此外,整體道床還有以下一些附屬結構應當注意。
排水整體道床的排水是一個至關重要的問題,許多整體道床都是由于排水不暢,致使基底長期浸于水中而產(chǎn)生下沉,引起道床嚴重下沉并開裂。在地下水徑豐富的隧道內(nèi),需采用雙側溝及中心暗溝等排水。當?shù)叵滤泻懈g性化學成分時,還應注意在道床混凝土中加人相應的防腐劑。
伸縮縫整體道床上需間隔一定距離設置伸縮縫,但由于隧道內(nèi)溫差較小,道床與基底的摩擦較大,且各地段道床與基底的接觸情況差別較大,所以伸縮縫的間距很難一概而論。依據(jù)對整體道床橫向裂紋間距的統(tǒng)計分析,一般認為間距12.5m較為合適,在溫度變化較大的洞口,伸縮縫的間距設為6.25m。
過渡段隧道內(nèi)采用整體道床,而隧道外一般是普通有碴軌道,兩種軌道的剛度差異較大,如果使兩種軌道直接相連,則軌道剛度發(fā)生突變,影響列車行駛的平穩(wěn)性,當車速較高時表現(xiàn)尤為嚴重,因此需要設置軌道過渡段。軌道過渡段長度依車速等因素決定,一般為5~10m,由素混凝土在基底澆筑成斜坡或臺階形,使混凝土道床和碎石道床逐漸變化。
扣件整體道床的彈性較差,軌道彈性主要依靠鋼軌扣件提供,同時鋼軌的調整也主要靠扣件,因此對扣件的要求很高。通常在整體道床上都需要采用不同于一般軌道的特制扣件,這類扣件具有良好的彈性,同時具有較大的高低和軌距可調量。
整體道床主體結構修筑于堅硬圍巖隧道內(nèi)的支承塊側溝式整體道床的結構見圖1,它由預制的支承塊和就地灌筑的道床混凝土組成。道床混凝土采用C30混凝土,并配置鋼筋以防止裂紋擴展。支承塊預制采用C50混凝土,支承塊上承軌槽依所采用的扣件設計,支承塊底部有伸出鋼筋,與道床混凝土連成整體。整體灌筑側溝式整體道床的結構見圖2,它與支承塊側溝式整體道床的結構基本相同,只是沒有支承塊,道床全部為現(xiàn)澆混凝土,整體性強但要求施工精度更高。中心水溝式整體道床的結構見圖3,可采用短木枕和支承塊。中心水溝嚴重削弱了道床截面,水溝中易出現(xiàn)沿溝底縱向的裂紋,因此現(xiàn)在已不常用。
圖1支承塊側溝式整體道床
圖2整體灌筑側溝式整體道床
圖3中心水溝式整體道床
整體道床具有維護工作量少、結構簡單、整體性強及表面整潔等諸多優(yōu)點,在國內(nèi)外鐵路上均已大量使用。中國于1957年開始鋪設整體道床。但另一方面,由于整體道床是連續(xù)現(xiàn)澆的混凝土,一旦基底發(fā)生沉陷,修補極為困難。因此要求設計和施工的質量較高,同時也應將整體道床盡可能鋪設于隧道內(nèi)或石質路基等堅硬的基礎之上。中國早期鋪設的整體道床多采用素混凝土,為了增強整體道床的抗裂性能,近年來已更多地采用鋼筋混凝土。中國整體道床主要有三種結構形式:支承塊側溝式整體道床、整體灌筑側溝式整體道床及中心水溝式整體道床。
【定義】整體道床由混凝土整體灌筑而成的道床,道床內(nèi)可預埋木枕、混凝土枕或混凝土短枕,也可在混凝土整體道床上直接安裝扣件、彈性墊層和鋼軌,又稱為整體軌道。【優(yōu)點】整體道床具有維護工作量少、結構簡單、整體...
道床斷面包括道床厚度、頂面寬度及邊坡坡度三個主要特征。1.道床厚度道床的厚度的指直線上鋼軌或曲線上內(nèi)軌中軸線下軌枕底面至路基頂面的距離。道床的厚度與以下因素有關;道床彈性、道訂臟污增長率、墊碴層的承載...
(1)承受來自軌枕的壓力并均勻地傳遞到路基面上;(2)提供軌道的給橫向阻力,保持軌道的穩(wěn)定;(3)提供軌道彈性,減緩和吸收輪軌的沖擊和振動;(4)提供良好的排水性能,以提高路基的承載能力及減少基床病害...
