现代有轨电车路基沉降与动应力测试研究

文章编号：1004 2954 (2017 )08 0047 04

RAILWAY STANDARD DESIGN

铁道标准设计

Vol.61 No. 8

Aug. 2017

现代有轨电车路基沉降与动应力测试研究

邵康

1,2,

苏谦

1,2,

黄俊杰

1,2,

何雨

3

(1.西南交通大学土木工程学院，成都610031; 2.西南交通大学高速铁路线路工程教育部

重点实验室，成都610031; 3.四川建筑职业技术学院，成都610399)

摘要：为研究现代有轨电车在实际运营过程中的路基工后沉降和路基结构层动力响应规律，分别采用静力水准 仪和土压力盒监测路基不同位置沉降与动应力。沉降监测结果表明：路基工后沉降在施工完成30 d后已趋于穗 定，最大工后沉降量为2. 27 mm,能满足埋入式无砟轨道结构长期运营的要求。分别以不同速度进行行车测试，测 试动应力结果表明：靠近轨道结构部分路基结构层动应力最大约10.5 kPa,线路路肩位置和线路中心位置动应力 均较小，约为2 kPa,各个测点动应力变化受列车行车速度影响较小，受路基结构位置变化影响较大，但变化范围主 要集中在基床结构层。

关键词：现代有轨电车；路基；沉降；动应力中图分类号:U213.1

文献标识码:A

DOI：10.13238/j. issn. 1004-2954. 2017. 08. 010

StudyonSubgradeSettlementandDynamicTestofModernTram

SHAO Kang12, SU Qian12, HUANG Jun-jie12, HE Yu3

(1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. Key laboratory of High-speed

Railway Engineering of Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;

3. Sichuan College of Architectural Technology, Chengdu 610399, China )

Abstract ： The hydrostatic level gauge and earth pressure cells are used to monitor the settlement and dynamic stress at different positions of subgrade and study the post-construction settlement and the dynamic response of the subgrade in actual operation of the modern tram. The results of settlement monitoring show that the settlement of the roadbed becomes stabile 30 days after construction and the maximum post-construction settlement is 2. 27 mm, which meets the requirement of the long-term operation of embedded ballastless track structure. The dynamic stress results show that the dynamic stress is about 10. 5 kPa in the subgrade near the track structure, and the dynamic stress is about 2 kPa at the shoulder and the center of the line; the changes of dynamic stress at each measuring point are less affected by the speed of train, and more by the changes of the subgrade structure, but the changes are mainly concentrated in the foundation bed structure layer.Key words ： Modern tram; Subgrade; Settlement; Dynamic stress

1概述

现代有轨电车作为现代化城市轨道交通的一种，

过现代有轨电车路基相关研究工作,徐文龙[3,4]综合 有轨电车基本要求的前提下，制定工后沉降不应大于 50 mm路基沉降标准。顾成权[5]在理论分析基础上, 提出适合无砟轨道有轨电车路基基床结构形式及填料 要求。赵晓华[6]结合工程设计经验，对无砟轨道路基 结构进行计算分析。贺伟[7]研究阐明具体工点沉降 控制标准的确定依据、路基结构的设计参数。秦晓 光[8]对有轨电车基床内动应力的大小、分布形态及衰 减规律进行计算。邓长茂[9]参照现有相关规范，确定

有其自身的优势和适用条件，很好地填补了常规公交 与地铁之间的空白，为我国城市解决交通问题提供了 新的选择[|,2]。由于刚步人起步阶段，国内学者也做

收稿日期:2016 11 15;修回日期:2016 12 02

基金项目：四川省科技计划项目（2014GZ0081)作者简介:邵康（1991一），男，博士研究生,2016年毕业于西南交通

大学岩土工程专业，工学硕士，E-mail:shaokang0724@126. com。

48铁道标准设计第61卷

了现代有轨电车轮载冲击系数和分析总结基床表层动 荷载分布形式。

在无砟轨道路基动力特性研究方面，刘刚[10]对列 车荷载通过无砟轨道传递到路基面的动应力分布模式 和动应力沿路基深度的衰减规律等进行讨论。孔祥 辉[||]针对红层泥岩路基分别对有砟轨道、无砟轨道路 基基床的动态特性进行分析。詹永祥等[12]通过室内 模型试验研究，分析了在循环加载条件下路基基床的 动态力学特性的动力响应。文献[13 15]对高速铁 路路基动力特性分别进行数值模拟、现场测试和理论 研究。

综合上述学者研究成果：（1)总结已有工程项目 经验，结合已有的相关规范进行分析归纳；（2)理论 上探索和数值模拟结合方式进行分析研究；（3)从工 程应用角度进行路基结构更新改造，但是在现场测 试分析研究方面鲜有研究。结合示范线现场测试, 对现代有轨电车路基沉降和动应力规律进行分析研 究，为现代有轨电车进一步制定与完善标准提供参 考和借鉴。

