有砟軌道的案例
無砟軌道、有砟軌道都OUT了？中國高鐵推出七彩道床！
中國高鐵之所以快速平穩(wěn)，一個(gè)重要的原因是我國無砟軌道鋪設(shè)技術(shù)世界領(lǐng)先。超級建筑以前給大家介紹過，無砟軌道就是指采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)。無砟軌道是當(dāng)今世界先進(jìn)的軌道技術(shù)，避免了飛濺道砟，平順性好，穩(wěn)定性好，使用壽命長，耐久性好，維修工作少，列車運(yùn)行時(shí)速可達(dá)350千米以上。
但無砟軌道也有缺點(diǎn)，剛性太大，韌性不足，一旦地質(zhì)發(fā)生沉降或者位移，后期維修的時(shí)間成本比較大，并不適用于像斷裂層這樣的特殊地段。
12月10日，濟(jì)青高鐵聚氨酯固化道床段時(shí)速350公里速度級實(shí)車試驗(yàn)順利實(shí)施，最高試驗(yàn)速度達(dá)到385公里/小時(shí)，取得重大成功。這項(xiàng)技術(shù)克服了傳統(tǒng)有砟軌道的許多不足，甚至十分接近無砟軌道的性能。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，安全性指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，舒適性指標(biāo)等級達(dá)到優(yōu)良，車內(nèi)噪聲及車外輻射噪聲指標(biāo)均低于無砟軌道地段。
大家可以看到上面的照片，彩色的道床看起來很奇特。
聚氨酯固化道床是有砟軌道和無砟軌道之外的第三種軌道結(jié)構(gòu)型式，既具有有砟軌道高彈性和可維護(hù)性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有無砟軌道整體性及穩(wěn)定性好、維修工作量少的特點(diǎn)。
上面照片從外觀上看起來非常像是有砟軌道，其實(shí)這是聚氨酯固化道床，一種有別于有砟軌道和無砟軌道的新的、第三種、具有創(chuàng)新意義、具有廣泛的應(yīng)用前景的新型軌道結(jié)構(gòu)。
那么，聚氨酯固化道床怎樣建設(shè)呢？超級建筑給大家介紹下專用的設(shè)備和工藝。請看下面的超級機(jī)械。
上方列車就是聚氨酯固化道床施工設(shè)備，白色的儲料罐中裝載的是聚氨酯液體。接下來就是用這種設(shè)備把聚氨酯材料噴注到有砟軌道上，通過聚氨酯發(fā)泡黏連使碎石路基能夠固化成一個(gè)整體，在保證了原來有砟軌道彈性的的基礎(chǔ)上提高路基的剛性。
▲聚氨酯固化道床施工設(shè)備，正在向無砟軌道上噴涂聚氨酯。設(shè)備采用自動澆筑系統(tǒng)，基本是自動化的，只需要幾名工人監(jiān)控調(diào)整。
展開 為什么普通鐵路鐵軌上都會鋪石子而高鐵鐵軌不用？
普通鐵路采用的是有砟軌道，而沒有“碎石子”（鐵路上稱為“道砟”）的高鐵采用的是無砟軌道。
道砟的作用
承受枕木、鋼軌和列車的重量，將重量分散到路基上，以避免路基損壞。
傳統(tǒng)有砟軌道的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
鋪設(shè)簡便、透水性好。
缺點(diǎn)
（1）需要經(jīng)常維護(hù)（這里的“經(jīng)?！笔窍鄬τ跓o砟軌道而言）。換道砟和清篩等等是工務(wù)維護(hù)的重要工作之一。列車經(jīng)過時(shí)會帶來震動，長期的震動會使路基上的泥土摻入道砟當(dāng)中。不好理解的話，下完雨找塊泥地，用腳快速地踩兩分鐘，看是不是有水溢上來。摻入道砟的泥土?xí)魅趼坊膹?qiáng)度，導(dǎo)致軌面沉降、不平。因此，干線鐵路上，每年都需要進(jìn)行清篩或換道砟、搗固作業(yè)。
