轨排框架法在重载铁路施工中的适用性研究

5 mm，即内外轨差 10 mm。轨排框架设计时按直线
段施工轨排框架间预留轨缝 8 mm，允许误差 ± 2 mm，
不考虑误差的情况下，允许联接的相邻钢轨活动量
± 4 mm，即内外轨差 8 mm。因此，轨排框架结构允
许的单边极限内外轨差为 8 mm。
根据极限内外轨差，利用曲线段內轨缩短量公
式反推轨排框架长度。圆曲线地段钢轨缩短量的
计算公式：
ΔLy
=
S1 Ly Ｒ
图 2 弹性支承块式无砟轨道曲线地段横断面（ 单位： mm）
重载铁路无砟轨道施工技术主要采用轨排框 架法、工具 轨 法 等，对 于 弹 性 支 承 块 式 无 砟 轨 道 只 能采用轨排框架法施工。轨排框架法施工技术在 高速铁路双块式无砟轨道的施工中有广泛应用，由 于高度铁 路 曲 线 半 径 大，道 床 结 构 高 度 相 对 较 小， 对轨排框架的长度、刚度及支撑方式影响不大。但 重载铁路 曲 线 半 径 小、无 砟 轨 道 结 构 高 度 相 对 较 高，轨排框架法施工技术在重载铁路无砟轨道施工 中的适用性需要进行研究分析［6-7］。
1 概述
重载铁路 因 运 能 大、效 率 高、运 输 成 本 低 而 受 到世界各国铁路的广泛应用，我国作为国际重载运 输协会 10 个成员国之一，重载铁路运输也是我国货 运铁路的主要发展方向。随着大秦线、朔黄线等重 载铁路运输能力的不断提升，新建重载铁路山西中 南部铁路通 道、蒙 西 至 华 中 铁 路 煤 运 通 道、张 唐 铁 路等的开工建设，我国的重载铁路运输迎来了一个 全新的发展时期［1-3］。
Study on Applicability of Track Frame for Construction of Heavy Haul Ｒailway
Wang Hao
（ China Ｒailway Fifth Survey and Design Institute Group Co． Ltd． ，Beijing 102600，China）
山西中南部铁路通道是我国第一条新建轴重 30 t 重载铁路，全线大于 500 m 的隧道全部采用无 砟轨道，除 部 分 试 验 段 采 用 双 块 式、长 枕 埋 入 式 无 砟轨道外，其 余 全 部 采 用 弹 性 支 承 块 式 无 砟 轨 道。 蒙西—华中铁路、张唐铁路等重载铁路长大隧道内 均广泛采用弹性支承块式无砟轨道。图 1、图 2 为
800
8．53
重载铁路无砟轨道主要采用轨排框架法施工， 由于重载铁路的曲线半径相对较小，曲线半径对轨 排框架的长度有一定的适用性要求。根据重载铁 路最小曲线半径情况及轨排框架本身的结构限制， 研究确定不同曲线半径适用的最大轨排框架长度。
我国的《重载铁路设计规范（ 试行） 》规定，“新建 线路平面的圆曲线半径应结合工程条件、减少维修等 因素，因地制宜，合理选用。最小曲线半径一般采用 1 200 m、困难条件下不应小于 800 m，进出站线路特 殊困难条件下不小于 600 m。”山西中南部铁路通道 正线最小曲线半径 1 200 m，困难条件下 800 m［8］。
2 不同曲线半径条件下轨排框架长度的适 用性分析
式中，ΔLy 为圆曲线钢轨缩短量（ mm） ； S1 为两股钢 轨中心距离，一般按 1 500 mm 计算； Ly 为圆曲线长 度，代表轨排框架长度（ m） ； Ｒ 为曲线半径（ m） 。
利用曲线段內轨缩短量公式反推轨排框架长
度公式：
Ly
=
ΔLy Ｒ S1
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2015 （1）
29
·轨道工程·
否在合理范围内。 以重载铁路线路的最小曲线半径 600 m、轨排
框架长度 6 m 为例，将轨排框架长度 6 m 视为弧长， 利用弧长弦长关系公式、圆曲线正矢计算公式计算 轨排变形量。
弧长、弦长、曲线半径有如下关系： S = 2Ｒsin（ 2LＲ）
根据 已 知 的 曲 线 半 径、极 限 内 外 轨 差、钢 轨 中
心距计算轨排最大长度见表 1。
表 1 不同曲线半径对应最大轨排框架长度
曲线半径 单边内外 內轨缩短量 钢轨中心距 轨排最大
Ｒ/m
轨差 / mm ΔLy / mm
S1 / mm
长度 Ly /m
600
8． 0
16． 0
1 500
6． 40
在曲线 段 施 工 时，轨 排 框 架 模 拟 曲 线 轨 道 状 态，内侧钢 轨 外 伸、外 侧 钢 轨 内 缩，形 成 内 外 轨 差。 限制曲线地段内外轨差的主要因素为钢轨联接板 及联接孔的尺寸限制与轨排框架设计轨缝。钢轨
1 000
8． 0
1 200
8． 0
16． 0 16． 0
1 500 1 500
·轨道工程·
轨排框架法在重载铁路施工 中的适用性研究
王浩
（ 中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）
