持續高溫對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場影響的試驗研究

林　超

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063）

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持續高溫對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場影響的試驗研究

林超

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063）

摘要CRTSⅡ型板式無砟軌道將軌道板、底座板作為整體結構縱向連續鋪設，受溫度荷載影響較大，特別是在持續高溫的天氣條件下。本文在對持續高溫定義的基礎上提出了CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域劃分的3個控制指標，借助全國典型城市氣象資料對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域進行了劃分。通過對我國華東地區一橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場的長期監測，獲得了持續高溫期間軌道板板溫的增大值與持續高溫天數、日最高氣溫平均值（持續高溫期間）間的關系，為完善我國現行規范中對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度荷載的取值，提供了試驗基礎和數據支撐。

關鍵詞持續高溫；CRTSⅡ型板式無砟軌道；溫度場區域劃分；現場測試

目前，CRTSⅡ型板式無砟軌道已在京津、滬杭、京滬、京石武、合蚌、寧杭、杭甬、杭長、津秦等10余條設計時速350 km/h的高速線路中應用，正線總延展里程約1萬km，主要集中分布在環境溫度較適中的華中、華東和華北地區。

CRTSⅡ型板式無砟軌道通過軌道板板端縱向鋼筋和底座板鋼板連接等措施，將軌道板、底座板作為整體結構縱向連續鋪設。軌道縱向剛度均勻性較好，但受溫度荷載影響較大。特別是在持續高溫的天氣下，由于軌道板內部溫度無法放散導致熱量積聚，致使個別薄弱區段出現軌道板上拱離縫現象［1-3］，影響線路的安全性和平順性。

目前國內學者對CRTSⅡ型板式無砟軌道的溫度場雖有了一定的研究，但就持續高溫條件對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場的影響研究較少［4-6］。據此，本文在CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域劃分研究的基礎上，結合光纖光柵監測技術，選擇華東地區內的典型工點進行長期監測，通過監測數據分析揭示持續高溫對無砟軌道溫度場的影響規律，為完善我國現行規范中對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度荷載的取值，提供試驗基礎和數據支撐。

1　CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域劃分

1. 1持續高溫的定義

中國氣象學上一般把日最高氣溫達到或超過35℃時稱為高溫，如果連續3 d日最高氣溫在35℃以上，則達到高溫黃色預警標準。但是氣象學上對高溫天氣的定義多是從體感舒適度方面加以考慮的，對于高速鐵路無砟軌道結構而言，完全照搬氣象學上的定義顯然是不合適的。對于無砟軌道而言，如果日溫差過大，即使最高溫度高于35℃，無砟軌道也能在當天完成熱溫差循環，導致溫度在板內積聚現象不明顯。因此，借助氣象學上的定義，本文對于CRTSⅡ型板式無砟軌道的持續高溫定義為連續3 d日最高氣溫在35℃以上，同時日溫差＜10℃。

1. 2溫度場區域劃分

將最高溫度≥35℃，持續時間≥3 d和日溫差≤10℃作為CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域劃分的控制指標，對1981—2014年7—8月份全國典型城市的氣象數據進行分析，結果如表1所示。表中t代表最高溫度≥35℃且持續時間≥3 d的天數占總天數的百分比，c代表日溫差＜10℃的天數占總天數的百分比。

從表1可以看出，與華東、華中地區相比，華北地區典型城市的控制指標均較小，即受持續高溫的影響相對較小。因此，可將CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場劃分為2個區域，即寒冷地區和溫暖地區，2個區域以“秦嶺-淮河一線”為界。圖1為CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域示意圖。

表1　全國典型城市連續高溫天氣指標統計

圖1　CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域示意

2　現場試驗

2. 1監測工點

為了揭示持續高溫對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場的影響規律，在杭長客專的金華江特大橋上（圖2）設置了無砟軌道溫度場監測工點，對氣溫和無砟軌道溫度進行長期監測，監測的時間為2014年5月—2015年10月。

圖2　杭長客專金華江特大橋

2. 2監測方法

目前軌道結構測試以電參數測試居多，雖然該技術較為成熟，但是由于受信號干擾影響大、傳感器使用壽命有限，難以滿足軌道結構長期監測的需要［7］。

光纖傳感技術是一門新型傳感技術［8］，具有精度和靈敏度高、穩定性好、抗電磁干擾、使用壽命長、易于網絡化等優點，可對速度、加速度、位移、溫度、振動等參數進行準確檢測［9-10］。因此現場試驗使用光纖傳感技術對軌道結構溫度進行長期監測。

