm时的钢轨位移（mm）1-5.130.0059-0.0022-4.560.00240.00143-3.990.03020.00424-3.420.08320.01915-2.850.13920.04096-2.280.10660.04537-1.710.20830.03368-1.141.04830.29679-0.572.41310.7741 00.003.36691.1306110.572.41310.774121.141.04830.2967131.710.20830.0336142.280.10660.0453152.850.13920.0409163.420.08320.0191173.990.03020.0042184.560.00240.0014195.130.00590.002表2300kN与125kN轮载作用下钢轨变形图 由上图及表2可见，最不利情况下钢轨下沉最大值为：3.3669mm，最大上升值为：0.1392 mm。正常情况下钢轨下沉值为：1.1306mm，上升值为：0.0453 mm。由此分析：支承块不能从道床中拔出，轨道竖向稳定性无可担忧。 5乌鞘岭隧道内整体道床板强度乌鞘岭隧道内整体道床板设计采用312.5kN垂向动荷载,100kN横向荷载，类围岩抗力系数K=500MPa/m进行检算，采用双层框架配筋，C40混凝土结构，强度完全满足时速200公里客货共线需要。乌鞘岭隧道弹性整体道床横断面图6对结构的结论性意见从以上分析，认为目前乌鞘岭对弹性整体道床部件及道床板强度可结构满足时速200公里客货共线需要。建议保持既有设计不作改变，但对支承块预埋铁座抗拔力等有关进行试验确认。 四、适应时速200公里轨道施工技术条件分析乌鞘岭弹性整体轨道有关平顺性标准是现场施工技术关键，现行有关标准对比见下表3，表4：无碴轨道静态平顺度（mm） 表3项目高低轨向水平轨距V=160km/h4442V=200km/h2221，2测量弦长10m无碴轨道动态平顺度（mm） 表4 以上静态平顺度标准即为施工验收标准，若乌鞘岭隧道整体轨道提高至200km/h车速，建议现场施工加强施工标桩测设精度，必要时按道床两侧设置施工标桩；并全面检查轨道排架悬挂精度，精心施工。项目高低轨向水平轨距V=160km/h5455，2V=200km/h4444，2五、存在问题及有关建议对目前弹性支承块结构如要进一步将行车速度提高到200km/h，建议补充进行如下试验工作:在200km/h车速情况下对道床结构进行动力学仿真计算，对结构各部位动力学响应作出评判，进一步确认有关部件受力状态、支承块质量大小、埋深、轨下静刚度合理值等。对支承块预埋铁座补充抗拔试验，并根据试验结果对有关部件制造提出改进。对已铺轨道的几何状态进行检测，并对稳定性作出综合评判。建议通车前进行200km/h车速试车试验。有条件时，在动载情况下同时测试轨道动、静几何变化情况及轨道有关部位的动力响应。 谢谢各位专家光临指导！