小半徑曲線無(wú)縫線路養(yǎng)修技術(shù)

張進(jìn)永，高 亮

(1.北京鐵路局 石家莊工務(wù)段，石家莊 050000;2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

1 小半徑曲線無(wú)縫線路概況

無(wú)縫線路由于減少了接頭數(shù)量，改善了軌道結(jié)構(gòu)，從而提高了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，減緩了線路病害的發(fā)生，延長(zhǎng)了維修周期，提高了設(shè)備質(zhì)量。所以，近年來(lái)無(wú)縫線路的軌道結(jié)構(gòu)形式成了新鋪設(shè)線路及線路大修改造過(guò)程中的優(yōu)先選擇，現(xiàn)在許多鐵路局已開(kāi)始在半徑300 m的曲線上鋪設(shè)無(wú)縫線路，并對(duì)可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究。

為保證小半徑曲線無(wú)縫線路的穩(wěn)定性，目前基本上采用了Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件、優(yōu)質(zhì)道砟并保持足夠道床厚度、加大道砟肩寬和保持外股150 mm道砟堆高、采用高強(qiáng)度鋼軌的軌道結(jié)構(gòu)形式，并采取了加軌距桿、上地錨拉桿等加強(qiáng)措施。在無(wú)縫線路作業(yè)問(wèn)題上，工務(wù)維修規(guī)則只對(duì)半徑R=400 m以上無(wú)縫線路作業(yè)提出了要求，對(duì)R=400 m及以下無(wú)縫線路作業(yè)問(wèn)題未見(jiàn)有相關(guān)的作業(yè)指導(dǎo)說(shuō)明，特別是 R=300 m半徑的無(wú)縫線路作業(yè)大都是處在探索階段。

鑒于目前R≤400 m小半徑無(wú)縫線路作業(yè)問(wèn)題上存在的一些問(wèn)題，根據(jù)小半徑無(wú)縫線路作業(yè)上的一些實(shí)踐以及對(duì)不同作業(yè)條件下道床穩(wěn)定性能的測(cè)試，對(duì)小半徑無(wú)縫線路的養(yǎng)修問(wèn)題進(jìn)行了探討，這對(duì)于做好小半徑無(wú)縫線路防脹、防斷工作，確保行車安全具現(xiàn)實(shí)意義。

2 小半徑曲線無(wú)縫線路特點(diǎn)

2.1 受力特點(diǎn)

1)在承受溫度力及其它縱向力的同時(shí)，還承受徑向力的分力。如作用在其兩端的縱向力為Pt，則其徑向分力Pr對(duì)小半徑曲線無(wú)縫線路穩(wěn)定影響較大，且隨著半徑R的變小Pr增大。

2)列車通過(guò)小半徑無(wú)縫線路時(shí)，由于存在未被平衡超高，將產(chǎn)生離心力或向心力，使軌道產(chǎn)生了與之相反的橫向水平力。

3)列車在運(yùn)行過(guò)程中，隨著運(yùn)行速度的不同和軸重的不同，將產(chǎn)生不同的動(dòng)應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力的大小與運(yùn)行速度和軸重成正比例關(guān)系。

以上受力特性，不僅影響到小半徑無(wú)縫線路的穩(wěn)定性，還會(huì)影響到鋼軌的強(qiáng)度，加大鋼軌及配件的磨耗和磨損，縮短鋼軌更換周期，且增加了小半徑無(wú)縫線路鋼軌更換的難度。

2.2 臌曲變形的特性

曲線無(wú)縫線路與直線無(wú)縫線路發(fā)生脹軌跑道的過(guò)程有所不同，當(dāng)軌溫超過(guò)鎖定軌溫時(shí)，鋼軌內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生溫度壓力，直線地段無(wú)縫線路如果軌向較好，溫度壓力僅存在于縱向，而對(duì)于曲線無(wú)縫線路來(lái)說(shuō)，還要產(chǎn)生一個(gè)徑向分力，且隨著半徑減小該分力增大。當(dāng)溫度壓力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)使軌道發(fā)生橫移，若繼續(xù)升溫，則線路繼續(xù)向外移動(dòng)，以致最后發(fā)生跑道。因此曲線上發(fā)生橫移的溫度比直線上要低，其開(kāi)始位移來(lái)得較早，且位移可發(fā)生在曲線的任何部位。直線軌道在變形逐漸積累后，臌曲是突然發(fā)生的，而對(duì)于曲線無(wú)縫線路來(lái)說(shuō)，其脹軌跑道過(guò)程是一個(gè)逐漸的、緩慢過(guò)程，是一個(gè)隨溫度應(yīng)力循環(huán)而產(chǎn)生的軌道殘余變形累積過(guò)程。

