（道路与铁道工程专业论文）遂渝铁路基床荷载特性及路涵过渡性能试验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着列车速度不断提高，车辆轴重不断增大，铁路路基承受的列车荷载 动力作用越来越明显，其动力响应规律对铁路路基的设计、施工、养护影响 显著。伴随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的普遍提速，路涵过渡段 存在的不平顺问题比以前显得更加突出。若未进行良好处理，列车通过路涵 过渡段时，常常会发生摇晃，会大大降低列车运行的安全性和舒适度。我国 高速铁路网的快速发展使这些课题越来越得到铁路工作者的重视。 本文在总结和吸收前人研究成果的基础上，结合铁道部遂渝线2 0 0 k m h 提速综合试验，通过现场实车测试，对多种行车条件( 2 5 t 双层集装箱列车、 空重混编货物列车、。长白山号”动车组) 的基床荷载特性和路涵过渡性能 进行了研究，主要研究内容：1 ) 介绍了高速铁路的发展概况以及高速铁路路 基的特点，并对基床荷载特性和路涵过渡性能研究现状进行了回顾和总结。 2 ) 通过实测数据对基床荷载特性进行了分析研究，明确了客货共线铁路路基 设计的控制因素，评价了路基基床结构型式的合理性和有效性。3 ) 通过实测 数据对路涵过渡性能进行了分析研究，了解了路涵过渡段不平顺的控制因素， 评价了路涵过渡段结构型式和长度的合理性和有效性。 通过对试验数据的分析与研究，得出主要结论：1 ) 车辆轴重、行车速度、 车辆动力学性能等对路基面动应力、动位移、加速度及轨枕肩振动速度等动 力学参数影响不一。其中，车辆轴重对路基面动应力、动位移影响最大，行 车速度对轨枕肩振动速度影响最大，车辆动力学性能对路基面加速度影响最 大，分别为路基基床荷载特性的控制条件。2 ) 2 5 t 双层集装箱列车和重载货 物列车产生的路基面动应力比较大，超过了新建时速2 0 0 公里客货共线铁 路设计暂行规定的设计控制值。路基基床的动荷载标准已不适应货车提速 1 2 0 k m h 和开行2 5 t 轴重双层集装箱的技术政策，需进行修改。3 ) 在路涵结 构间设置过渡段，能有效改善线路的纵向动力学性能。但同时也发现，涵洞 顶路基面的动应力明显小于相邻过渡段路基面的动应力，而涵洞顶路基面的 动位移则略大于或不明显小于相邻过渡段路基面的动位移。该测试结果与路 桥过渡段的动力学特性有差异。 关键词：铁路路基路涵过渡段动力特性实车测试2 5 t 双层集装箱列车 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t a st h es p e e da n da x i sl o a do ft h et r a i ni n c r e a s e s ，t h ed y n a m i ca c t i o no ft h e r m l w a ys u b g r a d ei sm o r ea n dm o r eo b v i o u s ，a n dt h ed y n a m i cr e s p o n s er u l eh a s o b v i o u si n f i u e n c eo nt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n dm a i n t e n a n c eo ft h er a i l w a y s u b g r a d e w i t ht h ec o s m i c a l l yc o n s t r u c t i o no ft h eh i g h - s p e e dr a i l w a ya n dt h e w i d e l ys p e e d u po ft h ef o r m e rr a i l w a yi n o u rc o u n t r y , t h ei n e q u a l i t yo ft h e r o a d c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o nb e c o m e sm o r eo b v i o u st h a nb e f o r e i fw ed on o t r e p a i ri t ，w h e nt h et r a i np a s s e sr o a d - c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o n ，t h et r a i nu s u a l l y r e e ls e r i o u s l y , w h i c hr e d u c e st h es a f e t ya n dr i d ec o m f o r to ft h et r a i ni nm o t i o n s w i f l l y t h e r e f o r e ，m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sa l ep a y i n ga t t e n t i o n st ot h e s e s u b j e