關于鐵路施工慢行的探討

鄭 偉

(黑龍江哈鐵工程建設有限公司，哈爾濱 150001)

鐵道線路作為一種特殊的工程結構物，在使用過程中，除了存在其特有的一定程度的殘余變形，也會出現(xiàn)一般工程建筑物所共有的彈性變形、磨耗、破損、腐蝕、臟污、老化等現(xiàn)象。為了保證運行質量，必須對線路的老化、磨損以及超限的殘余變形等進行事前預防和事后整治，而這些預防和整治必定會占用線路的運行時間，對運輸造成影響。本文從慢行對行車運輸產生的影響和慢行設置的原因以及相關處理手段入手，探討在山區(qū)鐵路上如何有效地運用現(xiàn)有的資源，將施工和運輸?shù)拿芙档阶钚　?/p>

1 天窗、慢行對運輸能力的影響

天窗是指列車運行圖中不鋪畫列車運行線或調整、抽減列車運行線為營業(yè)線施工、維修作業(yè)預留的時間。按用途分為施工天窗和維修天窗。慢行則是各項施工要按規(guī)定控制慢行距離和慢行速度。下面就天窗、慢行在自動閉塞區(qū)段、半自動閉塞區(qū)段兩種運輸組織模式下對運輸能力的影響進行分析。

首先對慢行所造成的時間延誤進行分析：

t慢=(慢行長度+列車長度×2) ÷(正常速度-慢行速度)

如果按慢行長度為2km，列車長度為800m，正常速度為90km/h，而慢行速度為60km/h、45km/h來計算的話，其慢行的延誤時間大概為8min、5min。

1.1 自動閉塞區(qū)段天窗、慢行對運輸能力的影響

(在雙線區(qū)段，按照“其他雙線自動閉塞區(qū)段旅客列車追蹤間隔不大于7min、貨車追蹤間隔不大于8min”的規(guī)定，本文取8min為追蹤間隔時間。)

1.1.1 正常情況下通過能力

平行運行圖通過能力=一晝夜時間÷追蹤間隔時間=1440÷8=180對

1.1.2 考慮天窗下的通過能力

(1)維修天窗：90min，平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷(1440-90)÷8=168.75對

(2)大修天窗：180min，平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷追蹤間隔時間=(1440-180)÷8=157.5對

1.1.3 考慮天窗和慢行下的通過能力

(1)維修天窗：90min，I追=8+5=13min，(t慢=5min)

平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷(1440-90)÷13=103.8對

(2)大修天窗：180min，I追=8+8=16min，(t慢=8min)

平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷追蹤間隔時間=(1440-180)÷16=78.75對

1.2 半自動閉塞區(qū)段天窗、慢行對運輸能力的影響

運行圖周期：T周=34min，其中：t運=13/13，t起=2，t停=2，τ會=2/2，τ連=4/4，τ不=4/4(此數(shù)據(jù)來自昆明鐵路局宣威——龍津溝控制區(qū)間，而結論未分客車、貨車扣除系數(shù))

1.2.1 正常情況下通過能力

平行運行圖通過能力=一晝夜時間÷運行周期=1440÷34=42.3對

1.2.2 考慮天窗下的通過能力

(1)維修天窗：90min，平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷(1440-90)÷34=39.7對

(2)大修天窗：180min，平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷追蹤間隔時間=(1440-180)÷34=37對

1.2.3 考慮天窗和慢行下的通過能力

(1)維修天窗：90min，T周=34+10=44min，(t慢=5min)

平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷(1440-90)÷44=30對

(2)大修天窗：180min，T周=34+16=50min，(t慢=8min)

