吹碴技術(shù)在鐵路線路養(yǎng)護(hù)中的發(fā)展

文小燕，文 平，王羽熙

（西南交通大學(xué)，1.現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)培訓(xùn)中心，助理工程師；2.機(jī)械工程學(xué)院，碩士研究生；四川成都 610031）

在鐵路機(jī)械化搗固養(yǎng)路技術(shù)發(fā)展的50年期間，其生產(chǎn)效率及作業(yè)精度都有了很大提高。特別是大型搗固機(jī)械的出現(xiàn)和發(fā)展，提供了高效率、高質(zhì)量的養(yǎng)路作業(yè)方式，滿足了鐵路線路維修及大修的需要，獲得了廣泛運用。隨著鐵路干線的進(jìn)一步提速和高速鐵路的建設(shè)，線路的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，現(xiàn)有的搗固機(jī)械逐漸不能滿足有碴線路新的養(yǎng)路要求。即使使用現(xiàn)有可達(dá)到較高精度的養(yǎng)路機(jī)械，如09系列搗固車，也不容易獲得高速鐵路的縱平、橫平精度指標(biāo)（高速鐵路的長平精度應(yīng)控制在2 mm之內(nèi)）。另外，從作業(yè)原理上，搗固過程擾動了枕下穩(wěn)定層，盡管有動力穩(wěn)定車配套作業(yè)，線路的長期穩(wěn)定性仍不可避免地受到影響。從養(yǎng)路作業(yè)的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和作業(yè)后線路狀態(tài)的穩(wěn)定性角度看，毋容置疑，機(jī)械化搗固較人工搗固有極大的提高。然而現(xiàn)有養(yǎng)路機(jī)械，在某些情況下難以滿足有碴線路養(yǎng)路新標(biāo)準(zhǔn)的要求。吹碴作業(yè)作為鐵路線路養(yǎng)護(hù)的新方法與機(jī)械搗固作業(yè)比，有維修周期長、對道碴損壞小等獨特的優(yōu)點。吹碴作業(yè)作方式在今后的鐵路線路養(yǎng)護(hù)中將會發(fā)揮越來越重要的作用。

1 搗固作業(yè)技術(shù)的局限性

1.1 作業(yè)精度不高 在進(jìn)行機(jī)械化搗固作業(yè)時，需要將搗鎬插入道床，通過振動并加力來實現(xiàn)抬升每軌枕到正確的水平線上，如圖1（b）、（c）所示。在很多情況下，線路需要的修正量小于道碴的平均粒度，為了填滿枕木下的間隙，搗固車將擠壓軌枕下已經(jīng)壓實的道碴層，重新排列的道碴與原有道碴層比較，密度有所下降，如圖1（d）。開通后列車隨即將道碴再壓實，線路很快又下沉到搗固前的狀態(tài)如圖1（a），這就是所謂“道碴記憶”。雖然現(xiàn)在可使用動力穩(wěn)定車解決初期沉降問題，但隨著鐵路干線的進(jìn)一步提速和高速鐵路的建設(shè)，現(xiàn)有搗固機(jī)械在某些情況下已不能滿足有碴線路的養(yǎng)路新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1 搗固作業(yè)過程

1.2 線路穩(wěn)定性不強(qiáng) 從理論上看，搗固作業(yè)擾動了枕下穩(wěn)定層，并造成了道碴破損，對提高線路穩(wěn)定性不利。

在進(jìn)行搗固作業(yè)時，用基準(zhǔn)弦來保證搗固車將軌道提成平順的線路。在理論上搗固車的起道系統(tǒng)能夠以5：2或6：1的比例修正線路缺陷，但實際的線路修正達(dá)不到這一水平。其中的原因之一是搗固的作用和工作范圍并不與起道量成比例。在很多情況下，線路下陷的軌枕和突出的軌枕的搗固量完全一樣，不盡合理。