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道岔整體道床的施工是城市軌道交通施工的一大進步,就道岔整體道床的施工做簡要論述,供現(xiàn)場施工時參考。
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大型礦井特別是采用底卸式礦車運輸時,井底車場和主要的運輸大巷采用整體道床尤為有利。在金川二礦區(qū)礦石運輸平硐中便采用了整體道床設計,其在礦山工程中尚屬推廣,相對存在一定的施工難度。筆者就整體道床在該工程具體施工過程中摸索的施工方法做以具體闡述。
現(xiàn)階段全世界城市軌道交通線路的軌道結構型式一般采用短軌枕式整體道床結構。通常來講,短軌枕式整體道床結構主要有以下幾種施工方法和施工工藝:
1、分段換軌法
我國很多城市軌道交通既有無縫線路進行改造時,多采用分段換軌法。分段換軌法的主要作業(yè)程序是,先將250m或500m長鋼軌運至鋪設地段,擺放于線路兩側,焊成單元軌節(jié),一臺收軌機將拆除的短軌收放于軌枕中間,另一臺收軌機將擺放于線路兩側的長單元軌節(jié)收到承軌槽內(nèi),調整軌距安裝扣件,將拆除的舊鋼軌回收裝運。
分段換軌法比較適用于既有線的改造施工,若新建線路采用此方法進行施工,不僅會降低施工效率,還會浪費大量的短軌。
分段換軌法
2、軌排鋪設法
長鋼軌鋪設法就是在車站或區(qū)間軌道等鋪軌基地上,預先將鋼軌和軌枕組裝成一定長度的長軌排,然后用軌排運輸車運至鋪設工地預先設置好的鋪助導軌上,用軌排運輸車上的一排門式起重機,將長軌排鋪設于鋪助導軌位置,并及時調整軌道的幾何尺寸,然后立模澆筑混凝土支墩和整體道床混凝土,最后用牽引裝置牽引鋪助導軌向前移一單元,并焊接連接結構,同時軌排運輸車返回組裝地,如此循環(huán),進行下一軌排的鋪設,直至施工到設計里程。
鋼軌鋪設法采用基地組裝軌排,工廠化生產(chǎn),技術可靠,易于管理,而且施工過程中不會對線路鋼軌造成污染和損傷,但鋪軌效率不太高,德國IEC鋪軌作業(yè)基本采用此方法,平均作業(yè)效率為750m/d,另外此種方法長期占用區(qū)間,對于客運專線來說其站間距長,工期緊,一個區(qū)間內(nèi)要進行鋪軌、焊軌、補碴、整道、線路鎖定等多工種作業(yè),所以不很適用,故不經(jīng)常采用。
軌排鋪設法
3、單根軌枕綜合鋪設法
單根軌枕綜合鋪設法的主要作業(yè)程序是:首先將軌枕、廠焊長鋼軌裝至枕軌雙層運輸車上,上層裝軌枕,底部裝長鋼軌;然后機車推送枕軌運輸車至鋪軌現(xiàn)場與鋪軌機組連掛;最后鋼軌抽拉裝置抽拉長鋼軌到鋪軌機前端,由鋼軌引導車引導,鋪軌機前端的鋼軌連續(xù)放送裝置向前放送長鋼軌并預鋪至線路兩側。鋼軌預鋪的過程中,每隔15m距離布設低滾道承擔長鋼軌以減小阻力和曲線上固定鋼軌。鋼軌收軌鋪設時,鋼軌引導車的引導輪將鋼軌定位到收軌控制的第一個收軌位置,布枕機按要求布設軌枕,同時收軌器將線路兩則的長鋼軌收至承軌槽內(nèi),后續(xù)人員補上扣件。如此循環(huán),將枕軌運輸車的所有軌料鋪設完畢,枕軌運輸車與鋪軌機組分離,由機車牽引返回基地裝料,然后進行下一單元的鋪設。
單根軌枕綜合鋪設法平均鋪軌效率可達到1.5km/d,高峰時可達到2.0~2.5km/d,不必設置軌排組裝基地,省卻了吊卸軌排的門吊等設備,還節(jié)省了大量的臨時短軌、輔助導軌等材料,且此方法運輸軌料及空車返回時占用區(qū)間的時間較短,對后續(xù)的工序如工地鋁熱焊、補碴整道、線路鎖定等影響較小,比較適合于新線鋪軌工程量大、工期緊等施工。秦沈客運專線采用此方法,取得很好效果。
4、推軌鋪設法
推軌鋪設法是一種輔助施工方法,對于有碴、無碴軌道由于交通條件不同,其施工方案也不相同。一般來說對于長大隧道內(nèi)的整體道床以及無碴軌道來說,由于軌枕塊與道床已澆筑在一起,鋪設長軌時可采取長軌運輸車運輸長軌條,利用推軌車將長鋼軌一次推人承軌臺落槽后上緊扣件,推軌車和運軌車立即在其上行走通過,實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。對于有碴軌道,當沿線交通條件較好,單根軌枕運輸方便時,也可以先人工布放單枕,然后采取推軌法鋪設長鋼軌。
推軌鋪設法相當于單枕綜合鋪設法中的一個鋪軌工序,但機具略作改造,十分簡單,鋪設速度較快,避免了換軌法鋪設長鋼軌需要二次鋪軌的缺點,也避免了單枕綜合鋪軌法需要昂貴大型專業(yè)機械的缺點,是一種常用的長鋼軌鋪設方法。
