1.本发明涉及轨道交通工程技术领域，具体而言，涉及一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法。
背景技术：2.我国大多高速铁路或城市轨道交通主要采用无砟轨道，当无砟轨道铺设于基础稳定性较为薄弱区域时，如差异沉降、膨胀土、路基冻胀等，基础变形将直接影响轨道平顺性以及无砟轨道受力。较为剧烈的基础变形可导致层间离缝和无砟道床开裂，影响无砟轨道系统的服役性能以及高速列车行车舒适性和安全性。当线下基础变形不大时，一般可通过扣件调整恢复线路平顺性，但当线下基础变形较大时通过扣件系统难以进行维修和调整，采用切割下部基础、拆除无砟轨道重建等对策。
3.在高速铁路隧道和路基区段，目前通常采用双块式无砟轨道结构，其道床形式为纵连式结构。当隧底结构发生上拱变形后，隧底变形直接传递至轨道结构，无砟道床板上表面将形成较大的拉应力，可能导致道床开裂。运营经验表明，目前隧道和路基区段内双块式无砟轨道结构的主要病害之一就是道床板表面裂纹。此外，由于道床板裂纹具有不规律性，部分裂纹向双块式轨枕发展，导致承轨台开裂，严重影响无砟轨道结构服役性能。
4.既有的工程措施中，主要关注对轨道结构几何形位进行调整，但无法有效保证道床结构的耐久性。也就是说，现有技术中双块式无砟轨道结构存在线下基础变形后道床板随机裂纹发展导致耐久性不足的问题。
技术实现要素：5.本发明的主要目的在于提供一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，以解决现有技术中双块式无砟轨道结构存在线下基础变形后道床板随机裂纹发展导致耐久性不足的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，包括：确定道床变形情况，选取道床板应力疏导区；测量应力疏导区内的钢轨和道床板的下部结构的变形数据；建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形数据导入轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面；根据应力控制断面，确定应力疏导方案；在道床板表面设置应力释放沟槽，引导裂纹扩展方向。
7.进一步地，在确定道床变形情况时，根据动检车数据确定道床变形范围。
8.进一步地，在确定道床变形范围后，确定道床变形范围内的轨道结构状态、道床的基础结构是否存在裂纹、轨道结构层间离缝数据，以得出应力疏导区域。
9.进一步地，在测量应力疏导区内的钢轨和道床板的下部结构变形数据时，采用轨检小车测量应力疏导区域的钢轨的绝对或相对高程，绘制钢轨的连续变形曲线，并在道床板的下部结构布置测点，测定应力疏导区域内的道床板的下部结构变形曲线。
10.进一步地，在建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形曲线导入轨道系统应力仿
真分析模型，并计算确定应力控制断面时，轨道系统应力仿真分析模型至少包括钢轨、扣件、轨枕、道床、道床板的下部结构，并将测定应力疏导区域内道床板的下部结构变形曲线作为边界条件导入模型中，分析道床板受力变形特征，根据最大应力区域确定应力控制断面。
11.进一步地，在确定应力疏导方案时，应力疏导方案包括应力释放沟槽设置位置、相邻的应力释放沟槽的间隔、应力释放沟槽的几何形状、应力释放沟槽的深度。
12.进一步地，相邻的应力释放沟槽的间隔大于1个扣件间距。
13.进一步地，应力释放沟槽的深度大于等于5mm且小于等于15mm；和/或应力释放沟槽的的宽度小于等于10mm。
14.进一步地，应力释放沟槽呈v字形。
15.进一步地，在道床板表面设置应力释放沟槽时，采用线切割的方式设置应力释放沟槽，并在切割的同时注水，在切割完成后，对应力释放沟槽进行打磨。
16.应用本发明的技术方案，本技术中的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，包括：确定道床变形情况，选取道床板应力主导区；测量应力疏导区内的钢轨和道床板的下部结构的变形数据；建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形数据导入轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面；根据应力控制断面，确定应力疏导方案；在道床板表面设置应力释放沟槽，引导裂纹扩展方向。
17.使用本技术中的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法的有益效果是：无砟轨道结构线下基础变形后，无砟道床应力水平较高，在道床板高应力区设置应力释放沟槽，引导道床表面裂纹发展路径，避免表面裂纹向轨枕块发展，可有效保护双块式轨枕，进一步保证了无砟道床结构的耐久性和可靠性。本技术提出的一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，解决了现有技术中的基础变形后纵连式无砟道床耐久性不足，通过合理设置应力释放沟槽，在保证轨道结构稳定性的同时，提高轨枕区域结构的可靠性，避免因为道床上拱或下沉导致的双块式轨枕开裂以及脱空等病害。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本发明的一个具体实施例的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法的流程示意图；
20.图2示出了本技术的一个具体实施例中道床应力控制断面示意图；
21.图3示出了本技术的一个具体实施例中应力释放沟槽的布置示意图；
22.图4示出了图3的实施例中应力释放沟槽侧视图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、道床板；11、钢轨；12、扣件；20、双块式轨枕；30、应力释放沟槽；31、应力控制断面。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
