CN112030612A - 一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，包括钢弹簧浮置板地段、两段预拱过渡路段和两段非减振路段，钢弹簧浮置板地段上的轨道为第一轨道，每段预拱过渡路段上的轨道均为第二轨道，每段非减振路段上的轨道均为第三轨道；第一轨道的轨面高于每段第三轨道的轨面；第二轨道通过多个第二扣件与轨下基础连接；沿着第三轨道到第一轨道的方向，这些第二扣件的高度逐渐变大并且刚度逐渐变小，以让车轮中心与轨面平顺性基准线的竖直距离保持在设定范围内。本发明可以提高浮置板道床地段的轨面平顺性，提高列车通过钢弹簧浮置板地段的平稳性和安全性，从而适应更高速度的特殊减振需求，填补市域铁路特殊减振轨道结构的空白。

Description

一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构

技术领域

本发明属于轨道设计领域，更具体地，涉及一种市域铁路浮置板道床结构。

背景技术

轨道交通工程减振设计是轨道系统设计的重点和难点。一般情况下，减振等级按照环评预测超标量分为中等减振，高等减振和特殊减振三个等级。其中，特殊减振措施采用钢弹簧浮置板减振道床。

在传统城市轨道交通地铁项目中浮置板轨道应用广泛，设计技术方案成熟可靠，但车辆运行速度不超过100km/h，车辆轴重不超过16H。

随着城市轨道交通的迅速发展，列车最大运行速度达到100km/h～160km/h，车辆轴重采用17H，较传统城市轨道交通车辆运行速度较大幅度提高，轴重增大，对浮置板道床的轨面平顺性提出了更高的要求。

专利CN110700023A提出了一种基于轨道工程的钢弹簧浮置板整体道床，该方案中钢弹簧浮置板道床与不减振地段无有效过渡措施，当列车经过浮置板道床与不减振道床的分界处时，由于刚度的变化，轨顶面会形成一个较大的不平顺，导致列车通过时有跳车等影响运行安全的现象发生。

专利CN203475237U提出了一种预制式钢弹簧浮置板，通过端部凸台传递浮置板之间的横向力，浮置板之间通过铰接的方式连接。该方案通过端部内置铰接的方式，强行过渡浮置板之间及浮置板与一般道床之间的轨面不平顺。该方案中的浮置板过渡处竖向力均由铰接提供，对浮置板的铰接装置受力不友好，存在安全隐患。端部铰接的方式使得预制浮置板在发生病害时不能够被方便取出，需要同时抬升多块浮置板，才能实现浮置板更换维修，工作量大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，可提高浮置板道床区段的轨面平顺性，适应更高速度条件下的特殊减振需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，包括钢弹簧浮置板地段、两段预拱过渡路段和两段非减振路段，其中：

所述钢弹簧浮置板地段上的轨道为第一轨道，每段所述预拱过渡路段上的轨道均为第二轨道，每段所述非减振路段上的轨道均为第三轨道，所述第一轨道的每端分别通过一段所述第二轨道与一段所述第三轨道的一端连接；

所述第一轨道和每条所述第三轨道均水平设置，两条所述第三轨道的轨面的高度一致；

所述第一轨道的轨面高于每段所述第三轨道的轨面并且它们的高度差为第一轨道的预拱值H；

所述第一轨道通过多个第一扣件与浮置板连接，所述第二轨道通过多个第二扣件与轨下基础连接，所述第三轨道通过多个第三扣件与轨下基础连接；

沿着所述第三轨道到第一轨道的方向，这些第二扣件的高度逐渐变大并且刚度逐渐变小，以让列车在第一轨道、第二轨道和第三轨道上行驶时，车轮中心与轨面平顺性基准线的竖直距离保持在设定范围内；其中，所述轨面平顺性基准线为设定的一段水平的基准线。

优选地，通过列车和浮置板的实际参数仿真计算，得到第一轨道的预拱值的设置建议值；通过现场监测及试验评估第一轨道的预拱值的实施效果进行调整，以弥补仿真计算的偏差，使得第一轨道的预拱值有效保持列车通过钢弹簧浮置板地段的轨面平顺性。

