高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治

系。
轨枕槽 内道砟水平 高度 以及风 速 与道 砟 飞溅关 系 ， 研
究 结果表 明 ， 降低轨 枕槽 内道砟 高度 能 减小 道 砟飞 溅
的发 生几率 。根据 以上 研究 结 果 ， 国分别 采 取相 应 各
工程措施 ， 减小甚 至防止道砟 飞溅现象发 生 。
图 １ Ｓ Ｃ 遭 砟 溅 １ １风 洞 试 验 Ｎ Ｆ ：
１ 道砟 飞 溅 防治 研 究 的 现状
道砟飞溅 主要是 指有砟铁路 道床在 高速列 车通 过 时， 道床上 的道砟在 高速列车运行 产生 的风力作用 下 ， 飞离道床 ， 打列车 转 向架 的车 轴 、 击 制动 缸 、 钢轨 踏 面 等 处 。道砟飞溅 现象 对 列 车 、 路 和环 境都 有 破 坏 线 作用 ， 主要危 害有 ： ①道砟 飞溅散落 钢轨踏 面改变轮 轨 受力 ， 至引发脱 轨 事故 。② 道砟 飞 溅击 打 列车 车 轴 甚 而引发损 伤 。③道 砟溅 落 在 轨道 踏 面上 ， 造成 钢 轨损 伤 ， 可加速钢轨 与 车轮 的损 伤 发展 。如 钢轨 上 散 落 并 道砟 颗粒在轮轨 动力作用 下 ， 造成钢 轨核伤 ， 同时加剧 轮轨动力 作用 ， 快轨 道状 态 恶 化与 车 轮扁 疤 。④道 加 砟飞溅 以及扬尘造 成环境 污染 。道砟 飞溅影 响因素 主 要 与列车 速度 、 床表面细砟 、 道 粉尘 以及 脏污有一 定关
２１ 影响道 砟飞溅 因素 ．
作者 简 介 ： １庆 （９９－ ）男 ， ￣５ １ １７＿ ， 河北 廊 坊人 ， 士研 究 生 。 博
１首 先 是 列 车 速 度 与 线 形 ， 般 列 车 速 度 超 过 ） 一
９ ８
铁
道
建
筑
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｆ ｂｕｒ ，０ ９ ｅ ｒａｙ ２０
２０ｋ ／ 才 有道砟 飞 溅 现象 出现 ， 秦沈 客 运专 线 线 ５ ｍ ｈ 如 路 开通之前行 车试验 表明 ： 车速度达 到 ２０ｋ ／ ， 行 ５ ｍ ｈ 道 床道 砟会 出现道砟 飞溅 现象 。同 时 ， 国创 造 世 界最 法 高速 ５４ ８ｋ ／ 列 车 （ 生侧 向风速 为 ７ ｍ ｈ 没有 ７． ｍｈ 产 ０ｋ ／ ）
ｃ ｍ左右 ， 国高速 铁 路大 部 分 采用 双块 式 轨 枕 ， 法 一般
产 生道砟 飞溅 ， 因之 一各 车体之间 紧密连接 ， 原 而德 国 ＩＥ Ｃ ３型列车在 法 国 高速 铁 路 线路 上 产 生 道砟 飞溅 现
象 。
铁路 规范规定 道砟铺 设 高度 高 于轨 枕上 表 面 ， 为防 止 道砟 飞溅 ， 国 Ｓ Ｃ 法 Ｎ Ｆ稍微 降低 轨 枕槽 内道 砟 高度 ， 减 小列 车侧风对道 砟作 用力 ， 同时利 用 轨枕 槽稳 固并抵 挡道砟 飞离 道床 ； 二 ， 扫 轨 枕面 上残 留道 砟 颗粒 ， 第 清 由于施 工或维修 原 因 ， 枕上 表 面会 散落 零 散道 砟 颗 轨 粒 ，由于没有 道砟 之 间 紧密 咬 合作 用 ， 枕 面上 残 留 轨
散落 道砟 ， 由于轨枕 剧烈 振动 ， 生扰 动 力 ， 产 容易 在 高
