一种用于无砟道床改造的钢枕振动试验研究

关键词：无砟道床;改造技能;钢枕;振动特性;

作者简介：张鸿飞（1990—）,男,硕士,工程师,研究方向：铁路与城市轨道交通轨道构造。
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早期地铁培植受制于当时技能水平等条件限定，在无砟道床设计方面存在着一些不敷。
随着运营里程的不断增加和运营韶光的不断提升，日常养护维修天窗点缩减，对付轨道构造特殊是道床构造的掩护不到位，道床涌现开裂，破损等征象。
对付已经涌现病害的道床，大略的维修手段每每不能有效根治，会给列车运行造成极大风险，对付道床的改造事情势在必行。
但是由于无砟道床为钢筋混凝土构造，拆除后重新浇筑的施工周期长，一定会影响地铁线路的正常运营。
如何在不中断运营的条件下进行无砟道床改造是研究的重点方向。
为此，该文研发一种用于无砟道床改造时的钢枕过渡支承方案，用于担保列车正常运行[1,2,3,4]，并对其现场事情状态进行试验研究。
该钢枕试验研究在整体道床改造试验段进行。
该试验段将为后续大规模的整体道床改造工程做前期根本铺垫。
在施工过程中，临时轨道是否能承受正常的车辆荷载，是否能担保行车的安全性和乘坐舒适性这些问题都须要进一步验证[6]。
因此，为了全面考验整体道床改造施工过程中钢枕行车的安全性和平稳性，为后续大规模的轨道构造改造供应安全可靠的保障，有必要对整体道床改造成临时轨道的动力学性能进行试验研究，并结合理论剖析，从而提出相应的改进方法[5,6]。

试验研究的紧张内容为剖析车辆以不同速率通过时，钢枕的位移、振动特性及隧道壁的振动特性。
在钢枕上布设位移传感器，同时在钢枕及隧道壁上布设振动加速度传感器，拾取试验车辆以不同车速通过时，测试断面各测点的位移和振动加速度旗子暗记，剖析不同车速引起的轨道、隧道构造的位移和振动水平。

试验测试选取100 m试验段，位于直线，坡度7.4‰地段。
采取两轴车辆进行试验，该车轴距3 m，轴重13 t，测试车辆分别以10 km/h、20 km/h、30 km/h的速率通过试验测试地段。
该段既有为长轨枕埋入式无砟道床，待道床拆除后，每隔0.6 m支配一根钢枕，共支配6根。
钢枕固定在隧道壁侧向手孔内，采取螺栓连接，如图1所示。
待钢枕安装完成后，支配测点，该次测试共包括7个测点，个中钢枕位移测点5个，振动加速度测点2个，详细测点支配位置解释见表1。

对各测点数据进行实时采集，采样频率为1 000 Hz。
个中采集车速10 km/h数据10次，车速20 km/h数据10次，车速30 km/h数据10次。

表1 测点支配解释 下载原图

为了便于解释，规定沿着试验车辆行进方向，左侧为左轨，右侧为右轨，下文中提到的左、右轨均与此规定相同。

测试在试验车辆通过测试断面前后的韶光段内，利用动态旗子暗记采集剖析系统采集数据并保存，将采集到的数据处理后，得到试验车辆经由时垂向、横向位移及振动加速度数据有效部分。
根据试验车辆的不同速率进行分类，统计并剖析每个速率下钢枕的垂向、纵向位移和垂向加速度及隧道壁垂向振动加速度。

图1 测点支配图 下载原图

试验车辆不同速率通过时，钢枕变形规律相同，均为垂向及纵向位移，在试验车辆通过测试断面时涌现了两个明显的极值点，与试验车辆轴数符合。
试验车辆通过前，钢枕涌现方向向上的反向位移（波形图中的负值），这紧张是由于钢轨将既有道床与钢枕段连为一体，当车辆驶入钢枕段前引起了钢轨下挠，致使钢枕段有较大的上拔力，以是在钢枕的设计中要考虑扣件与钢枕的连接，增大扣件套管的抗拔力。
试验车辆以30 km/h通过时钢枕垂向、纵向位移如图2所示。
别的速率下钢枕位移变革规律相同，在此不再赘述。

图2 钢枕位移测试结果 下载原图

为了比拟不同车速对钢枕垂向和纵向位移的影响，将试验车辆以不同速率通过时各测点垂向和纵向位移的最大值分别进行统计，见表2。

表2 不同车速条件下钢枕位移统计 下载原图

垂向位移方面，钢枕各测点垂向位移受车速影响不大，个中钢枕在左轨正下方、轨道中央线及右轨正下方垂向位移最大值分别为1.99 mm、3.40 mm、3.40 mm。
与有限元打算得到的在垂向静载荷工况浸染下的钢枕中部垂向位移为3.59 mm是符合的，仿真仿照与实际测试轨道中央线位移有较好的对应关系。
右轨正下方垂向位移均大于左轨正下方垂向位移，同时右轨正下方垂向位移与钢枕轨道中央线处垂向位移较为靠近。

