重载铁路路基关键问题探讨.pdfVIP

重载铁路路基关键问题探讨 1,2 1,2 1,2 叶阳升 蔡德钩 张千里 1 100081 （．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京， ； 2 ．中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京，100081) 摘 要：货运重载是大宗货物运输的发展趋势，大轴重长编组是重载铁路的主要方向。重载列 车轴重的增加导致路基荷载强度和作用深度的增加以及沉降与边坡稳定等问题，长编 组列车会使得路基荷载连续作用次数增加，容易出现累积孔压导致强度降低等问题， 路基需要进行适当的强化。 关键词：重载铁路；大轴重长编组；路基；荷载；作用次数；累积孔压 1 概述 重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，如美 国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等大力发展重载铁路，大量开行重载列车，重载运输已 成为大宗货物最经济有效的运输方式。2005年国际重载运输协会对重载运输的定义作了新 的修订，凡属重载铁路至少应满足下列三个条件的其中两项要求：（1）重载列车牵引重量至 少达到8000t，（2）轴重达到或超过27t，（3）在长度至少为150km的线路区段上运量至少 达到4000万t。国外重载铁路的货车轴重大多集中在28～32.5t，最大达40t。大秦线为我 国典型的重载铁路，主要开行25吨轴重1～2万吨重载列车，2010年运量已超过3.5亿吨。 铁道部的重载铁路规划中，既有重载铁路通过强化改造后将实现轴重27吨，新建重载铁路 按照30吨轴重设计。世界大多数发展重载运输的国家普遍认为，大轴重的单元或大宗列车 具有很好的经济性。 因此，大轴重长编组重载铁路将是我国今后重载铁路的发展方向，在这种条件下路基作 为重要的线下基础设施，将面临系列新的问题。本文探讨了大轴重、长编组引起路基的荷载 及作用次数、基床深度、沉降与边坡稳定、土体累积孔压等若干问题，并初步提出了既有重 载路基相应的对策。 2 大轴重引起的重载路基问题 目前我国客货共线铁路车辆轴重23吨，大秦专用重载线车辆轴重25吨，当轴重增大至 27、30吨及以上后，路基荷载特点将发生明显变化。轴重增加直接造成路基动荷载幅值的 增大，再加上前后车辆相邻转向架间距的缩小也使动荷载的作用深度显著增加，导致基床深 度增加。荷载的增加也影响边坡的稳定。 -51- 2.1 路基动荷载 路基基床的动荷载为列车运行中作用于钢轨上并经过轨道结构吸收与扩散而传递到路 基面上的动应力，其特征与列车的轴重、轴间距与动力特征、运行速度及线路的平顺性和轨 道的结构形式等有关。 实测表明，路基动荷载的幅值受车速的影响相对较小，图1为速度影响系数累计分布曲 线，95%范围内的速度影响系数在0.004以内。 图2为实测不同轴重列车的路基动荷载范围，其幅值受车辆轴重的影响十分显著，与轴 重基本上成正比，由于路基面动荷载受轴重的影响较明显，为了消除不同轴重的影响，将动 应力实测数据以单位轴重进行归一化处理，并统计如图3所示。因此，动荷载幅值平均值约 为σ(kPa)=2P，P为列车轴重（吨，t）。由于轨道结构状况等因素的变化，路基动荷载在一 定范围波动，最大值可表示为σ(kPa)=4P。按照这个结果，对于27吨和30吨轴重下的路基 动应力最大值将分别达到108kPa和120kPa，30吨轴重相比25吨下的路基面动应力将增大 20%。 100 ) 80 % ( 比 60 分 百 40 计 累 20 0 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 速度影响系数 货车 双层集装箱 动车组 图1 速度影响系数累计分布曲线 图2 实测不同轴重列车的路基动应力范围 图3 路基面动应力归一化统计分