王鈺

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽110043)

1 工程概況

廈深鐵路榕江特大橋位于廣東省揭陽市榕城區(qū)地都鎮(zhèn)和汕頭市潮陽區(qū)關(guān)埠鎮(zhèn)榕江河段，是廈深鐵路重難點(diǎn)控制工程之一，大橋主橋?yàn)?110+2×220+110)m的鋼桁柔性拱橋，其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:雙線Ⅰ級鐵路，速度近期目標(biāo)值200 km/h，遠(yuǎn)期目標(biāo)值250 km/h，正線線間距4．6 m，限制坡度6‰。該橋橋面系為正交異性鋼橋面系［1］，橋上鋪設(shè)40 cm厚特級碎石道砟和Ⅲ型無擋肩鋼筋混凝土軌枕，軌枕鋪設(shè)密度為每公里1 667根，采用彈條Ⅳ型扣件固定60 kg/m重型軌道無縫鋼軌。該橋于2009－05月開工建設(shè)，2013－05建成。為了評價榕江特大橋列車運(yùn)行穩(wěn)定性，于2013－09在廈深鐵路榕江特大橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器段(K1331+250)、榕江特大橋橋上有砟軌道(K1331+470)和路基有砟軌道(K1284+863)3個不同軌道條件的工點(diǎn)進(jìn)行列車運(yùn)行輪軌垂直力和水平力的測定試驗(yàn)，結(jié)合此次試驗(yàn)和聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試結(jié)果，對該橋的行車穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。

2 試驗(yàn)概述

2．1 測試內(nèi)容及方法

根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］～［4］要求，列車運(yùn)行穩(wěn)定性主要通過脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪對橫向力3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評判。上述3項(xiàng)指標(biāo)的計算方法及限值見表1。

表1 列車運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)計算方法及限值Table 1 Formula and limiting value of the trian running stability indexes

輪軌水平力和垂直力測量采用參考文獻(xiàn)［5］中的剪力法:在測試工點(diǎn)軌道上貼電阻應(yīng)變計，用加力架和千斤頂人工加載進(jìn)行靜力荷載標(biāo)定，得出測試點(diǎn)處的荷載—應(yīng)變關(guān)系;實(shí)測列車荷載作用下動態(tài)應(yīng)變，依據(jù)標(biāo)定的靜態(tài)應(yīng)變推求實(shí)測的動態(tài)荷載相當(dāng)值。具體的貼片、組橋、標(biāo)定、測試方法見文獻(xiàn)［5］，測試原理見文獻(xiàn)［6］。

2．2 靜力標(biāo)定加力架的設(shè)計

文獻(xiàn)［5］中要求水平力最大荷載標(biāo)定到50 kN，垂直力最大荷載標(biāo)定到100 kN，筆者分別設(shè)計了垂直力和水平力標(biāo)定用的加力架。加力架同時應(yīng)具備方便安裝和拆卸功能，以符合鐵路運(yùn)營上實(shí)施測試工作的需要。

垂直力標(biāo)定加力架由雙拼槽鋼縱梁、雙拼槽鋼橫梁、帶調(diào)節(jié)螺母的吊桿鋼筋、兜底U型鋼筋和千斤頂組成，如圖1所示。千斤頂作用于縱梁，形成“扁擔(dān)梁”體系，縱梁的反力由端部兜底鋼筋和吊桿鋼筋構(gòu)成的兩個閉合框(如圖1(b)承擔(dān)，整個加力架形成了一個自平衡體系。兜底鋼筋和吊桿鋼筋通過掛鉤連接，吊桿鋼筋上端通過螺母、墊板錨固于橫梁上，其中螺栓部分適用于長度的調(diào)節(jié)。千斤頂卸荷，掛鉤自然脫開，即可實(shí)現(xiàn)快速拆卸。