平行運行圖通過能力=(一晝夜時間-圖定天窗時間)÷追蹤間隔時間=(1440-180)÷50=25.2對

表1通過能力降低程度表 單位：對

由表1可知，慢行對運輸能力的影響相對于天窗來說要大得多，因此在進行施工運輸協(xié)調時有不少調度對于給天窗沒有很大的爭議，而對于慢行的設置爭議頗多。

2 慢行設置的原因

鐵路線路經過清篩、起道、撥道、搗固、整平作業(yè)后，道碴顆粒就會改變原來的排列位置，重新組合。這樣就會降低道床的密實度，使道碴間的相互咬合和道碴與軌枕的接觸狀況均發(fā)生變化,從而導致道床阻力下降。道床阻力的降低,嚴重影響了軌道的穩(wěn)定性,限制了列車的安全運行速度。為此，鐵道部進行了提速線路機械化綜合維修作業(yè)后列車放行速度的研究，分析了大機維修和清篩作業(yè)后道床阻力的變化規(guī)律。

2.1 大機維修作業(yè)對道床阻力的影響

大機維修搗固后，道床橫向阻力降低約40%,這是由于搗固后道床的孔隙比增大,顆粒與顆粒間的接觸不緊所致；其縱向阻力降低約61%～62%,主要是由于搗固車作業(yè)對道肩石碴擾動較少,道床橫向阻力降低幅度相對較小。兩項阻力的變化規(guī)律可見表2。

表2維修作業(yè)前后道床阻力變化表 單位：KN/根

同時，由表2也可知，動力穩(wěn)定車作業(yè)后，道床橫向阻力與搗固后的阻力比較增加了8.8%～13.3%，道床縱向阻力與搗固后的阻力比較增加了30.2%，反映出動力穩(wěn)定車的壓實效果較明顯，對維修后線路迅速恢復阻力有很大作用。

2.2 大機清篩作業(yè)對道床橫向阻力的影響

大機清篩作業(yè)后,道床橫向阻力降低幅度較大,約為59%～68%,道床縱向阻力降低幅度相對較小,約為45%～53%，其變化規(guī)律可見表3。

表3大機清篩作業(yè)前后道床阻力變化表 單位：KN/根

表3顯示出清篩后進行大機搗固和動力穩(wěn)定,可以有效地提高道床密實度及橫向阻力[1]。

綜合表2、表3的數(shù)據(jù)，便可知道為什么在維修、大修之后需要進行慢行。同時動力穩(wěn)定車在改變慢行的效用也被展現(xiàn)出來，下面我們來介紹動力穩(wěn)定車的工作原理。

3 動力穩(wěn)定車的工作原理

動力穩(wěn)定車可以模擬列車運行時對軌道產生的壓力和振動等綜合作用，使道碴重新排列達到密實，并使軌道有控制地均勻下沉，從而迅速提高線路的橫力和道床的整體穩(wěn)定性，降低線路維修作業(yè)后列車限速運行的限定條件。其工作原理是用汽缸將兩套穩(wěn)定裝置與軌排成為一體，將其帶輪緣的走行輪，用水平油缸緊靠在兩條鋼軌的內側，用夾鉗油缸把夾鉗輪卡緊在鋼軌的外側，使穩(wěn)定裝置處于工作狀態(tài)。

工作時，穩(wěn)定裝置在動力穩(wěn)定車的牽引下低速走行。液壓馬達驅動兩激振器高速同步旋轉，產生水平振動。在水平振動力的作用下，軌排也產生水平振動，并把振動力直接傳遞給道碴。道碴在此力的作用下受迫振動，相互移動、填充和密實。與此同時，位于每條鋼軌同側的兩只垂直油缸，自動地對每條鋼軌施加所需要的垂直下壓力，使軌道均勻下沉，達到穩(wěn)定目的。

根據(jù)機械振動原理和振動特征，可以得出下列結論：

(1)穩(wěn)定裝置和軌排的振動為簡諧受迫振動。所產生的水平振動力直接傳遞給道碴，從而使道碴相互移動和填充，達到密實的目的。

(2)穩(wěn)定裝置的振幅與偏心塊的偏心距成正比，而與參振質量成反比。

(3)增大垂直靜壓力，道碴的振動力也隨之增大，道碴的填充和密實效果將大大提高。

(4)激振器的振動頻率增大，激振力也隨之增大，但對道碴的振動力不產生明顯變化。這是因為道碴等的振動力僅取決于道碴表面的靜壓力與軌排和道碴之間的摩擦系數(shù)。一般激振器的振動頻率在25～39Hz之間[2]。

