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中国道砟标准在埃塞俄比亚轻轨项目中的适用性研究.pdf

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    国道 标准 埃塞俄比亚 轻轨 项目 中的 适用性 研究
    资源描述:
    特 别 策 划 - 24 -CHINA RAILWAY 2016/10 中国道砟标准在埃塞俄比亚轻轨项目中的适用性研究 王小韬 等 0 引言 道砟作为传统有砟轨道结构的一部分,是铁路轨 道系统承受和传递上部列车荷载的主体结构1。由于道 砟既具有固态的稳定性,又具有良好的弹性、排水性, 并可均匀地将荷载扩散传递至路基,因而在铁路领域从 早期被广泛使用后一直沿用至今2。随着行车速度的提 高,对道砟也有了更高的要求,国内外为此制定了相应 技术标准来规范道砟的级配及性能。目前,中国道砟的 技术标准已自成体系且较为完善。 铁路线路建设施工中所需的道砟材料数量巨大, 为降低成本,须就地取材。中国的铁路项目正逐渐迈向 海外,涉外工程越来越多,在此过程中也将面临一个新 的问题:由于可能存在的地质条件不同,相同级配条件 下国外的道砟,其物理性能不一定满足中国规范要求, 即中国的规范是否适用于国外地质条件。为回答以上疑 问,结合埃塞俄比亚轻轨项目,拟对现场道砟进行物理 性能测试分析,研究中国道砟规范对该项目的适用性, 为其他海外项目的进行提供参考。 1 项目概况及砟场选址 1.1 项目概况 埃塞俄比亚轻轨项目(简称项目)位于首都亚斯亚 贝巴,项目由东西线和南北线组成,线路以地面线为主, 部分地段采用高架线路和地下线路。项目规划线路总长度 中国道砟标准在埃塞俄比亚 轻轨项目中的适用性研究 王小韬:中国中铁二院集团有限责任公司地铁院,高级工程师,四川 成都,610031 陈晓军:中国中铁二局股份有限公司新运公司,工程师,四川 成都,610031 耿灿通:中国中铁二局股份有限公司新运公司,工程师,四川 成都,610031 沈彬然:西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室,硕士研究生,四川 成都,610031 摘 要:为研究中国道砟标准在埃塞俄比亚首 都亚的斯亚贝巴轻轨项目中的适用性和可行性, 针对现场道砟情况,进行调研和探讨。通过对砟 场的选择和钻探,以及砟场开采的道砟进行相应 性能的试验,验证中国道砟标准在埃塞俄比亚轻 轨项目中的适用性与可行性。首先,介绍埃塞俄 比亚轻轨项目的概况,对其道砟砟场的选址进行 讨论;其次,对比中美两国道砟规范,总结中国 规范相比国际上其他通用规范存在的异同点;最 后,对埃塞俄比亚本地道砟进行性能测试,验证 其满足中国规范要求,分析中国规范在埃塞俄比 亚项目中的适用性。 关键词:埃塞俄比亚;轻轨;道砟;技术标准; 性能测试 中图分类号:U214.1+1 文献标识码:A 文章编号:1001-683X(2016)10-0024-04 万方数据 特 别 策 划 - 25 -CHINA RAILWAY 2016/10 中国道砟标准在埃塞俄比亚轻轨项目中的适用性研究 王小韬 等 约75km。在一期工程中,东西线正线全长约16.998km, 起点里程YCK5+483,终点里程YCK22+482;南北线 正线全长16.689km,起点里程YCK1+745,终点里程 YCK18+418。东西线在终点附近设Ayat车辆段,南北线在 终点附近设Kality车辆段。线路穿越区域的历史最高气温 为35,历史最低气温为2。 全线采用50kg/m钢轨,标准轨距,地下和高架线路 采用整体道床,地面线和车场采用300mm厚的单层道砟 碎石道床,车辆采用70%低地板的现代有轨电车,道砟 开采全部采用中国道砟标准。 1.2 砟场选址 埃塞本地地表黑棉土和膨胀土覆盖较广,主要以 火山爆发形成的岩石为主,大部分为凝灰岩和玄武岩。 轻轨线路位于城市区域,考虑道砟运输的便捷性与经济 性,需尽量靠近城市周边设置砟场。经过沿线考察,最 终道砟场选址在格兰采石场(见图1)。