因此，必須選擇合理的鎖定軌溫和合理的作業(yè)軌溫范圍，增強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)，提高線路養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量，才能保證小半徑曲線無(wú)縫線路的穩(wěn)定性。

2.3 鋼軌特性

小半徑無(wú)縫線路鋼軌在同等運(yùn)營(yíng)條件下，承受了更大的徑向力，加劇了曲線上股鋼軌的磨耗和下股鋼軌的壓潰，鋼軌的磨耗和壓潰減弱了軌道的框架剛度，且使線路軌距擴(kuò)大，增加了其它零配件的磨損程度。同時(shí)在小半徑無(wú)縫線路上，由于其受力特性，鋼軌較其它地段無(wú)縫線路更容易產(chǎn)生波浪型磨耗，加劇了列車運(yùn)行的不平穩(wěn)性，增加了維修工作量。

根據(jù)石家莊工務(wù)段對(duì)在上下行R=300 m鋪設(shè)的無(wú)縫線路測(cè)試的情況分析，鋼軌病害的形成與通過(guò)的總重密切相關(guān)，在石太下行線，通過(guò)大多為空車，其年運(yùn)量相當(dāng)于上行運(yùn)量的近1/3，其鋼軌鋪設(shè)三年來(lái)無(wú)波浪型磨耗，磨耗量也僅有5～6 mm，上行相同半徑無(wú)縫線路上股鋼軌基本上一年左右就要進(jìn)行側(cè)磨軌更換，且大多伴有波浪型磨耗。

3 小半徑曲線無(wú)縫線路作業(yè)

3.1 作業(yè)軌溫條件的控制問(wèn)題

在無(wú)縫線路上進(jìn)行維修作業(yè)時(shí)，必須處理好實(shí)際鎖定軌溫和作業(yè)軌溫之間的關(guān)系。目前無(wú)縫線路維修作業(yè)條件按實(shí)際鎖定軌溫并根據(jù)作業(yè)軌溫進(jìn)行掌握。《鐵路線路修理規(guī)則》規(guī)定了R=400 m以上無(wú)縫線路作業(yè)軌溫條件，對(duì)于半徑R=400 m及以下小半徑無(wú)縫線路作業(yè)軌溫未加說(shuō)明。

為確定小半徑無(wú)縫線路作業(yè)軌溫條件，對(duì)三種常見(jiàn)的作業(yè)道床橫向阻力進(jìn)行了測(cè)試，道床橫向阻力是反映道床基礎(chǔ)維持軌道橫向穩(wěn)定性能力的指標(biāo)，用在無(wú)垂向荷載(鋼軌壓力)條件下。道床橫向阻力是在起道、撥道狀態(tài)橫向位移取1 mm時(shí)所承受的橫向推力的大小來(lái)定義的，其量綱為 kN/枕。然后對(duì)作業(yè)后的曲線軌道穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估。

3.1.1 起道作業(yè)

1)起道量30 mm，根據(jù)測(cè)試，道床等效阻力 Q值為42.3 N/cm。在該阻力條件下，允許軌溫升高值［△tW］=16.7℃，得到作業(yè)軌溫與實(shí)際鎖定軌溫差值8.7℃。

2)起道量40 mm，道床等效阻力Q值36.7 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為14.6℃，作業(yè)軌溫與實(shí)際鎖定軌溫差值6.6℃。

3.1.2 撥道作業(yè)

1)撥道量10 mm，道床等效阻力Q為35.7 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為14.2℃，作業(yè)軌溫與實(shí)際鎖定軌溫差值6.2℃。

2)撥道量20 mm，道床等效阻力Q值為34 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為［△tW］=13.5℃，得到作業(yè)軌溫與實(shí)際鎖定軌溫差值5.5℃。

3.1.3 扒開(kāi)道床作業(yè)

根據(jù)測(cè)試，道床等效阻力Q值按125.6 N/cm計(jì)。經(jīng)計(jì)算，在該阻力條件下，允許軌溫升高值［△tW］=46.91℃，得到作業(yè)軌溫與實(shí)際鎖定軌溫差值為38.91℃。

由以上計(jì)算可以看出，起撥道、扒開(kāi)道床作業(yè)后對(duì)曲線軌道的穩(wěn)定性影響非常大，特別是起撥道作業(yè)。因此，應(yīng)對(duì)小半徑曲線上的起撥道、扒開(kāi)道床作業(yè)嚴(yán)格控制，制訂有針對(duì)性的控制措施。目前石家莊工務(wù)段對(duì)R=300～400 m之間的無(wú)縫線路的作業(yè)軌溫條件，根據(jù)測(cè)試結(jié)果采取了將《維規(guī)》R=400～800 m作業(yè)軌溫條件范圍減小±5℃來(lái)執(zhí)行，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)表明:嚴(yán)格按無(wú)縫線路作業(yè)的“一準(zhǔn)、兩清、三測(cè)、四不超、五不走”制度落實(shí)無(wú)縫線路作業(yè)，按作業(yè)軌溫條件完全可以保證小半徑曲線無(wú)縫線路安全。

