弹性支承块式无砟轨道支承块的合理埋深研究

弹性支承块式无砟轨道支承块的合理埋深研究

徐锡江;蔡文峰;姚力

【摘要】The system of elastic bearing block ballastless track has been widely applied to the transportation construction of railways and urban rails all over the world.A finite element analysis model has been herein made specially for it to discuss about the buried depth of bearomg block,which have an influence on the dynamic gauge widening in the passen-ger dedicated lines with a design speed of 200 km/h,250 km/h and 300 km/h,as well as mixed line for passenger and freight trains in initial stage.The result shows that the deeper the elastic bearing block ballastless track is buried,the stronger the track resistance to the transversal deformation of wheeltrack will be;from the track deformation perspective, the elastic bearing block ballastless track is suitable especially for a design speed of 200 km/h in passenger special line, and for a passenger and freight train at the speed of 200 km/h,the rational value of buried depth of bearing block for the elastic bearing block ballastless track should be

130mm or above.%弹性支承块式无砟轨道系统在世界各国铁路和城市轨道交通建设中得到广泛应用，文中建立了弹性支承块式无砟轨道支承块埋深有限元分析模型，探讨了设计速度200 km/h、250 km/h、300 km/h客运专线，以及初期兼顾货运或客货共线快速铁路支承块埋深对轨头横移的影响。计算表明：弹性支承块式无砟轨道支承块埋得越深，轨道抵抗轮轨横向变形的能力越强。从轨道几何形位变化评判角度，弹性支承块式无砟轨道可应用于设计速度200 km/h客运专线或

设计速度200 km/h客货共线铁路，弹性支承块式无砟轨道支承块合理埋深应在130 mm以上。

【期刊名称】《高速铁路技术》

【年(卷),期】2013(000)003

【总页数】4页(P9-12)

【关键词】弹性支承块式无砟轨道;支承块;埋深

【作者】徐锡江;蔡文峰;姚力

【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031;中铁二院工程集团

有限责任公司，成都610031;中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031

【正文语种】中文

【中图分类】U213.2+44

1 引言

弹性支承块式无砟轨道系统，由钢轨、扣件、弹性支承块及混凝土道床板组成，如图1所示。其中弹性支承块是该系统最重要的组成部分，在支承块(2个)的周围包裹弹性套靴，支承块底部与套靴间设橡胶弹性垫层，以提供高弹性。弹性支承块式无砟轨道系统轨下及块下刚度易于调整，可进行双层弹性的合理匹配，从而有效吸收轮轨冲击，具备减振降噪与延缓轮轨磨耗等优越性能［1］。同时相对于其它类型的无砟轨道型式，造价较低，经济性较好。因此，弹性支承块式无砟轨道系统在国内外铁路和城市轨道交通隧道内得到大量应用，如英吉利海峡隧道、我国宜万线、襄渝线、黔桂线、西康线、兰武二线、香港地铁、广州地铁、美国亚特兰大地铁等。

图1 弹性支承块式无咋轨道系统图

钢轨在轮轨力作用下相对于轨枕的横向平移和扭转变形，会使轨距扩大，改变轨道的几何形位，引起轨道不平顺，随着速度的提高，轮轨动力作用增大会加剧动态轨距扩大的现象［2］。对于弹性支承块式无砟轨道来说，在列车横向荷载作用下，弹性支承块将与道床产生间隙，支承块将出现横向倾斜，钢轨产生横向位移和转动，轨距扩大，导致钢轨外翻。列车荷载作用下，如何控制钢轨轨头横移，是弹性支承块式无砟轨道结构设计的一项非常重要的内容。除了合理选取橡胶套靴刚度、短轨枕尺寸及扣件间距外，弹性支承块式无砟轨道支承块的埋入深度也是影响轨头横移的重要因素之一。弹性支承块式无砟轨道的支承块相互独立，整体性差，若埋入深度不足，在列车荷载作用下钢轨的位移较大。随着列车速度和轴重的增加，可能导致行车条件下轨道动态几何偏差超限，影响行车的安全性和舒适性。设计时应考虑最合理的埋深，但目前国内对此方面的理论研究较少。我国客运专线铁路与国外铁路在运输组织模式上也有所区别，有些线路初期要兼顾货运，因此弹性支承块式无砟轨道轨枕埋深应满足不同速度级别的、不同运输组织模式的运输要求，尽量标准化设计。本文对弹性支承块式无砟轨道能否应用于高速铁路，从轨道横向变形评判角度，进行了初步的研究。

2 计算模型

轮轨横向力作用在轨头时，将发生轨道的横向变形和钢轨倾斜(小反)。根据弹性支承块式无砟轨道系统的结构特点、轮轨横向传力特点及实体有限元理论，建立有限元分析模型，如图2所示。

图2 计算模型图

模型考虑钢轨、扣件、支承块、橡胶套靴及块下橡胶垫板的相互作用，钢轨及支承块采用实体单元模拟，扣件、套靴及块下橡胶垫板采用弹簧模拟，道床简化为刚性基础。