軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)(石碴道床)

軌道結(jié)構(gòu)理論與軌道力學(xué)

（石碴道床）

第一節(jié)道床的功用1.分壓1%平均應(yīng)力線160%100%80%60%40%20%道床的分壓特性be12道床第一層對分壓不起作用道床應(yīng)力與深度無關(guān)道床如要起到分壓的作用，厚度不宜小于20cm道床第二層應(yīng)力與軌枕寬度無關(guān)道床應(yīng)力與軌枕寬度無關(guān)，但與軌枕長度有關(guān)，路基面沿縱向應(yīng)力均勻，而沿橫向應(yīng)力不均勻，可能在軌下路基面形成縱向壓槽道床厚度只能滿足基面橫向應(yīng)力均勻要求道床第三層應(yīng)力與軌枕尺寸無關(guān)道床厚度至少應(yīng)在1米以上才有可能滿足路基面縱橫向應(yīng)力均勻的要求道床厚度依據(jù)路基面應(yīng)力不超限確定，路基面處于道床應(yīng)力的第二層。石碴內(nèi)摩擦角與極配的關(guān)系影響內(nèi)摩擦角的主要因素：粒徑、粒狀、表面特性，對粒狀和表面特性有嚴格規(guī)定，因面反映粒徑及粒徑組成的級配影響最大。級配5－2525－4025－5025－6025－7040－70摩擦角404245475053前蘇聯(lián)的試驗結(jié)果石碴道床分壓的局限性石碴的接觸抗壓強度玄武巖：3040－4170MPa花崗巖：1120－4000MPa石炭巖：290－3570MPa石碴的名義應(yīng)力與實際接觸應(yīng)力差距巨大石碴級配25－70mm，枕底名義應(yīng)力0.24MPa，路基面名義應(yīng)力0.1MPa。枕底范圍內(nèi)平均320顆道碴承力，每顆道碴平均承力505N，平均接觸應(yīng)力1680MPa。25cm深處，每顆道碴平均承力238N，平均接觸應(yīng)力600－800MPa。道碴接觸應(yīng)力可能存在3－6倍的波動。2.減振彈性：石碴顆粒的壓縮變形、顆粒移動阻尼：顆粒間的摩擦影響因素：粒徑、表面特性、粒狀、臟污程度、板結(jié)程度石碴道床的減振效果鋼輕接頭部位的軌道振動情況：鋼軌100－300g；軌枕20－50g；道床表層10－20g；道床底層及路基面2－5g；加速度衰減系數(shù)軌枕/鋼軌＝0.13-0.17軌枕附近道碴/軌枕＝0.2-0.24軌枕下部道碴/軌枕＝0.32-0.38底部道碴/表層道碴＝0.45-0.73.固定軌道框架道床橫向阻力的組成木枕（%）PC枕（%）枕底15

50枕盒55

25肩部30

25穩(wěn)定軌道框架的因素組成道床65%、鋼軌25%、扣件10%影響道床阻力的因素軌枕尺寸、重量、底面積與底面形狀石碴道床的密實度粒徑、級配、表面特性肩寬列車荷載維修作業(yè)4.排水5.方便維護第二節(jié)石碴道床材料有碴軌道維修工作量的1/3至1/2出現(xiàn)在道床，因此選擇石碴的材料是減少軌道維修的關(guān)鍵。對道碴材料的檢測方法、指標規(guī)定很詳細，道碴檢測的儀器種類繁多。一、道碴材料的檢測指標體系1.物理力學(xué)指標：

抵抗殘余變形及顆粒破碎的能力粒徑和級配粒狀及表面棱角密度和容重硬度和韌度吸水率和飽和率抗壓強度2.耐久性指標：抵抗風(fēng)化、崩解的能力凍融指標碳酸鈣腐蝕性軟脆道碴含量巖相特性3.滲漏參數(shù)：抵抗臟污及滲水排水能力道碴粉末的粘性道碴粉末的滲透性級配4.電導(dǎo)參數(shù)：電阻5.養(yǎng)護作業(yè)參數(shù)：振動密實度6.工程性能參數(shù)：抗剪性能、重復(fù)荷載變形積累、抗磨耗指數(shù)二、鐵標中關(guān)于道碴指標的規(guī)定主要適用于我國重載鐵路的TB/T2140-90對一級道碴的各種指標規(guī)定為：

（1）抗磨耗沖擊性能：▼洛杉礬磨耗率LAA小于27▼標準集料沖擊韌度IP大于95▼石料耐磨硬度系數(shù)K干磨大于18（2）抗壓碎性能▼標準集料壓碎率CA小于9▼道碴集料壓碎率CA小于18（3）滲水性能▼滲透系數(shù)Pm大于4.5＊10－6cm/s▼石粉試模件抗壓強度小于0.4MPa▼石粉液限LL大于20%▼石粉塑限PL大于12%（4）抗大氣腐蝕破壞▼硫酸鈉溶液浸泡損失率小于10%（5）穩(wěn)定性能▼密度大于2.55g/cm3▼容重大于2.50g/cm3（6）軟弱顆粒▼飽水單軸抗壓強度小于20MPa（7）道碴級配(25-60mm）方孔篩邊長162535.5455663過篩百分率%0-55-1525-4055-7592-9797-100（8）道碴清潔度指標▼針狀指數(shù)（長度大于平均尺寸的1.8倍的顆粒含量）不大于50%▼片狀指數(shù)（尺寸小于平均尺寸的0.6倍的顆粒含量）不大于50%▼粘土含量不大于0.5%▼粒徑0.1mm以下的粉末含量不大于1%三、高速鐵路的道砟級配道碴級配綜合反映了道碴的粒徑大小及各種粒徑的組成比例，影響道床的許多質(zhì)量指標，是道碴最重要的指標之一：