（2）平順度和道砟飛濺問題。道砟再平整，也不可能達(dá)到混凝土整體道床的水平。并且，由于枕木不是剛性地固定在道床上，列車駛過時(shí)，車輪之間的鋼軌會帶動枕木一起向上彎曲，這一彎曲在重載鐵路上肉眼可見。另外列車高速駛過時(shí)會出現(xiàn)道砟飛濺的問題。
高速鐵路不（大范圍）使用有砟軌道的原因
就是為了克服傳統(tǒng)有砟軌道的缺點(diǎn)。之所以括號中注明“大范圍”，是因?yàn)橐恍┏稣竞蟮姆歉呒軈^(qū)段等低速、地面區(qū)段，仍有少量采用有砟軌道的。
（1）鐵路維護(hù)的時(shí)間稱為“開天窗”，普通鐵路可以開在白天，利用運(yùn)行線的間隙進(jìn)行，期間一些列車可能限速。
春末夏初，有時(shí)候坐火車可以看到路邊的養(yǎng)護(hù)人員。車一來，立刻撤下線路；車一過，繼續(xù)上。高鐵由于運(yùn)行線密集，且?guī)缀跞渴强瓦\(yùn)，調(diào)整運(yùn)行線或限速運(yùn)行影響很大，并且速度高，傳統(tǒng)作業(yè)方式不安全，因此需要易于維護(hù)的路基。（有的人可能會問為什么不夜間檢修？夜間施工畢竟不方便，高鐵的夜間檢修主要是信號、車輛、供電什么的，既然現(xiàn)在無砟軌道技術(shù)已經(jīng)可以承受，就別再來給施工添亂了）。
展開 ansys和LS-DYNA進(jìn)行聯(lián)合軌道動靜態(tài)仿真對比（加上軌道不平順）
ls-dyna在軌道上使用的資料太少了，上網(wǎng)查相關(guān)資料也少之又少，而且相關(guān)ls-dyna的書都成了絕版不好買，只能買復(fù)印版的。文章開頭先說一說ls-dyna遇見的奇葩事也是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：
用ls-dyna的combin165做的簡單的彈簧小例子發(fā)現(xiàn)出來的結(jié)果不對，所以用了梁彈簧關(guān)鍵字
在修該k文件時(shí)輸入6e8和輸入600e6算出來的結(jié)果不一樣
修該好的k文件有時(shí)在ls-prepost上打開顯示很奇怪
在ls-prepost做前處理時(shí)重力往下，在k文件修該時(shí)重力往上
在關(guān)鍵字*rail_track和*rail_train上加軌道不平順時(shí)要注意格式
先說說ls-dyna動態(tài)仿真。首先用ansys建立了簡單的有砟軌道模型，模型共29870個(gè)節(jié)點(diǎn)，19844個(gè)單元，其中鋼軌采用60型號鋼軌，軌枕采用實(shí)際尺寸的三型有擋肩軌枕（模型從CAD導(dǎo)入）如圖，軌枕采用*MAT_ELASTIC實(shí)體單元，其中扣件和道床采用*MAT_LINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM（66）彈簧梁關(guān)鍵字。輪子采用*MAT_RIGID剛體。為了保證模型的準(zhǔn)確性，輪對的part部分采用*PART_INERTIA關(guān)鍵字。
車體方面先建立了一個(gè)輪對，輪對采用剛體重1t，在輪對兩側(cè)加一對平行的力，使軸重達(dá)到14t。如圖，
其中輪軌連接采用*rail_track和*rail_train關(guān)鍵字。
展開 西南交通大學(xué)金學(xué)松教授團(tuán)隊(duì)：基于地鐵車內(nèi)噪聲的鋼軌粗糙度接受/驗(yàn)收準(zhǔn)則| CJME論文推薦
圖2 粗糙度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定方法
結(jié)果
