高速铁路有砟桥无缝道岔轨道状态控制技术

课题来源与背景： 该课题源自上海铁路局2008年科研开发计划项目，任务书编号为2008022。2006年，中国首次在沪昆既有线提速至200km/h的高速铁路桥上铺设了无缝道岔。共有3座简支梁桥上铺设了16组无缝道岔。由于桥上无缝道岔的特殊结构，其力学机理相比路基无缝道岔和桥上无缝线路更为复杂。因此，高速铁路有砟桥无缝道岔的轨道状态控制是跨区间无缝线路的关键技术之一。

技术原理： 课题针对高速铁路有砟桥无缝道岔轨道状态控制问题，利用桥上无缝道岔纵向相互作用计算理论和列车-道岔-桥梁耦合系统振动分析理论，对简支梁桥上无缝道岔进行静、动态综合分析及车辆-道岔-桥梁耦合动力学计算。查找对有砟桥上无缝道岔轨道状态变化因素，并根据理论分析和现场试验，对轨道状态易变区段，采用梁轨约束装置限位，控制桥上无缝道岔的轨道几何状态，从而保证高速列车通过有砟桥上道岔的舒适性和安全性。该技术除对高速铁路有砟桥上无缝道岔轨道状态可进行有效控制外，也可为其他同类桥上无缝道岔提供轨控经验，以及为其他新建高速铁路桥上无缝道岔铺设提供理论和设计依据。

与国内同类技术比较： 经铁道部科学技术信息研究所科技查新检索，该课题采用的桥上无缝道岔纵向相互作用计算理论和列车-道岔-桥梁耦合系统振动分析理论，来查找桥上轨道控制影响因素，并采用梁轨约束限位增加道床阻力方式，解决有砟桥轨道控制技术，未见相关文献报道，在国内属领先水平。

先进性和创造性： 1. 该课题对影响高速铁路桥上无缝道岔受力，以及变形相关参数的力学特性进行了分析，根据桥上无缝道岔纵向相互作用特点，提出了道岔-桥梁相互作用原理。 2. 根据建立的力学模型，总体反映桥上无缝道岔纵向力的传递，结合计算力学研究的发展，提出了有砟轨道桥上无缝道岔纵向力的道岔一桥梁一墩台纵向相互作用一体化有限元计算模型，对简支梁桥上无缝道岔的受力和变形进行了分析。 3. 验证除了静力分析应满足有关规定要求外，还应根据具体的道岔结构、运营条件和桥梁结构进行车辆-道岔-桥梁耦合动力分析，以保证高速列车行车条件下列车通过桥上道岔时的安全性和舒适性。 4. 在沪昆线湄池1号特大桥7号道岔进行桥上无缝道岔试验研究，对道床阻力、道岔基本轨伸缩力、道岔尖轨/心轨纵向位移，梁-轨相对位移等进行了系统测试，验证了桥上无缝道岔纵向力和列车-道岔-桥梁耦合系统动力计算理论的正确性。 5. 梁轨约束限位装置的设计、检算与应用。对岔区轨道受温度力影响敏感部位，采用梁轨间的约束限位技术和工程措施，控制岔区轨道变位，保证有砟桥上岔区轨道的轨向稳定。装置主要设在岔区轨向易变化的转辙器及可动心轨区段，利用梁上道碴槽挡墙及槽面，植筋浇注混凝土体而成，并在岔枕与约束装置间设置调整片，以控制桥上岔区轨道稳定。

应用情况及存在的问题： 该项轨道状态控制技术经一年来的运行验证，高速列车过桥时的晃车现象已基本消除，高速列车运行的三级出分率大幅下降，表明桥上道岔轨道状态得到了有效控制，列车的舒适性和安全性大幅提高。梁轨约束装置结构完好，使用可靠，维护方便。经检测，对桥梁结构无不良影响。采用梁轨约束装置，对轨向进行限位的控制方式，虽解决了岔区轨道的轨向状态控制主要问题，但对如何减小高速铁路桥上列车运行时的动力作用，降低梁轨间的振动影响，提高道床弹性和增加枕底阻尼问题，有待进一步研究和采取相应更有效的措施。

