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2014年联合铁路会议论文集
JCR2014
确保公铁平交道口耐久高性能的养护、评估及管理措施
Jerry G. Rose University of Kentucky Lexington, KY, USA
Brett Malloy University of Kentucky Lexington, KY, USA
Reginald R. Souleyrette University of Kentucky Lexington, KY, USA
摘要
修复或更换公路铁路地面平交道口常占据美国公路政府机构和铁路工业的轨道维护开支的主要费用。平交道口的磨损速率以比邻接的轨道和路面更快，这主要是由于在共同使用的过境区内的公路和铁路荷载的共同作用，并且在直接过境区域内难以维持适当的排水。
高速公路铁路平交道口的目的是提供一个光滑的表面，使橡胶轮胎车辆在铁路上安全通行。共同使用的区域占据高速公路和铁路线的主要成本费用。在理想情况下，公铁平交道口将长时间段保持平滑的表面和稳定的道床。当轨道需要调整或由于路面不平整问题需要更换地面时，理想的运行环境可以减少高速公路和铁路交通的昂贵且频繁的中断。使用具有特别设计的分层支撑和优质材料的面板系统“快速更换铺面”公路交叉口的更新可在一天之内完成，该程序包括完全移除旧的交叉板和轨道材料，即更换沥青底衬层、预压道砟层、更换新轨道板和铺面。沥青层的组成与用于公路的沥青层的组成相似，它替代了典型的颗粒状底碴层全部或一部分。
当地公路机构和铁路公司之间的合作努力将理想地降低成本，改善成品质量，减少公路和铁路在恢复过程中的中断。一个主要目标是在更新过程中尽量减少公路和铁路交通的破坏，同时提高交叉口的性能和延长其使用寿命。当关闭的长度被主要考量时，典型的时间表是铁路最多停车4小时，高速公路只关闭8至12小时。
本文介绍了重型铁路和公路交叉口的大量长期测试和性能评估。压力盒已经嵌入轨道内，以记录由于来自列车和公路车辆的负载在交叉结构的分层部分内的压力水平。此外，本文还记录了多个交叉点的长期沉降测量和评估。测量表明，在保持可接受的平滑度水平及结合快速更新的层状体系的情况下，平交道口的长期沉降量显著减少。此外，本文还为几个公路机构和铁路公司使用这种技术进行道路更新计划提供了标准实践和规范。这些长期性能评估表明这种做法可确保平交道口耐久，经济，平稳的使用，从而提高安全性和操作性能。这项技术的应用继续增加，且被美国许多地区采用为标准做法。
交叉管理技术（模型决策过程）用于评估最佳工程解决方案，以恢复所需的平滑度，最小化后续沉降，并确保公路铁路沿线交叉口的可接受的长期性能。这些技术是因地制宜的，主要基于历史性能，当前观察的性能和条件以及平交道口的可测量参数。
工艺决策模型包括三个选项，取决于平交道口的粗糙程度。该过程包括仅涉及对道路方法的质量的改进、仅更换劣化的交叉表面以及完全更新平交道口铺面、轨道和基础。最有效的解决方案是完全更新平交道口铺面，轨道面板和基础支持，以纠正影响平交道口最佳性能的长期问题。
绪论
美国铁路系统由超过750个铁路组成，在140,000英里的轨道上运行。每天火车穿越212,000多个公路铁路地面交叉口，其中136,000（2/3）是公共交通。平均来说，每一英里的轨道有一个公共交叉口，每两英里的轨道有一个私人交叉口，另外还有38,000个地方，铁路轨道和道路在不同的高度交叉作为立交道口。立交道口是道口中理想的情况。
一级公路铁路交叉口代表高速公路和铁路线的特别昂贵的部分。交叉路面和轨道（轨道，系带和道碴/亚盘）替代了共同使用的交叉区域内的高速公路路面结构。开放轨道的典型成本，从路基的顶部，大约$ 100每轨迹英尺。然而，根据所使用的交叉路面类型以及在更新/恢复过程中需要的轨道支撑和排水改进的程度，交叉口内的额外成本可以增加100到500美元每轨迹英尺。
十字路口可能以更快的速率恶化，并且需要以比邻近交叉路口的路面（或铁路）更频繁的间隔重建。这主要取决于公路交通的数量和类型以及轨道桥支撑的相对质量。此外，由于在安装或重建之后很快就沉降，交叉口通常提供低乘坐质量，并且驾驶公众必须忍受这种烦扰，直到交叉路口更新。