c t s i nt h i s t h e s i s ，b a s e do nt h e a c h i e v e m e n t so ft h e p r e v i o u sl i t e r a t u r e ， c o m b i n e dw i t ht h es u i y ur a i l w a y2 0 0 k m hs p e e d - i n c r e a s i n gt e s tw h i c hi s o r g a n i z e db yr a i l w a ym i n i s t r y , t h ed y m i cp e r f o r m a n c ei ns u b g r a d ea n d r e a d c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o no fs e v e r a lk i n d so ft r a i n ( 2 5 td o u b l ed e c kc o n t a i n e r t r a i n ，p a s s e n g e r - f r e i g h tb l e n d i n g 订a i n “c h a n g b a im o u n t a i n p o w e rt r a i nt e a m ) a r ei n v e s t i g a t e dw i t ht h em e t h o d so ff i e l dt e s tw i t ht r a i mt h em a i nr e s e a r c h c o n t e n t s ：1 ) i n t r o d u c i n gt h ed e v e l o p m e n ts t a t u so f h i g h - s p e e dr a i l w a y , r e v i e w i n g t h ep u b l i s h e dl i t e r a t u r eo ns u b g r a d ed y n a m i cp e r f o r m a n c ea n dr o a d - c u l v e r t t r a n s i t i o ns e c t i o nd y n a m i cp e r f o r m a n c e 2 1a n a l y z i n ga n ds t u d y i n gt h es u b g m d e d y n a m i cr e s p o n s e ，a s c e r t a i n i n gt h ec o n t r o l l i n gf a c t o r si nt h es u b g r a d ed e s i g no f t h em i l w a yw h i c hh a v eb o t hf r e i g h ta n dp a s s e n g e rt r a n s p o r t ， e v a l u a t i n gt h e r a t i o n a l i t ya n dv a l i d i t yo f t h es u b g r a d es t r u c t u r ef o r m 3 ) a n a l y z i n ga n ds t u d y i n g t h er o a d c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o nd y n a m i cp e r f o r m a n c e ， f i n d i n g o u tt h e c o n t r o l l i n gf a c t o r si nt h eu n e v 臼i l n e s so ft h er o a d - c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o n , e v a l u a t i n gt h er a t i o n a l i t ya n dv a l i d i t y o ft h er o a d c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o n s t r u c t u r ef o r ma n dl e n g t h ， 、 a n a l y z i n gt h et e s td a t a , w eg e ts o m em a i nc o n c l u s i o n s ：1 ) t h ea x i sl o a do f t h et r a i n 、t h er u n n i n gs p e e do f t h et r a i na n dt h ed y m m i cp e r f o r m a n c eo f t h et r a i n h a v ed i f f e r e n ti n f l u e n c eo nt h et h es u b g r a d ed y n a m i cs t r e s s ，t