2

工程概况

该试验线工程场地地形局部起伏、开阔，地面高程

465. 22〜469. 89 m，相对高差4. 67 m，勘察场地属岷江水系二级阶地。场地内的人工填土、软塑黏土属软弱 土;硬塑黏土、硬塑粉质黏土属中软土;稍〜密实卵石 属中硬土。

路基结构自上而下依次为：C40钢筋混凝土支承 层0,2 m;基床表层0郾4 m;基床底层1郾1 m;路基本体。 压实标准采用高速铁路压实标准:基床表层级配碎石

压实系数K逸0. 97,地基系数K3。逸190 MPa/m，动态变 形模量Evd^55 MPa;基床底层压实系数K逸0. 95,地 基系数K3。逸150 MPa/m，动态变形模量£,,(1逸50 MPa。3沉降监测与分析3. 1

监测概述

由于现代有轨电车埋人式无砟轨道对于路基沉降 适应能力较差，沉降值监测必须采用高精度仪器，因此 选用静力水准仪监测。静力水准仪是利用连通管原理 进行观测，主要由静力水准仪和静力水准管路组成，现 场水准仪如图1所示。

某示范线路纵向选取典型横断面布设静力水准仪 器，如图2所示，将路基结构段的沉降监测传感器布置 在开挖基底面，断面设置3个观测点，分别布置在平场 后的左侧路肩、左线中心以及路基中心位置。

图1现场静力水准仪示意

左线

基

准晉

路线桩

■静力水准仪

肩

中1基心

丨中心

图2沉降监测断面示意

3.2结果分析

路基结构段断面沉降监测元器件是开挖后埋设, 再重新回填，从路基开始填筑时为时间起点，对该断面 3个位置点进行沉降监测,100 d之后路基和轨道结构 基本施工完成，在前145 d每天记录1次数据的频率, 在145 d后沉降数据基本保持稳定，保持每周记录 1次数据频率。截止到366 d,对路基结构断面的监测 数据进行整理后，得到该断面地基面的沉降规律如图 3所示。

时间

/d

图3断面不同横向位置沉降随时间变化关系从图3可知，路基结构断面在0〜30 d内，路基 结构开始填筑，该断面左路肩和路基中心下地基面

第8期邵康，苏谦，黄俊杰，等一现代有轨电车路基沉降与动应力测试研究49

累计沉降逐渐增大，但沉降增量呈逐渐减小趋势; 30〜50 d时,路基填筑完成，上部轨道结构还未开始 施工，路基有一定的回弹,沉降值减小;50〜105 d期 间上部轨道结构开始施工，沉降值又逐渐变大，左线 中心的增加速率最大地基又开始逐渐下降，到第 105 d,由于轨道板等上部结构施工完毕，地基的沉降 量又趋于稳定。第366 d,路基中心和左侧路肩地基 面累计沉降量明显大于左线中心处，但总的沉降趋 势基本一•致。路基结构断面左侧路肩、左线中心和

路基中心累计沉降量分别为2. 67、1. 26 mm和2. 27 mm。但是从其发展规律可以判断其沉降增量 呈快速减小规律，表明其已经逐渐趋于稳定。路基 中心和左侧路肩地基面累计沉降量明显大于左线中 心,但总的沉降趋势基本一致。4

现代有轨电车路基动应力测试分析4. 1

测试概述

为分析研究现代有轨电车在实际运行过程中，路 基基床结构各部分的动力响应,选取应变式土压力盒 监测各测点的动土压力变化，如图4所示土压力盒测 试数据时受周围介质的影响较大，因此需用土压力盒 标定时的细砂作为土压力盒周围的埋设介质,保证土 压力盒测试数据相对准确可信。

图4试验现场土压力盒埋设示意

土压力盒测点在典型断面的布置如图5所示,在 路基结构的左侧路肩、左线中心、路基中心3个不同横 向位置上布置测点，分布于基床表层、基床底层和路基 本体，其中左侧路肩布置3个测点，左线中心5个测 点，路基中心3个测点。4. 2

不同行车速度影响

为分析研究典型断面下各个测点动土压力随现代 有轨电车行车速度的变化规律,现场进行行车速度分

别为20、40、50 m/h和60 km/h四组试验，取每个测点 土压力时程上的峰值整理成图6。

由图6可得如下结论。

左线表层： 士基连顶面

+基床底层.f

基4顶面以下0.3 基涂质面&卞0.8

rn

基床顶面以下1.4 臟本体

地面\\

r

n

基床顶面以下2.4

r

1开挖基底面

1

■动土压力盒

心

图5典型断面土压力测点布置示意

112

0

基床顶面®

fi床顶面以下

和心基基床顶面以下.3m线

线、线^-^

基床顶面以下.8m线慕

基床顶面以下.4

m路、基床顶面以下路^路私

、以下.4m基床顶面、^■床顶面以下.3m基和^基床顶面以下.8

m

基床顶面以下

.4

ms

、«-)^基床顶面以下.3mrn«、®

)^

.8m

.4

°10

20

30

40

50

60

行车速度/(

km/h)