根據(jù)上述方法，作者首先調(diào)查了車內(nèi)噪聲對鋼軌粗糙度波長的敏感度，結(jié)果顯示，并非所有波長的鋼軌粗糙度對車內(nèi)噪聲都有相同的貢獻(xiàn)，當(dāng)運(yùn)行速度為60km/h時(shí)，噪聲敏感波長為16-31.5 mm范圍內(nèi)，隨著速度的提高，敏感波長段向更長波方向移動。然后，作者分別計(jì)算了不同運(yùn)行速度下，基于車內(nèi)噪聲的鋼軌粗糙度限值，分別研究不全波長段、噪聲敏感波長段以及地鐵線路中的常見波長段三種波長范圍，結(jié)果顯示，隨著列車運(yùn)行速度的提高，對鋼軌粗糙度的控制要求越來越嚴(yán)格，當(dāng)列車運(yùn)行速度小于100 km/h時(shí)，基于車內(nèi)噪聲的鋼軌粗糙度限值比ISO 3095規(guī)定的限值更加寬松，當(dāng)速度大于100 km/h時(shí)，則更為嚴(yán)苛，因此在不同的運(yùn)行速度線路中，按照統(tǒng)一的限值標(biāo)準(zhǔn)，會造成嚴(yán)重的噪聲問題（欠打磨）或者運(yùn)維成本增加（過打磨）。除此之外，地鐵線路中鋪設(shè)了大量的不同形式的軌道結(jié)構(gòu)，文章針對不同軌道結(jié)構(gòu)的聲輻射特性進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果顯示除有砟軌道外，其余板式軌道的聲輻射特性僅在低頻有所差別，對噪聲顯著頻段內(nèi)以及總的聲壓級影響很小，因此除了有砟軌道外，其余板式減振軌道可以不用單獨(dú)考慮。
圖3 仿真模型:(a)彈性短軌枕軌道;(b)有砟軌道
結(jié)論
本文采用測試和仿真相結(jié)合的方法研究鋼軌粗糙度對車內(nèi)噪聲的影響。建立并驗(yàn)證了輪軌噪聲預(yù)測模型以及內(nèi)部噪聲與鋼軌粗糙度之間的關(guān)系。當(dāng)輪軌噪聲在整個(gè)地鐵噪聲中占主導(dǎo)地位時(shí)，車內(nèi)噪聲計(jì)算方法是可靠的。此外，輪軌噪聲預(yù)測模型的動態(tài)特征與實(shí)測結(jié)果吻合良好。
利用預(yù)測模型和所提出的計(jì)算方法，研究了噪聲對粗糙度波長的敏感度。該參數(shù)與運(yùn)行速度和顯著的輪軌噪聲頻率范圍有關(guān)。
展開 
梯式軌枕軌道的發(fā)展歷程
(South Africa) 開發(fā)了應(yīng)用于采礦工程的梯式軌枕軌道。
STS梯式軌枕軌道示意圖
STS梯式軌枕軌道實(shí)物
（3） Railway Technical Research Institute of Japan (日本鐵研) 開發(fā)了無砟和有砟梯式軌枕軌道 (RTRI Japan laddertrack)。
RTRI梯式軌枕軌道由兩根鋼筋混凝土縱梁及三根鋼管制的橫向聯(lián)接桿構(gòu)成。下設(shè)彈性減振裝置，彈性墊層有板形、球形、角形等多種形式。能大幅度提高荷重的分散能力，又可補(bǔ)充鋼軌本身的剛性和質(zhì)量的性能特點(diǎn)。適用于整體道床，不但能充分發(fā)揮復(fù)合軌道高剛性的特點(diǎn)，還使軌道構(gòu)造具有充分的彈性。應(yīng)用于地下線可減小隧道開挖斷面，應(yīng)用于高架線可減少軌道自重和橋梁恒載。
RTRI無砟梯式軌枕軌道
RTRI有砟梯式軌枕軌道
RTRI梯軌是在傳統(tǒng)橫向軌枕、雙塊式軌枕、雙向預(yù)應(yīng)力的板式軌道和框架板軌道的基礎(chǔ)上綜合演變而來，將板式軌道的雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)改進(jìn)成由PC制的縱梁和鋼管制的橫向聯(lián)接桿構(gòu)成，從而消除了枕中負(fù)彎距，取消橫向預(yù)應(yīng)力，形成獨(dú)特的“縱向預(yù)應(yīng)力梁+橫向鋼連桿”框架結(jié)構(gòu)，消除了橫向預(yù)應(yīng)力，簡化了結(jié)構(gòu)和制造工藝。
RTRI梯式軌枕軌道被引入中國，并在近十年得到大量應(yīng)用。