近幾年來，一些鐵路雜志報道搗固作業(yè)使道碴破裂成碎石，是搗鎬的擠壓及搗鎬的振動產(chǎn)生這種破壞。當(dāng)每一次搗鎬插入搗固時，可在每根軌枕下形成4 kg的細(xì)碎體；搗固作業(yè)后，列車的重量和沖擊通過軌枕來完成道碴的壓實，這個過程會造成道碴間新的接觸磨損點，也會造成更多的道碴破損。隨著搗固作業(yè)次數(shù)的增多，不斷細(xì)化的碎石夾在道碴中間，降低了排水作用，并導(dǎo)致道床板結(jié)和其他病害。

2 吹碴技術(shù)的發(fā)展

在鐵道線路的維修作業(yè)中，在軌枕下填加小粒徑道碴來調(diào)整軌道水平的技術(shù)叫墊碴技術(shù)。采用高壓氣體將道碴填入枕下的技術(shù)叫吹碴技術(shù)。這些技術(shù)可用于鐵路工務(wù)工區(qū)在日常養(yǎng)路工作中修復(fù)失格線路的高低。

2.1 國外吹碴技術(shù)的發(fā)展 在20世紀(jì)五六十年代，北美地區(qū)采用“點搗固”的方法進(jìn)行線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)。“點搗固”是在局部線路上，通過搗固使其抬高，再由列車壓實搗固過的區(qū)域，使線路達(dá)到理想狀態(tài)。這與后來的吹碴作業(yè)的機(jī)理有某些相似。

吹碴作業(yè)最初是采用人工氣力的方式，如圖2所示。所用的設(shè)備工具主要由空氣壓縮機(jī)，吹碴斗和一些輔助工具組成。施工時，測量軌道并提升軌道到合適的位置，施工人員將吹碴斗的噴嘴放到軌枕空隙內(nèi)，再將一定數(shù)量的石碴放到吹碴斗中，石碴靠自重而落入管子，由壓縮空氣吹送到軌枕下，通過這一過程完成軌道位置的調(diào)整。

20世紀(jì)70年代后期，英國鐵路研究部門（Brit?ish Research）開始研究機(jī)械化吹碴的可能性。其結(jié)果就是開發(fā)出吹碴機(jī)。最開始是在搗固車上安裝一套試驗性裝置，來驗證機(jī)械化吹碴的可行性，而成了吹碴機(jī)的樣機(jī)。80年代，吹碴機(jī)完整樣機(jī)制成，并進(jìn)行了廣泛的試驗，得到了詳盡的性能參數(shù)。90年代初Pandrol Jackson公司生產(chǎn)的吹碴機(jī)運用于英國鐵路［1］。90年代中后期，多家歐洲公司共同研發(fā)制造出了Harsco吹碴車［2］，成為大型吹碴機(jī)的典型代表，也推動了吹碴機(jī)械向大型化發(fā)展。

圖2 人工氣力吹碴

2.2 國內(nèi)吹碴技術(shù)的發(fā)展 手工搗固作業(yè)是我國鐵路工務(wù)部門的傳統(tǒng)作業(yè)方式。其勞動強(qiáng)度大、重復(fù)率高、質(zhì)量不易保持，作業(yè)時易將石碴顆粒搗圓、搗碎，從而加速道床的永久性變形積累，減弱道床阻力。

墊碴作業(yè)的質(zhì)量較搗固作業(yè)有大幅度的提高，但墊碴作業(yè)工序復(fù)雜，所需人員多（一般為10人左右），并且碴料運輸不方便，墊碴量不易掌握，返工現(xiàn)象比較普遍。

為改善作業(yè)方式，提高作業(yè)效率，確保維修質(zhì)量，適應(yīng)鐵路提速及軌道結(jié)構(gòu)重型化的要求，90年代末，我國開始研制墊板作業(yè)。經(jīng)過上百次試驗，不斷總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，研制成功較為合理的復(fù)合型墊碴板［3］。實踐證明，該墊碴板使用效果良好，深受工區(qū)歡迎［4］。

為解決寬軌枕線路碎石道床人工抽鏟墊碴作業(yè)質(zhì)量不能保證，勞動強(qiáng)度大等不足，鐵科院建筑研究所研制成FDZ-1風(fēng)動墊碴機(jī)。風(fēng)動墊碴機(jī)為使道碴在管道氣流中運動阻力最小，延長道碴的輸送距離，從寬軌枕端頭將道碴送至需施墊的面積上。