h ed y n a m i c 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 d i s p l a c e m e n t ，t h ev i b r a t i o ns p e e do f t h es l e e p e ra n dt h ev i b r a t i o na c c e l e r a t i o no f t h es u b g r a d e t h ea x i sl o a do ft h et r a i nh a st h em o s ti n f l u c n e eo nt h es u b g r a d e d y n a m i cs t r e s sa n dd y n a m i cd i s p l a c e m e n t ，t h er u n n i n gs p e e do ft h et r a i nh a st h e m o s ti n f l u e n c eo rt h ev i b r a t i o ns p e e do ft h es l e e p e r , t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo f t h et r a i nh a st h em o s ti n f l u e n c eo nt h ev i b r a t i o na c c e l e r a t i o no ft h es u b g r a d e 2 ) t h ed y n a m i cs t r e s so ft h es u b g r a d e ，w h i c hw a sb r o u g h tb yt h e2 5 td o u b l ed e c k c o n t a i n e rt r a i na n dh e a v yf r e i g h tt r a i n , i sc o m p a r a t i v e l yb i ga n do v e r t o pt h e c o n t r o lv a l u ei nn e w l y - b u i l t2 0 0 k m hp a s s e n g e r - f r e i g h tb l e n d i n gr a i l w a yd e s i g n t e m p o r a r yc r i t e r i o n d y n a m i cl o a ds t a n d a r dc a n n o ta d a p t t ot h et e c h n o l o g y p o h e y f o rt h e1 2 0 k m hf r e i g h tt r a i na n d2 5 td o u b l ed e c kc o n t a i n e rt r a i n , i ts h o u l d b em o d i f i e d 3 ) s e t t i n gat r a n s i t i o ns e c t i o nb e t w e e nr o a da n dc u l v e r tc a ni m p r o v e t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h er a i l w a y b u tw ea l s of i n dt h a t ：t h es u b g r a d e d y n a m i cs t r e s so nt h et o po ft h ec u l v e r t ，i so b v i o u s l ys m a l l e rt h a ni t o ft h e n e i g h b o r i n gt r a n s i t i o ns e c t i o n ，b u tt h ed y n a m i cd i s p l a c e m e n to nt h et o po ft h e e u l v e r t ，i ss o m eb i g g e rt h a ni to ft h en e i g h b o r i n gt r a n s i t i o ns e c t i o n t h i sr e s u l t d i f f e r sg r e a t l yf r o mt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo f t h et r a n s i t i o ns e c t i o n k e yw o r d s ：r a i l w a ys u b g r a d e ，r o a d c u l v e r tt r a n s i t i o ns e c t i o n ，d y n a m i c p e r f o r m a n c e ，f i e l dt e s tw i t ht r a i n , 2 5 td o u b l ed e c kc o n t a i n e rt r a i n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 引言 世界铁路产业自其产生到上世纪5 0 年代，一直处于大发展之中。