高速铁路路桥过渡段路基动力响应特性分析

尹小康

摘要： 高速铁路工程的不断发展促进了城市之间的互动往来，不仅给人们的交通出行带来了极大的便利，也给我国物流运输事业的蒸蒸日上奠定了坚实基础，有效地促进了我国的社会经济建设和科技水平提升。为此，做好高速铁路工程的建设工作对我国的繁荣进步有着举足轻重的作用，意义深远。另一方面，高速铁路工程与人们的日常工作息息相关。

Abstract： The continuous development of high-speed railway projects promotes the interaction between the cities， it not only brings great convenience to people's traffic travel， but also provides a solid foundation for the prosperity of China's logistics transportation industry， effectively promote China's social and economic development and scientific and technological level. Therefore， to do a good job in the construction of high-speed railway， has a decisive role in the prosperity and progress of China， and a far-reaching significance. On the other hand， the high-speed railway project is closely related with people's daily work.

关键词： 高速铁路；路桥过渡段；路基动力响应；特性分析

Key words： high speed railway；Luqiao transition section；dynamic response of subgrade；characteristic analysis

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）36-0080-02

0 引言

我国的经济水平不断提高，人们的生活条件日益改善，在铁路建设方面我国已经得到了迅猛发展。建设初期，我国的铁路运输一律为简陋的“绿皮车”和货车，而如今，我国的铁路交通运输实现了更多可能性。这不仅仅为人们的交通出行带来了极大便利，更有效地促进了城市之间的经济贸易、文化活动等友好互动，也令我国的物流运输事业蒸蒸日上，成为最有发展的市场领域之一。可以说，高速铁路工程的建设与壮大有效地提高了我国的经济发展与科技交流提升，对我国综合实力的提高与社会的安定和谐有着举足轻重的作用，是我国繁荣进步的建设基础。除了其深远意义值得引起关注外，高速铁路也关系到人们的生命财产安全，所以保障高速铁路的工作质量，是工作人员不容推辞的重任。高速铁路的基床影响着铁路运输的安全常态，如果基床出现下沉的现象，将会严重干扰到行车的路线质量与速度，给交通运输带来很大的困难，甚至会危及到行车安全，给人们的生命财产带来巨大威胁，为此，我国对于铁路交通的路基稳定性有着极高要求，尤其在路桥过渡段，更要甚为关注，因为基床下沉的问题在路桥过渡段处尤为频繁。做好路桥过渡段路基动力响应的特性分析工作，将为保障行车安全作出巨大贡献。

1 分析高速铁路路桥过渡段路基动力响应的重要性

铁路路基与桥梁之间存在着较大的差异性，如果不设置过渡段直接由路基线路转为桥梁线路，就会出现快速的沉降差，不仅令车厢发生剧烈的震动，还容易对线路结构造成变形损害，为此，我国铁路建设施工时在路桥之间设置了具有一定长度的过渡段，这样可以充分缓和线路所受到的刚度变化，尽可能地减小路基与桥梁之间的沉降差距。只有这样，才能保障列车平稳运行，保障车厢内的乘客不会受到惊吓。路桥过渡段对于行车安全有着极其重要的作用，因此关注路桥过渡段的沉降差异至关重要，“现行的铁路路基设计规范要求路基的工后沉降量不大于20厘米，路桥过渡段不应大于10厘米，年沉降率不大于5厘米。”[1]这就意味着研究高速铁路路桥过渡段的路基动力响应，分析其结构在超大动力载荷影响下所产生的运动、变形，能有效地减小路桥过渡段的沉降差，保障列车运行的平滑稳定，保障乘客的旅途安全、平稳、舒适。