無(wú)縫線路作業(yè)軌溫條件必須考慮實(shí)際鎖定軌溫的確定。實(shí)際鎖定軌溫是日常養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)，其準(zhǔn)確與否，直接影響著行車安全，因此必須加強(qiáng)對(duì)無(wú)縫線路的觀測(cè)，以確保所掌握的實(shí)際鎖定軌溫準(zhǔn)確。石家莊工務(wù)段對(duì)小半徑無(wú)縫線路實(shí)際鎖定軌溫的確定，采用了以下方法:①利用位移觀測(cè)樁法一月一遍加強(qiáng)觀測(cè)，并保證觀測(cè)精度;②對(duì)一些實(shí)際鎖定軌溫變動(dòng)較大地段，用無(wú)縫線路鎖定軌溫測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)定。

3.2 鋼軌磨耗問(wèn)題

小半徑無(wú)縫線路的難題之一就是鋼軌磨耗問(wèn)題，鋼軌磨耗到一定程度需要更換時(shí)帶有一定的難度，且個(gè)別點(diǎn)磨耗嚴(yán)重插入短軌時(shí)容易破壞軌道標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。小曲線半徑無(wú)縫線路鋼軌磨耗與曲線半徑大小、總貨運(yùn)量、鋼軌材質(zhì)、線路坡度、行車速度及線路養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量等條件有關(guān)。因此在鋪設(shè)小半徑無(wú)縫線路時(shí)通常采用淬火耐磨鋼軌，同時(shí)在日常養(yǎng)護(hù)中采取以下一些措施。

1)加強(qiáng)曲線養(yǎng)護(hù)，避免不均勻磨耗降低鋼軌使用壽命。石家莊工務(wù)段的經(jīng)驗(yàn)作法為每個(gè)車間成立了專門的曲線整治小組，對(duì)曲線進(jìn)行撥改，確保曲線圓順。撥改周期視曲線變化范圍而定，基本上保證每2個(gè)月1遍，重點(diǎn)地段1個(gè)月1遍。

2)涂油、調(diào)邊延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。根據(jù)不同運(yùn)量和鋼軌不同材質(zhì)確定鋼軌涂油周期，石太上下行線涂油周期分別為上行1 d 2次，下行1 d 1次。當(dāng)鋼軌磨耗到一定程度時(shí)，上下股進(jìn)行調(diào)邊使用，以減少側(cè)磨工作量和增加曲線圓順。

3)對(duì)于鋼軌波浪型磨耗問(wèn)題，利用小型機(jī)械及時(shí)打磨，并對(duì)低坍部分及時(shí)焊復(fù)，確保軌面平順。

3.3 防脹防斷問(wèn)題

3.3.1 鎖定軌溫的控制問(wèn)題

小半徑無(wú)縫線路相對(duì)于其它無(wú)縫線路來(lái)說(shuō)，其防脹防斷問(wèn)題更為突出。因此在布置防脹和防斷工作時(shí)，要將小半徑無(wú)縫線路作為關(guān)鍵地段進(jìn)行安排，同時(shí)在鋪設(shè)小半徑無(wú)縫線路時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高鋪設(shè)鎖定軌溫。

3.3.2 插入短軌問(wèn)題

小半徑無(wú)縫線路在處理重傷鋼軌以及在處理斷軌時(shí)，不可避免地要插入短軌，但是將上股變?yōu)槎誊壘€路、下股為無(wú)縫線路對(duì)防脹防斷工作都極為不利。對(duì)于個(gè)別插入的短軌，應(yīng)當(dāng)在鎖定軌溫范圍內(nèi)及時(shí)進(jìn)行焊復(fù)，以確保無(wú)縫線路的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。對(duì)于側(cè)磨較為嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行焊復(fù)的，最好在鎖定軌溫范圍內(nèi)用凍結(jié)式夾板進(jìn)行連接，并保證凍結(jié)螺栓的足夠扭力矩。

4 結(jié)語(yǔ)

小半徑無(wú)縫線路的鋪設(shè)大大簡(jiǎn)化了維修養(yǎng)護(hù)的工作量，延長(zhǎng)了維修周期，節(jié)省了人力物力成本，小半徑無(wú)縫線路養(yǎng)護(hù)，只要控制好關(guān)鍵作業(yè)施工質(zhì)量，落實(shí)好作業(yè)制度，就能夠保證無(wú)縫線路安全。

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