在结构上，铁路和高速公路通常对于过境处的公共区域设计非常不同。全粒铁路路基和轨道系统设计为灵活的，在正常铁路交通下偏转高达0.25英寸（6.5毫米）。这种支持通常通过交叉路口。高速公路路面结构设计为基本上刚性的，即使在重型卡车下也极少地偏转。交叉（轨道）支撑基本上是由颗粒（破碎的聚集体或压载）组成的轨道结构，其可以提供比公路接近的更低水平的承载能力。因此，交叉区域随着随后的永久沉降而过度偏转。这导致交叉表面和支撑件的快速磨损和磨损材料和表面经常由于交叉的劣化和沉降而过早失效。
重要的是，交叉结构提供足够的结构完整性以支持所施加的载荷。典型的交叉设计仅提供交叉表面被放置在轨道旁边和绑带上方。只有未结合的颗粒材料和可能的土工合成材料放置在系带下面。开放式颗粒状履带板允许沿着轨道和表面内的接头进入的地表水穿透并随后使下面的路基/路基饱和，从而降低结构支撑件的结构完整性。如果由于排水不足而存在的地下水，可以进一步降低轨道床支撑层的结构完整性。
具有不足的结构支撑的交叉结构在组合的公路/铁路装载下过度偏转，这增加了交叉部件上的有效冲击应力和疲劳。表面过早劣化。永久性沉降发生在过境区域内，给公路和铁路装载带来额外的冲击应力和疲劳。
周期性地，可以在轨道的正常表面之前用额外的压载物提升交叉口两侧的轨道，以恢复期望的几何特征。因此，如果轨道轮廓不是通过交叉点相等地升高，则交叉点可以变为铁路轮廓中的永久低点，这进一步增加了来自铁路装载的冲击应力。此外，低点收集水，排水受损可进一步削弱下层结构。
当交叉口的粗糙和恶化对交叉口的安全和合理的交通操作产生不利影响时，必须以高成本和对旅行公共和铁路运营的不便去除和更换交叉口。通常，使用类似的材料和技术替换交叉，从而确保类似的一系列事件。
理想的交叉连接过程
理想的公路/铁路交叉口更新工艺
理想的公路/铁路交叉口更新的目标是（Rose，Swiderski和Anderson，2009）：
bull;提供一个质量，安全，经济高效的公路/铁路交叉口，对公路和铁路交通将保持稳定，平稳和可用性至少15年，年成本最小（将轨道和交叉路口维护的高成本中断降至最低）
bull;在需要时在最短的时间内完成更新（轨道和交叉路面），而不会对铁路和公路交通造成重大干扰，必要时可以实现最多四小时的火车宵禁和8至12小时的公路封闭，和bull;采用合作性的成本分摊方法，涉及铁路（及其承包商，如适用）和地方政府/公路机构，以提供经济，优质的产品。
在预期的更新日期之前很好地举行规划会议的重要性怎么强调也不为过。铁路公司和政府/公路机构必须解决三个主要问题（Rose，2009（1F））：
bull;选择日期 - 这可以最大限度地减少铁路和公路交通的中断和不便。根据现行铁路和公路交通情况，必须考虑现场具体因素。
bull;分配责任 - 这些可以在铁路公司和政府/公路机构之间共享，以最大限度地利用两个实体的内在专业知识和经济。铁路公司通常负责轨道区内的工作活动。政府/公路机构可以参与交通控制和沥青摊铺。这些是与其典型的公路维护责任一致地经常提供的活动。
bull;股份成本 - 由于政府法规和铁路公司政策的具体规定，政策可能会有很大差异，因此这可能是预先确定的。然而，一个主要目标是通过向可以以最低成本提供高质量产品的实体分配活动来扩大可用资金。通常，铁路线路内的活动必须由铁路公司进行或在铁路公司的监督下进行。这些主要包括拆除和安装轨道和横穿材料。本地公路/政府机构可以处理高速公路上的交通控制，提供公告，并且执行沥青铺路的一些或全部。
典型的全大陆再生/再生过程
典型的全颗粒状更新及维护工艺
历史上，公路铁路交叉口的最常见的轨道（子结构）支撑由未结合的颗粒材料组成，如图1a所示。
上部通常由通常尺寸为3英寸（75mm）至约0.25英寸（6.5mm）的开放等级的自由排出压载尺寸颗粒组成。由更细尺寸的颗粒或亚稳固剂组成的颗粒层在压载物之下。压载层中的空隙可以潜在地提供水通过并渗透下面的亚稳定层和可能的路基。这可以降低支撑件的结构完整性。在轨道交叉区域内对高速公路车辆的固有缺乏支持可能导致交叉口的过度偏转。过度的偏转以及由于支撑材料的高水分含量而导致的支撑强度的减小，最终导致交叉的永久沉降。这对直接穿越区域的公路和铁路轨道造成不利影响。
用常规颗粒材料更新的典型交叉通常在结构上不足以承受组合的公路/铁路装载。在轨道板下面需要高质量的底座（或基座），以向公共交叉区域提供类似的承载，限制和防水质量，如通常存在于邻接的路面部分中。
缓解覆盖/恢复过程
沥青垫层的更新及维护工艺