3 吹碴技術(shù)的優(yōu)點

3.1 延長線路的維修期 目前我國線路搗固作業(yè)基本采用大型搗固機(jī)械。作業(yè)時，靠搗固裝置的震動使道碴重新排列，以達(dá)到預(yù)期效果。而機(jī)械化吹碴作業(yè)時，吹碴機(jī)械先在一個短的截面內(nèi)以很小的擾動量提升軌道，如圖3（a）；再將吹碴管沿目標(biāo)軌枕邊緣插入到適當(dāng)?shù)纳疃?，如圖3（b）；最后用壓縮空氣吹送測定好數(shù)量的石碴到軌枕下面，如圖3（c）。作業(yè)完后，只在原軌枕下方形成部分新增道碴層，如圖3（d）。

圖3 機(jī)械吹碴作業(yè)過程示意圖

相對搗固作業(yè)，經(jīng)吹碴作業(yè)后的軌枕被調(diào)整到正確的水平上，由于這個過程不破壞軌枕底部相對穩(wěn)定的道碴結(jié)構(gòu)，道碴沒有被疏松和損壞，軌道的質(zhì)量通過吹碴之后得到了提高。吹碴作業(yè)的這種特性，可使線路維持良好狀態(tài)的周期長。因此，這種作業(yè)方式可延長線路的維修周期。

3.2 適用于小起道量作業(yè) 吹碴作業(yè)采用的是堅硬的花崗巖石碴，粒徑一般為在14～20 mm之間。經(jīng)有關(guān)實驗［5］表明，20 mm的石碴為最佳石碴。在填充石碴時，應(yīng)考慮一定的作業(yè)余量，以便在過往車輛壓實之后得到最終設(shè)定的幾何參數(shù)。所以一般來說，起道量小于30 mm時，非常適合采用吹碴作業(yè)。

3.3 點式作業(yè)效率高 吹碴作業(yè)可根據(jù)線路情況進(jìn)行作業(yè)點選擇。當(dāng)線路出現(xiàn)部分不達(dá)標(biāo)時，采用吹碴作業(yè)方式維修，只針對不達(dá)標(biāo)部分進(jìn)行作業(yè)。如果采用機(jī)械化搗固的方式，一般情況需要對整段線路進(jìn)行作業(yè)。相比而言，吹碴作業(yè)節(jié)約了維修成本，提高了維修效率，比如Harsco吹碴車的效率可達(dá)500 m/h。

4 結(jié)束語

吹碴作業(yè)不會像搗固作業(yè)那樣影響軌枕下已壓實道碴的狀態(tài)，極大地延長了維修周期。吹碴作業(yè)對道碴的損壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于搗固作業(yè)，是在豎直修正量小于30 mm的情況下的首選方法。吹碴作業(yè)僅針對需要處理的線路區(qū)段，運用靈活。

隨著既有線加快提速、高鐵的快速發(fā)展，對鐵路線路養(yǎng)護(hù)的要求越來越高。這就要求線路養(yǎng)護(hù)手段應(yīng)該多樣化。因為對于大起道量及消除長波的缺陷時，必須使用搗固車。因此，吹碴作業(yè)不能替代搗固作業(yè)。然而，在鐵路與其他運輸?shù)母偁幦遮吋ち遥瑢€路維護(hù)方法及成本更高的要求下，吹碴作業(yè)方式的特點會使其不失為現(xiàn)代鐵道線路保養(yǎng)的一種發(fā)展方式。

［1］吹碴機(jī)美國Pandrol Jackson公司1998.3

［2］Harsco Track Technologies.STONEBLOWER.Sep.2002

［3］常榮生．FDZ-1型小型墊碴機(jī)的研制與使用效果［J］．中國鐵路，1992（9）：23-36

［4］王棟，周晶．墊碴板的研制及其在線路維修中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，1999（10）：15-16

［5］Model testing of two-layer railway track ballast.By Wil?liam Fergus Anderson and Andrew John Key Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering/April 2000 317-323