２ 道砟粒径 与 级配 是 影 响道砟 飞 溅最 重 要 因素 。 ） 根据 日本风 洞试验研 究结 果表 明 ， 时速 ３０ｋ ｄ ０ ｒ ｈ列 车 ｒ 引起道砟 飞溅 主要 是 ５ ０ｇ以下小道 砟 ， 果道 床表 ｊ如
行 模 拟 列 车 速 度 、 形 引 起 的侧 向 风 速 ， 列 车 侧 向 风 线 因
车 产 生 侧 向 风 力 作 用 。 如 Ｋ ｚｙｋ Ｈ ｎ ａ 究 了 两 ａｕｕ ｉ ａｄ ｌ 研 ３
种 不 同线形列 车空 气动 力效 果 ， 结果 表 明离 道砟 表面 高度越高 ， 车侧 向风速 越 大 ， 列 呈非 线性 变化 ； 同时列
车线形优化 能够减小列 车侧风 作用 。
速 是 道 砟 飞溅 现 象 直 接 原 因 ， 用 的 流 体 软 件 有 适
ＦＬ ＵＥＮＴ。
１模 型试验 。模 型试 验 以法 国国铁 Ｓ Ｃ ） Ｎ Ｆ与 德 国
２ 防治 道 砟 飞溅 措 施
收 稿 日期 ：０ ８１ － ； 回 日期 ：０ ８１ －０ ２ ０ ．０２ 修 ４ ２０．１ ２
铁 ２０ ０９年 第 ２ 期
道
建
筑
Ｒａ ｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉ ｗａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
文 章 编 号 ：０ ３１ ９ （０ ９ ０ ．０ ７０ １０ ．９ ５ ２ ０ ） ２０ ９ ．２
高速铁 路 有砟 轨道 道砟 飞溅 的研 究 与 防治
井 国庆
（ 国 国家 科 学 应 用技 术 学 院 土木 机 械 实 验 室 ， 国 雷恩 Ｆ３ ０ ３ 法 法 －５ ４ ）
枕表 面清扫干 净 ， 通过 采 取 以上 措 施 ，法 国高速 铁路
砟实际级配 与粒径 ， 其 是线 路道 床 表 面道 砟 。道 床 尤 ． 大修以及 削肩补砟作 业 实 际施 工 中 ， 机械 设 备等 限 受 制， 道砟铺设 过程 中二次污染 、 粗放施工 等能改 变道砟
级配 。
面粒径较小 的道砟存 在较多 ， 道砟飞溅 现象 比较 严重 。 法国高速线路 道床 表面 采用 较 大粒 径 道砟 ， 消 除道 可 砟 飞溅现象 。 同时笔 者所指道 砟粒径 与级配不是 道砟
生产 、 运输 时指标值 ， 是在 道 床铺 设 、 而 维修 后 道 床道
速列 车行驶 时产生道砟 飞溅 。法 国国铁工 务部 门将轨
质量养 护与维 修 ， 采用 洁净道砟 、 大道床表 面道砟粒 增
３ 道床密 实度也 与 道砟 飞 溅有 关 ， ） 如道 砟 之 间彼 此嵌 实 紧密 ， 就不 易产 生道砟 飞溅 ， 如在 进行道 床维修
施工 作业后 ， 道床表 层 道砟 松散 ， 捣产 生 粉 粒较 多 ， 振 道砟 飞溅 现象 明显 加 重 。同 时法 国铁 路 １ １模 型 试 ： 验 表 明 ， 道砟 随着道床振 动加剧 ， 砟飞溅 现象越 发 道
国铁 Ｄ Ｂ合 作研究为 典型代表 ， 先利用 图 １ 首 装置开 展道砟风 洞试验 ， 究道 砟 飞溅 影 响 因素 。研 究 内容 研
易维修 ， 有砟轨道 存 在道 砟 飞溅 现 象 。本 文 对列 车 但
高速运行条 件下有 砟轨 道道 砟 飞溅 现 象产 生 原 因、 影 响因素进行 阐述与 剖析 ， 结合 法 国高速铁 路 防治经 验 ， 提出 了防治 道砟飞溅 的措施 。
