新型橡胶浮置板轨道安全性能试验研究

张驰易

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063；2.铁路轨道安全服役湖北省重点实验室，湖北 武汉 430063)

城市轨道交通在我国发展迅速，其运营产生的振动噪声越来越受到人们的关注，由此衍生出许多类型的减振轨道，橡胶浮置板轨道是其中一种减振效果较好的减振轨道形式，在国内许多城市均有铺设[1-2]。

传统的橡胶浮置板轨道由钢轨、扣件、轨枕、钢筋混凝土道床、基底、橡胶弹性垫层(橡胶支座或橡胶垫)等组成[3]。随着运营时间推移，其所存在的问题也逐渐显现，如由于隧道沉降、变形等导致轨道几何形位发生变化、轨道难以调整，橡胶弹性垫层检修、更换困难等问题[4]。但橡胶材料作为一种兼具弹性和良好阻尼特性的天然材料[2]，是理想的减振材料，随着技术水平的进步，新型的橡胶浮置板轨道应运而生。

新型橡胶浮置板轨道是在传统橡胶浮置板轨道结构基础上，将橡胶弹性垫层替换为便于拆卸、维修的橡胶隔振器，在点支承的轨道质量-弹簧振动体系中起弹性及阻尼作用，见图1。

图1 新型橡胶浮置板轨道

目前，新型橡胶浮置板轨道已在深圳地铁11号线试铺。由于动力仿真模拟研究的结果易受参数取值、模拟输入条件等影响，因此本文开展了实地试验研究，以便更为准确地探讨这种新型减振轨道的安全性能。

1 安全性能评价指标

依据相关规范[5-8]及借鉴国内关于轨道安全性研究方法[9-11]，本文主要从以下几方面对新型橡胶浮置板轨道安全性能进行评价。

1)钢轨、道床板垂向位移

对于低轨道刚度的浮置板轨道，钢轨及道床板的垂向位移是判别其安全性的重要指标。根据CJJ/T 191—2012 《浮置板轨道技术规范》的规定[5]，浮置板轨道钢轨最大垂向位移不得超过4 mm，道床板最大垂向位移不得超过3 mm。

2)轮轨横向力

GB 5599—85 《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对轮轨横向力Q的规定为[7]：Q≤2.9+0.3Pst为危险限度,Q≤1.9+0.3Pst为容许限度，其中Pst为车轮静轮载。

试验线路采用A型车，Pst取80 kN，因而轮轨横向力容许限度为25.9 kN。

3)脱轨系数

脱轨系数为某一时刻作用在车轮上的横向力Q与垂向力P的比值。TB/T 2360—93 《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》对脱轨系数的规定为[8]：Q/P=0.6为优良;Q/P=0.8为良好;Q/P=0.9为合格。

4)轮重减载率

轮重减载率为评定车辆在轮对横向力为0或接近为0的情况下，因一侧车轮严重减载而脱轨的安全性指标。GB 5599—85对轮重减载率ΔP/P的规定为[7]：ΔP/P≤0.65为第一限度;ΔP/P≤0.60为第二限度。

本试验研究拟对列车通过新型橡胶浮置板轨道及新型橡胶浮置板轨道与普通轨道过渡段时的钢轨、道床板垂向相对位移以及轮轨垂向力、横向力展开测试，得出钢轨、道床板垂向位移指标及脱轨系数、轮重减载率等轮轨力指标，据此对轨道结构安全性能进行评价。

2 试验测试设备及测点布置

本试验主要的测试设备有IMC动态数据采集仪、NS-WY02位移传感器、自补偿应变片及数据处理分析软件等。

新型橡胶浮置板轨道及过渡段轨道的测点布置见图2。

图2 新型橡胶浮置板轨道及过渡段轨道测点布置示意

3 测试数据分析

3.1 新型橡胶浮置板轨道地段

试验中，采集、记录多趟列车通过各轨道测点处的测试数据。任意抽取其中1组列车通过新型橡胶浮置板轨道地段的位移测试数据样本。经数据处理，得出钢轨及道床板位移时程曲线，见图3、图4。

图3 钢轨垂向相对位移时程曲线

图4 道床板垂向位移时程曲线

由图4可见，迎车端(B-B截面)道床板位移小于远车端(C-C截面)道床板位移。主要是由于车辆走行部从迎车端运行至远车端过程中，已完成对橡胶隔振器的“加载”，故而远车端位移稍大。

抽取20组钢轨及道床板的垂向位移幅值，经数据统计，得出钢轨相对道床板垂向位移幅值平均值为1.02 mm，道床板垂向位移幅值平均值为2.12 mm(B-B截面)和2.67 mm(C-C截面)，由此得出钢轨垂向绝对位移为3.14～3.69 mm。

任意抽取1组列车通过新型橡胶浮置板轨道地段轮轨力的测试数据样本，经数据处理得出轮轨垂向力、横向力时程曲线，见图5。

采集到的轮轨力数据为微应变，根据现场标定及轮轨力与应变转换关系，轮轨垂向力为每微应变4.89 kN，轮轨横向力为每微应变1.59 kN，由此可以换算出相关轮轨力值。抽取50组轮轨力幅值数据样本，经数据处理得出轮轨力幅值、脱轨系数及轮重减载率的散点图，见图6—图8。

图7 脱轨系数散点图

图8 轮重减载率散点图

经统计，轮轨力的相关指标见表1。

表1 新型浮置板轨道安全性能相关指标

由图6—图8、表1可见，3个安全性能相关指标值均有较大的数据离散性，其中轮轨横向力最大值为13.18 kN，脱轨系数最大值为0.23，轮重减载率最大值为0.22。

3.2 过渡段轨道

过渡段轨道设计是减振轨道设计的重要环节。由于过渡段是轨道刚度连续变化的区段，也是车辆运行状态持续变化的区段，其动态位移及轮轨力情况对于行车安全至关重要。

同3.1节数据处理、统计方法，得出过渡段轨道的钢轨相对道床板垂向位移幅值平均值为0.84 mm，道床板垂向位移幅值均值为1.86 mm(B-B截面)和2.38 mm(C-C截面)，由此得出钢轨垂向绝对位移为2.70～3.22 mm。

过渡段轨道轮轨横向力、脱轨系数及轮重减载率指标见表2。

从过渡段轨道测试数据看，安全性能相关指标值同样有较大的数据离散性，轮轨横向力最大值为15.66 kN，脱轨系数最大值为0.26，轮重减载率最大值为0.16，轮轨横向力和脱轨系数指标较浮置板轨道地段均有增大，轮重减载率减小。

表2 过渡段轨道安全性能相关指标

4 结论

通过对列车通过新型橡胶浮置板轨道及过渡段轨道的试验测试研究，得出以下结论：

1)试铺新型橡胶浮置板轨道及过渡段轨道钢轨垂向位移最大值分别为3.69,3.22 mm，小于限值4 mm；道床板垂向位移最大值分别为2.67,2.38 mm，小于限值3 mm。

2)轮轨横向力最大值分别为13.18,15.66 kN，小于容许值25.9 kN；脱轨系数最大值分别为0.23,0.26，小于优级指标0.6；轮重减载率最大值分别为0.22,0.16，小于第二限度值0.6。

因而，以上各安全性能指标均满足规范要求，试铺新型橡胶浮置板轨道安全性能较好。

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[6]国家铁路局.TB/T 2489—2016 轮轨横向力和垂向力地面测试方法[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[7]中华人民共和国国家标准局.GB 5599—85 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S].北京：中国标准出版社，1985.

[8]中华人民共和国铁道部.TB/T 2360—93 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[S].北京：中国铁道出版社，1994.

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