高速鐵路路橋過(guò)渡段路基動(dòng)力響應(yīng)特性分析

尹小康

摘要： 高速鐵路工程的不斷發(fā)展促進(jìn)了城市之間的互動(dòng)往來(lái)，不僅給人們的交通出行帶來(lái)了極大的便利，也給我國(guó)物流運(yùn)輸事業(yè)的蒸蒸日上奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有效地促進(jìn)了我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技水平提升。為此，做好高速鐵路工程的建設(shè)工作對(duì)我國(guó)的繁榮進(jìn)步有著舉足輕重的作用，意義深遠(yuǎn)。另一方面，高速鐵路工程與人們的日常工作息息相關(guān)。

Abstract： The continuous development of high-speed railway projects promotes the interaction between the cities， it not only brings great convenience to people's traffic travel， but also provides a solid foundation for the prosperity of China's logistics transportation industry， effectively promote China's social and economic development and scientific and technological level. Therefore， to do a good job in the construction of high-speed railway， has a decisive role in the prosperity and progress of China， and a far-reaching significance. On the other hand， the high-speed railway project is closely related with people's daily work.

關(guān)鍵詞： 高速鐵路；路橋過(guò)渡段；路基動(dòng)力響應(yīng)；特性分析

Key words： high speed railway；Luqiao transition section；dynamic response of subgrade；characteristic analysis

中圖分類號(hào)：U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）36-0080-02

0 引言

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，人們的生活條件日益改善，在鐵路建設(shè)方面我國(guó)已經(jīng)得到了迅猛發(fā)展。建設(shè)初期，我國(guó)的鐵路運(yùn)輸一律為簡(jiǎn)陋的“綠皮車”和貨車，而如今，我國(guó)的鐵路交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)了更多可能性。這不僅僅為人們的交通出行帶來(lái)了極大便利，更有效地促進(jìn)了城市之間的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易、文化活動(dòng)等友好互動(dòng)，也令我國(guó)的物流運(yùn)輸事業(yè)蒸蒸日上，成為最有發(fā)展的市場(chǎng)領(lǐng)域之一。可以說(shuō)，高速鐵路工程的建設(shè)與壯大有效地提高了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技交流提升，對(duì)我國(guó)綜合實(shí)力的提高與社會(huì)的安定和諧有著舉足輕重的作用，是我國(guó)繁榮進(jìn)步的建設(shè)基礎(chǔ)。除了其深遠(yuǎn)意義值得引起關(guān)注外，高速鐵路也關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以保障高速鐵路的工作質(zhì)量，是工作人員不容推辭的重任。高速鐵路的基床影響著鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩B(tài)，如果基床出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，將會(huì)嚴(yán)重干擾到行車的路線質(zhì)量與速度，給交通運(yùn)輸帶來(lái)很大的困難，甚至?xí)＜暗叫熊嚢踩?，給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大威脅，為此，我國(guó)對(duì)于鐵路交通的路基穩(wěn)定性有著極高要求，尤其在路橋過(guò)渡段，更要甚為關(guān)注，因?yàn)榛蚕鲁恋膯?wèn)題在路橋過(guò)渡段處尤為頻繁。做好路橋過(guò)渡段路基動(dòng)力響應(yīng)的特性分析工作，將為保障行車安全作出巨大貢獻(xiàn)。

