大秦线桥隧涵道砟厚度不足病害整治方法的研究与探讨

重载技术专栏大秦线桥隧涵道砟厚度不足病害整治方法的研究与探讨

大秦线桥隧涵道砟厚度不足病害整治方法的研究与探讨冯利军：大同工务段

摘随着运量和要：大秦线自开行万吨、2万吨组合列车以来，

范》（TB10002.1—2005）以下简称（《桥规》）中规定了大秦有砟桥轨下枕底道砟厚度不应小于0.30m。目前，线桥梁混凝土芋型轨枕枕下道砟厚度仅为19~22cm。桥上道床缺乏足够的弹性。对于重载铁路而言，1.1.1

随着车速和轴重的列车对桥梁的竖向动力作用，列车竖向动力作用

行车密度的增加，既有桥涵设备因道砟厚度不足产生的一系列隧道、涵洞和路桥病害，同时对轨道结构的影响。重点从桥梁、结合部等四个方面分别分析了因砟厚不足造成的影响及针对性的制定了可行的整治方案。

轨道结构；整治研究关键词：大秦线重载；道砟厚度；

0概述

万吨组合列车大秦线在运量不断增加的情况下，

提高，由列车轴距形成的规则排列荷载的速度效应对桥梁产生的动力作用将不断加大。其动力系数相应也随之增大，这种效应在中小跨度桥梁比较突出。大秦线的桥梁多为中小跨度桥梁，大同工务段管内的14#桥和37#桥由于列车竖向动力作用的影响，8m跨度的低高度钢筋混凝土板梁跨中出现贯通的裂缝，梁体被迫换梁。结构的承载能力显著降低，1.1.2

圬工梁桥造成桥上道床刚度过大的一个重要原轨道结构竖向刚度大

常态化开行，轴重已由原来的21t提高到25t，列车编组数量也由102辆增加到204辆。运量大、密度大已这样就会造成轨道成为大秦线重载铁路的主要特点，

和桥梁结构承受非常大的荷载。影响轨道结构受力的道床、轨枕以及钢轨。其中，轨道受主要因素是荷载、

力的根本是荷载，增加荷载的结果会导致轨道变形加剧。轨道磨耗程度以及使用寿命是由列车的荷载和轨道抗力之间的相互作用来决定的，仅靠轨下胶垫来缓重载货车和重载轮轨竖向动力作用远远不够。目前，轴重在逐步增加发展，大轴重给轨道和轨下的基础设施带来很多的不利影响。由于大秦线受纵断面等条件的限制，针对桥、隧、涵及路桥结合部道砟厚度不足的问题，需要进行深入的分析研究，探讨整治桥隧涵道砟厚度不足病害的措施和方法。11.1

桥隧涵道砟厚度不足病害的影响

桥梁道砟厚度是指轨枕底面至桥梁梁体顶面的桥梁方面

列车通因是道砟厚度不足。桥上道砟厚度严重不足，过时，由于道床刚度过大，列车冲击力加大。桥上道砟厚度长期不足，不仅损坏桥面保护层和防水层，导致影响梁体使渗漏水，而且梁体的受力状态发生变化，大秦线8~12m跨度的圬工梁体由于防用寿命。目前，

水层失效表面泛白浆的现象比比皆是。

本身新芋型钢筋混凝土另外，铺设护轨的桥梁，桥枕尺寸和重量较大。同时，桥上铺设了护轨，也增大整个桥面轨道结构的刚度。轨下胶垫的静刚度随着使用时间和通过总重出现了太大的变化率。资料显示，使用5年后的静刚度由原来的90~120kN/mm增至

