王钰

(中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，辽宁沈阳110043)

1 工程概况

厦深铁路榕江特大桥位于广东省揭阳市榕城区地都镇和汕头市潮阳区关埠镇榕江河段，是厦深铁路重难点控制工程之一，大桥主桥为(110+2×220+110)m的钢桁柔性拱桥，其主要技术标准为:双线Ⅰ级铁路，速度近期目标值200 km/h，远期目标值250 km/h，正线线间距4．6 m，限制坡度6‰。该桥桥面系为正交异性钢桥面系［1］，桥上铺设40 cm厚特级碎石道砟和Ⅲ型无挡肩钢筋混凝土轨枕，轨枕铺设密度为每公里1 667根，采用弹条Ⅳ型扣件固定60 kg/m重型轨道无缝钢轨。该桥于2009－05月开工建设，2013－05建成。为了评价榕江特大桥列车运行稳定性，于2013－09在厦深铁路榕江特大桥钢轨伸缩调节器段(K1331+250)、榕江特大桥桥上有砟轨道(K1331+470)和路基有砟轨道(K1284+863)3个不同轨道条件的工点进行列车运行轮轨垂直力和水平力的测定试验，结合此次试验和联调联试测试结果，对该桥的行车稳定性进行分析研究。

2 试验概述

2．1 测试内容及方法

根据参考文献［2］～［4］要求，列车运行稳定性主要通过脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力3项指标进行评判。上述3项指标的计算方法及限值见表1。

表1 列车运行稳定性指标计算方法及限值Table 1 Formula and limiting value of the trian running stability indexes

轮轨水平力和垂直力测量采用参考文献［5］中的剪力法:在测试工点轨道上贴电阻应变计，用加力架和千斤顶人工加载进行静力荷载标定，得出测试点处的荷载—应变关系;实测列车荷载作用下动态应变，依据标定的静态应变推求实测的动态荷载相当值。具体的贴片、组桥、标定、测试方法见文献［5］，测试原理见文献［6］。

2．2 静力标定加力架的设计

文献［5］中要求水平力最大荷载标定到50 kN，垂直力最大荷载标定到100 kN，笔者分别设计了垂直力和水平力标定用的加力架。加力架同时应具备方便安装和拆卸功能，以符合铁路运营上实施测试工作的需要。

垂直力标定加力架由双拼槽钢纵梁、双拼槽钢横梁、带调节螺母的吊杆钢筋、兜底U型钢筋和千斤顶组成，如图1所示。千斤顶作用于纵梁，形成“扁担梁”体系，纵梁的反力由端部兜底钢筋和吊杆钢筋构成的两个闭合框(如图1(b)承担，整个加力架形成了一个自平衡体系。兜底钢筋和吊杆钢筋通过挂钩连接，吊杆钢筋上端通过螺母、垫板锚固于横梁上，其中螺栓部分适用于长度的调节。千斤顶卸荷，挂钩自然脱开，即可实现快速拆卸。

图1 垂直力标定加力架Fig．1 Reaction installation for vertical force calibration

水平力标定加力架由2块扣板与纵梁翼缘板熔焊组成一个整体结构，扣板端部挂钩与轨头密贴，在轨道与纵梁之间放置千斤顶，形成自平衡体系，如图2所示。标定结束后，千斤顶卸荷，即可取下加力架。

图2 垂直力标定加力架Fig．2 Reaction installation for lateral force calibration

该加力架具有构造简单紧凑、结构刚度大、可靠性高、装拆灵活、容易加工等优点，经实践证明，能够满足现场使用的需要，取得了较好的效果。

2．3 加载方式与速度

货物列车:列车编组为2台东风型内燃机车牵引12节K13卸渣车(满载)，运行速度分15，30，40，80和120 km/h 5个等级，在测试工点的上行线和下行线分别进行加载，3个测试工点共计有效加载次数30次。

CRH动车组:采用综合检测列车 CRH2－010A，CRH380A－001和 CRH380B－002进行动车组逐级提速联调联试和动态检测，最高检测速度级275 km/h。

3 结果分析

3．1 不同速度条件下货物列车运行稳定性分析

现场测试列车以不同速度通过各测试工点的轮轨垂直力和水平力，据此计算相应的轮对横向力、轮重减载率、脱轨系数，进行统计分析得出列车运行稳定性评判指标的平均值与最大值。榕江特大桥桥上有砟轨道测点(里程K1331+470)上行线的各项指标测试结果如表2所示。

从表2可以看出，在各级测试速度下，桥上有砟轨道的轮对横向力、脱轨系数、轮重减载率最大值均满足表1限值要求，列车运行稳定性符合规范要求。列车的轮对横向力和列车脱轨系数随着车速的提高呈现增大趋势;同一速度下脱轨系数的最大值和平均值相差较大，表明货车脱轨系数的离散性较强，但是各级速度下列车脱轨系数平均值均小于0．2，保持在一个比较低的水平;轮重减载率的最大值也随着车速的提高而呈现增大趋势，但其平均值随车速的增加呈非单调变化，实测轮重减载率平均值在80 km/h测试工况时最大，最大值为0．22。该里程位置处下行线的试验数据也有类似的规律。

