四川绵九高速公路有限责任公司 成都 610031
摘要：路隧（桥）过渡段的正梯形和倒梯形两种设置形式的主要区别在于掺5%水泥的级配碎石含量与路基填土含量之间的相互关系，一个为级配碎石位于填土上方，另一个则是填土位于级配碎石上方，逐渐实现由刚性桥台向柔性路基的过渡。本文利用有限元软件MIDAS/GTS建立二维数值模型进行研究，结果表明：第一，从总体上讲, 正梯形和倒梯形两种过渡段的沉降曲线和应力曲线基本一致。第二，正梯形过渡段的变形坡度较平缓，平顺性略高于倒梯形；第三，倒梯形的沉降量较小, 但两者之间的差值很小。因此，本文认为在材料参数及其他条件相同的情况下, 采用正梯形和倒梯形两种过渡段设置形式并无较大差别，施工、设计根据自身条件进行选取。
关键词：高速铁路；密集型；正梯形/倒梯形；过渡段；动力响应
高速铁路纵向刚度的变化状况对轨道的平顺性具有较大的影响，且直接影响列车的舒适性和安全性。路隧连接处是整个线路系统中最不稳定，刚度突变幅度最大，最易产生不平顺性的部位之一[1-3]。为了将不平顺性控制在一定允许的范围内，确保高速列车安全、舒适的运行，在路基与隧道之间设置一定长度的过渡段，以实现轨道的刚度从隧道基础向路基均匀的过渡[4-5]。目前，国内高铁采用的过渡段型式主要是正梯形和倒梯形两种结构类型，国内外专家、学者针对上述不同路隧过渡段开展了大量的研究工作，取得了丰硕的研究成果[6-10]。但是，研究成果主要集中在针对单一的过渡段型式的动力学特性进行研究，并未开展过对比分析深入剖析不同过渡段型式之间的优越性。基于此，本文将针对正梯形、倒梯形路隧过渡段开展更为系统深入的研究，全面对比高速列车作用下过渡段的动力响应，为后续工程设计提供参考。
1 计算模型
本文选取无砟轨道工况点作为研究对象，依据该工况的轨道和路基断面的实际尺寸进行数值建模。MIDAS/GTS中存在实体和构件两种单元建模方式，为了尽可能真实模拟轨道、轨道板、填土、路基之间的相互作用，本节采用实体建模，具体模型如图1-图2所示。
图2 过渡段平面图
图中模型宽6m，高度10m；轨枕采用标准型号，钢轨采用60N型轻轨。图2显示了轨道-路基系统，图中红色表示路基填土，蓝色表示掺5%水泥的级配碎石，绿色表示轨道板，通过调节红色和蓝色的高度比来考虑级配碎石和路基土各自的含量，通过调节红、蓝色的位置来模拟正梯形和倒梯形两种设置形式的过渡段。轨枕选用混凝土，采用线弹性本构模型；碎石土和路基填土采用摩尔-库仑本构模型来描述其力学行为；轨枕与钢轨接触处设置的接触单元选用Good-man模型，其力学性能通过设置接触面的切向和法向刚度来模拟。
2 列车荷载
高速铁路的出现对传统铁路的设计、施工和养护维修提出了新的挑战，在现代铁路技术研究中，无论机车车辆、轨道结构或路基，都应当把自身的问题放在整个系统中去考察，所采用的设计参数应当使系统的各个部分相互合理匹配。这些都牵涉对路基的分析不能仅仅停留在静力分析上，更多的要考虑动力特性。其中，通过确定动荷载来研究路基的动力特性是其中的一种方法。当前对于列车荷载的理论要么过于复杂，要么偏于简化，要么涵盖的因素不够全面。因此，本节通过现场实测加速度时程曲线，借助数定方法确定轮轨作用力，具体结果见图3。
图3 轮轨作用力时程曲线
3 土体参数
课题组深入现场开展现场取样、室内测试等工作，对密度、含水率、模量、泊松比以及内摩擦角、内聚力等物理学参数进行了测试，具体结果见表1。
表1 土体物理特性参数
图5 沉降测试结果
由图4和图5可得以下结论：第一，从总体上讲, 正梯形和倒梯形两种过渡段的沉降曲线和应力曲线基本一致。第二，正梯形过渡段的变形坡度较平缓，平顺性略高于倒梯形；第三，倒梯形的沉降量较小, 但两者之间的差值很小。因此，本文认为在材料参数及其他条件相同的情况下, 采用正梯形和倒梯形两种过渡段设置形式并无较大差别，施工、设计根据自身条件进行选取。
5 结论
综合以上分析，得出以下结论：从总体上讲，在列车荷载作用下，对于处理措施为掺5%水泥级配碎石的正梯形和倒梯形两种路桥过渡段，在材料参数及其他条件相同的情况下, 正梯形和倒梯形两种过渡段设置形式对列车荷载作用下路桥过渡段动力响应影响较小，因此路桥过渡段进行施工、设计时可根据自身条件进行选取。
6基金支持
[1] 四川省科技支撑计划，高速铁路无砟轨道密集型路隧过渡段设计理论及关键技术研究，2016GZ0338；
[2] 四川省科技计划项目苗子工程，高速铁路新型路桥（隧）过渡段设计理论及关键技术研究，18MZGC0247;
[3] 南昌铁路局科研项目，活动断层错动条件下隧道的抗震减灾加固技术。
7 参考文献：
[1]杨长卫, 张建经, 朱浩波, 谢晓安. 高速铁路路桥（涵）过渡段的新型设计方法研究[J], 铁道科学与工程学报, 2011, 8(5):6-11.
[2]梁波等. 京秦线提速路涵过渡段动力仿真与试验对比[J], 铁道学报, 2003年, 第25卷第5期: 92-96。
[3]梁波等. 秦沈客运专线路基施工及行车条件下路基的静动态测试[D]. 兰州交通大学. 2003年4月.
[4]翟婉明等.轮轨动力作用模型研究.铁道学报.1994，16（1）:64-72。
[5]刘林芽,雷晓燕,练松良.提速铁路过渡段的动力响应测试分析[J].铁道工程学报,2005(05):15-19.
[6]匡志新,梁冰,白国良.高速铁路路桥过渡段变形机制研究[J].青岛建筑工程学院学报,2004(02):40-43.
[7]白海峰.铁路路桥过渡段加固处理施工技术[J].铁道建筑,2001(12):33-35.
[8]罗强,蔡英.高速铁路路桥过渡段变形限值与合理长度研究[J].铁道标准设计,2000(Z1):2-4.
[9]杨广庆,贾志武.高速铁路路基与桥梁过渡段施工技术研究[J].铁道标准设计,2000(02):21-23.
[10]罗强,蔡英,翟婉明.高速铁路路桥过渡段的动力学性能分析[J].工程力学,1999(05):65-70.
论文作者:赵景周
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/20
标签：梯形论文; 路基论文; 两种论文; 平顺论文; 轨道论文; 高速铁路论文; 碎石论文; 《防护工程》2018年第21期论文;