整体道床(integratedbed)由混凝土整体灌筑而成的道床,道床内可预埋木枕、混凝土枕或混凝土短枕,也可在混凝土整体道床上直接安装扣件、弹性垫层和钢轨,又称为整体轨道。
中文名称 | 整体道床 | 外文名称 | integratedbed |
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本质 | 由混凝土整体灌筑而成的道床 | 用途 | 道床内可预埋木枕 |
整体道床主体结构修筑于坚硬围岩隧道内的支承块侧沟式整体道床的结构见图1,它由预制的支承块和就地灌筑的道床混凝土组成。道床混凝土采用C30混凝土,并配置钢筋以防止裂纹扩展。支承块预制采用C50混凝土,支承块上承轨槽依所采用的扣件设计,支承块底部有伸出钢筋,与道床混凝土连成整体。整体灌筑侧沟式整体道床的结构见图2,它与支承块侧沟式整体道床的结构基本相同,只是没有支承块,道床全部为现浇混凝土,整体性强但要求施工精度更高。中心水沟式整体道床的结构见图3,可采用短木枕和支承块。中心水沟严重削弱了道床截面,水沟中易出现沿沟底纵向的裂纹,因此现在已不常用。
图1支承块侧沟式整体道床
图2整体灌筑侧沟式整体道床
图3中心水沟式整体道床
此外,整体道床还有以下一些附属结构应当注意。
排水整体道床的排水是一个至关重要的问题,许多整体道床都是由于排水不畅,致使基底长期浸于水中而产生下沉,引起道床严重下沉并开裂。在地下水径丰富的隧道内,需采用双侧沟及中心暗沟等排水。当地下水中含有腐蚀性化学成分时,还应注意在道床混凝土中加人相应的防腐剂。
伸缩缝整体道床上需间隔一定距离设置伸缩缝,但由于隧道内温差较小,道床与基底的摩擦较大,且各地段道床与基底的接触情况差别较大,所以伸缩缝的间距很难一概而论。依据对整体道床横向裂纹间距的统计分析,一般认为间距12.5m较为合适,在温度变化较大的洞口,伸缩缝的间距设为6.25m。
过渡段隧道内采用整体道床,而隧道外一般是普通有碴轨道,两种轨道的刚度差异较大,如果使两种轨道直接相连,则轨道刚度发生突变,影响列车行驶的平稳性,当车速较高时表现尤为严重,因此需要设置轨道过渡段。轨道过渡段长度依车速等因素决定,一般为5~10m,由素混凝土在基底浇筑成斜坡或台阶形,使混凝土道床和碎石道床逐渐变化。
扣件整体道床的弹性较差,轨道弹性主要依靠钢轨扣件提供,同时钢轨的调整也主要靠扣件,因此对扣件的要求很高。通常在整体道床上都需要采用不同于一般轨道的特制扣件,这类扣件具有良好的弹性,同时具有较大的高低和轨距可调量。
整体道床具有维护工作量少、结构简单、整体性强及表面整洁等诸多优点,在国内外铁路上均已大量使用。中国于1957年开始铺设整体道床。但另一方面,由于整体道床是连续现浇的混凝土,一旦基底发生沉陷,修补极为困难。因此要求设计和施工的质量较高,同时也应将整体道床尽可能铺设于隧道内或石质路基等坚硬的基础之上。中国早期铺设的整体道床多采用素混凝土,为了增强整体道床的抗裂性能,近年来已更多地采用钢筋混凝土。中国整体道床主要有三种结构形式:支承块侧沟式整体道床、整体灌筑侧沟式整体道床及中心水沟式整体道床。
【定义】整体道床由混凝土整体灌筑而成的道床,道床内可预埋木枕、混凝土枕或混凝土短枕,也可在混凝土整体道床上直接安装扣件、弹性垫层和钢轨,又称为整体轨道。【优点】整体道床具有维护工作量少、结构简单、整体...
道床断面包括道床厚度、顶面宽度及边坡坡度三个主要特征。1.道床厚度道床的厚度的指直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。道床的厚度与以下因素有关;道床弹性、道订脏污增长率、垫碴层的承载...
(1)承受来自轨枕的压力并均匀地传递到路基面上;(2)提供轨道的给横向阻力,保持轨道的稳定;(3)提供轨道弹性,减缓和吸收轮轨的冲击和振动;(4)提供良好的排水性能,以提高路基的承载能力及减少基床病害...