优选地，在第一轨道铺设精调前，基于线路的轨道结构及运营的列车的实际参数，仿真计算列车通过钢弹簧浮置板地段时的第一轨道的竖向位移，以所述第一轨道的竖向位移获得第一轨道的预拱值。

优选地，第一轨道的预拱值根据列车轴重、列车运营速度及浮置板刚度，采用轮轨动力学进行确定。

优选地，所有的所述第一扣件的刚度相同，所有的所述第三扣件的刚度相同。

优选地，各预拱过渡段的水平长度L根据列车行车速度确定。

优选地，各所述预拱过渡段的水平长度L不小于12m。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)通过本发明的实施，可以提高浮置板道床地段的轨面平顺性，提高列车通过钢弹簧浮置板地段的平稳性和安全性，从而适应更高速度(100km/h～160km/h)的特殊减振需求，填补市域铁路特殊减振轨道结构的空白，同时也可以运用在城际、地铁等线路上。

2)通过列车和浮置板的实际参数仿真计算，得到预拱值的设置建议值；通过现场监测及试验评估预拱值的实施效果进行调整，以弥补仿真计算的偏差，使得预拱值有效保持列车通过钢弹簧浮置板地段的轨面平顺性。

3)通过上述预拱值的设计，优化了传统了钢弹簧浮置板地段的轨面线型，使得列车通过钢弹簧浮置板地段时，在列车载荷作用下，轨道产生竖向位移后，始终能够保持在轨面平顺性基准线附近。提高了列车通过时浮置板道床的轨面平顺性，从而提高列车运行的平顺性，减缓轨道波磨，延长使用寿命，减少养护维修工作量。

4)在不减振地段与钢弹簧浮置板地段之间设置预拱过渡段，实现轨道结构刚度和预拱值的平稳过渡。

5)当列车运行在预拱过渡段和钢弹簧浮置板地段时，由于预拱值的存在，列车载荷引起的轨道竖向位移将回到轨面平顺性基准线附近，从而实现钢弹簧浮置板地段轨面平顺性的保持技术。

附图说明

图1是本发明在没有列车经过时的结构示意图；

图2是列车通过预拱过渡段时的结构示意图；

图3是列车经过钢弹簧浮置板地段时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图3所示，一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，包括钢弹簧浮置板地段1、两段预拱过渡路段2和两段非减振路段33并且它们共同承接列车行驶轨道，其中：

所述列车行驶轨道在所述钢弹簧浮置板地段1上的轨道为第一轨道11，所述列车行驶轨道在每段所述预拱过渡路段2上的轨道均为第二轨道21，所述列车行驶轨道在每段所述非减振路段33上的轨道均为第三轨道31，所述第一轨道11的每端分别通过一段所述第二轨道21与一段所述第三轨道31的一端连接；从图中可以看出，从左至右，轨道的连接顺利是第三轨道31-第二轨道21-第一轨道11-第二轨道21-第三轨道31，它们依次连接，钢弹簧浮置板地段1在两段预拱过渡路段2之间，两段预拱过渡路段2在两段非减振路段33之间。两条第二轨道21左右对称设置在第一轨道11的左右两端，两条第三轨道31也左右对称设置。

所述第一轨道11和每条所述第三轨道31均水平设置，两条所述第三轨道31的轨面(轨面均指上表面，下同)的高度一致；

所述第一轨道11的轨面高于每段所述第三轨道31的轨面并且它们的高度差H作为第一轨道的预拱值；“预拱”可以理解为预先给一个相对于第三轨道的轨面抬高的“高度”，在钢弹簧浮置板地段1的范围内，预拱值通过钢弹簧浮置板地段1的浮置板顶升时预设。

所述第一轨道11通过多个第一扣件12与浮置板连接，所述第二轨道21通过多个第二扣件22与轨下基础连接，所述第三轨道31通过多个第三扣件32与轨下基础连接；浮置板通过弹性隔振器13安装在浮置板下部基础上，轨下基础与浮置板下部基础相接，一起作为基础来支撑上部的结构，第一轨道11、两条第二轨道21和两条第三轨道31连成列车行驶轨道

