济青高速铁路活动断裂带差异沉降对聚氨酯固化道床轨道的影响.pdf
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1、第 63 卷 第 7 期2023 年7 月铁道建筑Railway EngineeringVol.63 No.7July 2023文章编号:10031995(2023)07003004济青高速铁路活动断裂带差异沉降对聚氨酯固化道床轨道的影响董彦习1 卢大治1 魏巍2 余文颖31.济青高速铁路有限公司,济南 250109;2.中国铁路济南局集团有限公司 济南西工务段,济南 271104;3.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所,北京 100081摘要 济青高速铁路在K206+642K209+584区段穿越活动断裂带,设计采用聚氨酯固化道床新型轨道结构。线路开通运营后轨道出现差异沉降。本文
2、分析了差异沉降原因,研究了差异沉降最大区段轨道质量指数变化趋势,采用弹条V型大调高扣件调整该区段轨道几何尺寸,并分析评估扣件调整作业前后线路平顺性及车辆动力学响应稳定性。结果表明:该区段轨面高程变化由活动断裂带断层错动影响轨道下部基础变形所致;开通运营以来,聚氨酯固化道床轨道质量指数均满足规范要求,线路平顺性良好;各项车辆动力学响应稳定性指标均满足限值要求,且有较大安全余量;采用弹条V型大调高扣件调整轨道几何尺寸,不仅可以改善线路的几何状态,而且可以提升列车运行平稳性。关键词 高速铁路;聚氨酯固化道床;现场试验;轨道状态;活动断裂带;差异沉降中图分类号 U213.7 文献标识码 A DOI:1
3、0.3969/j.issn.10031995.2023.07.06引用格式:董彦习,卢大治,魏巍,等.济青高速铁路活动断裂带差异沉降对聚氨酯固化道床轨道的影响 J.铁道建筑,2023,63(7):3033.济青高速铁路运营速度300 km/h,全线轨道结构主要为无砟轨道。其中K206+642K209+584区段为活动断裂带,从潍坊北站高密北站之间穿过。线路在K207+220、K207+650、K208+670及K209+110处大角度穿越安丘莒县断裂主干断层,因强烈挤压,断裂带内为碎裂岩、构造角砾岩和断层泥1。K206+390K207+350区段线路为30下坡,K207+350K209+110
4、 区段线路为 8 下坡,K209+110 K210+100区段线路为6.5上坡。活动断裂带区段轨道结构采用聚氨酯固化道床。聚氨酯固化道床是在稳定的碎石道床中浇筑聚氨酯混合液,待其发泡后填充道砟孔隙,黏结道砟颗粒,形成稳定结构2-3。聚氨酯固化道床具有良好的弹性及稳定性,养护作业少,可在过渡段、下部基础不稳定段等特殊区段使用4。济青高速铁路聚氨酯固化道床区段采用60 kg/m、100 m 定尺长、无螺栓孔 U71MnG 钢轨;轨枕采用2.6 m长c型有挡肩混凝土轨枕;扣件采用弹条型扣件;道床采用水洗特级碎石道砟。聚氨酯固化道床设计为双块式梯形断面,如图1所示。济青高速铁路于2018年12月26日
5、开通。开通以来,活动断裂带区段地质构造运动频繁,轨道出现差异沉降。本文分析差异沉降的原因及差异沉降最大区段轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)变化趋势。采用弹条V型大调高扣件调整该区段的轨道几何尺寸,分析评估扣件调整前后线路平顺性及车辆动力学响应稳定性。图1聚氨酯固化道床双块式梯形断面收稿日期:20230223;修回日期:20230403基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(P2022G013);中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2022QT002);国家能源投资集团有限责任公司技术开发课题(GJNY-19-91)第一作者:董彦习(1977),男,