道岔整体道床的施工是城市轨道交通施工的一大进步,就道岔整体道床的施工做简要论述,供现场施工时参考。
大型矿井特别是采用底卸式矿车运输时,井底车场和主要的运输大巷采用整体道床尤为有利。在金川二矿区矿石运输平硐中便采用了整体道床设计,其在矿山工程中尚属推广,相对存在一定的施工难度。笔者就整体道床在该工程具体施工过程中摸索的施工方法做以具体阐述。
现阶段全世界城市轨道交通线路的轨道结构型式一般采用短轨枕式整体道床结构。通常来讲,短轨枕式整体道床结构主要有以下几种施工方法和施工工艺:
1、分段换轨法
我国很多城市轨道交通既有无缝线路进行改造时,多采用分段换轨法。分段换轨法的主要作业程序是,先将250m或500m长钢轨运至铺设地段,摆放于线路两侧,焊成单元轨节,一台收轨机将拆除的短轨收放于轨枕中间,另一台收轨机将摆放于线路两侧的长单元轨节收到承轨槽内,调整轨距安装扣件,将拆除的旧钢轨回收装运。
分段换轨法比较适用于既有线的改造施工,若新建线路采用此方法进行施工,不仅会降低施工效率,还会浪费大量的短轨。
分段换轨法
2、轨排铺设法
长钢轨铺设法就是在车站或区间轨道等铺轨基地上,预先将钢轨和轨枕组装成一定长度的长轨排,然后用轨排运输车运至铺设工地预先设置好的铺助导轨上,用轨排运输车上的一排门式起重机,将长轨排铺设于铺助导轨位置,并及时调整轨道的几何尺寸,然后立模浇筑混凝土支墩和整体道床混凝土,最后用牵引装置牵引铺助导轨向前移一单元,并焊接连接结构,同时轨排运输车返回组装地,如此循环,进行下一轨排的铺设,直至施工到设计里程。
钢轨铺设法采用基地组装轨排,工厂化生产,技术可靠,易于管理,而且施工过程中不会对线路钢轨造成污染和损伤,但铺轨效率不太高,德国IEC铺轨作业基本采用此方法,平均作业效率为750m/d,另外此种方法长期占用区间,对于客运专线来说其站间距长,工期紧,一个区间内要进行铺轨、焊轨、补碴、整道、线路锁定等多工种作业,所以不很适用,故不经常采用。
轨排铺设法
3、单根轨枕综合铺设法
单根轨枕综合铺设法的主要作业程序是:首先将轨枕、厂焊长钢轨装至枕轨双层运输车上,上层装轨枕,底部装长钢轨;然后机车推送枕轨运输车至铺轨现场与铺轨机组连挂;最后钢轨抽拉装置抽拉长钢轨到铺轨机前端,由钢轨引导车引导,铺轨机前端的钢轨连续放送装置向前放送长钢轨并预铺至线路两侧。钢轨预铺的过程中,每隔15m距离布设低滚道承担长钢轨以减小阻力和曲线上固定钢轨。钢轨收轨铺设时,钢轨引导车的引导轮将钢轨定位到收轨控制的第一个收轨位置,布枕机按要求布设轨枕,同时收轨器将线路两则的长钢轨收至承轨槽内,后续人员补上扣件。如此循环,将枕轨运输车的所有轨料铺设完毕,枕轨运输车与铺轨机组分离,由机车牵引返回基地装料,然后进行下一单元的铺设。
单根轨枕综合铺设法平均铺轨效率可达到1.5km/d,高峰时可达到2.0~2.5km/d,不必设置轨排组装基地,省却了吊卸轨排的门吊等设备,还节省了大量的临时短轨、辅助导轨等材料,且此方法运输轨料及空车返回时占用区间的时间较短,对后续的工序如工地铝热焊、补碴整道、线路锁定等影响较小,比较适合于新线铺轨工程量大、工期紧等施工。秦沈客运专线采用此方法,取得很好效果。
4、推轨铺设法
推轨铺设法是一种辅助施工方法,对于有碴、无碴轨道由于交通条件不同,其施工方案也不相同。一般来说对于长大隧道内的整体道床以及无碴轨道来说,由于轨枕块与道床已浇筑在一起,铺设长轨时可采取长轨运输车运输长轨条,利用推轨车将长钢轨一次推人承轨台落槽后上紧扣件,推轨车和运轨车立即在其上行走通过,实现连续作业。对于有碴轨道,当沿线交通条件较好,单根轨枕运输方便时,也可以先人工布放单枕,然后采取推轨法铺设长钢轨。
推轨铺设法相当于单枕综合铺设法中的一个铺轨工序,但机具略作改造,十分简单,铺设速度较快,避免了换轨法铺设长钢轨需要二次铺轨的缺点,也避免了单枕综合铺轨法需要昂贵大型专业机械的缺点,是一种常用的长钢轨铺设方法。