随后， 由于受到航空业和高速公路的挑战，铁路发展速度逐渐减缓。至1 9 6 4 年世界 上第一条高速铁路一日本东海道新干线建成并投入运行，以其速度快、运能 大、节省能源、确保安全准时、污染少等综合优势博得世人青睐，极大地提 高了世界各国发展高速铁路的兴趣，从而使铁路产业出现了一个兴旺时期。 法国高速铁路实际运营开始于1 9 6 7 年，稍晚于日本。但法国不断改进，使 t g v 的速度不断创新，1 9 8 1 年，t g v 列车以时速2 6 0 公里的最高速度投入 正式运营。1 9 9 0 年第二代t g v 列车又以5 1 5 3 公里的时速刷新了世界记录， 使t g v 成为法国人日常生活不可缺少的一部分；意大利的摆式列车在1 9 8 8 年联接了米兰和罗马；德国高速铁路称为i c e ( i n t e r c i t y e x p r e s s ) ，1 9 7 9 年 试制成第一辆i c 丑机车，1 9 8 2 年高速铁路计划开始实施，1 9 8 8 年德国i c b 成为全球首列试验时速达到4 0 0 公里的高速列车；1 9 9 2 年英吉利海峡隧道 高速铁路建成，运行时速为3 0 0 公里：2 0 0 4 年韩国汉城一釜山高速铁路开通， 时速达到3 0 0 公里。欧洲计划在2 0 1 0 年以前建成总规模超过2 4 万k m 的高 速铁路高速铁路已成为世界铁路发展的总趋势，也成为一个国家和地区 发展交通运输的战略目标之一 为适应经济快速发展，我国在既有线大面积提速的同时也积极修建高速 铁路，1 9 9 4 年1 2 月，我国第一条准高速铁路一广深铁路正式开通运营，标 志着中国铁路向高速化迈出了一大步2 0 0 2 年秦沈客运专线建成，国产动力 集中型“中华之星”电力机车达到了创纪录的3 2 1 ，5 k m h 最高试验速度。秦 沈客运专线己开始运营，郑西、京津、温福、沪宁等客运专线已开始建设， 京沪高速铁路建设己获立项批准，这表明我国已经迎来高速铁路建设高潮。 高速铁路发展必须以安全、可靠、舒适为前提，而这些均取决于铁路系 统各构成部分的高品质与高可靠性，其中路基稳定尤为重要。法国在两条高 速铁路运营多年后的总结中说：高速铁路能顺利运行是因为有非常好的下部 结构工程一路基f l l 。随着列车速度的不断提高，对铁路路基的要求也越来越 高，列车速度的提高使铁路路基面临许多新的问题。j e f o r t i n 在法国t g v 东南线a m i e na b b e v i u e 区段的软弱地基线路上，发现机车前方产生了2 e r a 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 下沉并伴有地裂现象。日本在修建东海道新干线时为降低造价，降低了路基 填料质量，运营一年后路基出现了不少病害，使列车运行速度大大降低f 2 】。 列车速度的提高使路基承受荷载的大小与频率发生了改变，导致路基动 力响应发生了较大变化。路基动力响应包括路基动应力、动变形及振动加速 度等，其大小与分布关系到路基强度、疲劳特性、累积变形及其动力稳定性， 并直接影响高速铁路路基设计、使用和养护维修。因此路基动力响应已成为 高速铁路路基研究重点，各国铁路工作者在理论分析、试验研究、计算机仿 真模拟等方面进行了大量研究工作，取得了较大成果。我国铁道科学研究院、 同济大学、西南交通大学、中南大学、北方交通大学、华东交通大学等许多 科研院所和高校都进行了卓有成效的研究工作。然而列车高速运行时路基动 力响应异常复杂，现有理论分析与研究还远远不能适应高速铁路路基的设计、 施工、维修的需要。 此外，铁路上的涵洞也成为铁路提速的关键，在涵洞与路基的过渡段中， 由于涵洞顶填土厚度与路基填土厚度不同，引起涵洞与两侧路基沉降不同， 以及涵洞与路基刚度的不均匀性，这些因素会直接影响高速列车运行安全、 平稳性以及旅客舒适度，对涵洞结构和轨道的受力都将产生不利影响。所以， 为了铁路高速行车的安全、平稳，非常有必要了解路涵过渡段动态特性，以 及过渡段的设置方式，以实现过渡段在变形与刚度上的平稳过渡。 鉴于上述问题，本文结合现场实车测试数据，系统分析了路基动力学、 路涵过渡段的动态特性，评价了路基基床结构型式和过渡段设置方式的合理 性。 1 2 高速铁路路基工程的特点 高速铁路运行速度快，技术标准高，它的出现对传统铁路的设计、施工 和养护维修提出了新的挑战，在很多方面改变了传统的设计概念。就路基而 言，表现出以下几个特点： 1 2 1 控制变形是路基设计的关键 传统的路基，按强度破坏设计，而现在强度已不成问题，一般在达到强 度破坏前，可能出现了不能容许的过大变形。高速行车对轨道变形有严格要 求，因此，控制变形是高速铁路路基设计的关键。同时，高速铁路对路基的 填料、密实度、工后沉降、变形特性、动力特性等指标的要求均高于一般铁 路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 2 高速铁路路基为多层结构体系 高速铁路线路结构。已经突破了传统的轨道一道床一土路基这种结构型 式，既有有碴轨道也有无碴轨道。