高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治
铁道建筑
2009年第2期
RailwayEngineering
文章编号:1003—1995(2009)02—0097.02
高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治
并国庆
(法国国家科学应用技术学院土木机械实验室,法国雷恩F-35043)
摘要:通过总结高速铁路有砟轨道道砟飞溅现象产生原因和影响因素,阐述并剖析防治道砟飞溅的方法与措施,结合法国高速铁路防治道砟飞溅经验,提出防治道砟飞溅的措施:采用洁净道砟、增大道床表面道砟粒径、降低轨枕槽内道砟高度、清扫轨枕表面散砟等。通过以上措施可防止高速有砟铁路道砟飞溅现象的发生,同时指出今后可利用离散单元软件与流体软件耦舍对道砟飞溅进行仿真研究。关键词:高速铁路道砟飞溅
防治措施
中图分类号:U216.42+2文献标识码:B
有砟轨道结构建设速度快、成本低、适用范围广,易维修,但有砟轨道存在道砟飞溅现象。本文对列车高速运行条件下有砟轨道道砟飞溅现象产生原因、影响因素进行阐述与剖析,结合法国高速铁路防治经验,提出了防治道砟飞溅的措施。
国铁DB合作研究为典型代表[5],首先利用图l装置开展道砟风洞试验,研究道砟飞溅影响因素。研究内容包括:①道砟飞溅颗粒杂质来源;②道砟飞溅的质量、速度、数量与风速关系,研究道砟飞溅颗粒分布;③散落轨枕道砟以及轨枕振动对道砟飞溅现象影响。试验研究发现,道砟飞溅现象随着风速描加加重,同时散落轨枕道砟以及轨枕振动加剧道砟飞溅现象。德国DB公司也开展类似试验,采用1:10模型试验,主要研究轨枕槽内道砟水平高度以及风速与道砟飞溅关系,研究结果表明,降低轨枕槽内道砟高度能减小道砟飞溅的发生几率。根据以上研究结果,各国分别采取相应工程措施,减小甚至防止道砟飞溅现象发生。
1道砟飞溅防治研究的现状
道砟飞溅主要是指有砟铁路道床在高速列车通过时,道床上的道砟在高速列车运行产生的风力作用下,飞离道床,击打列车转向架的车轴、制动缸、钢轨踏面等处…。道砟飞溅现象对列车、线路和环境都有破坏作用,主要危害有:①道砟飞溅散落钢轨踏面改变轮轨受力,甚至引发脱轨事故。②道砟飞溅击打列车车轴而引发损伤。③道砟溅落在轨道踏面上,造成钢轨损伤,并可加速钢轨与车轮的损伤发展。如钢轨上散落道砟颗粒在轮轨动力作用下,造成钢轨核伤,同时加剧轮轨动力作用,加快轨道状态恶化与车轮扁疤。④道砟飞溅以及扬尘造成环境污染。道砟飞溅影响因素主要与列车速度、道床表面细砟、粉尘以及脏污有一定关
系。
图1SNCF道砟毪溅1:1风洞试验
目前研究道砟飞溅现象主要有两种方法,模型试验与数值模拟仿真。模型试验一般采用风洞等尺或缩尺试验;数值仿真主要是利用流体力学软件(CFD)进行模拟列车速度、线形引起的侧向风速,因列车侧向风速是道砟飞溅现象直接原因,适用的流体软件有
FLUENT。
2)数值模拟。数值模拟主要采用流体软件研究不同列车线形空气动力效果,优化列车线形阻3’51,减小列车产生侧向风力作用。如KazuyukiHandabl研究了两种不同线形列车空气动力效果,结果表明离道砟表面高度越高,列车侧向风速越大,呈非线性变化;同时列车线形优化能够减小列车侧风作用。
1)模型试验。模型试验以法国国铁SNCF与德国
2防治道砟飞溅措施
收稿日期:2008.10-24;修回日期:2008.11.20
2.1影响道砟飞溅因素
1)首先是列车速度与线形,一般列车速度超过
作者简介:井国庆(19r7卜),男,河北廊坊人,博士研究生。
万方数据
98
铁道建筑
February,2009
250
km/h才有道砟飞溅现象出现,如秦沈客运专线线
路开通之前行车试验表明:行车速度达到250km/h,道床道砟会出现道砟飞溅现象。同时,法国创造世界最高速574.8kndh列车(产生侧向风速为70km/h)没有产生道砟飞溅,原因之一各车体之间紧密连接,而德国ICE3型列车在法国高速铁路线路上产生道砟飞溅现象‘副。