摘 要 轨排框架法施工技术是我国高速铁路双块式无砟轨道施工采用的主要施工技术，具有施工精度高、质量 稳定可靠等特点。重载铁路相对高速铁路曲线半径小，对轨排框架长度、刚度均有一定适用性要求。通过理论计 算确定在重载铁路最小曲线半径条件下适用的最大轨排框架长度，通过有限元建模分析轨排框架刚度对重载铁路 曲线轨道状态的适用性以及确定轨排框架支撑条件对道床结构高度较高的重载铁路无砟轨道的适用性。 关键词 重载铁路 无砟轨道 曲线轨道 轨排框架 中图分类号 U213． 244 文献标识码 A 文章编号 1009-4539 （ 2015） 01-0028-04
根据山西中南部铁路通道的无砟轨道断面情 况轨排框架的架设存在 3 种工况：
（ 1） 直线段轨排架设工况见图 4。
利用有限元分析软件建立单榀轨排框架模型， 通过在轨排托梁两侧施加支撑力，中间两根托梁支 撑力向曲 线 外 侧，两 端 托 梁 支 撑 力 指 向 曲 线 内 侧， 使轨排产生变形模拟线路轨道状态。通过有限元 分析，如图 3，6． 0 m 轨排框架产生 7． 5 mm 正矢需 要的支撑力为 1． 56 × 104 N。由于实际施工时轨排 体系为多个轨排框架组成的轨道系统，变形情况要 比单榀理论计算更加理想。
10． 67 12． 80
由表 1 可知，不同曲线半径无砟轨道施工适用 的最大轨排框架尺寸，综合考虑重载铁路弹性支承 块式无砟轨 道 的 轨 枕 间 距、施 工 效 率 等，确 定 轨 排 框架长度的合理取值。
3 曲线地段轨排框架刚度的适用性分析
轨排框架法施工采用轨排框架上的工具轨模 拟正线轨道状态进行混凝土施工，曲线地段施工需 要对轨排框架施加横向力调整出满足曲线轨道状 态的轨排框架钢轨线型。由于轨排框架是一个刚 性体，弹性 变 形 范 围 不 大，能 否 满 足 曲 线 段 无 砟 轨 道线路要求需要计算确定，并验算施加的横向力是
图 4 直线段轨排框架架设
（ 2） 曲线段内线轨排架设工况见图 5。
图 5 曲线段内线轨排框架架设
（ 3） 曲线段外线轨排架设工况见图 6。
图 3 轨排框架变形图
图 6 曲线段外线轨排框架架设
表 2 最小曲线半径对应轨排框架曲线正矢
曲线半径 / m 轨排长度 / m 弧长 / m 弦长 / m 曲线正矢 / mm
600
6． 0
6． 0
6． 00
7． 5
螺旋撑杆受轴向荷载 Fa 作用时，预使螺旋撑杆 转动所需的转动力矩 T：
T
=
1 2
Fad2 tan（
γ
+
ρv）
式中，T 为转动力矩（ Nm） ； Fa 为轴向荷载（ N） ； d2 为螺纹中径（ m） ； γ 为导程角（ °） ； ρv 为诱导摩擦角 （ °） ，ρv = arctan（ f / cosα） ； f 为螺纹表面滑动摩擦系 数； α 为螺纹牙型半角（ °） 。 ［10］
Abstract The track frame as the main construction technology for the construction of the double block ballastless track of high-speed railway in China，boasts the features of the higher precision，stable and reliable quality etc． ． Compared with that of high-speed railway，the smaller curves radius of heavy haul railway has requirements to the applicable length and stiffness of the track frame． This paper determines the maximum length of the track frame that is suitable for the minimum radius of curve of heavy haul railway by theoretical arithmetic． Analysis is made on the applicability of the track frame stiffness to the track state in curve of heavy haul railway by the finite element model to determine the applicability of the supporting mode of the track frame on the higher ballastless track of heavy haul railway． Key words heavy haul railway； ballastless track； curve track； track frame