在有碴轨道中，从轨道至基床这个过渡层 范围内，除了道碴土这种两层系统外，还有多层系统。例如法国的道碴层 底碴层( 或次道碴层，砂、砾料) 基层( 级配良好的砾石) ，反滤层( 土工 纤维) 。 1 2 3 列车与线路整体系统需相互匹配 包括路基在内的轨下系统的垂直变形集中反映在轨面上，并且又直接影 响着轮、轨作用力的大小，因此，必须把轮一轨系统的各个组成成分放在整 个系统中去考察【2 1 。在系统中路基的参数( 例如能提供多大的刚度) 对分析 结果是十分重要的。在轮轨相互关系研究的早期，某些力学模型基于过分简 化的假定，把轨下系统当作一个绝对平顺的刚性基础。德国著名的高速铁路 专家b i r m a n n 针对此弊指出，不正确的简化假定将导致不正确的理论条件， 不能在这种不正确条件的基础上考察车辆走行的稳定性和振动特性。同时， 他认为没有任何轮对能在一个刚性基础上作稳定的滚动，而只能依循着不平 顺的走行面和刚度有变化的轨道运动【3 1 。因此不应当撇开轨下路基部分，孤 立地研究轮一轨相互作用，轮一轨相互作用不应当狭义地理解成仅仅直接发 生于轮一轨接触部位的几何和力学的关系，而应当广义地理解为车一路系统 及其相互作用。 各种不同的结构形式所企图达到的首要目的是为高速线路提供高平顺性 和稳定的轨下基础。有碴轨道的轨下基础是由散体材料组成的道床和路基， 它们是最薄弱的也是最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源。在多次重复 荷载作用下所产生的累积永久下沉( 残余变形) 会造成轨道的不平顺，而且 它们的刚度也影响着轨面的弹性变形，因而对列车的高速走行条件也有重要 的影响。高速行车对轨道变形有严格的要求，因此变形问题便成为高速铁路 设计所考虑的主要控制因素。 变形问题的解决是相当复杂的。日本对此不惜代价，在上越和东北新干 线上，高架桥延长数所占比例分别为4 9 和5 7 ，路基仅占1 和6 ，所 以，变形问题是轨下系统设计的关键。由于普通铁路行车速度慢、运量小， 因此在以往的设计中，只孤立地研究轮轨的相互作用，并把这种相互作用狭 义地理解为轮，轨接触部位的几何学、运动学、动力学的关系，而忽略了路基 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 的影响，其中各个部分的设计也只局限于本专业范围内。对于高速铁路，轮， 轨系统应该是车轮、钢轨、道床、路基整个系统各部分相互作用的整体。因 为包括路基在内的轨下系统的垂向变形集中反映在轨面上，并且又直接影响 着轮、轨作用力的大小。因此，必须把轮轨系统的各组成部分放到整个系统 中去考察，建立适当的模型，着眼于各自的基本参数和运用状态，进行系统 的最佳设计，实现轮轨系统的合理匹配，尽可能降低轮、轨作用力，以保证 列车的高速、安全运行。 轨上各部分应尽量降低车辆轮载和簧下质量，轨下的道床、路基部分必 须提供一个坚实稳定的轨道基础，以减少变形，同时又保持适当的弹性。德 国著名的高速铁路专家e i s e n m a n n 4 】指出：铁路路基作为承受轨道和列车荷载 的基础，如果选择了合理的刚度( 弹性模量) ，则能明显地影响轮载的分配， 可以使轨面的最大支承力减少6 0 7 0 ，而且还可以改善基床动应力的分 布，减弱重复荷载的动力作用，减少列车荷载对线路的不良影响。但这并不 是要求路基不存在变形，因为列车不可能在一个绝对刚性的基础上做高速稳 定运行，而只能依循着不平顺的走行面和刚度有变化的轨道运行p 】。 以上分析表明，路基是轨下系统的重要组成部分，也是最薄弱最不稳定 的环节，其变形，强度对铁路的速度、安全性和舒适度都起着非常重要的影 响，因此，研究铁路路基的动态特性，对发展高速铁路及提高既有线路的行 车速度、运量和轴重有着重要的现实意义。 1 3 路基动力学特性试验研究现状 路基动力学特性研究早期大多是通过室内试验和现场实测来进行，通过 对试验数据统计分析得到路基动力响应规律。 1 3 。1 国外研究现状 日本铁道技术研究所就新干线高速列车对环境振动影响进行了现场测试 5 1 ，分析了车辆、轨道、桥梁等不同部位的振动特点。路基动应力实测结果 表明，当车速超过一定数值后车速对路基动应力也无影响，动应力随频率增 大而增加，但增幅较小或不明显，当频率到一定值后，这影响很小。d a w n 和s t a n w o r t h 6 】对英国铁路路基动力响应进行了测试，主要就行车速度、激振 频率和轨道参数的相关关系以及共振现象进行了研究。挪成的m a d s h u s 7 】对 连接挪威和瑞典的高速铁路测试数据进行分析，提出了路基低频振动半经验 模型，该模型包括5 个独立影响因子：列车类型、速度、距离、轨道状态以及 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 构造物的影响。m a d s h u s 和k a y n i a c 8 】对软弱场地上高速列车引起的动力响应 测试结果进行分析，认为当列车车速接近某一临界值时，钢轨一路基地面 系统动力响应将会出现较大的动力放大。瑞士国家铁路管理局与s t o c k h o l m 皇家技术学院在g o t h e n b u r g 与m a l m o 之间的西海岸高速铁路线上埋设了位 移计、加速度计等元件，对x 2 0 0 0 列车速度为7 0 ，2 0 0 k m h 时对路基的动力 响应进行测试。 