溅现 象的发 生 ， 同时指 出今后 可利用 离散 单元软件 与流体软 件耦合 对道砟 飞溅 进行仿 真研 究。
关键 词 ： 高速 铁 路 道 砟 飞 溅 防 治 措 施
中 图分 类 号 ： ２ ６４ Ｕ １ ．２ ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
有砟轨 道结构 建设 速 度快 、 本低 、 用 范 围广 ， 成 适
喷撒乳 胶 固定 道砟 ， 结果 表 明铺 设后 虽 能 减小 道 砟 飞溅 现象 ， 但捣 固机械作业 后需重新 喷射乳 胶 ， 缺少 长
期道 床运营 经济性 。在 法 国世 界最 高速 为 ５４ ８ｋ ／ ７． ｍｈ
列车 行驶试验 中 ， 防止道砟 飞溅 现象 ， 国铁路工 务 为 法 部 门采取 两 项措 施 ， 第一 是 降低 轨 枕槽 内道砟 高度 ３
根据 以上 道砟道 砟 飞溅 原 因与 影 响 因素 ， 可从 以
［ ］ 华 武 ． 砟 轨 道 技术 ［ ． １何 无 Ｍ］北京 ： 国铁 道 出版 社 ，０５ 中 ２０ ．
下几 个方 面防治道砟 飞溅 。
１首先 降低列 车 对道 砟 风力 影 响 ， 优 化列 车 线 ） 如
［ ］ｆ ｉ ｈｗ Ｄ．ｒ ｃ Ｇ ｉ ａ ｓ Ｊ ． ｎ ｒａｏａ Ｒｉ ａ ， ２Ｂ ｇ ｓａ Ｆｅ ｈＴ Ｖ ｒｌ ｙｔ ｔ ］ Ｉｔ ｎｔｎｌ ａｗｙ ｉｎ ｎ ａｗ ｅ ［ ｅ ｉ ｌ
目前研究道 砟 飞溅 现象 主 要有 两 种方 法 ， 型试 模
２ 数值模 拟 。数值 模拟 主要采用流 体软件研究 不 ） 同列车线形 空气 动力效果 ， 优化列车 线形 ， 小列 减
验 与数值模 拟仿真 。模 型试验 一般采用 风洞等尺 或缩
尺试验 ； 值仿 真 主要 是 利用 流 体 力学 软 件 （ Ｆ 进 数 Ｃ Ｄ）
参 考 文 献
４ 道砟脏 污也是 道 砟 飞溅 现象 产 生 的原 因之 一 ， ） 各 国铁路道砟 规范 中对 道砟 洁 净度 有 明确 规定 ， 实 但
际施工 中如二次搬运 、 外界污染 等 因素都会 引入 杂质 、
粉尘 ， 这些都 是道砟 飞溅组分 。
２２ 减 小 道 砟 飞 溅 措 施 ．
Ｐｈ ｎ ｍｅ ｏ ｕｓｄ ｙ ｅ ｏ ｎ ｎ Ｃａ ｅ ｂ Ｄｒ ｐ ｉｇ ｆ Ａｅ ｒｔｄ ｎ ｗ／ｃ ｆｏ ｏ ｐｎ ｏ ｅｅｅ Ｓ ｏ Ｉ ｅ ｒ ｍ Ｈｉｈ ｇ－
２ 增 大道砟抵 抗 列 车风 的能 力 ， ） 最简 单 方法 是 道 床表 面采用较 大粒径道砟 覆盖 、 密实 道砟 、 用轨枕槽 利
包括 ： 道砟飞溅 颗粒 杂质 来 源 ； ① ②道 砟 飞溅 的质 量 、
速度 、 量与风速关 系 ， 究道 砟 飞溅 颗粒 分 布 ； 散 数 研 ③ 落轨枕道 砟 以及 轨枕振动对 道砟 飞溅 现象影 响。试验 研究发现 ， 道砟 飞溅现象 随着风速增 加加重 ， 同时散落 轨枕道砟 以及轨 枕 振动 加剧 道 砟 飞溅 现象 。德 国 Ｄ Ｂ 公 司也 开展 类似 试验 ， 用 １ １ 采 ：０模 型试验 ， 要研 究 主
突出 。
径、 降低 轨枕槽 内道砟 高度 、 清扫轨 枕表面散 落道砟 等 措施 ， 可消除道砟 飞 溅现 象 。可 以采用 流 体 软件 与 离 散单元 软件 耦合仿 真 分析 道砟 飞 溅作 用 机理 ， 利用 前