[科普中国]-轨道整平

轨道不平顺的危害危及列车运行的安全

根据国内外的计算机仿真和动测试验等研究，在120km/h速度条件下，被认为是很小的大量存在的不平顺，在300km/h高速时会引起车体产生不能允许的振动。严重的不平顺会引起车辆浮沉、侧滚、侧摆、摇头振动和剧烈的颠簸，使车轮大幅度减载甚至悬浮，在曲线上或方向不良区段运行时可能导致脱轨；或产生很大的侧向力，使脱轨系数增大，引起车轮爬轨掉道。此外不平顺的幅值过大会使道床阻力显著降低，轮载引起的钢轨垂向负挠度亦将增大，造成轨枕悬空，使道床阻力进一步减小。这样易引起无缝线路发生动态胀轨跑道，导致列车颠覆。

降低设备使用的寿命轨道不平顺一方面直接影响高速行车的安全与平稳，另一方面由轨道不平顺引起的动荷载将加速轨道的恶化，减少钢轨、轮轴等的使用寿命。例如：一个0.2ml的迎轮台阶形微小焊缝不平顺，当车速高达300km/h时，所引起的高频振动作用力高达722kN，低频轮轨附加力可达321kN，使致轨道破坏，道碴破碎、道床路基产生不均匀沉陷，严重情况时还可能引发钢轨、轮轴断裂。焊缝不平顺，轨面剥离、擦伤、波形磨耗等不平顺的幅值虽然很小，但在高速行车条件下就会产生很大的轮轨作用力和冲击振动，将减少钢轨的使用寿命，加快轨道状态恶化的速度，增加养护维修的成本。

增加列车运行的能耗铁路的总耗能很大，根据日本新干线的数据，铁路总耗能量的87%用于行车方面，行车方面的耗能占主要部分。轨道是铁路轮轨运输系统中重要组成部分，轨道的不平顺，会增加高速铁路行车方面的能耗，。导致综合能源消耗的增加。

影响乘坐舒适的程度计算仿真和轮轨动力学测试表明，幅值lOmm、波长40m的连续高低不平顺在常规速度下引起的车轨振动和轮轨动力附加荷载都很小，但在速度为300km/h时，车体会持续产生频率为2Hz、半幅值为0.189的振动加速度，人体承受这种加速度的持续时问只能5h，否则会导致乘客血压、脉搏、消化等生理现象不正常。又如幅值5mm、波长40m的连续高低不平顺，在常规速度下引起的振动很小，但在速度为300km/h时会引起车体频率约2Hz、半幅值为0.669的振动加速度，乘务人员在这种振动环境下只能持续工作3h，否则会出现判断、应交能力减退，工作能力下降等现象。1

保证轨道高平顺性的措施进行合理的线路平纵断面设计高速铁路的高平顺性对线路的基本技术条件提出了更高的要求，如曲线半径、缓和曲线长度、最小夹直线长度、圆曲线长度、最小坡段长度和竖曲线长度等，都要满足高速铁路的高平顺性要求。高速条件下列车的竖向和横向加速度增大；列车各种振动的衰减距离延长；各种振动叠加的可能性增大；相应的旅客乘坐舒适度更敏感。因此，高速铁路线路平纵断面设计应采用较大的线路平面圆曲线半径，较长的纵断面坡段和较大的竖曲线半径以提高线路的平顺性，尽可能降低列车的横向和竖向加速度，降低列车各种振动叠加的可能性，从而提高旅客的乘坐舒适度。以京沪高速铁路为例，考虑到该铁路高、中速混运的特点，其最小曲线半径一般条件下9000m，困难条件下7000m；缓和曲线长度一般在280～670m之间；竖曲线半径25000～40000m。而客货混运的准高速线（客车160km/h）和普速线（客车120km/h）的最小曲线半径一般条件下1000～1600m，缓和曲线长度仅为20～180m，竖曲线半径10000～15000m。

建设稳定性好、沉降小的路基高速铁路的高平顺性要求路基强度高、刚度大、纵向刚度变化均匀且长久稳定。对地基的处理、填料的质量、碾压密实度、工后沉降以及路基排水等都提出了更高的要求。只有提供稳定性好、沉降较小的路基才能建设高平顺性的轨道。尤其是对软土路段，采用新材料、新工艺，进行填料改良，基床压实等软土地基工程处理，使路基刚度均匀，满足工后沉降要求，保证轨道的高平顺性。高速铁路要求工后沉降值控制在一般地段为5cm，路桥过渡段为3cm，而无碴轨道铺设甚至要求只有2cm。路堤本体基床表层厚0.7m，由级配良好的砂砾石或碎石填筑，要求地基系数K30≥190MPa/m，孔隙率n