1 3 2 国内研究现状 从2 0 世纪5 0 年代开始，我国科研工作者曾多次进行路基动力测试，杨 灿文、龚亚丽【9 】从路基动应力和振动实测中分析得到：线路不平顺对路基动 应力影响很大，车速 测试试验列车运行时路基面承受的动应力及其变化规律； 测试试验列车运行时路基面产生的动变形及其变化规律； 测试试验列车运行时路基面产生的加速度及其变化规律； 测试试验列车运行时轨枕肩产生的振动速度及其变化规律； 分析比较试验列车运行时路基基床的动荷载及动力特性。 ( 3 ) 测点布置 路基面动应力测点：在基床表面，沿线路纵向的左轨下2 稃，1 样，0 f ， 1 # ，2 撑枕依次分别布置5 个土压力盒传感器，同时还在o 群轨枕下沿线路横向 也分别布置了一3 个土压力盒传感器，分别位于左枕端、道心、右轨下，共8 个土压力盒，如图2 2 和表2 1 所示。 遂 一2 枕一1 枕0 枕l 枕2 枕 1 - z 一 一、4 、78 5 一 d k 9 7 + 2 0 5 幻平面图 渝 b ) 洲轨枕位置横断面图 图2 - 2 动应力测点布置图 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 表2 - 1 路基面动应力测点布置表 轨枕号( # ) 21o12 土压力盒自编号( # ) 12 3 45 6 78 土压力盒出厂号( # ) 6 1 25 9 15 8 96 1 46 1 16 1 35 9 05 9 2 土压力盒横向位置左轨下左枕端 左轨下 道心右轨下左轨下 距枕底距离( c m ) 2 0 2 0 2 32 1 1 9 1 9 2 02 0 路基面动位移测点：在基床表面，0 撑轨枕下的左右钢轨下布置了2 个基 床的动变形测点，如表2 - 2 所示。 表2 2 路基面动位移测点布置表 轨枕号( # ) o 位移计自编号( # ) 12 位移计出厂号( # ) 0 5 0 70 5 1 1 位移计横向位置左轨下右轨下 距枕底距离( c m ) 2 11 9 路基面振动加速度测点：在基床表面，伽轨枕的左右钢轨下方布置了2 个基床表面的振动加速度测点，如表2 - 3 所示。 ， 表2 3 路基面振动加速度测点布置表 轨枕号( # ) 0 加速度计自编号( # ) 12 加速度计出厂号( # ) 5 0 25 0 1 加速度计横向位置左轨下右轨下 距枕底距离( e r a ) 2 32 0 轨枕肩振动速度测点；在轨枕的左枕肩位置沿线路纵向的- 2 # ，1 撑，o 撑， l 撑，2 枕依次分别布置5 个振动速度传感器测点，如表2 - 4 所示。 表2 4 轨枕肩振动速度测点布置表 轨枕号( # ) 21o1 2 振动速度计自编号( # ) l2 34 5 振动速度计出厂号( # ) 8 91 17 振动速度计横向位置左枕肩 ( 4 ) 测试方法 路基面动应力测试：应变式土压力传感器+ 动态应变仪+ 数据采集与处理 系统+ p c 机； 路基面动变形：电涡流位移计十直流电源+ 数据采集与处理系统+ p c 机； 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 路基面振动加速度：低频固态加速度传感器+ 直流电源+ 数据采集与处理 系统+ p c 机： 轨枕肩振动速度：磁性自感式振动速度计+ 数据采集与处理系统+ p c 机； ( 5 ) 测试所用传感器及仪器 表2 5 测试所用传感器及仪器 名称型号性能指标 数量( 套个) 备注 应变式土压力传感器 d y 1o 2 f p a8丹东前阳 电涡流位移计d w 8 0 0 65 m m 2绵阳金桥 低频固态加速度传感器 z f c j 0 1 5 9 2西安中飞 磁性自感式振动速度计s d 14 3 0 0 h z 5绵阳金桥 7 动态应变仪y e 3 8 1 88 通道 1 江苏扬州 直流电源w y k 3 0 v 2 a2 江苏泰州 数据采集系统c r a s1 6 8 通道 2南京汽轮 便携p ci m p 22便携p c ( 6 ) 传感器埋设 路基面动应力测试的土压力盒、动位移测试的沉降板、加速度测试的预 埋管均在轨道铺设时预先埋设( 2 0 0 5 年3 月中下旬) ，距动测开始约2 个月。 动位移测试的支点及传感器布设、加速度传感器在预埋管中的埋设、轨枕肩 振动加速度计的固定均在动测开始前进行( 2 0 0 5 年5 月中旬) 。 2 2 路涵过渡性能试验 2 2 1 工点概况 工点位于遂渝铁路d k 9 7 + 3 8 4 交通涵( 1 5 0 m ) 遂宁端路涵过渡段，场地地 形为两山间冲沟边缘堤堑交界部位，为旱地作物耕地，地表横坡较缓，纵坡 约1 ：3 1 ：4 ，线路以路堤一路堑通过，涵洞设于零填挖位置附近。线路处于 直线路段，约o 7 上坡( 设计为平坡) ，距最近直缓点约4 7 m ( d k 9 7 + 4 3 1 ， 右曲线) 。 轨道结构为有碴无缝线路，6 0 k g m 钢轨，型有挡肩钢筋混凝土路基枕， 型弹条扣件，轨枕间距o 6 m ，道床厚约2 1 e r a ( 左轨位置路基面至枕底的 实测值为2 0 2 3 e m ) 。 一 涵洞为1 5 0 m 钢筋混凝土盖板交通箱涵。