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道床是軌道的重要組成部分,是軌道框架的基礎。道床通常指的是鐵路軌枕下面,路基面上鋪設的石碴(道碴)墊層。主要作用是支撐軌枕,把軌枕上部的巨大壓力均勻地傳遞給路基面,並固定軌枕的位置,阻止軌枕縱向或橫向移動,大大減少路基變形的同時還緩和了機車車輛輪對對鋼軌的衝擊,便於排水。

1簡介

道床(bed)鋪設於路基、橋樑或隧道等下部結構之上,
道床

  道床

鋼軌、軌枕或支承塊之下的碎石、卵石層或混凝土層,作為鋼軌或軌道框架的基礎。道碴是直徑20~70mm的小塊狀花崗岩,塊與塊之間存在著空隙和摩擦力,使得軌道具有一定的彈性,這種彈性不僅能吸收機車車輛的衝擊和振動,使列車運行比較平穩,而且大大改善了機車車輛和鋼軌、軌枕等部件的工作條件,延長了使用壽命。道碴的彈性一旦喪失,則鋼筋混凝土軌枕上所受的荷載比正常狀態時要增加50~80%。

2道床分類

道床分為普通有碴道床、瀝青道床和混凝土整體道床。
有碴道床通常由具有一定粒徑、級配和強度的硬質碎石堆集而成,在次要線路上,也可以使用級配卵石或粗砂。瀝青道床是為了改善普通石碴道床的散體特性而加入乳化瀝青或瀝青砂漿的結構形式。整體道床常為現澆鋼筋混凝土結構,常用於不易變形的隧道內或橋樑上。

3道床功用及材料

材料
為適應上述道床功能,道碴應具有以下性能:質地堅韌,有彈性、不易壓碎和搗碎;排水性能好,吸水性差;不易風化,不易被風吹動或被水沖走。
用作道碴的材料有:碎石、天然級配卵石、篩選取卵石、粗砂、中砂及熔爐礦碴等。先用何種道碴材料,應根據鐵路運量、機車車輛軸重、行車速度,結合成本和就地取材等條件來決定。中國鐵路幹線上基本使用碎石英鐘道碴,在次要線路上才使用卵石道碴、爐碴道碴。下面介紹碎石道碴的技術要求。
(1)道碴的分級
碎石道碴根據材料性能將道碴分為一級和二級。碎石道碴的技術參數有:反映道碴材質的材質參數,如:抗磨耗、抗衝擊、滲水、抗風化、抗大氣腐蝕等材料指標參數,為道碴材質的發級提供了法定依據;反映道碴加工質量的質量參數。表1-11列出道碴材質的分級指標。對於特重型軌道、隧道內軌道枕及寬軌枕軌道,應使用一級道碴,重型軌道力求作用一級道碴,其它軌道使用二級道碴。
(2)道碴級配
碎石道碴屬於散粒體,其級配是指道碴粒徑的級配對道床的物理力學性能、維修工作量有重要影響。現行標準是按級配要求,可保證道碴產品有最佳的顆粒組成。寬級配道碴由於道碴粒徑的減小、大、小顆粒的相互配合以及道碴顆粒之間的填潢,使得道碴有更好的強度和穩定性,也有利於道床作業。
(3)道碴顆粒形狀及清潔度
道碴的形狀及表面狀態對道床的性能有重要影響。一般而言,稜角分明,表面粗糙的顆 粒,對集料具有較高的強度和穩定性。凡長度大於該顆粒徑1.8倍的稱為針狀顆 粒;厚度小於平均粒徑0.6 倍的稱為片顆粒。中國道碴標準規定針狀指數和片狀指數均不大於50%。

4道床斷面

道床斷面包括道床厚度、頂面寬度及邊坡坡度三個主要特徵。
1.道床厚度
道床的厚度的指直線上鋼軌或曲線上內軌中軸線下軌枕底面至路基頂面的距離。
道床的厚度與以下因素有關;道床彈性、道訂臟污增長率、墊碴層的承載能力、路基面的承載能力。道床彈性 是由相互接觸的道碴顆 粒之間的彈性形所引起的,通常情況下道床彈性與道床厚度成正比,並隨道碴顆粒粒徑的增大、道床空隙比的增加而增加。但是鬆散狀態下的道床,在荷載作用下所產生的變形主要是結構變形,卸載后結構變形不能恢復。
2.道床頂面寬度
道床頂面寬度與軌枕長度和道床肩寬有關。軌枕長度基本上是固定的,因此道床頂面寬度主要決定於道床肩寬。道床寬有一定的聯繫。理論計算及實踐結果表明,道碴材料的內磨擦角愈大,粘聚力愈高,邊坡穩定性就愈大。同樣地,增大肩寬可以容許親用較陡的邊坡,而減小肩寬則必須採用較緩的邊坡。