沿着所述第三轨道31到第一轨道11的方向，这些第二扣件22的高度逐渐变大(在预拱过渡段内的预拱值的渐变通过第二扣件22的调高实现，第二扣件22的高度是通过调高垫板调整，高度逐渐变大)，并且刚度逐渐变小(第二扣件22自身的刚度通过弹性垫板及弹条的型号(性能)调整，第二扣件22的刚度参数变化可先设定为均匀变化，根据第二轨道21范围内第二扣件22的个数，以及第一轨道11的第一扣件12和第三轨道31的第三扣件32的刚度差值，可计算相邻的第二扣件22刚度的递减值，后期可再根据轮轨动力学验证和调整。各扣件刚度和垫板刚度确定后，仍然需要通过轮轨动力学验证其行车安全性，轮轨动力学的验证技术已成熟，此处不再赘述)，以让列车在第一轨道11、第二轨道21和第三轨道31上行驶时，车轮中心与轨面平顺性基准线4的竖直距离保持在设定范围内；其中，所述轨面平顺性基准线4为设定的一段水平的基准线，第三轨道31的竖向位移较小，可忽略不计，因此轨面平顺性基准线4可以设定为第三轨道31的轨面，在预拱过渡段2内，第二轨道21的预拱值(第二轨道21的轨面到第三轨道31的轨面的距离，第二轨道21的一端与第三轨道31顺接而另一端与第一轨道11顺接，因此第二轨道21的预拱值大于等于0而小于等于H。

进一步，所有的所述第一扣件12的刚度相同，它们采用统一的扣件刚度；所有的所述第三扣件32的刚度相同，它们采用统一的扣件刚度。第一扣件12均为非减振的扣件(相对于减振扣件而言)，第二扣件22和第三扣件32可以是减振扣件也可以使非减振的扣件。

进一步，通过列车和浮置板的实际参数仿真计算，得到第一轨道11的预拱值的设置建议值；通过现场监测及试验评估第一轨道11的预拱值的实施效果进行调整，以弥补仿真计算的偏差，使得第一轨道11的预拱值有效保持列车通过钢弹簧浮置板地段的轨面平顺性，即，第一轨道11的预拱值可以通过仿真计算来预先获得，并且可以通过后期的现场监测来不断调整优化，从而得到一个比较合适的值。

进一步，在第一轨道11铺设精调前，基于线路的轨道结构及运营的列车的实际参数，仿真计算列车通过钢弹簧浮置板地段时的第一轨道11的竖向位移，以所述第一轨道11的竖向位移获得第一轨道11的预拱值H。

进一步，第一轨道11的预拱值根据列车轴重、列车运营速度及浮置板刚度，采用轮轨动力学理论和方法进行仿真和计算来进行确定。

进一步，每段所述预拱过渡段2的水平长度L根据行车速度确定，每段所述预拱过渡段2的水平长度L一般不小于12m，以满足多种型式的列车的平稳行驶，实现非减振地段3到钢弹簧浮置板地段1的平稳过渡。

本发明提供一种用于浮置板道床的轨面平顺性保持技术，当列车通过浮置板道床时，轨道结构能够保持平顺的轨道线形，提高了列车运行的稳定性和安全性以适应更高速度线路对浮置板轨道结构的需求。本发明通过在该浮置板道床的不减振地段与钢弹簧浮置板地段之间设置预拱过渡段的方案，使得列车通过时轨道轨面能够保持较高的平顺性，提高列车运行的平稳性和安全性，为更高线路应用浮置板轨道创造了条件。本发明优化钢弹簧浮置板地段原有的轨道轨面线形。使得列车通过钢弹簧浮置板地段时，由于列车载荷导致轨道竖向位移后，实际列车下方的轨面线型始终保持较好的平顺性。

本发明在不减振地段末端设置预拱过渡段，所述预拱过渡段的预拱通过扣件调高实现。在预拱过渡段长度L的范围内，通过扣件调高实现预拱值由0平稳增加至上述计算所得的高度H。钢弹簧浮置板地段的轨面顺接预拱过渡段的轨面末端，即钢弹簧浮置板地段的第一轨道11的轨面高度较不减振地段存在一个预拱值为H的高度差。再离开钢弹簧浮置板地段时，再次通过一段预拱过渡段，将预拱值由H平稳降回至0，预拱过渡段后顺接非减振地段，同时在非减振地段延续上述预拱值0。

