现代齿轨铁路无砟轨道纵向力学特性及结构适用性研究

张乾 蔡向辉 蔡小培 张岷

1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043

齿轨铁路是一种登山铁路，最大爬坡坡度可达48%，常用于旅游观光线路或矿井内的辅助运输系统［1］。齿轨铁路一般铺设于长大坡道上。采用有砟轨道时，道床纵向稳定性差，道砟易滑落，线路养护维修工作量大。无砟轨道具有平顺性高、稳定性好、维修量少等优势，符合山林与景区生态环境保护要求［2］，应用于现代齿轨铁路可避免大坡道上有砟轨道存在的整修工作繁重、稳定性不良等诸多难题，提高结构安全性与旅客舒适性。

瑞士、美国、德国等国家的齿轨铁路［3-4］起步较早，但其运营与研究工作均基于有砟轨道，且大部分建设于20世纪20年代前，受材料发展和力学机理研究所限，难以为现代齿轨铁路的设计与研究提供参考依据。目前，国内尚无现代齿轨铁路投入运营，一些学者对现代齿轨铁路在国内的设计与建设进行了可行性分析［5-7］。关于现代齿轨铁路轨道结构选型、力学特性分析等研究都有待展开。

为实现无砟轨道在现代齿轨铁路上的良好应用，蔡向辉等［8］设计了可应用于齿轨线路的桁架枕式无砟轨道结构，可解决现有无砟轨道与基础结合面弱的问题。本文考虑齿轨-紧固件-轨道板-底座的空间相互作用，基于有限元理论，建立现代齿轨铁路无砟轨道空间耦合计算模型，分析齿轨、钢轨、端刺等轨道关键部件力学特性，并与有砟轨道进行对比，研究无砟轨道对于齿轨铁路的适用性。……