《铁路桥涵设计基本规垂直高度（即道床厚度）。现行

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大秦线桥隧涵道砟厚度不足病害整治方法的研究与探讨

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229.1kN/mm。1.21.2.1

隧道方面

隧道铺底结构中的应在列车运行的荷载作用下，

铺底结构的损伤1.3.2

0.8m，一般只有0.4~0.5m。

1.2m”。而大秦线的盖板涵洞的填土厚度最大仅为

引起轨道弹性不平顺

对涵洞来说，重载带来的最大问题是填土不足。

可视其为由变幅载荷产力会随之产生不规则的波动，

生的变幅应力。当应力超过疲劳极限时将引起疲劳损给线路带来诸多病伤，铺底的损坏导致地下水窜出，害。1.2.2

隧道轨下基础必须修建于坚实的基底上。施工单仰拱的损伤

涵洞填土厚度不足使得轨道竖向刚度沿线路纵向不均匀或者称为轨道弹性不平顺。当车辆通过这些轨道弹性不平顺部位时，将出现不同于正常区段的轨道变形和冲击，久而久之便会导致轨道的局部永久变形，反过来又加剧轮从而造成轨道的几何平顺性的恶化，

轨动力作用。这种现象随着列车提速和重载列车的开行而加剧，其结果是需要频繁地进行养护和维修作业才能保证轨道的平顺性要求。1.3.3

自然降低了活由于填土厚度不足，列车通过时，加大了列车对盖板涵的冲击作用

位和监理单位在施工时，由于没有严格执行有关技术标准，不少隧道的基底上的浮砟在施工时没有彻底清在重载列除，积存了一定厚度。在其上直接设置仰拱，线路病害连续车的频繁冲击下，就会造成仰拱失效，发生。1.2.3

部分隧道底部出现了开大秦线自重载运行以来，轨枕的损伤

重载的影载的横向分布范围。同时，在行车密度加大、响，道床板结及不均匀性都会加大列车对盖板涵的冲病害逐年增加。击作用，盖板结构的缺陷日益突出，1.3.4

盖板涵的填土厚度不足使得实际受力无法同设受力情况同设计理论严重不符

《铁路隧道设计规裂、破损、下陷，翻浆、冒泥的现象。范》（TB10003—2005）规定，不设仰拱的地段应设地板，地板厚度不得小于25cm。铺底为10cm厚C10素混凝土的疲劳寿命为8~9年，铺底为20cm厚C20素混凝土的疲劳寿命为17~18年。钢筋混凝土芋型轨枕从1988年开始研制使用。具有有利于轨道受力状态的改善、道床残余变形的减缓，线路平顺度得到大大增强。大秦线的短隧道铺设的芋型轨枕有利于保持轨道的几何尺寸，减少轨枕铺设数量，改善轨枕结构，延降低了成本。但是长线路养护周期，节省维修工作量，在开行重载列车后，隧道内的轨枕连续出现从中部断裂的现状，且更换作业十分频繁。1.31.3.1

涵洞方面

所谓涵洞的填土厚度是指轨底至涵洞顶的高度。定义

而是造成了受力集计理论的假定活载的均布相一致，

并产生一中在轨下的2~3块钢筋混凝土形梁盖板上，定的挠度。同时，钢筋混凝土形梁盖板的保护层厚度导致盖板保不足、混凝土强度等级低于设计标准等，帽石变形断裂等护层裂损、钢筋锈蚀、边墙砌石裂损、病害。这类病害在大秦线重载列车开行后十分突出，近年来，用于加固盖板涵洞的大修费用高达600多万元。1.4

桥头线路存在线桥连接部位是线路的薄弱环节，路桥连接段方面

桥上轨道刚度比路基上轨较为明显的轨道刚度突变，

桥头轨道线路几道刚度大1倍，重载列车开行以来，加剧了何状态变化较快，列车通过时出现晃车现象，日常检查和维护的工作量。2维护方式方法上存在的问题

大秦线自1988年设计开通以来，当时设计标准

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道床和路基填土四部分。其范围包括钢轨垫板、轨枕、道床直而大秦线的涵洞填土不足多是没有路基填土，接铺设在涵顶上。《桥规》规定“涵洞填土厚度应逸

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速度在120km/h以下，轴重为210KN，偏低，全线桥涵当时的运量没道砟厚度不足是普遍存在的突出问题，