1 分析高速鐵路路橋過(guò)渡段路基動(dòng)力響應(yīng)的重要性

鐵路路基與橋梁之間存在著較大的差異性，如果不設(shè)置過(guò)渡段直接由路基線路轉(zhuǎn)為橋梁線路，就會(huì)出現(xiàn)快速的沉降差，不僅令車廂發(fā)生劇烈的震動(dòng)，還容易對(duì)線路結(jié)構(gòu)造成變形損害，為此，我國(guó)鐵路建設(shè)施工時(shí)在路橋之間設(shè)置了具有一定長(zhǎng)度的過(guò)渡段，這樣可以充分緩和線路所受到的剛度變化，盡可能地減小路基與橋梁之間的沉降差距。只有這樣，才能保障列車平穩(wěn)運(yùn)行，保障車廂內(nèi)的乘客不會(huì)受到驚嚇。路橋過(guò)渡段對(duì)于行車安全有著極其重要的作用，因此關(guān)注路橋過(guò)渡段的沉降差異至關(guān)重要，“現(xiàn)行的鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求路基的工后沉降量不大于20厘米，路橋過(guò)渡段不應(yīng)大于10厘米，年沉降率不大于5厘米?！盵1]這就意味著研究高速鐵路路橋過(guò)渡段的路基動(dòng)力響應(yīng)，分析其結(jié)構(gòu)在超大動(dòng)力載荷影響下所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)、變形，能有效地減小路橋過(guò)渡段的沉降差，保障列車運(yùn)行的平滑穩(wěn)定，保障乘客的旅途安全、平穩(wěn)、舒適。

2 路橋過(guò)渡段的概況分析

路橋過(guò)渡段又稱為路基過(guò)渡段，是經(jīng)過(guò)特殊處理的結(jié)構(gòu)銜接，為了能夠有效控制路基與結(jié)構(gòu)物之間存在的沉降差，滿足路線平穩(wěn)順利的要求。從整個(gè)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，路橋過(guò)渡段呈現(xiàn)倒梯形，采用碎石進(jìn)行鋪墊，使得橋臺(tái)與路基之間所存在的沉降差之間能夠形成一個(gè)緩臺(tái)，減小對(duì)列車所造成的劇烈影響。為了能夠起到良好的填筑效果，在進(jìn)行碎石填筑時(shí)，不可一次性將碎石鋪完，而是要采用分層法，使得所鋪墊的基床呈現(xiàn)坡?tīng)?，為了保障填筑安全，可以適當(dāng)?shù)卦黾油凉じ駯艑?duì)填筑質(zhì)量進(jìn)行加強(qiáng)，基床下也要進(jìn)行碎石填筑，土工格柵之間的距離不可過(guò)大，否則將起不到良好的承載效用。

3 路橋過(guò)渡段的動(dòng)力響應(yīng)分析試驗(yàn)工作

為了有效對(duì)路橋過(guò)渡段的基床動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，為此要在路基內(nèi)部安裝多個(gè)傳感器，用來(lái)接收列車經(jīng)過(guò)后路基所受到的壓力影響。為確保效果良好，故將傳感器安放在路橋過(guò)渡段的縱向和橫垂直方向，距離設(shè)定為200米，以20米的間距安放11個(gè)加速度傳感器及11個(gè)土壓力盒，且在距離橋臺(tái)5米、10米和15米的位置另埋入9個(gè)土壓力盒。土壓力盒與輕軌的枕面距離為20厘米，加速傳感器與輕軌的枕面距離為60厘米。需要注意的是，加速度傳感器的測(cè)試結(jié)果需要連接到計(jì)算機(jī)上，才能作出合理分析，一旦列車經(jīng)過(guò)該軌道，加速度傳感器便可以感應(yīng)到其所接收到的動(dòng)應(yīng)力，并迅速傳到計(jì)算機(jī)中，被計(jì)算機(jī)及時(shí)準(zhǔn)確地記錄下來(lái)。參與試驗(yàn)的列車為電力動(dòng)車，由兩個(gè)動(dòng)力單元組成，整輛列車維持每小時(shí)180千米的車速，逐漸增至每小時(shí)300千米，這樣加速度傳感器便可以記錄到不同速度下的動(dòng)應(yīng)力和加速度。

