高速铁路线路高平顺性

高速铁路对不平顺的要求学院名称：土木工程学生姓名：***学生学号： ********2014年6月高速铁路对不平顺的要求1、概述高速、舒适和安全是高速铁路运输得以实现的三大要素。

就轮轨系统运输而言,由于列车与轨道的相互作用,势必会引起轨道几何形位的不断变化。

这种变化即轨道几何不平顺,反过来又会影响列车快速行驶的舒适性和安全性。

如果舒适度和安全性问题得不到保障,那么,高速铁路也就失去了它存在的价值。

由此可见,提供走行速度快、安全可靠及乘坐舒适性良好的轨道,无疑是轨道管理的基本目标,要充分把握轨道不平顺的特性,弄清轨道不平顺整修限度与列车摇动、安全性和经济性的关系,并在此基础上制订出相应与不同目的的目标值。

2、高速铁路轨道不平顺的种类及产生原因轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差。

广义而言,凡是直线轨道不平、不直,对中心线位置和轨道高度、宽度正确尺寸的偏离;曲线轨道不圆顺,偏离曲线中心位置和正确曲率、超高、轨距值,偏离顺坡变化尺寸等轨道几何偏差,通称轨道不平顺。

轨道不平顺的种类很多,可按其对机车车辆激扰作用的方向、不平顺的波长等进行分类。

按机车车辆激扰作用的方向可分为垂向轨道不平顺、横向轨道不平顺、复合轨道不平顺。

按不平顺的波长可分为短波、中波、长波。

表1 轨道不平顺种类及变化垂向轨道不平顺包括高低、水平、扭曲、轨道短波不平顺和新轨垂向周期不平顺。

横向轨道不平顺包括轨道方向不平顺、轨距偏差造成的不平顺。

轨道同一位置上,垂向和横向不平顺共存形成的双向不平顺称为轨道复合不平顺。

危害较大的复合不平顺有方向水平逆向复合不平顺、曲线头尾的几何偏差造成的不平顺。

(l)高低不平顺高低不平顺是指轨道沿钢轨长度方向在垂向的凹凸不平。

它是由线路施工和大修作业的高程偏差,桥梁挠曲变形,道床和路基残余变形沉降不均匀,轨道各部件间的间隙不相等,存在暗坑、吊板,以及轨道垂向弹性不一致等造成的。

(2)水平不平顺水平不平顺即轨道同一横断面上左右两轨面的高差。

在曲线上是指扣除正常超高的偏差部分,在直线上也是指扣除将一侧钢轨故意抬高形成的水平平均值后的偏差。

(3)扭曲不平顺轨道平面扭曲(有些国家称为平面性,我国常称为三角坑)即左右两轨顶面相对于轨道平面的扭曲,用相隔一定距离的两个横断面水平幅值的代数差度量。

国际铁路联盟UICB55专门委员会将所谓“一定距离”定义为“作用距离”,指轴距、心盘距。

(4)轨道短波不平顺即钢轨顶面小范围内的不平顺,它是由轨面不均匀磨耗、擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等形成的。

其中轨面擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等多是孤立的不具周期性,而波纹磨耗、波浪性磨耗具有周期性特征。

(5)新轨垂向周期不平顺钢轨在轧制校直过程中,由于辊轮直径误差擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙滚轧压力不均匀等因素,产生钢轨的周期性不平顺。

这种不平顺对高速铁路行车危害很大。

采用现代轧制校直工艺生产的钢轨,不具有这种周期性不平顺。

(6)轨道方向不平顺轨道方向不平顺(常简称轨向不平顺或方向不平顺)指轨头内侧沿长度方向的横向凹凸不平顺,由铺轨施工、整道作业的钢轨中心线定位偏差,轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横向弹性不一致等原因造成。

(7)轨距偏差造成的不平顺即在轨顶面以下16mm处量得的左右两轨内侧距离相对于标准轨距的偏差,通常由于扣件不良、轨枕挡肩失效、轨头侧面磨耗等造成。

从工务维修管理方面来看,轨距和水平是指钢轨的相对位置,坡度是在连续绝对下沉量的变化率,方向性是绝对横移量的变化率,平面是沿轨道纵向水平的变化率,轨距的变化率是沿轨道纵向轨距的变化率。

