高铁可以走货运列车吗?载货能力是怎样的?

高铁可以走货运列车吗?载货能力是怎样的?

本文以长期客货混行的遂渝线无砟试验段为例进行说明。

遂渝线无砟轨道试验段是我国第一条成区间铺设的无砟铁路路段,同时也是唯一进行大规模客货混行的无砟铁路,其采用了CRTS-I板式、双块式以及长枕埋入式无砟轨道。该区段位于重庆市内,动车组列车限速160km/h,机辆式客车和货车均限速120km/h。以遂渝线无砟试验段作为论述对象具有现实性。

由于机辆式列车的机车和货车的轴重(一般机车23-25t,货车17-30t)均大于无砟轨道能够稳定承受的最大轴重(17t),所以随着线路运营时间和客货运输量的增长产生了严重的病害。如轨道板承重层与碎石碾压层之间翻浆冒泥和轨道板下沉歪斜的问题。

如图所示,由于无砟轨道与有砟轨道的结构存在不同,因此承受高轴重车辆对轨面的不断冲击,再加上雨水的渗透冲刷,很容易就会使得图2中的支撑层和级配支撑层之间出现翻浆冒泥情况,在碎石层产生空洞。产生的空洞导致轨道板受力不均产生贯穿裂纹、边角破损和下沉歪斜的情况。

对于图1的板式轨道板而言,受到高轴重的冲击会导致CA砂浆层的破碎粉化和被挤出夹层的现象产生,部分路段病害异常严重。

为什么会产生如此大的病害?原因就在于无砟轨道本身是为低轴重动车组列车所设计的,然而在实际运用中却为动车、机辆客车、货车混跑,荷载及破坏力远大于设计标准。同时由于机辆式客车与货车的轮对都或多或少的有一些擦伤(即轮子不圆润)在运行过程中擦伤部分会不断与钢轨碰撞,影响轨面平顺度。

另外,据实地测量,运行在遂渝线无砟试验段是的客车机车轮轨力主要集中在100 kN~120 kN , 客车车辆轮轨力主要集中在60 kN~80 kN;货车机车和车辆轮轨力均主要集中于100 kN~130 kN。在实证的角度上证明了货车和机车对轨道的冲击大于客车。

在寿命预测上,取工况一假设所过车辆全为客车,每天运行16编组CRH2型动车组共40列,则每天列车荷载将循环(40x16x4)次;工况二假设每天运行的车辆为40列50编组C80型货车,即每天列车荷载循环(40x50x4)次;工况三则假定客、货车交替作用。寿命预测如下:

结果表明由于货车的大轴重对轨道板的冲击,导致客货车交替作用下的轨道板寿命较单一客车作用下降了十倍左右,且在损坏后的修复的难度和成本都相对有砟铁路更高。

那怎样缓解货车在无砟轨道上运行时对轨道产生的破坏呢?根据概率频谱推算,当货车在100km/h的速度运行的时候,轮轨力小于170kN(即17t)的概率为99.65%,可近似认为不超限。因此建议客货共线无砟轨道货车车速控制在100 km/h 以下。

另外,由于高速铁路线路的设计是为了客运而生,因此车站、到发线、站间距等诸多设计均没有为货运考虑,目前只有兰新客专因为特殊原因有货车在上面运行。

可见货车的每日对数也较少,也是有充分考虑到货车对无砟铁路的损坏作用的。

综上所述,不建议货车在CRTS轨道板的高铁轨道上运行。

既然常见的CRTS无砟轨道板无法承受大轴重,那有没有其他形式的轨道板能够承受大轴重呢?答案是肯定的:长枕埋入式无砟轨道能够承受客货共线甚至纯重载铁路车辆的运营。

长枕埋入式轨枕主要在区间和道岔区使用。区间埋入式长枕采用预应力钢筋混凝土轨枕结构,侧面设置预留孔,制造方便,经济性好,在我国既有客货共线铁路( 秦沈线、渝怀线等) 及新建重载铁路(瓦日线)中铺设。道岔区埋入式岔枕底部设置桁架钢筋,生产工艺相对复杂且成本较高,在我国遂渝、武广、郑西、沪杭等多条高速铁路中铺设应用。

以在桥梁区间使用的埋入式桥枕为例,可承受的运营列车最大轴重为300kN(即30t),满足重载运营要求。

但是目前国内外均未见到有大规模铺设无砟轨道重载运营线路,缺失相关的实践经验。对既有线路的调研结果显示,客货混运时隧道内无砟轨道易于出现扣件弹条断裂、轨枕空吊、轨枕伤损等病害影响轨道结构的服役安全性。

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