展開 軌道交通減振措施（下）
新產(chǎn)品和新思路根據(jù)其產(chǎn)生原因可分為針對減振產(chǎn)品引起的問題進(jìn)行改進(jìn)、提高減隔振效果、對既有產(chǎn)品進(jìn)行工程性改進(jìn)、新概念產(chǎn)品四個(gè)方向。
1. 針對減振產(chǎn)品引起的問題進(jìn)行改進(jìn)
減振扣件因其低剛度設(shè)計(jì)會加大鋼軌振動及輻射噪聲，針對這一問題，在澳大利亞ECRL線上，就曾將Delkor Egg扣件配合TRD產(chǎn)品進(jìn)行使用以控制鋼軌振動。近年來在扣件設(shè)計(jì)上，一些產(chǎn)品將減振扣件和鋼軌吸振器予以結(jié)合。
諧振式浮軌扣件利用動力吸振原理，設(shè)計(jì)了內(nèi)含諧振質(zhì)量塊的橡膠制成楔塊，吸收鋼軌的振動能量，如圖9所示。
諧通扣件可以與迷宮式約束降噪板兼容，實(shí)現(xiàn)減振和降噪作用，如圖10所示。
圖9諧振式浮軌扣件
（洛陽雙瑞橡塑科技有限公司）
圖10諧通扣件
（青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司）
2. 將減振措施進(jìn)行組合以提高減隔振效果
將減振措施進(jìn)行組合以獲得更高的減振效果這一思路在香港西鐵線、倫敦東線、瑞士巴塞爾有軌電車線路都有所應(yīng)用。其中香港西鐵線采用科隆蛋扣件與橡膠支座浮置板組合，并結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化和多腔室降噪設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)振動噪聲控制；倫敦東線采用低振動軌道（LVT）和減振墊進(jìn)行組合；巴塞爾有軌電車減振工程采用固有頻率為5 Hz的鋼彈簧浮置板組合固有頻率為 17 Hz的減振墊浮置板。
延續(xù)這一思路，國內(nèi)科研單位將非線性道床隔振墊和高性能減振扣件兩種高等減振措施并用，研發(fā)出高減振組合道床系統(tǒng)，在保證安全的前提下，使隔振效果達(dá)到最優(yōu)。
組合道床這種方式也在韓國高速鐵路有所應(yīng)用，軌道型式為采用有砟軌道組合側(cè)置式鋼彈簧浮置道砟槽。
展開 高鐵為什么長這樣？力學(xué)，力學(xué)，還是力學(xué)！
一般而言，在短隧道內(nèi)，微氣壓波與列車進(jìn)入隧道速度的3次方成正比；在長大隧道內(nèi)，無砟軌道結(jié)構(gòu)的微氣壓波比有砟軌道結(jié)構(gòu)的微氣壓波要大。為了解決微氣壓波問題，在車體設(shè)計(jì)上要減小車體的橫截面積，使得列車橫截面積與隧道橫截面積的比值（阻塞比）減小，并對車頭流線型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整列車頭部截面變化率，列車頭部的截面呈線性變化，進(jìn)隧道時(shí)形成的壓力梯度較低，可以有效減小微氣壓波。
在空氣中高速前行的列車引起空氣流紊亂，從而產(chǎn)生的氣動噪聲又是一個(gè)影響列車乘坐舒適性的氣動問題。
高速列車氣動噪聲能量與列車速度的6-8次方成正比，如果把列車速度從200公里/小時(shí)提高到300公里/小時(shí)，氣動噪聲將提高約10─14分貝。根據(jù)空氣動力學(xué)原理，設(shè)計(jì)人員把流線型車頭設(shè)計(jì)的尖而長，把車輛斷面積盡量減小，同時(shí)讓車體盡量平整光滑不要出現(xiàn)凹凸的部分。為了減小高速列車氣動噪聲，除車體設(shè)計(jì)上外，還要減小車輛頂部受流系統(tǒng)引起的氣動噪聲，為此設(shè)計(jì)人員對受電弓及其周邊裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。安裝受電弓導(dǎo)流罩、開發(fā)低噪聲受電弓、采用低噪聲絕緣子等來減少車頂受流系統(tǒng)的氣動噪聲。