而高低和轨向因与轨道线形有关,从轨道作为平滑的走行轨路来看,与其说是空间位置,不如说是前后相对位置及空间频率(一定区间内的波数)特性更为重要。

至于高速铁路轨道不平顺的维修限度,一般是着眼于轨距的变化率,平面性同超高递减一样也规定的较严格。

此外,对高低、轨向不平顺的规定也很严格。

对于高速铁路轨道来说,波长数米至数十米的长波长钢轨不平顺对舒适度影响很大,而波长数厘米至数米的短波长轨面凹凸不平顺对轮载变动和噪声的影响特别显著。

这是高速铁路的重要特征。

3、轨道不平顺对列车运行性能的影响铁路轨道直接承受车辆轮对传来的巨大作用力，导致其产生各种变形，影响列车的高速平稳运行。

轨道变形采用轨道不平顺进行描述。

轨道不平顺是指轨道的几何形状、尺寸和空间位置相对于其正常状态的偏差。

轨道不平顺是引起轮轨作用力增大的主要根源，也是列车产生振动的主要原因。

轨道不平顺的累积大大降低和削弱了轨道结构的强度和稳定性，直接影响行车安全。

维护轨道状态良好是铁路工务的工作重点。

通过对既有线路的提速改造，列车运行时速已可以达到200km/h。

由于高速铁路的速度比较高，对轨道平顺性提出了更高的要求。

时速200公里及以上线路在高速动车组列车和重载火车的冲击下，轨道几何形状、尺寸劣化率明显加快。

特别是保持曲线、道岔的几何尺寸难度很大，一些新拨改地段的沉降量比较大，新竹低级、线桥过渡处的养护维修工作的工作量也比较大，轨道不平顺的检测与维护尤其重要。

在提速线路上，由于列车速度比较高，线路维修和养护存在一些不同于普通线路的特点，主要体现在长波不平顺的管理上。

特别是高速铁路的速度至少在200km/h以上，轨道长波不平顺成为影响列车运行安全和旅客舒适度的重要因素之一。

在普通线路上并不十分重要的长波不平顺，在高速铁路或既有线提速线路上纳入严格管理的内容。

狭义上的轨道不平顺指的是钢轨的不平顺，由7个轨道几何参数偏差（左高低、右高低、左轨向、右轨向、规矩、水平、三角坑）进行评估。

铁路部门采用轨道不平顺质量指数（TOI）来综合衡量轨道不平顺质量状态。

动检车（或轨检车）以0.25m的采样间隔进行轨道几何参数测量。

以200m为评价单元，对测评区段内800个测量点的进行标准差运算。

各单元几何不平顺幅值的标准差称为单项指数。

7个单项指数之和作为轨道不平顺质量指数。

目前已有较为完善的轨道长波不平顺检测方法和养护手段。

广义上的轨道不平顺则应该包含线路空间位置相对于其正常状态的偏差所导致的不平顺，即线路不平顺。

线路不平顺有可能是平面偏差引起,如直线区段不直,也有可能是纵断面偏差引起,如软土地基引起的线路沉降。

由于对线路的空间位置缺乏有效的检测手段,线路不平顺的管理尚未引起工务部门的重视。

4、高速铁路线路高平顺性的必要性(l) 轮轨相互作用的理论研究早在十年前就已指出,轨道不平顺是引起机车车辆产生振动的主要原因。

根据国内外的计算机仿真和动测试验等研究,在120km /h 速度条件下,被认为是很小的大量存在的不平顺,在30km/h高速时会引起车体产生不能允许的振动。

(2) 轨道不平顺是引起轮轨作用力增大的主要根源。

焊缝不平顺, 轨面剥离、擦伤、波形磨耗等短波不平顺幅值虽然很小,但在高速行车条件下也可能引起很大的轮轨作用力和冲击振动,例如一个0.2mm的微小焊缝迎轮台阶形不平顺,30 km/h 时引起的冲击性轮轨高频动作用力可达722kN ,低频轮轨力达321kN ,可加速道碴破碎、道床路基产生不均沉陷,从而形成较大的中长波不平顺, 并能引起很大的噪音。