圖1 垂直力標(biāo)定加力架Fig．1 Reaction installation for vertical force calibration

水平力標(biāo)定加力架由2塊扣板與縱梁翼緣板熔焊組成一個整體結(jié)構(gòu)，扣板端部掛鉤與軌頭密貼，在軌道與縱梁之間放置千斤頂，形成自平衡體系，如圖2所示。標(biāo)定結(jié)束后，千斤頂卸荷，即可取下加力架。

圖2 垂直力標(biāo)定加力架Fig．2 Reaction installation for lateral force calibration

該加力架具有構(gòu)造簡單緊湊、結(jié)構(gòu)剛度大、可靠性高、裝拆靈活、容易加工等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明，能夠滿足現(xiàn)場使用的需要，取得了較好的效果。

2．3 加載方式與速度

貨物列車:列車編組為2臺東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車牽引12節(jié)K13卸渣車(滿載)，運(yùn)行速度分15，30，40，80和120 km/h 5個等級，在測試工點(diǎn)的上行線和下行線分別進(jìn)行加載，3個測試工點(diǎn)共計有效加載次數(shù)30次。

CRH動車組:采用綜合檢測列車 CRH2－010A，CRH380A－001和 CRH380B－002進(jìn)行動車組逐級提速聯(lián)調(diào)聯(lián)試和動態(tài)檢測，最高檢測速度級275 km/h。

3 結(jié)果分析

3．1 不同速度條件下貨物列車運(yùn)行穩(wěn)定性分析

現(xiàn)場測試列車以不同速度通過各測試工點(diǎn)的輪軌垂直力和水平力，據(jù)此計算相應(yīng)的輪對橫向力、輪重減載率、脫軌系數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析得出列車運(yùn)行穩(wěn)定性評判指標(biāo)的平均值與最大值。榕江特大橋橋上有砟軌道測點(diǎn)(里程K1331+470)上行線的各項(xiàng)指標(biāo)測試結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，在各級測試速度下，橋上有砟軌道的輪對橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率最大值均滿足表1限值要求，列車運(yùn)行穩(wěn)定性符合規(guī)范要求。列車的輪對橫向力和列車脫軌系數(shù)隨著車速的提高呈現(xiàn)增大趨勢;同一速度下脫軌系數(shù)的最大值和平均值相差較大，表明貨車脫軌系數(shù)的離散性較強(qiáng)，但是各級速度下列車脫軌系數(shù)平均值均小于0．2，保持在一個比較低的水平;輪重減載率的最大值也隨著車速的提高而呈現(xiàn)增大趨勢，但其平均值隨車速的增加呈非單調(diào)變化，實(shí)測輪重減載率平均值在80 km/h測試工況時最大，最大值為0．22。該里程位置處下行線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也有類似的規(guī)律。

表2 不同速度的貨物列車通過橋上有砟軌道時的穩(wěn)定性指標(biāo)Table 2 Stability indexes of the freight trains passed the ballast track on the bridge in different speed

3．2 不同軌道基礎(chǔ)條件下貨物列車運(yùn)行穩(wěn)定性分析

貨物列車以各級速度通過橋上有砟軌道測點(diǎn)(K1331+470)、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器測點(diǎn)(K1331+250)、路基有砟軌道測點(diǎn)(K1284+863)，獲得各項(xiàng)運(yùn)行穩(wěn)定性評判指標(biāo)見表3。

由表3可知，在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器位置，列車的運(yùn)行穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)平均值均高于路基有砟軌道和橋上有砟軌道測點(diǎn)值:輪對橫向力最大平均值28．6 kN，較橋上和路基測點(diǎn)分別高出 15%和47%;列車脫軌系數(shù)最大平均值0．23，較橋上和路基測點(diǎn)分別高出35%和77%;輪重減載率最大平均值0．35，較橋上和路基測點(diǎn)分別高出105%和118%。表明鋼軌伸縮器位置軌道動力學(xué)性能亞于路基有砟軌道和橋上有砟軌道，隨著車速提高，輪軌的相互作用也逐漸加劇，鋼軌伸縮器位置軌道出現(xiàn)故障的幾率較其他為高，因此在日常養(yǎng)護(hù)和管理中應(yīng)特別引起重視。