3.1 動(dòng)應(yīng)力隨列車速度產(chǎn)生的變化

高速鐵路路橋過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力受到很多因素影響，而根據(jù)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果，可以知道在其他因素條件不變的情況下，列車的行駛速度將會(huì)令路基動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生變化，且是影響路基動(dòng)應(yīng)力的主要因素。如果車速保持不變，高速鐵路的路橋過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力在距橋臺(tái)距離越大時(shí)越呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，距離橋臺(tái)越遠(yuǎn)時(shí)越呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。而當(dāng)列車速度行駛低于每小時(shí)200千米時(shí)，測(cè)試點(diǎn)所測(cè)量到的動(dòng)應(yīng)力隨著車速加快而加大。而列車行駛時(shí)速超過(guò)200千米低于220千米時(shí)，測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力基本達(dá)到了最大數(shù)值，達(dá)到了列車車速的臨界點(diǎn)。根據(jù)加速度傳感器的測(cè)量感應(yīng)可知，當(dāng)列車的行駛速度最快或者最慢時(shí)，路橋過(guò)渡段路基的動(dòng)應(yīng)力最大值位置是不同的。根據(jù)試驗(yàn)得出結(jié)論，路橋過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力與列車行駛時(shí)速呈正相關(guān)，控制列車的速度來(lái)保障路基的動(dòng)應(yīng)力穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)是十分必要的。

3.2 路橋過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力隨路基深度產(chǎn)生的變化

路橋過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力除了與車速有關(guān)外，還受到很多因素的影響。根據(jù)路基深度上方的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)結(jié)果可知，各路基的最大動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)了一系列的變化，這是由于受到了阻尼的干擾與影響，列車的載重在以動(dòng)力波的形式不斷向路基深處傳播，且這個(gè)過(guò)程中要消耗一部分能量。越是向深處傳播，所受到的負(fù)荷力越小，所以路基深度越是增加，路基動(dòng)應(yīng)力越是縮減。無(wú)論列車以任何車速行駛經(jīng)過(guò)路基，其動(dòng)應(yīng)力都將與路基深度的上升呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。

3.3 路橋過(guò)渡段基床剛度的影響

當(dāng)其它參數(shù)不變的情況下，基床表面的剛度將對(duì)動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生影響，如果基床表層剛度較大，則路基表面所產(chǎn)生的位置移動(dòng)將較小，反之則較大。由于路基的縱向加速度會(huì)隨著路基的穩(wěn)定度變化而發(fā)生改變，所以分析路橋過(guò)渡段的路基動(dòng)應(yīng)力與剛度的關(guān)系非常重要。路基過(guò)渡段基床剛度越大，動(dòng)應(yīng)力越小，路基過(guò)渡段基床剛度越小，動(dòng)應(yīng)力越大。

3.4 路橋過(guò)渡段填料剛度對(duì)動(dòng)應(yīng)力造成的影響

路橋過(guò)渡段的填料剛度越大時(shí)，路基表面的動(dòng)應(yīng)力越小，所發(fā)生的動(dòng)位移動(dòng)隨之逐漸減小，路橋過(guò)渡段路基填料的剛度越小時(shí)，所發(fā)生的動(dòng)位移動(dòng)越大，所產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力也越大，這也就使得加速度隨著填料剛度的增加而逐漸減小，隨著填料剛度的減小而不斷增大，所以盡量減小填料的彈性，能夠減小加速度的幅度變化，對(duì)行駛列車不會(huì)造成太大影響。

3.5 路基表面縱向動(dòng)應(yīng)力與基床剛度的關(guān)系

當(dāng)路基表面基層土的剛度不同時(shí)，基床動(dòng)應(yīng)力也發(fā)生了很大變化，當(dāng)路基表層剛度逐漸增加時(shí)，路基頂端縱向的動(dòng)應(yīng)力也有了十分明顯的增加表現(xiàn)。所以路基表層剛度與路橋過(guò)渡段的縱向動(dòng)應(yīng)力呈正比。

