长昆客运专线涟水特大桥轨道结构设计方案研究

伍卫凡

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

长昆客运专线涟水特大桥轨道结构设计方案研究

伍卫凡

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

对长昆客运专线涟水特大桥(60+3×100+60) m连续梁上轨道结构进行研究，提出不同轨道结构设计方案，并通过相关调研及计算分析，得出适宜于涟水特大桥上的轨道结构设计方案。采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构时，需设置钢轨伸缩调节器；若设置钢轨伸缩调节器，将增加工务部门养护维修工作量，应减少钢轨伸缩调节器的设置；采用CRTSⅡ型板式无砟轨道时，可不设置钢轨伸缩调节器。结论：涟水特大桥设计采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。

客运专线铁路；无砟轨道；大跨连续梁；轨道结构；设计

1 概述

大跨连续梁上无缝线路设计是高速铁路轨道设计的难点及重点，在大跨连续梁桥上铺设无缝线路，由于桥梁温度跨度很大，导致钢轨温度附加力很大，对钢轨的强度和稳定性产生不利影响。因此对大跨连续梁桥上轨道结构方案研究具有较大工程实用意义。

长昆客运专线涟水特大桥全桥长7.56 km，共15个墩台，梁型为10-32 m简支梁+(60+3×100+60) m连续梁。全桥位于直线段，纵断面位于-3‰的纵坡上。

2 类似跨度桥上轨道结构设计方案

目前，类似跨度桥上的轨道结构设计方案见表1。

从表1可知：(1)类似跨度桥梁位于平曲线或竖曲线上时，轨道结构均采用小阻力扣件方案，未设置钢轨伸缩调节器。其中，温福铁路飞云江特大桥有砟轨道最大温度跨度为400 m，广珠城际铁路容桂水道特大桥双块式无砟轨道最大温度跨度为332 m[3]。(2)类似跨度桥梁位于直线上时，轨道结构设置钢轨伸缩调节器[3]。

3 大跨度桥梁无缝线路轨道状态调研情况

3.1 大跨度桥梁上不设置钢轨伸缩调节器使用现状

(1)温福铁路飞云江特大桥运营中高温季节发生了梁端轨道方向不良和上拱等病害。

表1 大跨桥梁轨道设计统计

(2)容桂水道特大桥上、下行大跨度连续刚构桥两端出现了半圆形凸台与底座连接处拉裂病害；梁端小阻力扣件复合垫板均有不同程度的在铁垫板上窜出现象；半圆形凸台周围填充树脂与轨道板产生离缝，最大离缝宽度约为12 mm。

3.2 大跨度桥梁上钢轨伸缩调节器使用现状

从运营情况来看，钢轨伸缩调节器总体情况正常，主要存在以下问题。

(1)武广客运专线株洲湘江特大桥、衡阳湘江特大桥钢轨伸缩调节器范围内轨向、轨距易发生变化，钢轨伸缩调节器扣压件易松动。

(2)梁缝处扣件垫板反复窜出(图1)。据工务部门观测，伸缩调节器梁缝处扣件垫板反复窜出，需要及时检查、复位。

图1 梁缝处扣件垫板窜出

(3)运营部门发现伸缩调节器轨撑螺栓有松动现象，需要及时复拧。

由此可见，对于大跨度桥梁，采用小阻力扣件有可能引起轨道方向不良和上拱等病害,,采用钢轨伸缩调节器则会形成线路的薄弱环节，容易造成轨道不平顺，影响行车的舒适性，同时给工务部门带来较大的养护维修工作量，设计中应尽量减少采用。因此，对于长昆客运专线涟水特大桥工点，需要对轨道结构方案展开研究，提出适宜于大跨连续梁上的轨道结构设计方案。

4 轨道结构设计方案研究

4.1 轨道结构设计参数

长昆客运专线正线轨道采用60 kg/m、U71Mn(G)轨钢轨，一次铺设跨区间无缝线路，一般地段采用WJ-8型扣件。

钢轨相关设计参数见表2。WJ-8型常阻力扣件线路纵向阻力按图2取值[5，6]，小阻力扣件线路纵向阻力取6.5 kN/m/轨，扣件节点间距a取650 mm。 锁定轨温和最大温升、温降情况如表3所示。

表2 钢轨相关计算参数

图2 WJ-8型扣件纵向阻力

4.2 轨道结构设计方案

4.2.1 方案1：采用小阻力扣件方案

(1)轨道结构

涟水特大桥全桥采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构，在(60+3×100+60) m连续刚构梁均不设置钢轨伸缩调节器，而在连续梁及相邻2孔简支梁对称布置小阻力扣件，其余地段采用常阻力扣件，小阻力扣件纵向阻力取值6.5 kN/m/轨。涟水特大桥轨道结构及小阻力扣件布置范围见图3。

图3 涟水特大桥轨道结构及小阻力扣件布置示意(单位：m)