m 1 0 浆砌片石边墙厚1 6 5 m ， c 2 0 钢筋混凝土顶板厚o 5 6 m ，m 1 0 浆砌片石基础长1 5 4 5 r n 、宽8 5 m 、深 3 m 。涵洞净空高3 5 m ，涵顶宽9 3 4 m 。涵洞顶板上覆o 6 m 厚级配碎石基床 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 表层。 遂宁端过渡段路堤中心填高4 7 6 m ，路基面宽7 7 m ，路堤边坡坡度为 i ：i 5 ，右侧( 下坡一侧) 边坡坡脚设有护脚墙。边坡坡面防护为拱型骨架护 坡及土工网垫植草，并设有2 5 m 宽、o 5 m 层间距的双向土工格栅( 2 0 k n m ) 加筋边坡。重庆端为路堑与涵洞直接过渡。 过渡段路堤基床表层填料为级配碎石，厚0 6 m ，两侧路肩位置设有干砌 条石护肩。过渡段结构的倾斜体填料为级配碎石，采用正梯形的布置方式， 顶边长2 m ，以1 ：2 的坡度与相邻路堤连接。相邻路堤酌基床底层( 厚1 g m ) 及路堤下部填料为红层泥岩。 过渡段设置方式如图2 3 所示。 图2 3 过渡段设置方式示意图 2 2 2 试验方案设计 ( 1 ) 试验目的 测试三种试验列车运行时，正梯形路涵过渡段的动态特性，分析研究过 渡段的过渡机理，了解客货共线路涵过渡段不平顺的控制因素，评价路涵过 渡段结构型式的有效性和长度的合理性，为修改和完善新建时速2 0 0 公里 客货共线铁路设计暂行规定和既有线提速2 0 0 k m h 技术条件提出建议。 ( 2 ) 试验内容 测试试验列车运行时路涵过渡段路基面的动应力及其沿线路纵向的变化 规律； 测试试验列车运行时路涵过渡段路基面的振动加速度和动态变形及其沿 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 线路纵向的变化规律，分析过渡段的振动特性； 测试试验列车运行时路涵过渡段轨枕肩的振动速度及其沿线路纵向的变 化规律，分析过渡段的振动特性； 分析和比较试验列车在不同速度运行时路涵过渡段的过渡性能，评价正 梯形过渡形式的有效性及过渡段长度的合理性； ( 3 ) 测点布置 路基面动应力测点：在基床表面，沿线路纵向的左轨下钟，皑，4 群，8 # ， 1 4 # ，1 8 # ，2 4 # ，2 8 # 枕位置依次分别布设8 个土压力盒传感器，如图2 4 和 表2 6 所示。 表2 - 6 路基面动应力测点布置表 轨枕号( # ) 40 4 81 41 8 2 42 8 土压力盒自编号( # ) l 2345678 土压力盒出厂号( # ) 6 0 5 6 0 3 5 9 5 6 0 6 6 0 86 0 46 0 25 8 4 土压力盒横向位置左轨下 距枕底距离( e r a ) 2 02 02 32 2 2 1 2 12 0 2 0 距边墙胸距离( m ) 2 4o2 44 8 8 4 1 0 81 4 4 1 6 8 遂 2 8 枕2 4 枕1 8 枕1 4 枕8 枕4 枕o 枕- 4 枕 8 77 6 ，-、5 -、4 ，、3、2 、1 十 a ) 平面图 d k 9 7 + 3 8 4 涵中心枕 b ) 横断面图 图2 - 4 路基面动应力测点布置图 渝 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 路基面动位移测点：在基床表面，沿线路纵向的左轨下皑，甜，8 样，1 4 # ， 1 8 # ，2 4 # 枕位置依次分别布设6 个动变形测点，如表2 7 所示。 表2 7 路基面动位移测点布置表 轨枕号( # ) o481 41 82 4 位移计自编号( # ) 123456 位移计出厂号( # ) 0 5 0 60 5 0 30 5 1 00 5 0 9 0 5 0 50 5 0 4 位移计横向位置左轨下 距枕底距离( c m ) 2 0 2 02 32 22 12 1 距边墙胸距离( m ) 02 44 88 41 0 81 4 4 路基面振动加速度测点：在基床表面，沿线路纵向的左轨下皑，4 样，8 样， 1 4 # ，1 8 # ，2 4 # 枕位置依次分别布设了6 个振动加速度测点，如表2 - 8 所示。 ， 表2 8 路基面振动加速度测点布置表 轨枕号( # ) o 4 81 4 1 82 4 加速度计自编号( # ) 123456 加速度计出厂号( # ) 5 0 55 0 85 0 45 0 65 0 35 0 7 加速度计横向位置左轨下 距枕底距离( c m ) 2 02 1 2 12 0 2 1 51 9 距边墙胸距离( m ) 02 44 88 41 0 81 4 4 枕肩振动速度测点：在轨枕的左枕肩位置沿线路纵向的一4 # ，一2 # ，o # ， 2 # ，4 ，8 # ，1 4 # ，1 8 # ，2 4 # ，2 8 # ，3 4 # ，4 0 # 枕依次分别布置1 2 个振动速度 传感器测点，如表2 - 9 所示。 