5道床病害

隨列車荷載反覆作用,碎石道床產生的非正常變形,主要包括道床永久變形(參見道床變形)、道床臟污、道碴粉化、道碴坍塌、道床翻漿及道床板結等。
道床臟污由道碴粉化、軌枕磨損物、道床表面滲入物、路基滲入物及不良級配等產生。道床臟污對軌道工作性能有較大影響,如降低道床的的抗剪強度,影響道床的承載能力;降低道床的彈性;降低道床的排水性能和抗凍性能。同時,道床臟污還會引發其他相關的道床病害,如板結和翻漿等。道床臟污的程度以粒徑小於正常級配中最小粒徑的顆粒含量的比例來衡量,稱之為臟污率,又有重量臟污率和體積臟污率之分。當道床重量臟污率達到30%~40%或道床中孔隙率小於3%~5%時,一般就須進行道床清篩。道床臟污成分中,尤其以粒徑小於0.1mm的細顆粒危害最大,當粒徑小於0.1mm的臟污物重量比大於5%時,要求對道床進行清篩。
道碴粉化因道碴間接觸壓力較大而道碴強度相對不足而引起,在諸如鋼軌接頭等具有較大動力作用的部位尤其突出,研究資料表明,道碴間的平均接觸應力高達1680MPa,應力不均勻係數約為1.6,而石灰岩道碴的抗壓強度依其風化程度約為290~3370MPa,可見道碴的強度不足。這樣,在列車經過時,在巨大接觸應力條件下,由於道碴顆粒間擠壓和磨損作用,可造成道碴被壓碎或稜角破損,從而出現石碴粉化。
道碴坍塌因道碴稜角被磨損,道碴由最初的多稜角塊體逐漸變得表面光滑,因而道碴間的摩擦係數降低,在列車振動荷載的作用下,道碴顆粒難以保持其相對位置而出現大量的滑動或滾動,使堆積成道床的道碴出現坍塌。在鋼軌接頭等具有較大振動的處所尤其容易發生道碴坍塌。
道床翻漿為道床的常見病害之一,因翻漿和冒泥一般同時出現,故常稱作翻漿冒泥。道床翻漿的根源在於道床臟污所引起的排水嚴重不暢,其發生地段一般與下部路基無關,通常不浸入路基,但也常有因路基翻漿而上升至道床內而引起道床翻漿的情況。道床中翻出的泥漿比路基土的顏色要深,雨季時道床翻漿較嚴重,雨季過後不再發生或明顯輕微。
道床板結因嚴重道床臟污引起排水不暢,石灰岩道碴粉化物溶於水中結成硬塊,或因道碴被泥漿固結成干硬整塊,就容易造成道床板結。道床板結后逐漸失去彈性,引起軌道剛度急劇增加,當列車經過時會產生較大的動力作用,從而加劇列車走行部和軌道部件的破損,縮短設備的使用壽命,嚴重時危及行車安全。道床板結在研究工作中一般以實測的道床彈性(道床係數)損失加以衡量,但較為費事,在實際工作中,常以道床的板結厚度加以衡量。用板結厚度佔道床總厚度的比例來表示道床的板結程度。

6生產發展

隨著生產的發展和技術的進步,新型的軌下基礎嶄露頭角。其中之一就是道床整體化。用某些膠合材料(如瀝青砂漿、快硬水泥砂漿、某些粘性的聚合物等)和碎石道碴澆灌在一起,形成整體化道床,可以提高承載能力,使道床的下沉量比普通道床減小約90%,而且可使線路的縱向、橫向阻力增加約0.7~4倍,排水性能也大大得到改善,具有防臟、防凍、不長草的特點,頗受國內外鐵路工程界的青睞。
另外,軌枕板與整體道床也得到廣泛應用。軌枕板與普通軌枕一樣長,寬度卻大一倍。密鋪時,相鄰板塊之間的縫隙只有約18mm,幾乎把道床頂面全部覆蓋住。使用軌枕板可以防臟,是一種「少維修」的線路結構。整體道床則完全取消了道碴,它直接在路基底上澆築混凝土,可以保證線路穩定平順,維修工作量很小,許多地下鐵道都使用這種線路結構。
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