表3 貨物列車通過各測試點(diǎn)的穩(wěn)定性指標(biāo)平均值Table 3 Average value of stability indexes of the freight trains passed different track structure

3．3 貨物列車與動車組運(yùn)行穩(wěn)定性比較

為了對貨物列車和動車組運(yùn)行的動力性能進(jìn)行對比研究，引用文獻(xiàn)［7－8］中橋上、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、路基測點(diǎn)CRH動車組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。80 km/h速度下，貨物列車和CRH動車組通過橋上、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、路基測點(diǎn)測得各項(xiàng)運(yùn)行穩(wěn)定性評判指標(biāo)如表4所示。

由表4可知，在3個測試工點(diǎn)上，貨物列車的各項(xiàng)指標(biāo)的最大值和平均值均較動車組大。貨物列車輪對橫向力不論是最大值還是平均值都比動車組大2倍以上，貨物列車輪軌垂直力最大值較動車組大56%，平均值較動車組大61%，這主要是由于貨物列車軸重較CRH動車組大，對軌道作用明顯。貨物列車脫軌系數(shù)和輪重減載率的最大值和平均值差別很大，說明貨物列車運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)離散特征較動車組明顯。綜上，說明動車組的運(yùn)行狀態(tài)較貨物列車好，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

表4 貨物列車與動車組在各測試工點(diǎn)的穩(wěn)定性指標(biāo)比較Table 4 Stability indexes of the freight trains and multiple units passed different track structure

4 結(jié)論

(1)在試驗(yàn)速度范圍內(nèi)，貨物列車在橋上有砟軌道測點(diǎn)的輪對橫向力、輪重減載率、脫軌系數(shù)均低于規(guī)范允許的限值，列車運(yùn)行穩(wěn)定性符合規(guī)范要求。輪對橫向力和列車脫軌系數(shù)隨著車速的提高呈現(xiàn)增大趨勢;同一速度下脫軌系數(shù)的最大值和平均值相差較大，貨車脫軌系數(shù)的離散性較強(qiáng);輪重減載率的最大值也隨著車速的提高而呈現(xiàn)增大趨勢，但其平均值隨車速的增加呈非單調(diào)變化。

(2)列車在不同測點(diǎn)的運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)存在明顯差異，在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器位置列車的運(yùn)行穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)平均值均高于路基和橋上測點(diǎn)值:輪對橫向力較橋上和路基測點(diǎn)分別高出15%和47%;脫軌系數(shù)較橋上和路基測點(diǎn)分別高出35%和77%;輪重減載率較橋上和路基測點(diǎn)分別高出105%和118%。表明鋼軌伸縮器位置軌道動力學(xué)性能亞于路基和橋上有砟軌道，是線路的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)和管理。

(3)由于貨物列車軸重較CRH動車組大，對軌道作用明顯。貨物列車運(yùn)行穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)均較動車組大:輪對橫向力較動車組大2倍以上，輪軌垂直力最大值較動車組大56%，平均值較動車組大61%，且貨物列車運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)離散特征較動車組明顯。表明動車組的運(yùn)行穩(wěn)定性優(yōu)于貨物列車。

(4)設(shè)計的軌道靜力標(biāo)定加力架構(gòu)造簡單、裝拆靈活、容易加工，實(shí)踐證明該加力架能夠很好地滿足現(xiàn)場使用的需要，可為今后類似的試驗(yàn)提供參考。

［1］張杰．廈深鐵路榕江橋主橋設(shè)計及優(yōu)化［J］．鐵道建筑，2011(2):29－32．ZHANG Jie．“Design and optimize for main bridge of rongJiang river bridge on Xiamen－Shenzhen railway”［J］．Railway Engineering，2011(2):29－32．

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［4］TB10761－2013，高速鐵路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范［S］．TB10761－2013，Technical regulations for dynamic acceptance for high － speed railways construction［S］．

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