3.6 路橋過(guò)渡段路基內(nèi)部縱向動(dòng)應(yīng)力的特性規(guī)律

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)路基表面的剛度有所不同時(shí)，路基表面下的縱向動(dòng)應(yīng)力也將發(fā)生明顯的變化，且大部分的動(dòng)應(yīng)力都會(huì)在基床深度位置3米左右逐漸地衰減，如果路基表面的彈性量逐漸增加，則衰減的程度表現(xiàn)得更為明顯。路基動(dòng)應(yīng)力在基層表面剛度較大時(shí)也會(huì)較大，一旦傳播進(jìn)入基床內(nèi)部，就會(huì)變得越小，說(shuō)明路基剛度越大，衰減越快。

4 高速鐵路路橋過(guò)渡段路基動(dòng)響應(yīng)特性分析

在對(duì)列車行駛鐵路路基進(jìn)行傳感器、土壓力盒等具體測(cè)試后，可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出一系列結(jié)論結(jié)果。首先，對(duì)于過(guò)渡段路基表層動(dòng)應(yīng)力作用影響最大的因素為列車行駛速度，且速度越高，過(guò)渡段路基動(dòng)應(yīng)力越小，所以列車在行駛到路橋過(guò)渡段時(shí)要保持加速。為此，為了保障列車行駛的速度，就必須要考慮路基過(guò)渡段的填筑對(duì)沉降值的影響，以及沉降值對(duì)行車速度的影響。將路橋過(guò)渡段的路基填筑標(biāo)準(zhǔn)稍微提高一些，將減小路橋沉降值。其次，地基剛度的變化給路基動(dòng)應(yīng)力的增減造成了影響，很多鐵路修筑工程為了保障路基不致變形，于是一味增加路基的剛度，這樣反而會(huì)造成基面縱向動(dòng)應(yīng)力的增大，繼而影響到車輛行駛的平穩(wěn)性，導(dǎo)致路橋過(guò)渡段容易出現(xiàn)下沉。地基的剛度對(duì)于路基表面的加速度影響不大。

“為了解決路橋過(guò)渡段剛度過(guò)大的問(wèn)題，在建設(shè)新型路橋過(guò)渡段時(shí)可以將鋪筑的混凝土碎石進(jìn)行改良，將水泥和粉煤灰摻入其中，可以降低路橋過(guò)渡段的剛度，增強(qiáng)自身的可塑性?！盵2]只有這樣才能“在很大程度上降低路基與橋梁的沉降差，減輕列車在行駛過(guò)程中的震動(dòng)，降低結(jié)構(gòu)上的變形?！盵3]

5 結(jié)論

“長(zhǎng)期以來(lái)，路橋過(guò)渡段都作為鐵路交通中的突出難點(diǎn)之一，一直困擾著鐵路設(shè)計(jì)及工務(wù)工作者。”[4]對(duì)于鐵路設(shè)計(jì)及工務(wù)工作者而言，鐵路交通運(yùn)輸工作不能有一絲一毫的差錯(cuò)，否則不僅會(huì)給交通運(yùn)輸帶來(lái)阻礙，還會(huì)嚴(yán)重危及到乘客的生命安全，為此，做好高速鐵路的各項(xiàng)工作，將重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題逐一攻破，是我國(guó)鐵路工作人員與技術(shù)人員共同的奮斗目標(biāo)。路橋過(guò)渡段作為鐵路交通運(yùn)輸中的不可或缺的組成部分，對(duì)于鐵路交通的工作安全與工作效率有著巨大的影響，研究路橋過(guò)渡段路基動(dòng)力響應(yīng)的特性，分析令路基動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生變化的各個(gè)要素及其關(guān)系，對(duì)于未來(lái)不斷改善路橋過(guò)渡段有著至關(guān)重要的作用，也是我國(guó)鐵路交通發(fā)展的前提基礎(chǔ)?！叭绻窐蜻B接處出現(xiàn)了較大差異的沉降，就會(huì)產(chǎn)生明顯的路基面不均勻問(wèn)題，地基的差異沉降最終將反映到路基面?！盵5]只有做好了路橋過(guò)渡段的路基工作，盡最大限度減小路橋之間的沉降值，才能讓列車在行駛路線上保持平順安穩(wěn)，才能為乘客的安全、舒適負(fù)責(zé)。

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