剛度、阻尼密實度、道床阻力道床應(yīng)力與變形積累滲水排水性能維修性能等我國重載線路的寬級配道碴

（標準級配）TB/T2140-90道砟級配針對重載客貨共線鐵路、半機械、半手工維修提出的，采用“寬級配”。粒徑分布范圍寬，粗顆粒隙由更多小顆粒填充，增加顆粒接觸面，有利于減少重載壓力?！皩捈壟洹庇欣谛⌒蜋C械甚至人工作業(yè)時道床的密實。我國道碴的標準級配（25－60mm）方孔筋邊長(mm)162535.5455663過篩質(zhì)量百分比(%)0～55～1525～4055～7592～9797～100

我國高速鐵路的窄級配道碴我國高速鐵路道碴的窄級配曲線粒徑[篩分機底篩和面篩篩孔邊長(mm)]31.5～50級配方孔篩孔邊長(mm)22.431.5405063過篩質(zhì)量百分率(%)0～31～2530～6570～99100顆粒分布方孔篩孔邊長(mm)31.5～50顆粒質(zhì)量百分率(%)≥50高速道碴與標準道碴級配的區(qū)別道砟粒徑分布相對集中，25－60mm，變?yōu)?1.5－50mm。小篩由16mm變?yōu)闉?2.4mm，控制小粒徑含量由5%變?yōu)?%。最大控制粒徑?jīng)]變(63mm)，但含量由0～3%減小為0%。高速鐵路采用“窄級配”道砟的優(yōu)點（1）有更大的內(nèi)摩擦力，增加道床在列車振動荷載作用下的穩(wěn)定性。（2）有利于延緩道床小顆粒在列車振動作用下的粉化。（3）防止道砟中小顆粒在高速列車風(fēng)作用下的飛濺。（4）高速鐵路幾乎不再采用人工搗固作業(yè)的方法，采用窄級配不會影響道床作業(yè)質(zhì)量。

四、高速鐵路道碴的材質(zhì)要求道砟顆粒形狀和清潔度要求更高道砟顆粒的針狀、片狀指數(shù)由標準寬級配道碴的50%下降至20%。道砟中細小顆粒及粉末的含量直接采用了更加嚴格的歐洲道砟標準。

性能參數(shù)指標評估方法抗磨耗、抗沖擊性能洛杉磯磨耗率LAA(%)≤18必須滿足要求標準集料沖擊韌度IP≥110至少有1項指標滿足要求石料耐磨硬度系數(shù)K干磨＞18抗壓碎性能標準集料壓碎度CA(%)＜8兩項指標同時滿足要求道砟集料壓碎率CB(%)＜17滲水性能滲透系數(shù)Pm(10-6cm/s)＞4.5至少有兩項指標滿足要求石粉試模件抗壓強度σ(MPa)＜0.4石粉液限LL(%)＞20石粉塑限PL(%)＞11抗大氣腐蝕性能硫酸鈉容液浸泡損失率＜10均應(yīng)滿足要求穩(wěn)定性能密度(g/cm3)＞2.55容重(g/cm3)＞2.55軟弱顆粒飽水單軸抗壓強度(MPa)≤20(含量少于10%)洛杉磯磨耗率LAA從≤20%降到≤18%)標準集料沖擊韌度IP從≥100提升到≥110標準集料壓碎率CA從≤9%降到≤8%道砟集料壓碎率CB從≤18%降到≤17%石料耐磨硬度系數(shù)已無法提高第三節(jié)石碴道床的強化措施一、石碴道床的問題（1）過渡段處石碴道床容易變形而形成軌道不平順

路－橋、路－隧等過渡段上，剛度突變引起較大的振動，石碴更易坍塌，導(dǎo)致軌面不平順，影響線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和高速行車的舒適性。（2）道砟粉化嚴重

高速鐵路有砟軌道的碎石道床承受著高頻振動和沖擊，道砟的磨損和粉化相當(dāng)嚴重。德國曾明確規(guī)定：鑒于高速鐵路道砟液化和粉化對軌道維修及運營的干擾，建議車速250km/h以上時全部采用無砟軌道。（3）高速鐵路道床飛砟現(xiàn)象飛碴的危害高速飛起的道砟沖擊鋼軌致使鋼軌表面擦傷嚴重；飛砟撞擊列車底部損壞高速軌檢車的檢測設(shè)備。飛碴的原因冬季車輛上冰塊下落引起道砟飛散。列車風(fēng)：車速300km/h時，道床表面形成的列車風(fēng)達50m/s以上。（4）橋上有砟軌道結(jié)構(gòu)道砟液化車速200km/h以上時，橋面垂向加速度超過0.7～0.8g，且列車以某一速度運行時，將與梁體可能產(chǎn)生共