另一方面,轨面短波不平顺引起的巨大轮轨作用力,还可能引发钢轨、轮、轴断裂,导致恶性脱轨事故。

(3) 轨道不平顺是线路方面直接限制行车速度的主要因素。

各国铁路根据在高速行车条件下各种轨道不平顺对车辆振动、轮轨作用力的影响,与行车平稳舒适、安全性的直接关系,都对高速铁路提出了高平顺性的要求。

并且还规定必须对轨道的平顺性用轨检车等经常进行检查, 若发现超限,立即整修,恢复平顺性,来不及整修时就发布降速命令,限制行车速度。

轨道不平顺便成了线路方面直接限制行车速度的主要因素。

5、高速铁路的轨道平顺性与钢轨平顺性高速铁路线路区别于一般铁路或重载铁路最关键的特点是对轨道平顺性的严格要求,如轨道平顺性不良,将引起机车车辆剧烈振动,轮轨动作用力成倍增大,严重危害轨道和机车车辆部件,影响列车速度的提高,甚至引起列车脱轨倾覆,危及行车安全。

因此,各国对高速或快速铁路的长波长、中波长和短波长轨道不平顺均严格控制。

5.1 长波长不平顺高速条件下,20m～70m的长波长不平顺,将使固有频率较低的车体发生激振,严重影响舒适性和安全性。

因此,高速铁路线路对长波长不平顺也严格控制,而一般铁路或重载铁路对此不作要求。

5.2 中波长不平顺一般铁路或重载铁路(速度80km/h～120km/h)只对中波长(5m～20m)不平顺加以限制,但不及高速铁路要求高。

5.3 短波长不平顺在≤3m的短波长不平顺状态下,高速列车或动车组产生的较高频率激振易与轨道形成共振,对轨道产生很大的破坏力并发出剧烈噪音。

因此,高速铁路特别重视对短波长不平顺的控制,而一般铁路或重载铁路通常对此不作要求。

众所周知,长波长和中波长不平顺多产生于路基、道床的残余变形, 因此, 改善长、中波长不平顺的主要途径是提高路基、道床的质量。

短波长不平顺多产生于钢轨本身的不平顺,如尺寸偏差、平直度、表面平整度和扭曲等,同时,钢轨本身的局部微小不平顺可逐渐扩大,使路基、道床和其它轨道部件因超负荷产生残余变形, 进一步发展成中波长和长波长不平顺。

所以, 在钢轨的生产、焊接和打磨过程中,提高钢轨的轧制、矫直、焊接和打磨精度, 减小钢轨的局部微小不平顺, 是提高轨道平顺性的根本途径之一。

为保证高速铁路轨道的平顺性,尤其是提高轨道的短波长平顺性, 高速铁路对钢轨平顺性提出了较高的要求,主要特点是轨端、小腰和轨身的局部不平顺(包括平直度、扭曲和表面缺陷)及焊接接头平直度与上述短波长不平顺控制标准相适应, 全长弯曲和扭曲则与长波长和中波长不平顺控制标准相适应, 如下所述。

此外,值得注意的是,速度级别不同的线路,其轨道不平顺控制标准和钢轨平顺性要求不同, 如200km/h和300km/h线路的短波长不平顺控制标准分别为每米0.3mm和每米0.2mm,其钢轨(轨身) 和焊接接头的平直度指标也分别为每米0.3mm 和每米0.2mm。

6 高速行车条件下各种轨道不平顺性的影响轨道不平顺是引起列车振动、轮轨作用力增大的主要根源,对行车平稳舒适和行车安全都有重要影响,是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。

轮轨相互作用的理论研究和国外高速铁路的实践证明,在高平顺的轨道上,高速列车的振动和轮轨间的动作用力都不大,行车安全和平稳舒适度能够得到保证,轨道和车辆部件的寿命和维修周期也较长。

反之,即使轨道、路基、桥梁结构在强度方面完全满足要求,而轨道平顺性不良时,在高速条件下各种轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅增加,使平稳、舒适、安全性严重恶化,甚至导致列车脱轨。