2 路桥过渡段的概况分析

路桥过渡段又称为路基过渡段，是经过特殊处理的结构衔接，为了能够有效控制路基与结构物之间存在的沉降差，满足路线平稳顺利的要求。从整个结构上来看，路桥过渡段呈现倒梯形，采用碎石进行铺垫，使得桥台与路基之间所存在的沉降差之间能够形成一个缓台，减小对列车所造成的剧烈影响。为了能够起到良好的填筑效果，在进行碎石填筑时，不可一次性将碎石铺完，而是要采用分层法，使得所铺垫的基床呈现坡状，为了保障填筑安全，可以适当地增加土工格栅对填筑质量进行加强，基床下也要进行碎石填筑，土工格栅之间的距离不可过大，否则将起不到良好的承载效用。

3 路桥过渡段的动力响应分析试验工作

为了有效对路桥过渡段的基床动力响应进行分析，为此要在路基内部安装多个传感器，用来接收列车经过后路基所受到的压力影响。为确保效果良好，故将传感器安放在路桥过渡段的纵向和横垂直方向，距离设定为200米，以20米的间距安放11个加速度传感器及11个土压力盒，且在距离桥台5米、10米和15米的位置另埋入9个土压力盒。土压力盒与轻轨的枕面距离为20厘米，加速传感器与轻轨的枕面距离为60厘米。需要注意的是，加速度传感器的测试结果需要连接到计算机上，才能作出合理分析，一旦列车经过该轨道，加速度传感器便可以感应到其所接收到的动应力，并迅速传到计算机中，被计算机及时准确地记录下来。参与试验的列车为电力动车，由两个动力单元组成，整辆列车维持每小时180千米的车速，逐渐增至每小时300千米，这样加速度传感器便可以记录到不同速度下的动应力和加速度。

3.1 动应力随列车速度产生的变化

高速铁路路桥过渡段路基动应力受到很多因素影响，而根据试验的测试结果，可以知道在其他因素条件不变的情况下，列车的行驶速度将会令路基动应力产生变化，且是影响路基动应力的主要因素。如果车速保持不变，高速铁路的路桥过渡段路基动应力在距桥台距离越大时越呈现出下降趋势，距离桥台越远时越呈现出上升趋势。而当列车速度行驶低于每小时200千米时，测试点所测量到的动应力随着车速加快而加大。而列车行驶时速超过200千米低于220千米时，测试点的动应力基本达到了最大数值，达到了列车车速的临界点。根据加速度传感器的测量感应可知，当列车的行驶速度最快或者最慢时，路桥过渡段路基的动应力最大值位置是不同的。根据试验得出结论，路桥过渡段路基动应力与列车行驶时速呈正相关，控制列车的速度来保障路基的动应力稳定在合理范围内是十分必要的。

3.2 路桥过渡段路基动应力随路基深度产生的变化

路桥过渡段路基动应力除了与车速有关外，还受到很多因素的影响。根据路基深度上方的各个测试点结果可知，各路基的最大动应力出现了一系列的变化，这是由于受到了阻尼的干扰与影响，列车的载重在以动力波的形式不断向路基深处传播，且这个过程中要消耗一部分能量。越是向深处传播，所受到的负荷力越小，所以路基深度越是增加，路基动应力越是缩减。无论列车以任何车速行驶经过路基，其动应力都将与路基深度的上升呈现出递减趋势。

3.3 路桥过渡段基床刚度的影响

当其它参数不变的情况下，基床表面的刚度将对动应力产生影响，如果基床表层刚度较大，则路基表面所产生的位置移动将较小，反之则较大。由于路基的纵向加速度会随着路基的稳定度变化而发生改变，所以分析路桥过渡段的路基动应力与刚度的关系非常重要。路基过渡段基床刚度越大，动应力越小，路基过渡段基床刚度越小，动应力越大。

3.4 路桥过渡段填料刚度对动应力造成的影响

路桥过渡段的填料刚度越大时，路基表面的动应力越小，所发生的动位移动随之逐渐减小，路桥过渡段路基填料的刚度越小时，所发生的动位移动越大，所产生的动应力也越大，这也就使得加速度随着填料刚度的增加而逐渐减小，随着填料刚度的减小而不断增大，所以尽量减小填料的弹性，能够减小加速度的幅度变化，对行驶列车不会造成太大影响。