表2 不同速度的货物列车通过桥上有砟轨道时的稳定性指标Table 2 Stability indexes of the freight trains passed the ballast track on the bridge in different speed

3．2 不同轨道基础条件下货物列车运行稳定性分析

货物列车以各级速度通过桥上有砟轨道测点(K1331+470)、钢轨伸缩调节器测点(K1331+250)、路基有砟轨道测点(K1284+863)，获得各项运行稳定性评判指标见表3。

由表3可知，在钢轨伸缩调节器位置，列车的运行稳定性各项指标平均值均高于路基有砟轨道和桥上有砟轨道测点值:轮对横向力最大平均值28．6 kN，较桥上和路基测点分别高出 15%和47%;列车脱轨系数最大平均值0．23，较桥上和路基测点分别高出35%和77%;轮重减载率最大平均值0．35，较桥上和路基测点分别高出105%和118%。表明钢轨伸缩器位置轨道动力学性能亚于路基有砟轨道和桥上有砟轨道，随着车速提高，轮轨的相互作用也逐渐加剧，钢轨伸缩器位置轨道出现故障的几率较其他为高，因此在日常养护和管理中应特别引起重视。

表3 货物列车通过各测试点的稳定性指标平均值Table 3 Average value of stability indexes of the freight trains passed different track structure

3．3 货物列车与动车组运行稳定性比较

为了对货物列车和动车组运行的动力性能进行对比研究，引用文献［7－8］中桥上、钢轨伸缩调节器、路基测点CRH动车组实验数据。80 km/h速度下，货物列车和CRH动车组通过桥上、钢轨伸缩调节器、路基测点测得各项运行稳定性评判指标如表4所示。

由表4可知，在3个测试工点上，货物列车的各项指标的最大值和平均值均较动车组大。货物列车轮对横向力不论是最大值还是平均值都比动车组大2倍以上，货物列车轮轨垂直力最大值较动车组大56%，平均值较动车组大61%，这主要是由于货物列车轴重较CRH动车组大，对轨道作用明显。货物列车脱轨系数和轮重减载率的最大值和平均值差别很大，说明货物列车运行稳定性指标离散特征较动车组明显。综上，说明动车组的运行状态较货物列车好，运行更加稳定。

表4 货物列车与动车组在各测试工点的稳定性指标比较Table 4 Stability indexes of the freight trains and multiple units passed different track structure

4 结论

(1)在试验速度范围内，货物列车在桥上有砟轨道测点的轮对横向力、轮重减载率、脱轨系数均低于规范允许的限值，列车运行稳定性符合规范要求。轮对横向力和列车脱轨系数随着车速的提高呈现增大趋势;同一速度下脱轨系数的最大值和平均值相差较大，货车脱轨系数的离散性较强;轮重减载率的最大值也随着车速的提高而呈现增大趋势，但其平均值随车速的增加呈非单调变化。

(2)列车在不同测点的运行稳定性指标存在明显差异，在钢轨伸缩调节器位置列车的运行稳定性各项指标平均值均高于路基和桥上测点值:轮对横向力较桥上和路基测点分别高出15%和47%;脱轨系数较桥上和路基测点分别高出35%和77%;轮重减载率较桥上和路基测点分别高出105%和118%。表明钢轨伸缩器位置轨道动力学性能亚于路基和桥上有砟轨道，是线路的薄弱环节，应加强日常养护和管理。

(3)由于货物列车轴重较CRH动车组大，对轨道作用明显。货物列车运行稳定性各项指标均较动车组大:轮对横向力较动车组大2倍以上，轮轨垂直力最大值较动车组大56%，平均值较动车组大61%，且货物列车运行稳定性指标离散特征较动车组明显。表明动车组的运行稳定性优于货物列车。

(4)设计的轨道静力标定加力架构造简单、装拆灵活、容易加工，实践证明该加力架能够很好地满足现场使用的需要，可为今后类似的试验提供参考。

［1］张杰．厦深铁路榕江桥主桥设计及优化［J］．铁道建筑，2011(2):29－32．ZHANG Jie．“Design and optimize for main bridge of rongJiang river bridge on Xiamen－Shenzhen railway”［J］．Railway Engineering，2011(2):29－32．

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［5］TB/T2489－XX，征求意见稿，轮轨水平力、垂直力地面测试方法［S］．TB/T2489－XX，Test methods of wheel/track lateral force and vertical force［S］．

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［8］厦深铁路漳深段广铁集团管段动态监测报告(V3．0)［R］．北京:中国铁道科学研究院，2013．Report of“Dynamic Monitoring of Xiamen－Shenzhen Railway(V3．0)［R］．Beijing:China Academy of Railway Sciences ，2013．