2)道砟粒径与级配是影响道砟飞溅最重要因素。根据日本风洞试验研究结果表明,时速300km/h列车引起道砟飞溅主要是50g以下小道砟bJ,如果道床表面粒径较小的道砟存在较多,道砟飞溅现象比较严重。法国高速线路道床表面采用较大粒径道砟,可消除道砟飞溅现象。同时笔者所指道砟粒径与级配不是道砟生产、运输时指标值,而是在道床铺设、维修后道床道砟实际级配与粒径,尤其是线路道床表面道砟。.道床大修以及削肩补砟作业实际施工中,受机械设备等限制,道砟铺设过程中二次污染、粗放施工等能改变道砟级配。
3)道床密实度也与道砟飞溅有关,如道砟之间彼此嵌实紧密,就不易产生道砟飞溅,如在进行道床维修施工作业后,道床表层道砟松散,振捣产生粉粒较多,道砟飞溅现象明显加重。同时法国铁路1:1模型试验b1表明,道砟随着道床振动加剧,道砟飞溅现象越发突出。
4)道砟脏污也是道砟飞溅现象产生的原因之一,各国铁路道砟规范中对道砟洁净度有明确规定,但实际施工中如二次搬运、外界污染等因素都会引入杂质、粉尘,这些都是道砟飞溅组分。2.2减小道砟飞溅措施
根据以上道砟道砟飞溅原因与影响因素,可从以下几个方面防治道砟飞溅。
1)首先降低列车对道砟风力影响,如优化列车线形减小列车空气阻力,良好的高速列车线形在同样速度下可避免道砟飞溅现象产生¨J。
2)增大道砟抵抗列车风的能力,最简单方法是道床表面采用较大粒径道砟覆盖、密实道砟、利用轨枕槽限定道砟等,但仅仅道床表面采用较大粒径道砟,并不是轨枕下方用较大粒径道砟,因较大粒径道砟容易破裂、老化,形成粉尘。
2.3法国高速铁路采取措施
目前法国普通高速线路不存在道砟飞溅现象,如新投人运营的东部线,最高运营时速为360km/h。洁净、高质量道床不会产生道砟飞溅现象,法国高速铁路并没有采用道床表面喷撒乳胶或者铁丝网固定措施(影响道床机械养护与维修作业)。我国曾采取过表面
万
方数据喷撒乳胶固定道砟哺1,结果表明铺设后虽能减小道砟飞溅现象,但捣固机械作业后需重新喷射乳胶,缺少长期道床运营经济性。在法国世界最高速为574.8
km/h
列车行驶试验中,为防止道砟飞溅现象,法国铁路工务部门采取两项措施,第一是降低轨枕槽内道砟高度3cm左右,法国高速铁路大部分采用双块式轨枕,一般铁路规范规定道砟铺设高度高于轨枕上表面,为防止道砟飞溅,法国SNCF稍微降低轨枕槽内道砟高度,减小列车侧风对道砟作用力,同时利用轨枕槽稳固并抵挡道砟飞离道床;第二,清扫轨枕面上残留道砟颗粒,由于施工或维修原因,轨枕上表面会散落零散道砟颗粒,由于没有道砟之间紧密咬合作用,轨枕面上残留散落道砟,由于轨枕剧烈振动,产生扰动力,容易在高速列车行驶时产生道砟飞溅。法国国铁工务部门将轨枕表面清扫干净,通过采取以上措施,法国高速铁路东线在574.8km/h试验中,没有产生道砟飞溅现象旧1。
3结语
高速有砟铁路运营结果表明,通过采取相关措施,完全可以防止道砟飞溅现象发生。实际工程施工中,转变传统道砟铺设时粗放作业模式,运营中注意道床质量养护与维修,采用洁净道砟、增大道床表面道砟粒径、降低轨枕槽内道砟高度、清扫轨枕表面散落道砟等措施,可消除道砟飞溅现象。可以采用流体软件与离散单元软件耦合仿真分析道砟飞溅作用机理,利用前者模拟列车侧向风速,后者模拟道砟颗粒单元,全面反应二者相互作用关系。
参
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文
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(责任审编王红)
高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
井国庆, Jing Guoqing
法国国家科学应用技术学院,土木机械实验室,法国,雷恩,F-35043铁道建筑
RAILWAY ENGINEERING2009(2)
参考文献(6条)
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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tdjz200902030.aspx