表2 - 9 轨枕肩振动速度测点布置表 轨枕号( # ) 4 2o248 振动速度计自编号( # ) 1 2 3 4 56 振动速度计出厂号( # ) 2 7 4 1 3 62 5 22 5 9 1 0 92 8 0 振动速度计横向位置左枕肩 距边墙胸距离( m ) 2 4 1 2o1 22 44 8 续表2 9 轨枕号( 聋) 1 4 1 82 42 8 3 4 4 0 振动速度计自编号( # ) 7891 0 1 11 2 振动速度计出厂号( # ) 2 8 7 1 1 5 1 4 3 2 5 4 1 8 41 7 1 振动速度计横向位置左枕肩 距边墙胸距离( m ) 8 41 0 81 4 41 6 82 0 42 4 ( 4 ) 测试方法， 同前一工点所述 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 ( 5 ) 测试所用传感器及仪器。如下表所示 表2 1 0 测试所用传感器及仪器 名称型号性能指标 数量( 套个) 备注 应变式土压力传感器 d y 二1o 2 m 田a8丹东前阳 电涡流位移计d w 8 0 0 6 ：5 m r f l 6绵阳金桥 低频固态加速度传感器 z f c j 0 1 5 9 6西安中飞 磁性自感式振动速度计 s d 14 3 0 0 h z1 2绵阳金桥 动态应变仪y e 3 8 1 88 通道 2江苏扬州 直流电源w y k 3 0 v 2 a2江苏泰州 数据采集系统 c r a s 1 1 61 6 通道 2南京汽轮 计算机i b m 、a c e r p 22台式p c ( 6 ) 传感器埋设 同前一工点所述。 2 3 试验列车基本情况 “长白山号”试验列车为动力分散型电力动车组，该动车组由3 个动力单 元组成，每个动力单元由2 辆动力车和1 辆拖车组成“2 m + l t ”，全列编组为 9 辆车，即“m c + t + m + m x + t x + m + m + m ”。 “长白山号”试验列车车辆定距1 8 m ，轴距2 5 m ，车长( 钩到钩) 2 6 3 2 6 6 m ，共3 6 个轴。平均轴重1 3 4 9 t 。 “空重混编”试验列车由l 辆s s j 3 电力机车牵引2 辆试验车和4 8 辆货车 组成，编组方式为：1 台s s j 3 + i 辆试验车+ 3 2 辆重车+ 1 6 辆空车+ 1 辆试验车， 牵引总重约3 0 8 0 t 。 s s j 3 电力机车为不等距6 轴机车，1 2 轴与5 - 6 轴间的轴距2 2 5 m ，2 - 3 轴与4 5 轴间的轴距2 m ，1 - 6 轴的轴距1 4 7 m ，轴重2 5 t 。 l 撑车辆为s y 2 5 型6 轴试验车，轴重1 2 1 5 t ，轴距1 5 2 m ，定距1 7 8 m ， 车长2 6 5 m ：2 样3 3 样车辆为c 6 4 和c 6 2 型重车，载重6 0 6 1 t ，自重2 1 7 2 2 7 t ，总重8 1 7 8 3 7 t ，轴重2 0 4 2 0 9 t ：3 4 # 4 9 # 车辆为c 6 4 和c 6 2 型空 车，自重2 1 7 2 2 7 t ，轴重5 4 5 7 t ；5 0 # 车辆为s y 2 2 型4 轴试验车，轴重 1 4 1 7 5 t ，轴距2 4 m ，定距1 7 0 5 m ，车长2 4 5 m ：车辆编号顺序为下行方向。 “双层集装箱”试验列车由1 辆s s 3 电力机车牵引2 2 节车辆组成( 后期 为2 1 节车辆) ，编组方式为：l 台s s j 3 + i 辆试验车+ 2 0 辆双层集装箱重车+ 1 辆试验车，牵引总重约2 0 6 0 t 。 s s j 3 电力机车、s y 2 5 型6 轴试验车( 1 群) 、s y 2 2 型4 轴试验车( 2 2 群) 同 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 “空重混编”试验列车。 2 2 l 群车辆为双层集装箱重车，载重7 8 t ，自重2 1 5 2 1 9 t ，总重9 9 5 9 9 9 t ，轴重2 4 9 2 5 t ，轴距2 5 m ，定距1 5 7 m ，车长1 9 5 m ：车辆编号顺序 为下行方向。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 第3 章路基基床荷载动态特性测试分析 3 1 试验情况 3 1 1 双层集装箱试验列车 双层集装箱试验列车由1 辆s s j 3 电力机车牵引2 2 节车辆组成( 后期为 2 l 节车辆) ，编组方式为：1 台s s j 3 + i 辆试验车+ 2 0 辆双层集装箱重车+ 1 辆 试验车，牵引总重约2 0 6 0 t 。机车及车辆的基本参数见前一章2 3 所述，双层 集装箱试验列车的开行情况如附录1 所列。 3 1 2 测试段轨面平顺性 2 0 0 5 年5 月2 3 日，用s 3 型水准仪对测试段的轨面平顺性( 前后高低、 水平) 进行了量测。测量范围以测试段的嘣轨枕断面为基点( d i c 9 7 + 2 9 5 ) ，向 两头分别延伸了8 1 个轨枕跨，计4 8 6 m 长，总长9 7 2 m ( d k 9 7 + 2 4 6 d k 9 7 + 3 4 4 ) 。测试数据及结果如附录2 附录4 和图3 - 1 图3 3 所示。 3 0 4 0 醛5 0 幄 蔓6 0 昌 泰 7 0 8 0 线路纵向位置( m ) - 6 0- 4 0- 2 002 04 06 0 iilfll1 夺一左轨面相对标高 一 十 ：鬲4j 瞄 ：白一 由掣l刖吓j 刖币界i 目 氏 啦n o 电 #旺 吣 乱 门 如 y - 曳 爿一t k 弧 口 屯