我國高速列車自主研發(fā)的里程碑——CRH380A
CRH380A是我國高速動車組自主研發(fā)的標(biāo)志性里程碑，CRH380A是在CRH2的基礎(chǔ)上完全由我國自主設(shè)計(jì)而來的第二代高速動車組列車，最高運(yùn)行速度為380公里/小時(shí)，持續(xù)運(yùn)營速度為350公里/小時(shí)。
第一次看到CRH380A，撲入我們眼簾的就是它們那嶄新的貌似火箭的頭型。為了讓列車最高運(yùn)行速度達(dá)到380公里/小時(shí)，解決因速度提升帶來的安全性、舒適性以及節(jié)能環(huán)保性等帶來的影響，如何通過合理的頭型設(shè)計(jì)，減小列車運(yùn)行阻力、抑制運(yùn)行噪聲、減小列車高速交會時(shí)的氣動壓力波幅值、保證司機(jī)視角、兼顧中國文化因素等等，都是令設(shè)計(jì)者們煞費(fèi)苦心的事情。
展開 鐵路測繪中“三網(wǎng)合一“是哪三網(wǎng)？怎么合？
“三網(wǎng)合一”包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
1．勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)的統(tǒng)一
在新建鐵路的勘測設(shè)計(jì)、線下施工、軌道施工及運(yùn)營維護(hù)的各階段均采用坐標(biāo)定位控制，因此必須保證三網(wǎng)的坐標(biāo)高程系統(tǒng)的統(tǒng)一，才能新建鐵路的勘測設(shè)計(jì)、線下施工、軌道施工及運(yùn)營維護(hù)工作順利進(jìn)行。
2．勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)起算基準(zhǔn)的統(tǒng)一
新建鐵路勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)平面測量應(yīng)以基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ為平面控制基準(zhǔn)，高程測量應(yīng)以首級高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)基點(diǎn)為高程控制測量基準(zhǔn)。
3．線下工程施工控制網(wǎng)與軌道施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)的坐標(biāo)高程系統(tǒng)和起算基準(zhǔn)的統(tǒng)一
4．勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)測量精度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一
按照“三網(wǎng)合一”的理念，鐵路的線路平面、高程控測量制網(wǎng)，不僅要滿足線下工程施工控制的需要，還要滿足軌道鋪設(shè)以及運(yùn)營維護(hù)的要求。由于不同設(shè)計(jì)行車速度對軌道平順度要求不同，有砟和無砟軌道鋪設(shè)對控制網(wǎng)的精度要求也有所不同，因此，鐵路的線路平面、高程控測量制網(wǎng)的測量精度等級是根據(jù)設(shè)計(jì)行車速度和軌道結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)相應(yīng)設(shè)計(jì)的。
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