由此可知，穩(wěn)定車是利用簡諧共振的原理來工作的，那么它會不會也走上很多科學發(fā)明的老路，“成也蕭何敗也蕭何”？《工務安全規(guī)則》第2.4.8條注明，在線路水平嚴重不良地段嚴禁進行穩(wěn)定作業(yè)；在技術狀態(tài)不良的橋梁上嚴禁進行穩(wěn)定作業(yè)。橋梁上的穩(wěn)定作業(yè)應嚴格控制，必須在橋梁上進行穩(wěn)定作業(yè)時，要制定安全措施。穩(wěn)定裝置要在橋臺外起振、停振；作業(yè)中設備管理單位要隨時觀測橋梁狀態(tài)，遇異常時，應通知穩(wěn)定車停止作業(yè)。

而在客運專線鐵路有碴軌道動力穩(wěn)定規(guī)定：每層道床起道、搗固作業(yè)后，應進行1～2次動力穩(wěn)定作業(yè)，穩(wěn)定車在路基上工作速度一般為0.6～0.9km/h，由下層至上層速度逐層降低。從路基向橋上進行動力穩(wěn)定時，應在上橋前30m范圍內把加載值逐漸降低50%，并在下橋后30m范圍內再把加載值逐漸提高到原來的數(shù)值。隧道中采用在橋上同樣的方法處理。穩(wěn)定車在橋上進行動力穩(wěn)定應避開橋梁自振頻率，工作速度不得低于1km/h，在橋上不得開始起振，也不宜結束動力穩(wěn)定作業(yè)。

以上兩條規(guī)定均表明，線路動力穩(wěn)定車有其先天弱點，不能在不明資料的橋梁上進行穩(wěn)定，同時，隧道也因為同樣的原因不允許穩(wěn)定，以防止隧道開裂加劇，剝離掉塊。西南山區(qū)鐵路的橋隧比例較高，而每次進行大修、維修時并不能得到相應的橋隧資料，所以不能對其進行有效的穩(wěn)定，從而使慢行的時間加長、慢行的速度降低，使施工與運輸?shù)拿芨蛹ち摇?/p>

4 解決方法

根據(jù)多個鐵路局的實踐表明，最為有效的大機清篩作業(yè)方式為:清篩機1次+搗固車1次+穩(wěn)定車1次。然而，搗固1次就能將清篩后變形的線路恢復原位很有難度，需要作業(yè)的大機司機有很高業(yè)務技能，同時若碴肩堆高,則可較大幅度地提高道床橫向阻力與等效分布阻力。而清篩后對邊坡及碴肩進行夯拍,線路清篩后道床橫向阻力會大幅度下降,其原因之一就是碴肩整體受到破壞。因此,線路清篩時采用枕盒道碴搗固與邊坡及碴肩夯拍相結合的方法,可提高篩后前期道床橫向阻力。有關對比測試表明:充分的夯拍能提高橫向阻力10%左右[3]。

因此，提高一次搗固成功率、堆高碴肩、有效運用夯拍同時對線路進行穩(wěn)定是改變道床阻力，將慢行的影響降到最低的有效方法。而要對線路進行穩(wěn)定，需要工務機械段擁有相應的橋隧資料，并通過對不同橋隧進行穩(wěn)定和相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得出有效的橋隧穩(wěn)定方法。

[1]陳小平,王平,呂關仁.大型養(yǎng)路機械清篩和維修作業(yè)對道床阻力的影響[J].鐵道標準設計,2004，(4).

[2]軌道動力穩(wěn)定車(TB/T 3064.2-2003)[S].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3]牛學勤,趙有全.道床橫向阻力及軌道不平順對無縫線路穩(wěn)定性影響定量分析[J].石家莊鐵道學院學報，1997，(12).