28.为了解决现有技术中双块式无砟轨道结构存在线下基础变形后道床板随机裂纹发展导致耐久性不足的问题，本技术提供了一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法。
29.本技术中的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，包括：确定道床变形情况，选取道床板10应力疏导区；测量应力疏导区的钢轨11和道床板10的下部结构的变形数据；建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形数据导入轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面；根据应力控制断面，确定应力疏导方案；在道床板10表面设置应力释放沟槽，引导裂纹扩展方向。
30.使用本技术中的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法的有益效果是：无砟轨道结构线下基础变形后，无砟道床应力水平较高，在道床板10高应力区设置应力释放沟槽，引导道床表面裂纹发展路径，避免表面裂纹向轨枕块发展，可有效保护双块式轨枕，进一步保证了无砟道床结构的耐久性和可靠性。本技术提出的一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，解决了现有技术中的基础变形后纵连式无砟道床耐久性不足，通过合理设置应力释放沟槽，在保证轨道结构稳定性的同时，提高轨枕区域结构的可靠性，避免因为道床上拱或下沉导致的双块式轨枕开裂以及脱空等病害。
31.在本技术中，应力疏导区需要根据现场测试数据以及仿真分析模型联合确定。目前尚无有文献资料或相关标准来明确该区域。工务部门在养修过程中一般根据不平顺进行调整，当部分地段不平顺超限时，通过调整扣件来实现调平。但本技术提出的应力疏导区则是针对道床板裂纹发展的。在确定应力疏导区时，需要一些关键评判指标，如变形、道床板下支承层的裂纹或者层间离缝等。先根据动检车不平顺或车体加速度大致确定范围，再结人工检查以及裂纹、离缝等检查数据确定应力疏导区，最后根据理论分析结果确定应力控制断面。
32.具体地，在确定道床变形情况时，根据动检车数据确定道床变形范围。并且，在确定道床变形范围后，确定道床变形范围内的轨道结构状态、道床的基础结构是否存在裂纹、轨道结构层间离缝数据，以得出应力疏导区域。需要说明的是，动检车的动检数据为高低不平顺和车体垂加。根据《高速铁路线路维修规则》中对于不平顺和车体加速度的分级指标，如果超出ii级限值，就要制定维修计划，超出iii级就要及时处理，iv级就要限速。动检数据一般只能给出大致的轨道平顺性超限区间范围，在明确变形范围后，再进一步聚焦缩小范围。应力疏导区需要进一步结合人工检查和轨检小车确定，并结合应力分析模型确定控制断面，控制断面即道床板的最不利断面。在本技术中，动检车的数据包括轨道长波高低不平顺以及车体垂向加速度。
33.具体地，在测量应力疏导区内的钢轨11和道床板10的下部结构变形数据时，采用轨检小车测量应力疏导区域的钢轨11的绝对或相对高程，绘制钢轨11的连续变形曲线，并
在道床板10的下部结构布置测点，测定应力疏导区域内的道床板10的下部结构变形曲线。
34.在本技术中，根据动检数据确定大致区间范围后，然后再进行现场检查，现场检查时需要明确轨道结构状态、基础结构是否存在裂纹、轨道结构层间离缝等特征，以变形量最大或隧底回填层/支承层存在裂纹为关键指标确定无砟道床应力疏导实施区域。
35.现场检查过程中，需同时采用轨检小车测量钢轨绝对或相对高程，绘制钢轨变形曲线。
36.现场检查过程中，同时在无砟道床板10下部结构布置测点，测定实施区域内道床变形曲线。隧道内下部结构为隧底回填层，路基上可为支承层或者路基表层。下部结构测点间隔1m进行布置，以减小工作量。结合钢轨变形特征绘制下部结构变形曲线。
37.如图1所示，为本技术的一个具体实施例中基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法的流程示意图。
38.具体地，在建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形曲线导入轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面时，轨道系统应力仿真分析模型至少包括钢轨、扣件、轨枕、道床、道床板10的下部结构，并将测定应力疏导区域内道床板10的下部结构变形曲线作为边界条件导入模型中，分析道床板10受力变形特征，根据最大应力区域确定应力控制断面。
39.在本技术中，建立无砟道床应力数值仿真模型时，以基础上拱波长20m为例，无砟轨道仿真分析模型中包括钢轨、扣件12、轨枕、道床、隧底结构等，层间考虑接触或粘结作用，模型纵向长度不小于30m。将道床变形曲线作为边界条件导入模型中，分析道床板10受力变形特征，提取最大应力区域，明确应力控制断面。如图2所示，其中轨枕是双块式轨枕20，并且在图2中示出了应力控制断面31。
40.具体地，在确定应力疏导方案时，应力疏导方案包括应力释放沟槽设置位置、相邻的应力释放沟槽的间隔、应力释放沟槽的几何形状、应力释放沟槽的深度。
41.具体地，相邻的应力释放沟槽的间隔大于1个扣件间距。
42.具体地，应力释放沟槽的深度大于等于5mm且小于等于15mm；和/或应力释放沟槽的的宽度小于等于10mm。
43.在本技术的一个具体实施例中，应力释放沟槽间隔应为2个扣件间距，长度应等于道床板宽度，总数量为3个。沟槽应采用v字型，深度为10mm，最大宽度10mm。并且，在道床板表面设置应力释放沟槽时，采用线切割的方式设置应力释放沟槽30，并在切割的同时注水，在切割完成后，对应力释放沟槽进行打磨，保证沟槽上表面具有一定的圆角，避免在沟槽上表面起裂。如图3和图4所示，为应力释放沟槽30布置示意图。