此外,钢轨连接头的焊接质量对整个交通轨道的施工质量影响重大,因此在对城市交通轨道施工方法的选择时,还要选择适当的焊接工艺和焊接参数。一般来说焊接工艺和参数的选择必须要根据不同类型的接触焊机,按照工程中所使用的钢轨材质和采用的闪光焊接方式,并结合焊轨现场的具体施工条件,经过反复的试验再予以选择和确定。
上述四种施工方法的不同之处主要在于,整体道床施工时采用的钢轨不同。轨排铺设法和分段换轨法均采用工厂厂焊长轨条,而对于城市交通轨道工程来说,由于施工场地所限,单独设置铺轨基地和焊轨厂十分困难,因此多是采用外地厂焊长轨,然后借助长轨运输列车运至施工现场。而单根轨枕综合铺设法直接采用待焊钢轨进行铺设,因此钢轨的焊接质量是影响单根轨枕综合铺设法的关键,但是目前由于焊接工艺的发展和改进,钢轨的焊接质量已经完全能够满足城市交通轨道的安全、舒适度等要求,因此单根轨枕综合铺设法逐渐成为一种比较理想的城市交通轨道施工方法。
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有轨电车整体道床力学行为及疲劳性能是设计过程中所必需的重要因素之一。因此它的准确计算及表征、合理取值对整体道床设计与分析具有重要意义。由于整体道床的力学行为影响因素复杂,这就决定了整体道床力学行为是结构基础、材料参数及交通荷载的函数,由此给整体道床工作状态的计算与表征增加了难度。 本项目在分析、总结国内外已有研究成果的基础上,推导了有轨电车整体道床双层叠合梁力学行为弹性解析解,建立了有轨电车-整体道床-道路路基三维有限元模型,通过系统的力学行为及疲劳性能分析,明确了整体道床荷载应力的分布规律与影响因素,并提出有轨电车整体道床提出了不同的基于容许应力法的结构设计方法。主要内容如下: ①研究了整体道床结构设计理论体系部分,研究建立和完善路基整体道床下部基础的力学理论、模型与方法,推导了无水平摩阻情况下弹性基础双重叠合梁精确解析解,得钢轨、整体道床板的挠度y、转角θ、弯矩M、剪力Q、基础反力q的显式表达。 ②依托大型通用有限元软件ABAQUS,建立了有轨电车-整体道床-道路路基分析有限元模型,通过对荷载模型、材料模型、结构几何尺寸、边界条件和网格密度进行系统分析,明确了各参数对整体道床力学行为的影响规律,并确定了该参数在分析模型中的合理取值。 ③采用所建立的有限元分析模型,模拟板中/端有轨电车荷载作用下的整体道床力学行为影响因素,分析板中/端单个转向架荷载作用下的整体道床结构层厚度、层间接触条件等因素对其力学行为及疲劳性能的影响;模拟夏季7月份道床板的温度场变化情况,以最大正温差耦合板中荷载、最大负温差耦合板端荷载,得温度与有轨电车耦合作用下整体道床疲劳性能;模拟路基出现不协调变形的情况下,板中单个转向架荷载作用下的路基不协调对整体道床工况的力学行为的影响因素。 ④确定了有轨电车整体道床的功能设计和结构设计内容,确定了以容许应力法作为有轨电车整体道床结构设计方法,并明确了有轨电车荷载组合。 2100433B
国内外疲劳性能研究难以考虑有轨电车整体道床在实际工程环境下疲劳损伤力学机理及预估模型,本项目拟通过试验模型/数值计算/理论分析/现场测试等技术手段:①精细定义轮轨动态接触/温度边界条件/材料疲劳属性/结构层间弹性接触,建立荷载-温度双相耦合情况下整体道床疲劳性能分析三维有限元统一模型,并通过试验模型确定相关计算参数和验证;②提出疲劳损伤的直观表征指标刚度衰变参量与疲劳寿命,运用因次分析法及雨流计数法全面分析行车荷载/温度荷载/结构设计等多维复杂因素对整体道床疲劳损伤的影响规律及其耦合效应,通过降维筛选得荷载-温度耦合作用下有轨电车整体道床疲劳损伤的显著影响因素;③构建了荷载-温度耦合作用下有轨电车整体道床疲劳寿命与显著影响因素的理论关系,为区分有轨电车整体道床与高速铁路无砟轨道的疲劳损伤力学机理提供了理论依据。研究成果可用于预估有轨电车整体道床的疲劳寿命,为整体道床设计与评价提供理论基础。