该采石场距离 轻轨南线终点5km,距4#公路3km,运输与距离都符合 工程需要。 实际工程中,多种岩石类型可以被用作道砟。首 先,未风化的坚硬矿物颗粒细骨料能够生产出质量较高 的道砟,这些矿物包括火成岩类型(如玄武岩、流纹岩 和安山岩),其次是较粗颗粒的火成岩(如花岗岩、闪 长岩和辉长岩),以及坚硬的矿物颗粒胶结沉积岩和坚 硬的矿物颗粒变质(或转换)岩(如石英岩),最后是 沉积岩石类型(如石灰石、白云岩、砂岩、粉砂岩)。 针对砟场进行相应的钻孔施工勘察发现,该地区盖 土及风化层厚约3m,地表下3.013.0m为凝灰岩和玄武 岩,13.016.5m为泥土夹层,16.520.0m为带气孔状玄武 岩。其中地表深部的玄武岩岩心呈柱状,主要矿物为富钙 单斜石及基性斜长石,岩石致密坚硬。通过对地下钻探资 料的分析,材质基本符合轻轨所需道砟要求。 2 中美道砟颗粒级配对比 在道砟标准方面,国际上多采用的是美国铁路 建设与维护协会(AREMA)及美国材料与试验协会 (ASTM)制定的道砟规范3。为研究中国道砟标准在国 外市场运用的可行性,有必要对中美两国的规范进行对 比分析,了解二者之间的异同。 2.1 中国道砟颗粒级配规范要求 中国规范4(简称中规)对于新建铁路一级碎石道 砟的颗粒级配有明确标准(见表1)。 2.2 美国道砟颗粒级配规范要求 美国AREMA与ASTM规范(简称美规)中根据不同 的地质条件给出了7种级配方式,选用适合的级配来匹 配工程需要,具体级配见表2。 通过表1、表2可知:中美规范中关于道砟的选材并 不相同,中规没有明确道砟的岩性,而美规对道砟的岩 性选材范围有所要求。美规中根据岩性不同给出7种不 同道砟级配,而中规只给出特级道砟、新建线路一级碎 石道砟与既有线一级碎石道砟3种。 3 中美道砟物理测试性能指标对比 道砟开采后,不但要进行级配筛分,还需要进行最 重要的关键物理性能指标试验,这些在中美标准中都有 相应的试验方法和依据。 3.1 中国道砟物理性能要求 中规规定,需根据7项性能将道砟分为特级道砟和 一级道砟,其具体指标及要求见表3。 3.2 美国道砟物理性能要求 在美规中,道砟不分等级,且只需要检测5项性 能,但根据道砟的岩石类型的不同,参数要求也不一 样,具体规定见表4。 方孔筛孔边长/mm 过筛质量百分率/% 162535.5455663 16630551525405575929797100 图1 道砟场选址 表1 TB/T 21402008铁路碎石道砟 新建铁路一级碎石道砟粒径级配 万方数据 特 别 策 划 - 26 -CHINA RAILWAY 2016/10 中国道砟标准在埃塞俄比亚轻轨项目中的适用性研究 王小韬 等 表3、表4表明:众多参数 中,两国规范均包含的有洛杉矶 磨耗率、硫酸钠溶液浸泡损失 率、密度分率等参数。中规特有 的为标准集料冲击韧度、石料耐 磨硬度系数、标准集料压碎率、 道砟集料压碎率、渗透系数、石 粉试模件抗压强度、石粉液限、 石粉塑限等参数。美规中特有的 为吸水率、针片状指数、粘土团 及其杂质含量质量百分率、粉末 含量的质量百分率等参数。 4 格兰砟场道砟性能测试 测试前,对道砟随机取样, 并对其进行过滤筛分,验证道砟 级配是否满足要求。然后,根据 中规要求,对道砟进行物理性 能测试,分析其结果是否满足要 求。筛分后的道砟见图2,道砟 级配结果见表5,物理性能测试 结果见表6。 由表5可知,格兰砟场所产 道砟的过筛质量百分率完全满足 规范4要求,进而分析其物理性 能指标。结合表3和表6,通过 比较可知,该砟场开采的道砟 完全满足中国一级道砟标准,验 证了中国道砟规范在该项目的可 行性。 5 结论及建议 以埃塞俄比亚轻轨项目背 景,介绍道砟岩石选型及砟场选 址的要求。另外,对比中美两国 道砟规范中的异同后,实测分析 中国规范在海外项目中的适用 性。