此外,鋼軌連接頭的焊接質量對整個交通軌道的施工質量影響重大,因此在對城市交通軌道施工方法的選擇時,還要選擇適當?shù)暮附庸に嚭秃附訁?shù)。一般來說焊接工藝和參數(shù)的選擇必須要根據(jù)不同類型的接觸焊機,按照工程中所使用的鋼軌材質和采用的閃光焊接方式,并結合焊軌現(xiàn)場的具體施工條件,經(jīng)過反復的試驗再予以選擇和確定。
上述四種施工方法的不同之處主要在于,整體道床施工時采用的鋼軌不同。軌排鋪設法和分段換軌法均采用工廠廠焊長軌條,而對于城市交通軌道工程來說,由于施工場地所限,單獨設置鋪軌基地和焊軌廠十分困難,因此多是采用外地廠焊長軌,然后借助長軌運輸列車運至施工現(xiàn)場。而單根軌枕綜合鋪設法直接采用待焊鋼軌進行鋪設,因此鋼軌的焊接質量是影響單根軌枕綜合鋪設法的關鍵,但是目前由于焊接工藝的發(fā)展和改進,鋼軌的焊接質量已經(jīng)完全能夠滿足城市交通軌道的安全、舒適度等要求,因此單根軌枕綜合鋪設法逐漸成為一種比較理想的城市交通軌道施工方法。
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有軌電車整體道床力學行為及疲勞性能是設計過程中所必需的重要因素之一。因此它的準確計算及表征、合理取值對整體道床設計與分析具有重要意義。由于整體道床的力學行為影響因素復雜,這就決定了整體道床力學行為是結構基礎、材料參數(shù)及交通荷載的函數(shù),由此給整體道床工作狀態(tài)的計算與表征增加了難度。 本項目在分析、總結國內(nèi)外已有研究成果的基礎上,推導了有軌電車整體道床雙層疊合梁力學行為彈性解析解,建立了有軌電車-整體道床-道路路基三維有限元模型,通過系統(tǒng)的力學行為及疲勞性能分析,明確了整體道床荷載應力的分布規(guī)律與影響因素,并提出有軌電車整體道床提出了不同的基于容許應力法的結構設計方法。主要內(nèi)容如下: ①研究了整體道床結構設計理論體系部分,研究建立和完善路基整體道床下部基礎的力學理論、模型與方法,推導了無水平摩阻情況下彈性基礎雙重疊合梁精確解析解,得鋼軌、整體道床板的撓度y、轉角θ、彎矩M、剪力Q、基礎反力q的顯式表達。 ②依托大型通用有限元軟件ABAQUS,建立了有軌電車-整體道床-道路路基分析有限元模型,通過對荷載模型、材料模型、結構幾何尺寸、邊界條件和網(wǎng)格密度進行系統(tǒng)分析,明確了各參數(shù)對整體道床力學行為的影響規(guī)律,并確定了該參數(shù)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,模擬板中/端有軌電車荷載作用下的整體道床力學行為影響因素,分析板中/端單個轉向架荷載作用下的整體道床結構層厚度、層間接觸條件等因素對其力學行為及疲勞性能的影響;模擬夏季7月份道床板的溫度場變化情況,以最大正溫差耦合板中荷載、最大負溫差耦合板端荷載,得溫度與有軌電車耦合作用下整體道床疲勞性能;模擬路基出現(xiàn)不協(xié)調變形的情況下,板中單個轉向架荷載作用下的路基不協(xié)調對整體道床工況的力學行為的影響因素。 ④確定了有軌電車整體道床的功能設計和結構設計內(nèi)容,確定了以容許應力法作為有軌電車整體道床結構設計方法,并明確了有軌電車荷載組合。 2100433B
國內(nèi)外疲勞性能研究難以考慮有軌電車整體道床在實際工程環(huán)境下疲勞損傷力學機理及預估模型,本項目擬通過試驗模型/數(shù)值計算/理論分析/現(xiàn)場測試等技術手段:①精細定義輪軌動態(tài)接觸/溫度邊界條件/材料疲勞屬性/結構層間彈性接觸,建立荷載-溫度雙相耦合情況下整體道床疲勞性能分析三維有限元統(tǒng)一模型,并通過試驗模型確定相關計算參數(shù)和驗證;②提出疲勞損傷的直觀表征指標剛度衰變參量與疲勞壽命,運用因次分析法及雨流計數(shù)法全面分析行車荷載/溫度荷載/結構設計等多維復雜因素對整體道床疲勞損傷的影響規(guī)律及其耦合效應,通過降維篩選得荷載-溫度耦合作用下有軌電車整體道床疲勞損傷的顯著影響因素;③構建了荷載-溫度耦合作用下有軌電車整體道床疲勞壽命與顯著影響因素的理論關系,為區(qū)分有軌電車整體道床與高速鐵路無砟軌道的疲勞損傷力學機理提供了理論依據(jù)。研究成果可用于預估有軌電車整體道床的疲勞壽命,為整體道床設計與評價提供理論基礎。