3.5 路基表面纵向动应力与基床刚度的关系

当路基表面基层土的刚度不同时，基床动应力也发生了很大变化，当路基表层刚度逐渐增加时，路基顶端纵向的动应力也有了十分明显的增加表现。所以路基表层刚度与路桥过渡段的纵向动应力呈正比。

3.6 路桥过渡段路基内部纵向动应力的特性规律

根据试验结果可知，当路基表面的刚度有所不同时，路基表面下的纵向动应力也将发生明显的变化，且大部分的动应力都会在基床深度位置3米左右逐渐地衰减，如果路基表面的弹性量逐渐增加，则衰减的程度表现得更为明显。路基动应力在基层表面刚度较大时也会较大，一旦传播进入基床内部，就会变得越小，说明路基刚度越大，衰减越快。

4 高速铁路路桥过渡段路基动响应特性分析

在对列车行驶铁路路基进行传感器、土压力盒等具体测试后，可以根据试验结果得出一系列结论结果。首先，对于过渡段路基表层动应力作用影响最大的因素为列车行驶速度，且速度越高，过渡段路基动应力越小，所以列车在行驶到路桥过渡段时要保持加速。为此，为了保障列车行驶的速度，就必须要考虑路基过渡段的填筑对沉降值的影响，以及沉降值对行车速度的影响。将路桥过渡段的路基填筑标准稍微提高一些，将减小路桥沉降值。其次，地基刚度的变化给路基动应力的增减造成了影响，很多铁路修筑工程为了保障路基不致变形，于是一味增加路基的刚度，这样反而会造成基面纵向动应力的增大，继而影响到车辆行驶的平稳性，导致路桥过渡段容易出现下沉。地基的刚度对于路基表面的加速度影响不大。

“为了解决路桥过渡段刚度过大的问题，在建设新型路桥过渡段时可以将铺筑的混凝土碎石进行改良，将水泥和粉煤灰掺入其中，可以降低路桥过渡段的刚度，增强自身的可塑性。”[2]只有这样才能“在很大程度上降低路基与桥梁的沉降差，减轻列车在行驶过程中的震动，降低结构上的变形。”[3]

5 结论

“长期以来，路桥过渡段都作为铁路交通中的突出难点之一，一直困扰着铁路设计及工务工作者。”[4]对于铁路设计及工务工作者而言，铁路交通运输工作不能有一丝一毫的差错，否则不仅会给交通运输带来阻碍，还会严重危及到乘客的生命安全，为此，做好高速铁路的各项工作，将重点、难点问题逐一攻破，是我国铁路工作人员与技术人员共同的奋斗目标。路桥过渡段作为铁路交通运输中的不可或缺的组成部分，对于铁路交通的工作安全与工作效率有着巨大的影响，研究路桥过渡段路基动力响应的特性，分析令路基动应力产生变化的各个要素及其关系，对于未来不断改善路桥过渡段有着至关重要的作用，也是我国铁路交通发展的前提基础。“如果路桥连接处出现了较大差异的沉降，就会产生明显的路基面不均匀问题，地基的差异沉降最终将反映到路基面。”[5]只有做好了路桥过渡段的路基工作，尽最大限度减小路桥之间的沉降值，才能让列车在行驶路线上保持平顺安稳，才能为乘客的安全、舒适负责。

参考文献：

[1] 王在杭，杨志峰，刘升传.路桥过渡段路基横向二维模型的动力相应特性研究[J].公路交通科技：应用技术版，2013（04）：52-55.

[2]徐定汝.高速列车荷载作用下新型路桥过渡段的动力学特性研究[J].四川建筑科学研究，2014（03）：166-168.

[3]齐甲.高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研究[J].城市建设理论研究·电子版，2014（06）.

[4]郝建芳.高速铁路路桥过渡段轨道动力特性分析及优化设计研究[J].珠江水运，2014（09）：71-72.

[5]陈虎.高速铁路无砟轨道路堤地基差异沉降传递规律及过渡段动力学试验研究[J].西南交通大学，2013.