(2)桥上无缝线路检算

根据桥上无缝线路[7-9]，计算得到(60+3×100+60) m大跨连续梁钢轨伸缩附加力见图4，钢轨强度检算见表4。

图4 钢轨伸缩附加力(方案1)(单位：kN)

钢轨强度检算无法通过。钢轨断缝为42.6 mm[10]，能满足无砟轨道允许断缝70 mm的要求。无缝线路稳定性可以满足要求。

(3)小结

在连续梁及相邻2孔简支梁对称布置小阻力扣件，钢轨的强度检算不能够满足要求，该方案不可行。

4.2.2 方案2：设置钢轨伸缩调节器方案

涟水特大桥全桥采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构，在(60+3×100+60) m连续梁两端均设置钢轨伸缩调节器，钢轨伸缩调节器区段采用轨枕埋入式无砟轨道。根据《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)规定“9.7.1桥梁、线路和轨道之间应进行系统设计，减小钢轨伸缩调节器的设置。平面曲线和竖曲线地段应避免设置钢轨伸缩调节器”[11]。通过对国内钢轨伸缩调节器使用现状进行调研[2，12]，采用钢轨伸缩调节器方案，会造成行车舒适性下降，工务养护维修工作量增加，应尽量避免采用。

4.2.3 方案3：采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构方案

(1)轨道结构

涟水特大桥全桥采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，不设置钢轨伸缩调节器，如图5所示。

图5 涟水特大桥全桥采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构示意(单位：m)

(2)桥上无缝线路检算

根据桥上无缝线路，得到(60+3×100+60) m大跨连续刚构梁钢轨伸缩附加力见图6，钢轨强度检算见表5。

图6 钢轨伸缩附加力(方案3)(单位：kN)

当采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，钢轨强度可以通过检算。钢轨断缝为25.4 mm，满足无砟轨道允许断缝值的要求。无缝线路稳定性可以满足要求。

(3)轨道结构设计计算

①计算模型

图7 计算模型示意

CRTSⅡ型板式无砟轨道(由轨道板、CA砂浆和底座板组成)变形和传力特性类似于无缝线路中的长轨条，必须考虑其对梁轨相互作用的影响。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道桥上连续底座板式无砟轨道纵向传力特点，建立图7所示的线板桥墩空间一体化纵向力计算模型，线路纵向考虑钢轨、纵连轨道板、桥梁和桥墩的相互作用。根据已有试验结论，模型中认为CA砂浆能完全保证轨道板和底座板的协调同步变形，因此，将轨道板和底座板纵向看成一块板。钢轨和无砟道床通过扣件纵向阻力相互作用，无砟道床和桥梁通过固结机构和摩擦阻力进行相互作用。

为反映纵连轨道结构的纵向传力特性以及其影响因素，在模型中将结构都简化为层状体系的杆件，结构层之间的连接采用非线性弹簧单元进行模拟。

底座板设计计算流程见图8。

图8 底座板计算流程

②轨道结构计算参数(表6)

表6 轨道结构基本计算参数

③刚度折减

CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板为纵连结构，在温度荷载作用下产生开裂，造成混凝土刚度折减，根据试验结果，纵连混凝土结构温度作用下本构关系按图9计算。

图9 混凝土构件不同工作状态时法向力与应变关系

④计算结果

经计算，底座板制动附加力如图10所示。底座板最大制动附加力为2 160 kN。

经对底座配筋计算，底座需要配筋183 cm2，结果见表7。

图10 底座板制动附加力 (单位：kN)

(4)小结

采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，钢轨强度、断缝、稳定性可以通过检算，轨道结构可以通过检算，并可避免设置钢轨伸缩调节器，该方案可行。

表7 底座配筋计算结果 cm2

5 结语

为减少钢轨伸缩调节器设置，长昆客运专线涟水特大桥上轨道结构设计采用了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，本工程已于2014年12月16日正式开通运营，因此，对于大跨连续梁结构，为避免设置钢轨伸缩调节器，减少工务部门养护维修工作量，可考虑采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。

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Research on Structural Design Scheme of Lianshui Extra-long Bridge on Changsha to Kunming Dedicated Railway Passenger Line

WU Wei-fan

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142， China)

This paper focuses on the structural design scheme of (60+3+3×100+60) m continuous beam of Lianshui bridge on Changsha to Kunming dedicated railway passenger line and puts forward different track structure design schemes. Reasonable structural design scheme is obtained based on relevant investigation and calculating analysis. It is concluded that when the CRTSⅠBi-block sleeper track is used， the rail expansion joint is required; if rail expansion joint is employed， more maintenance and repair works are needed， thus， less rail expansion joint should be arranged; when CRTSⅡslab track is used， rail expansion joins are not necessarily required. So CRTSⅡslab track is designed for Lianshui bridge.

Dedicated railway passenger line; Slab track; Large span continuous beam; Track structure; Design

2015-04-10；

2015-04-17

伍卫凡 (1972—)，男，高级工程师，1994年毕业于西南交通大学铁道工程专业，工学学士，E-mail：729592327@qq.com。

1004-2954(2015)11-0052-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.013