预拱过渡段内采用刚度和高度渐变的扣件，扣件刚度从不减振地段对应的第一扣件12刚度平稳过渡至钢弹簧浮置板地段轨道结构对应的整体刚度，实现了轨道结构刚度过渡的平顺性,使得轨道结构刚度从非减振地段过渡至钢弹簧浮置板地段时保持平稳、均匀。

在列车开通运营后，通过现场监测和试验等手段评估预拱值的设置效果，进一步调整预拱值，完善仿真计算的偏差。

通过在预拱过渡段和钢弹簧浮置板地段设置预拱值的方法，使得列车通过时，轨面线型始终保持在轨面平顺性基准线4附近，实现浮置板道床的轨面平顺性保持。

轨道下部基础线型的控制按照传统方式不变，此处不再赘述。

当列车通过其中的一段不减振地段时，在列车载荷作用下，第三轨道被列车压下的轨面能够维持在轨面平顺性基准线4附近(此时列车车轮的中心线与轨面平顺性基准线4的竖直距离在设定范围内)；当列车通过预拱过渡段时，通过预拱值和刚度的刚度渐变匹配设置，在列车载荷作用下，第二轨道被列车压下的轨面能够维持在轨面平顺性基准线4附近；当列车通过钢弹簧浮置板地段时，通过预拱值H的设置，在在列车载荷作用下，第一轨道被列车压下的轨面能够维持在轨面平顺性基准线4附近。通过上述过程实现列车通过时，列车下方的轨道位于轨面平顺性基准线4附近，从而实现了钢弹簧浮置板地段的轨面平顺性保持技术。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，包括钢弹簧浮置板地段、两段预拱过渡路段和两段非减振路段，其中：

所述钢弹簧浮置板地段上的轨道为第一轨道，每段所述预拱过渡路段上的轨道均为第二轨道，每段所述非减振路段上的轨道均为第三轨道，所述第一轨道的每端分别通过一段所述第二轨道与一段所述第三轨道的一端连接；

所述第一轨道和每条所述第三轨道均水平设置，两条所述第三轨道的轨面的高度一致；

所述第一轨道的轨面高于每段所述第三轨道的轨面并且它们的高度差为第一轨道的预拱值H；

所述第一轨道通过多个第一扣件与浮置板连接，所述第二轨道通过多个第二扣件与轨下基础连接，所述第三轨道通过多个第三扣件与轨下基础连接；

沿着所述第三轨道到第一轨道的方向，这些第二扣件的高度逐渐变大并且刚度逐渐变小，以让列车在第一轨道、第二轨道和第三轨道上行驶时，车轮中心与轨面平顺性基准线的竖直距离保持在设定范围内；其中，所述轨面平顺性基准线为设定的一段水平的基准线。

2.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，通过列车和浮置板的实际参数仿真计算，得到第一轨道的预拱值的设置建议值；通过现场监测及试验评估第一轨道的预拱值的实施效果进行调整，以弥补仿真计算的偏差，使得第一轨道的预拱值有效保持列车通过钢弹簧浮置板地段的轨面平顺性。

3.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，在第一轨道铺设精调前，基于线路的轨道结构及运营的列车的实际参数，仿真计算列车通过钢弹簧浮置板地段时的第一轨道的竖向位移，以所述第一轨道的竖向位移获得第一轨道的预拱值。

4.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，第一轨道的预拱值根据列车轴重、列车运营速度及浮置板刚度，采用轮轨动力学进行确定。

5.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，所有的所述第一扣件的刚度相同，所有的所述第三扣件的刚度相同。

6.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，各预拱过渡段的水平长度L根据列车行车速度确定。

7.根据权利要求1所述的一种用于市域铁路浮置板道床的轨面平顺性保持结构，其特征在于，各所述预拱过渡段的水平长度L不小于12m。

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