2. 3現場測點安裝

監測的內容主要包括氣溫和軌道板溫度。氣溫測點設置在橋梁擋墻外，如圖3所示。軌道板溫度測點設置在軌道板板中，通過在軌道板灌漿孔打孔埋入溫度傳感器，如圖4所示。

圖3　橋上溫度測點布置

圖4　軌道板溫度傳感器現場埋設

3　監測數據分析

圖5為金華江特大橋日軌道板板中最高溫度與日最高氣溫關系圖。從圖5可以看出，2014年的7月10日—12日、7月18日—23日、7月29日—31日和2015年的6月26日—30日、7月13日—20日、7月26日—8月6日軌道板板中的最高溫度均出現了峰值，而此時的日最高氣溫均超過了35℃，且持續超過了3 d，因此可斷定軌道板板中溫度峰值的出現與持續高溫的影響密不可分。

圖5　金華江特大橋日軌道板板中最高溫度與日最高氣溫關系

表2為持續高溫時間內日最高氣溫與軌道板溫度關系表。表中Z = Tc- Tq。Z為持續高溫導致的日最高軌道板溫度與日最高氣溫差增大值（相對于非持續高溫期間日最高軌道板溫度與日最高氣溫的差值），Tc為持續高溫期間日最高軌道板溫度與日最高氣溫差值的平均值，Tq為持續高溫前日最高軌道板溫度與日最高氣溫差值的平均值。

表2　持續高溫時間內日最高氣溫與軌道板溫度關系

通過對表2中的數據進行擬合，得到了增大值（Z）與持續天數（D）和持續高溫期間日最高氣溫平均值（T）間的關系式：Z = 0. 15D + 0. 44T - 15. 9（4≤D ≤12，35≤T≤38），該公式的擬合優度（R2）為0. 989。根據該公式計算得到金華地區日軌道板溫度增大值與持續天數和持續高溫期間日最高氣溫平均值間的關系，如表3所示。

表3　持續高溫期間日軌道板溫度增大值與日最高氣溫平均值

4　結論

本文在CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域劃分研究的基礎上，通過對金華江特大橋日軌道板板中最高溫度與日最高氣溫數據的對比分析，揭示了持續高溫對CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場的影響規律，得到以下結論：

1）CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場區域的劃分可根據以下3個控制指標：最高溫度≥35℃，持續時間≥3 d和日溫差≤10℃。

2）全國CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度場可劃分為2個區域，即寒冷地區和溫暖地區，2個區域以“秦嶺-淮河一線”為界。

3）金華地區軌道板溫度增大值與持續天數和持續高溫期間日最高氣溫平均值間的關系為：Z = 0. 15D + 0. 44T - 15. 9（4≤D≤12，35≤T≤38）。

4）目前規范中對無砟軌道溫度荷載的取值并未考慮持續高溫的影響，而現場監測結果表明持續高溫會使軌道板板溫進一步增大，建議在CRTSⅡ型軌道板溫度荷載取值時疊加上持續高溫導致的增量值。

鑒于我國幅員廣闊，各個地區高溫持續的天數和最高溫度均不同，因此下一步有必要針對全國典型城市進行無砟軌道溫度長期監測，應用統計學的方法得到各地區持續高溫影響下的CRTSⅡ型軌道板溫度荷載增量值。

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（責任審編孟慶伶）

Experimental Study on Influence of Sustained High Temperature on Temperature Field of CRTSⅡSlab-type Ballastless Track

LIN Chao
（China Railway Siyuan Survey and Design Croup Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430063，China）

AbstractCRT SⅡslab-type ballastless track takes the track slab and bed slab as the overall structure which are laid longitudinally and continuously and is greatly influenced by the temperature load，especially in the sustained high temperature weather. Based on the definition of the sustained high temperature，this paper put forward three control indexes for the temperature field region division of CRT SⅡslab-type ballastless track and temperature field region was divided through the meteorological data of typical cities in China. T hrough the long-term monitoring for temperature field of CRT SⅡslab-type ballastless track on one bridge in East China，this paper got the relationship among the increased value of track slab temperature，sustained high temperature days and the average daily maximum temperature during sustained high temperature period，which could provide a experimental basis and data supporting for the temperature load value of CRT SⅡslab-type ballastless track in existing specification of our country.

Key wordsSustained high temperature；CRT SⅡslab-type ballastless track；Region division of temperature field；Field test

中圖分類號U213. 2+44

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 04

文章編號：1003-1995（2016）05-0015-04

收稿日期：2016-03-05；修回日期：2016-03-18

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發計劃（Z2013-G001；2014G001-A）

作者簡介：林超（1989—），男，助理工程師，碩士。