纵向位移方面，钢枕在试验车辆低速通过时（10 km/h），各测点纵向位移较大，个中钢枕在左轨正下方和右轨正下方垂向位移最大值分别为0.74 mm和0.98 mm。
不同测点钢枕纵向位移，右轨正下方纵向位移均大于左轨正下方纵向位移。

由统计结果可以看出，随着车辆通过速率的增加，隧道壁垂向、纵向位移均无较大变革，车辆速率对付隧道壁位移影响较小。

由振动试验结果可知，不同速率下，钢枕及隧道壁振动波形较为相似，此处仅列出车辆速率30 km/h时钢枕和隧道壁振动波形图，如图3所示。

不同速率下钢枕及隧道壁振动加速度最大值统计结果见表3。
比拟不同车速相同测点加速度幅值可见，钢枕和隧道壁加速度幅值随着车速的提高逐渐增大。
钢枕在轨道中央线处的垂向加速度最大值由75.37 m/s2增大至86.61 m/s2，隧道壁垂向振动加速度最大值由0.26 m/s2增大至0.70 m/s2。
当试验车辆以30 km/h的速率通过测试断面时，钢枕在轨道中央线处垂向加速度最大值为86.61 m/s2，隧道壁垂向加速度最大值为0.70 m/s2。

由于钢枕材质为钢材，车辆通过时钢枕振动加速度值较大，但通报至隧道壁上振动加速度较小，仍坚持在普通水平。
为了剖析钢枕处隧道壁、普通轨枕埋入式无砟道床振动能量的分布特性，先对各趟次振动加速度数据分别进行三分之一倍频剖析，然后再求取均匀值，得到振动能量在剖析频段上的分布情形，见图4。
隧道壁垂向振动Z振级，当车辆速率为30 km/h通过时，隧道壁Z振级达到的最大值为73.5 d B。

图3 钢枕及隧道壁振动加速度测试结果 下载原图

表3 不同车速条件下轨道振动加速度幅值 下载原图

将钢枕地段加速度级减去长枕埋入式无砟道床地段加速度级作为插入丢失，如图5所示。
采取钢枕地段隧道壁振动加速度在各个频率上均有提高，最大值为8 d B，采取钢枕作为临时支承，列车通过时会增大隧道振动，同一断面传至地面振动会被放大，对付线路两侧存在振动敏感建筑的要经振动预测后达标方能利用。

(1）钢枕左轨中央线正下方，轨道中央线处，右轨中央线正下方垂向位移最大值分别为1.99 mm、3.40 mm、3.40 mm，钢枕旁边轨纵向位移最大值分别为0.74 mm和0.98 mm，试验车辆速率对钢枕垂向及纵向位移影响不明显。

(2）钢枕在轨道中央线处垂向加速度最大值为86.61 m/s2，隧道壁垂向加速度最大值为0.70 m/s2。
试验车辆速率对垂向振动加速度影响显著，钢枕和隧道壁加速度幅值随着车速的提高逐渐增大。

图4 振动加速度三分之一倍频剖析图 下载原图

图5 隧道壁振动加速度插入丢失 下载原图

(3）隧道壁Z振级随着车辆速率的增大而增大，当速率为30 km/h时，隧道壁垂向振动Z振级最大值为73.5 d B。
经三分之一倍频剖析，采取钢枕地段，隧道壁振动大于长轨枕埋入式无砟道床地段。
钢枕对车辆通过时产生的振动有放大浸染，但浸染有限，不会由于利用钢枕产生较大振动影响。

[1] 尹华拓,袁宇,曾志平,等.基于1/3倍频程与通报函数方法的地铁轨道振动规律实验比拟研究[J].噪声与振动掌握, 2022(1):193-199.

[2] 吴思行,郭骁,李俊玺.苏州地铁钢弹簧浮置板道床减振改造方案研究[J].铁道勘察, 2021(4):127-132+137.

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[5] 段启楠,周卫国,贾炳义.地铁既有道床降振改造施工设备及工艺研究[J].安徽建筑, 2014(1):114-115+127.

[6] 刘锦辉,郑晓练,任娟娟,等.分外减振地段装置式浮置板轨道动力特性剖析[J].铁道工程学报, 2022(7):44-49+67.

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