6、高级工程师。E-mail:第 7 期董彦习等:济青高速铁路活动断裂带差异沉降对聚氨酯固化道床轨道的影响1 活动断裂带轨道差异沉降原因分析2019年 2月莒县发生 2.5级地震,2019年 3月青州市发生2.5级地震,2021年12月潍坊市安丘市发生2.4 级地震(距济青高速铁路活动断裂带 35 km)。2019 2021年济青高速铁路活动断裂带周边烟台、青岛地区多次发生2 3级地震。2021年秋季,工务段对活动断裂带区段开展CP高程控制网测量,计算得到轨面高程。与2018年线路开通前最后一次测得的轨面高程对比,得到轨面高程变化量,见图2。由图 2 可知:三年来轨面高程变化较大,K207+610
7、、K207+715 处轨面高程变化量分别为 9.58、-10.81 mm,105 m范围内差异沉降20.39 mm。错位点在断层K207+610 K207+715区段内。2022年1月采用基于惯性导航技术的轨检小车,对断裂带区段线路轨道几何状态进行检测,分析得到轨面高程偏差(测量值-设计值)。上下行线轨面高程偏差对比见图3。可知:上行线K207+600、K207+692处轨面高程偏差分别为47.43、15.49 mm,92 m范围内差异沉降31.94 mm;下行线K207+592、K207+693 处轨面高程偏差分别为 14.05、-8.18 mm,101 m范围内差异沉降22.23 mm。从
8、开通至今的轨面高程测试结果来看,沿线路纵向、横向均存在差异沉降。线路周边无堆载、积水、新增河流等影响,同时轨道结构稳定,聚氨酯固化道床无开裂,因此,可排除轨道结构变形导致轨道差异沉降。另外线路纵向和横向存在明显错动现象,符合逆断层一盘抬升、另一盘沉降的特征,因此判断该区段轨道差异沉降由断裂带断层错动引起轨道下部基础变形所致。2 聚氨酯固化道床扣件调整方案及稳定性分析分析活动断裂带轨道差异沉降最大区段(K207+520 K207+720)轨道几何状态动态检测数据,并选取500 m轨道差异沉降区段开展车辆动力学响应稳定性分析,评估在断裂带活动期内线路平顺性和稳定性。2.1TQI变化趋势动态检测数据
9、采样间隔为 0.25 m,共检测左高低、右高低、左轨向、右轨向、水平、轨距、三角坑7项参数。7项参数的标准差之和为TQI值。该值反映线路平顺性。TQI 值越大表明线路平顺性越差,波动性越大。按照 TB/T 33552014 轨道几何状态动态监测及评价 中方法计算得到下行线TQI值。自线路开通以来TQI值均小于300 km/h行车速度限值(5.0 mm),满足规范要求。但由于活动断裂带断层错动持续发展,为了提升高速铁路运行品质,对轨道几何尺寸进行了调整。2.2扣件调整方案活动断裂带轨道差异沉降最大区段固化道床稳定完整,无需维护,可考虑采用扣件对轨道几何尺寸进行调整。聚氨酯固化道床采用弹条V型扣件
10、,当轨道几何尺寸调整量超过弹条 V 型扣件最大调整量10 mm时,先更换为弹条V型大调高扣件,再对轨道几何尺寸进行调整。这样可有效改善线路平顺性,同时作业量少,对行车干扰少5。弹条 V型大调高扣件通过在轨下垫板与混凝土轨枕承轨面间垫入调高垫板或在轨下垫板和绝缘垫板间垫入钢调高垫板实现钢轨高低调整。与弹条 V型扣件相比,其最大调高量由10 mm增至50 mm。通过增设不同号码的轨距挡板来增加钢轨左右位置调整量。与弹条V型扣件相比,单股钢轨左右位置调整量由原来的-4 +2 mm,增至-8 +6 mm。2.3扣件调整前后轨道状态分析采用弹条 V型大调高扣件对活动断裂带轨道差异沉降最大区段固化道床轨道
11、几何尺寸进行调整,累计最大调整量上、下行线分别为14.5、14.0 mm。活动断裂带轨道差异沉降最大区段调整前后轨道几何状态参数对比见图4。可知:调整后,轨道几何状态各项参数均有所减小。以高低为例,调整前左高低最大值1.44 mm(出现于 K207+637处),最小值-1.24 mm(出现于K207+623处),14 m范围内垂向不平顺2.68 mm,调整后垂向不平顺减至1.19 mm。调图2活动断裂带区段轨面高程变化量图3断裂带区段线路上下行线轨面高程偏差对比31铁道建筑第 63 卷整前右高低最大值2.28 mm(出现于K207+638处),最小值-1.58 mm(出现于K207+623处)
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