历年获奖情况： 该项目荣获2010年度上海铁路局科技进步二等奖，获奖文件见上铁劳卫函(2010)1993号文。

课题来源与背景：该课题为上海铁路局2008年科研开发计划项目，任务书编号：2008022。2006年，中国首次在沪昆既有线提速200km/h高速铁路桥上铺设了无缝道岔，共有3座简支梁桥上铺设了16组无缝道岔。由于桥上无缝道岔的特殊结构，其力学机理相比路基无缝道岔和桥上无缝线路更为复杂，因此高速铁路有砟桥无缝道岔的轨道状态控制是跨区间无缝线路的又一关键技术。技术原理：课题针对高速铁路有砟桥无缝道岔轨道状态控制问题，利用桥上无缝道岔纵向相互作用计算理论和列车-道岔-桥梁耦合系统振动分析理论，对简支梁桥上无缝道岔进行静、动态综合分析及车辆-道岔-桥梁耦合动力学计算，查找对有碴桥上无缝道岔轨道状态变化因素，并根据理论分析和现场试验，对轨道状态易变区段，采用梁轨约束装置限位，控制桥上无缝道岔的轨道几何状态，从而保证高速列车通过有砟桥上道岔的舒适性和安全性。该技术除对高速铁路有砟桥上无缝道岔轨道状态可进行有效控制外，也可对其他同类桥上无缝道岔提供轨控经验，以及为其他新建高速铁路桥上无缝道岔铺设提供理论和设计依据。与国内同类技术比较：经铁道部科学技术信息研究所科技查新检索，该课题采用的桥上无缝道岔纵向相互作用计算理论和列车-道岔-桥梁耦合系统振动分析理论，来查找桥上轨道控制影响因素，并采用梁轨约束限位增加道床阻力方式，解决有砟桥轨道控制技术，未见相关文献报道，在国内属领先水平。先进性和创造性：1.该课题对影响高速铁路桥上无缝道岔受力，以及变形相关参数的力学特性进行了分析，根据桥上无缝道岔纵向相互作用特点，提出了道岔-桥梁相互作用原理。2.根据建立的力学模型，总体反映桥上无缝道岔纵向力的传递，结合计算力学研究的发展，提出了有砟轨道桥上无缝道岔纵向力的道岔一桥梁一墩台纵向相互作用一体化有限元计算模型，对简支梁桥上无缝道岔的受力和变形进行了分析。3.验证除了静力分析应满足有关规定要求外，还应根据具体的道岔结构、运营条件和桥梁结构进行车辆-道岔-桥梁耦合动力分析，以保证高速列车行车条件下列车通过桥上道岔时的安全性和舒适性；4.在沪昆线湄池1号特大桥7号道岔进行桥上无缝道岔试验研究,对道床阻力、道岔基本轨伸缩力、道岔尖轨/心轨纵向位移,梁-轨相对位移等进行了系统测试，验证了桥上无缝道岔纵向力和列车-道岔-桥梁耦合系统动力计算理论的正确性。5.梁轨约束限位装置的设计、检算与应用。对岔区轨道受温度力影响敏感部位，采用梁轨间的约束限位技术和工程措施，控制岔区轨道变位，保证有砟桥上岔区轨道的轨向稳定。装置主要设在岔区轨向易变化的转辙器及可动心轨区段，利用梁上道碴槽挡墙及槽面，植筋浇注混凝土体而成，并在岔枕与约束装置间设置调整片，以控制桥上岔区轨道稳定。应用情况及存在的问题：该项轨道状态控制技术经一年来的运行验证，高速列车过桥时的晃车现象已基本消除，高速列车运行的三级出分率大幅下降，表明桥上道岔轨道状态得到了有效控制，列车的舒适性和安全性大幅提高。梁轨约束装置结构完好，使用可靠，维护方便。经检测，对桥梁结构无不良影响。采用梁轨约束装置，对轨向进行限位的控制方式，虽解决了岔区轨道的轨向状态控制主要问题，但对如何减小高速铁路桥上列车运行时的动力作用，降低梁轨间的振动影响，提高道床弹性和增加枕底阻尼问题，有待进一步研究和采取相应更有效的措施。历年获奖情况：该项目荣获2010年度上海铁路局科技进步二等奖，获奖文件见上铁劳卫函(2010)1993号文。