有因为道砟厚度不足对桥涵产生过大的影响。当前，轴大秦线开行2万吨重载组合列车已经常态化运行，重已经达到250KN，对轨道结构的破坏愈加严重。必特别是对须面对道床厚度严重不足等现实运行条件，桥梁、隧道、涵洞及过渡段的影响。

大秦线的“集中修”自2007年实施以来，每年两以次的集中修施工，只是依靠较为传统的技术手段，换枕等施工。特别提高线路基础设施为主进行换轨、

是在线路更换轨枕的同时，没有考虑到受既有纵断面相应没有对桥梁、的限制，起道、补砟有相当的困难，隧道、涵洞和路桥结合地段提报及更换特殊的轨枕，没有专门针对改善轨道弹性进行一系列的专项整治，特别是底砟较薄诸如在桥上换枕应更换成弹性轨枕，

新技术的应用上缺乏创新地段桥梁。由于在新成果、

意识，整治桥涵病害没有有效的从整治线路设备上入手，一味的改善桥涵结构，投入大量的资金进行换梁多数桥涵结构的和涵洞套拱等工法处理。实践表明，

病害产生与其上线路设备的缺陷是不无关系的。轨道刚度和震动过大是导致桥涵病害的关键因素。

提高因此，合理的整治方法应以降低轨道刚度、轨道弹性、缓和列车冲击作用、减轻道床振动、减少道噪声为主砟分化、减轻养护工作量和降低轨道振动、要目的。3

整治方法及措施

整治桥梁、隧道、大秦线受纵断面等条件的限制，

涵洞及路桥连接段的道砟厚度不足的特殊部位铺设弹性轨枕。国内外专家学者总体认为弹性轨枕明显降保证了行车的平稳低了轨道刚度，提高了轨道弹性，性和安全性，有利于强化有砟轨道改善轨道的冲击作降低轮轨系统用，具有良好的减振、隔振效果。同时，降的振动噪声。有利于减缓道床残余变形积累速率，减少由钢轨传递来低道床的振动加速度和振动能量，

减少线路维护维修工作的道床压应力和路基压应力，

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量及费用，延长线路综合维修周期。也存在造价高的不利因素。

所谓弹性轨枕即在轨枕底面设置弹性垫层，即在混凝土轨枕底面粘贴橡胶层。日本新干线研发并铺设了除在轨枕底面外还在轨枕侧面也覆置弹性橡胶层的弹性轨枕，以降低振动噪声。复合弹性轨枕是在枕枕下垫板有上层减振胶底胶结枕下垫板复合而成的，

和下层承压胶复合而成，具有增强轨枕的纵、横向阻力。

当前，焦济线上使用的复合弹性轨枕已有多年的成熟经验，使用性能优良。考虑到解决大秦线桥、隧、应优先研发应用涵和路桥连接段道砟不足的紧迫性，

复合弹性轨枕。对于道砟厚度不足的桥梁、盖板涵洞、隧道和路桥连接段，可将已铺设普通轨枕更换成复合弹性轨枕。4结束语

采用复合枕下垫板弹性轨枕能较好地改善轨枕轨枕、道床加速度，轨的整体弹性，对于相同的速度，下、枕下动压力等动力性能都随着枕下垫板刚度的减道床厚度越薄，复合弹性轨小而随之减小；速度越高，枕的作用越突出。可以有效降低圬工梁的横向振幅，道砟不针对性地解决了既有盖板涵洞整体结构性差、足引起的病害，降低了列车对隧道铺底的冲击作用，有效改善了路桥连接段的轨道刚度问题。可为秦线安全运行提供安全保障。

参考文献

[1]张传东.既有线提速桥涵轨下道砟厚度不足的处理对策[J].铁道建筑，2007.

黄娟，刘胜利.列车荷载作用下隧道铺底结构[2]彭立敏，施成华，疲劳寿命分析[J].铁道学报，2007.规范[S].2009.2005.

[3]中华人民共和国铁道部.TB10002.1-2005.铁路桥涵设计基本[4]中华人民共和国铁道部.TB10003-2005.铁路隧道设计规范[S].