图6不同测点动应力与行车速度关系

(1 )动应力大小变化受列车行车速度影响较小；

(2) 左线中心位置下，距离基床顶面距离为0. 3、0. 8 m的测点，其最大动应力均随着列车速度的 增大而增大，离轨道结构越近，测点动应力越大，动应 力增长速度也最快，基床顶面处在列车速度为60

km/h的基床动应力最大，最大值为10.566 kPa比在

速度在20 km/h时动应力增加了 8. 25% ,而在距基床 顶面1. 4 m深度下，路基动应力基本不受现代有轨电 车行车速度影响，土压力值基本稳定在1郾5 kPa,为基 底顶面最大动应力14% ,说明列车通过无砟轨道结构 时已经无影响。

(3)

路基中心和左侧路肩位置动应力基本保持不

变，路基中心处在距基床顶面0. 3 m深度下最大动应 力2.4 kPa,为左线中心基床顶面处最大动应力的 23% ,左侧路肩处距基床顶面0. 3 m深度下最大动应 力1.92 kPa,为左线中心基床顶面处最大动应力的 18% ,由于现代有轨电车轴重比普通列车轻，最大运行 速度低，造成有轨电车在行车过程中的影响范围小。

4. 3不同横向位置影响

不同行车速度下动应力沿路基断面横向分布规律 如图7所示。由图7可得如下结论。

(1)动应力沿着路基断面横向近似于三角形分 布,左侧路肩与路基中心动应力在相同条件下基本保 持一致，相差不大。

0、

50铁道标准设计第61卷

距离基床顶面越近的基床面动应力分布不均

5

匀越突出，在离基床表层顶面越深的位置，动应力横向 分布不均匀减弱。

(3) 车速度影响较小。

-0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5

距左路肩横向距离/m

(2)

结论(1)

现代有轨电车最大工后沉降在路肩位置，最

大工后沉降值为2.7 mm,建议参考采用文献[3] —般 动应力在断面横向分布大小和位置受列车行

路基地段最大工后沉降不大于50 mm,同时可以适当

0

I I I I I I I

放宽基床结构压实标准,以期达到经济合理的目的。

(2) 现代有轨电车运行过程中，动应力大小、横向 分布规律以及沿深度衰减规律受速度影响均较小。

(3) 动应力在横向呈三角形分布,轨道结构下部

基床顶面以下1.4 m(20 km/h)

—基床顶面以下1.4 m(40 km/h) • □ 1基床顶面以下1.4 m(60 km/h) X

基床琐面以下 0.8 m(20 km/h) ------基床顶面以下 0.8 m(40 km/h) 基床顶面以下0.8 m(60 km/h) —么一基床顶面以下0.3 m(20 km/h) —X

—基床顶面以下0.3 m(40 km/h) 基床顶面以下0.3 m(60 km/h)

碰肩

左线中心

图7路基动应力随横向位置变化

4. 4

不同基床深度影响

图8为各个测点动应力分别以20、40、60 km/h行 车速度下沿深度变化规律，由图8可得如下结论。

动应力5________/kPa

-

0.1

10

15

，

基床観

01..9

臟中心(20 km/h)

1..42...9.4

-路基中心

—(40 km/h) i

-中心(60 km/h)

-------+--^j^(20km/h)

—X碰肩(40 km/h)—左路肩(60 km/h)

-A-—左逢中心(20 km/h) 左会屮心41(40 km/h) ---左线 心(60 km/h)

图8动应力沿深度变化

(1) 同一位置测点在列车速度分别为20、460 km/h时,动应力在基床表层时，随着列车速度提高 而提高,在基床底层及其以下深度范围内时，同一位置 动应力基本不受列车速度的影响。

(2)

动应力沿深度变化范围主要集中在基床结

构层，在左线中心位置动应力在基床表层深度范围 内衰减最快，最大动应力在基床底层表面衰减为原

来的58% ,在基床表层底面衰减为最大动应力 的 28%。

动应力较大,路基中心和路肩动应力基本相等。(4)

行车过程中动应力变化主要集中在基床结构

层，基床底层以下基本不变化，约2kPa。动应力在基 床表层衰减相对较快,基床底层相对较慢。

(5) 本文只讨论列车行车状态下路基结构受到动

应力情况，未讨论路基其他动力参数的变化规律。

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0、