在轨道基础结构内使用热混沥青层替代常规粒状子球体或者除了常规粒状子球体之外，正在广泛地用于向交叉路口提供理想的性能（Rose，2011）。也许数千个过境点已经使用这个程序修复或初步构建。基本过程包括移除旧的交叉路面和轨道面板，然后挖掘压载物，亚压制物和路基的垫层混合物到所需的深度。这些被替换为热混沥青（称为沥青衬垫）的压实层，压实的压实层，新的轨道面板和新的交叉表面，如图1b所示。
添加沥青层为公路铁路交叉口提供理想的子结构支撑系统，这些是：
bull;产生足够的强度以抵抗组合的公路和轨道负载，从而最小化基础路基的应力，
bull;由于公路和轨道负载，使交叉点的垂直偏转和永久变形最小化，从而使交叉部件的磨损和老化最小化，
bull;用于防水底层路基，使其承载能力不会牺牲，即使放在边际质量等级。
另一个好处是，当需要时，沥青层的包含适合于“快速铺装”过程。这暗示着该轨道可以在四小时内恢复使用，而高速公路在8小时到12小时内恢复使用，取决于进场安装的程度。由沥青层提供的增强的支撑与镇流器的立即压实相结合，排除了在几天的时间内促进与火车交通的压实的需要。因此，可以在一天内完成交叉点的更新，同时最小限度地关闭交叉点以及为旅行公众带来的好处（Rose，2012）。
对于轻型交通铁路线或多轨线路，闭合可能不会显着影响列车运行。然而，在具有重型列车交通的单轨轨道线路上，完成工作所需的时间量可以决定是否以及何时将安排修复工作。此外，关闭过境车辆的交通只有一天，可以最小化对旅行公众的干扰。总的来说，这种方法在最小的时间内提供了质量，平滑的交叉。
图2a示出了在2002年位于Ashton，WV的WV路线2上的CSX交叉口，并且仍然处于完美状态，在11个中间年份中不需要维护。
图2b显示了在西KY的Owensboro西部的US 60上的CSX橡胶密封/沥青混合物，也在2002年放置，在11年后仍然处于完美状态，尽管最近连同T＆S程序一起移除。数字
图2c示出了位于宾夕法尼亚州西布朗斯维尔的NS的3226英尺（983米）长的交叉的完整部分。 NS在四年时间内分四次更新这个路口，以纠正以前的长期维护费用，因为必须以频繁的间隔更新部分路口。最后20％（654英尺（200米））的过境点将在2014年对这条线进行维护时更新。这条过境点沿着Main Street的重吨吨煤运输线将有沥青支撑支撑和混凝土表面沿整个距离。
典型的沥青路面设计
沥青层的典型尺寸为大约12英尺（3.7米）宽和大约5英寸至6英寸（125毫米至150毫米）厚。对于较差的轨道支撑条件和高影响区域，8英寸（200-mm）的厚度。上覆压载的厚度范围从8至12英寸（200至300mm）。如果使用，颗粒状亚稳态层的厚度通常为6至8英寸（150至200mm）厚。沥青层的长度通常将延伸超过紧邻交叉区域的指定距离。此距离基于特定地点的当前条件和可用于执行工作的时间。需要10英尺（3m）或更大的距离。
沥青混合料规格通常是最大骨料尺寸为3/4至1 1/2英寸（25至38mm）的区域中主要的稠密级高速公路基料混合料。沥青结合料含量可以比高速公路应用所考虑的最佳值高0.5％，导致低至中等模量（塑性）混合，具有1至3％的设计空气空隙。这种混合物更易于致密至小于5％的原位气孔，因此有助于足够的强度和不渗透的垫。塑料混合物的转向在轨道床中不是关心的，因为压力通过压载在大面积上施加。渗漏和冲洗也不重要，因为轮子不与沥青层直接接触，并且在绝缘的轨道环境中温度极限最小化。
典型跟踪安装实践
典型的道床安装施工
安装沥青层所需的设备根据设备的尺寸而变化。对于双车道维护/修复项目，沥青通常在用传统的振动压实机压实之前，已经在现场用推土机，小推土机，山猫等进行反向倾卸。此过程需要移除旧履带板。基于对许多装置的相对成本分析，放置沥青的成本是最小的，略大于放置常规粒状子球。递送到作业现场的沥青材料的成本增加了相对于总轨道移除和更换成本的小百分比，约5％，因为它替代了颗粒状亚稳球的一部分或全部。大部分成本涉及设备，劳动力和轨道材料。如果轨道被移除并且用新的压载物替换下面的压载物/亚压模物，则添加到轨道停止以放置沥青的时间是微不足道的。
对于较大的开放式工程，主要是新建筑和准备的路基，沥青可以放置常规沥青铺设（铺路）设备，并用大型振动压路机压实。该程序类似于公路建设。如果由于在邻近区域中
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