具体得到以下结论及建议: (1)在海外轻轨项目中, 方孔筛孔 边长/mm 过筛质量百分率/% 75635037.5251912.59.54.752.36 196310090100266001005 9.5631008010060855070255052001003 255010095100357001505 1950100901006090103501003 1937.510090100205501505 9.525100901004075153501505 4.752510090100256001005 性能 项目 号 参数特级道砟一级道砟 评定方法 单项评定综合评定 抗磨耗、 抗冲击 性能 1洛杉矶磨耗率(LAA)/%1818LAA27 道砟的最终 等级以项目 号 1 、 2 、 3、4中最低 等级为准, 特级、一级 道砟均应满 足 5 、 6 、 7、8项目号 的要求 2 标准集料冲击韧度(IP)11095IP110若两项指标不 在同一等级, 以高等级为准石料耐磨硬度系数 K干磨K干磨1817K干磨18 抗压碎 性能 3标准集料压碎率(CA)/%CA88CA9 4道砟集料压碎率(CB)/%CB1919CB22 渗水性能5 渗透系数 Pm(10-6)/(cms-1)4.5 至少有两项 满足要求 石粉试模件抗压强度()/MPa0.4 石粉液限(LL)/%20 石粉塑限(PL)/%11 抗大气 腐蚀性能 6硫酸钠溶液浸泡损失率(L)/%10 稳定 性能 7密度()/(gcm-3)2.55 8容重(R)/(gcm-3)2.50 性能参数花岗岩暗色岩石英岩石灰岩 白云石 灰岩 高炉渣钢渣 抗磨耗、 抗冲击性 洛杉矶磨耗率LAA/%35253030304030 抗大气腐 蚀破坏 硫酸钠溶液浸 泡损失率/% 5555552.62.62.62.62.652.32.9 渗水性吸水率/%1112252 道砟颗粒性状 及清洁度指标 针状指数、片状 指数/% 5555555 粘土团及其杂质含量 质量百分率/% 0.50.50.50.50.50.50.5 粒径0.075 mm以下的 粉末含量的质量百分 率/% 1111111 表2 AREMA与ASTM规范中对道砟级配的要求 表3 中国道砟物理测试性能指标 表4 美国道砟物理测试性能指标 万方数据 特 别 策 划 - 27 -CHINA RAILWAY 2016/10 中国道砟标准在埃塞俄比亚轻轨项目中的适用性研究 王小韬 等 应考虑道砟运输的便捷性与经济性,建议在城市周边设 置砟场; (2)对比中、美两国道砟规范,美国规范对道砟 的岩性选材范围有所要求,而中国规范对此没有明确 规定;中国规范中通过8项物理指标对道砟进行分级处 理,美国规范通过5项物理指标对不同岩性道砟进行评 价处理; (3)现场实测结果表明,在满足中国规范级配要 求的情况下,格兰砟场开采的道砟物理性能良好,能够 满足中国一级道砟的要求,说明了中国道砟规范在海外 条件下的适用性; (4)埃塞俄比亚轻轨项目中道砟的开采及物理性 能检测过程,可为其他海外项目提供参考。 参考文献 1 李成辉. 轨道M. 成都:西南交通大学出版社, 2004. 2 王书鹏. 中美铁路道砟试验的比较研究J. 铁道标 准设计,2014(7):52-57. 3 美国铁路工程和道路维护协会. 美国铁路工程手 册S,2012. 4 TB/T 21402008 铁路碎石道砟(2008年修订版)S. 责任编辑 李葳 收稿日期 2016-08-14 粒径级配/mm 过筛质量/% 标准规定试验结果 16 050 255154 35.5 254024 45 557561 56 929794 63 97100100 参数 测试 结果 参数 测试 结果 洛杉矶磨耗率 LAA/%20石粉试模件抗压强度/MPa0.22 标准集料冲击韧度 IP105石粉液限 LL/%28 石料耐磨硬度系数 K干磨18.2石粉塑限 PL/%17 标准集料压碎率 CA/%8硫酸钠溶液浸泡损失率 L/%1 道砟集料压碎率 CB/%20密度/(gcm-3)2.68 渗透系数 Pm(10-6)/ (cms-1) 6.5容重/(gcm-3)2.66 图2 格兰砟场道砟样品 表5 格兰砟场道砟粒径级配测试结果 表6 格兰砟场道砟粒径级配测试结果 万方数据
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