44.值得说明的是，在具体实施过程中，应根据基础变形具体情况予以制定。应力释放沟槽可以设置为一个或多个，沟槽间距可为均匀分布或不均匀分布。
45.表面应力释放沟槽切割完成后，定期对无砟道床裂纹状态进行观测，同时对开裂后的无砟道床进行评估，保证结构可靠性。
46.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：无砟轨道结构线下基础变形后，无砟道床应力水平较高，在道床板高应力区设置应力释放沟槽，引导道床表面裂纹发展路径，避免表面裂纹向轨枕块发展，可有效保护双块式轨枕，进一步保证了无砟道床结构的耐久性和可靠性。本技术提出的一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制
方法，解决了现有技术中的基础变形后纵连式无砟道床耐久性不足，通过合理设置应力释放沟槽，在保证轨道结构稳定性的同时，提高轨枕区域结构的可靠性，避免因为道床上拱或下沉导致的双块式轨枕开裂以及脱空等病害。
47.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
48.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
49.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
50.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，包括：确定道床变形情况，选取道床板(10)应力疏导区；测量所述应力疏导区内的钢轨(11)和所述道床板(10)的下部结构的变形数据；建立轨道系统应力仿真分析模型，将所述变形数据导入所述轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面；根据所述应力控制断面，确定应力疏导方案；在所述道床板(10)表面设置应力释放沟槽，引导裂纹扩展方向。2.根据权利要求1所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在确定所述道床变形情况时，根据动检车数据确定所述道床变形范围。3.根据权利要求2所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在确定所述道床变形范围后，确定所述道床变形范围内的轨道结构状态、所述道床的基础结构是否存在裂纹、轨道结构层间离缝数据，以得出应力疏导区域。4.根据权利要求3所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在测量所述应力疏导区域内的所述钢轨(11)和所述道床板(10)的下部结构变形数据时，采用轨检小车测量所述应力疏导区域的所述钢轨(11)的绝对或相对高程，绘制所述钢轨(11)的连续变形曲线，并在道床板(10)的下部结构布置测点，测定所述应力疏导区域内的道床板(10)的下部结构变形曲线。5.根据权利要求4所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在建立轨道系统应力仿真分析模型，将所述变形曲线导入所述轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面时，所述轨道系统应力仿真分析模型至少包括钢轨、扣件、轨枕、道床、道床板(10)的下部结构，并将测定应力疏导区域内道床板(10)的下部结构变形曲线作为边界条件导入模型中，分析道床板(10)受力变形特征，根据最大应力区域确定应力控制断面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在确定所述应力疏导方案时，所述应力疏导方案包括所述应力释放沟槽设置位置、相邻的所述应力释放沟槽的间隔、所述应力释放沟槽的几何形状、所述应力释放沟槽的深度。7.根据权利要求6所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，相邻的所述应力释放沟槽的间隔大于1个扣件间距。8.根据权利要求6所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，所述应力释放沟槽的深度大于等于5mm且小于等于15mm；和/或所述应力释放沟槽的的宽度小于等于10mm。9.根据权利要求6所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，所述应力释放沟槽呈v字形。10.根据权利要求1至5中任一项所述的基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法，其特征在于，在所述道床板(10)表面设置所述应力释放沟槽时，采用线切割的方式设置所述应力释放沟槽，并在切割的同时注水，在切割完成后，对所述应力释放沟槽进行打磨。
技术总结本发明提供了一种基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法。基于应力疏导的无砟轨道裂纹控制方法包括：确定道床变形情况，选取道床板应力疏导区；测量应力疏导区的钢轨和道床板的下部结构的变形数据；建立轨道系统应力仿真分析模型，将变形数据导入轨道系统应力仿真分析模型，并计算确定应力控制断面；根据应力控制断面，确定应力疏导方案；在道床板表面设置应力释放沟槽，引导裂纹扩展方向。本申请解决了现有技术中双块式无砟轨道结构存在线下基础变形后道床板随机裂纹发展导致耐久性不足的问题。问题。问题。
技术研发人员：易强 刘伟斌 王继军 王梦 施成 刘海涛 宁娜 赵磊 尤瑞林 杜香刚
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/7/5
