重載鐵路鋼軌接頭病害的成因及整治

程海波

重載鐵路鋼軌接頭病害的成因及整治

程海波

重載單元鐵路最主要的特點是運量大、機車軸重大，也必然使軌道承受的荷載更大。在機車車輛的輪對通過鋼軌接頭時，因接頭的不平順致使車輛產(chǎn)生劇烈的振動，同時更加速了線路運行狀態(tài)的動態(tài)變化，因而形成接頭病害。結合云支線重載鐵路開通后，在線路養(yǎng)護中的實踐，總結出了對線路采取綜合整治的方式，有效地控制了接頭病害的發(fā)生和發(fā)展。

鐵路運輸；重載單元鐵路；鋼軌接頭病害

0 引言

鋼軌接頭指的是不同長度的單根鋼軌，用夾板螺栓相互連接的部位。此部位常造成線路設備表面的不平順，在機車車輛的輪對通過鋼軌接頭時，因線路的不平順而產(chǎn)生劇烈沖擊，同時加速線路的動態(tài)變化，形成鋼軌的各種接頭病害。而在接頭病害產(chǎn)生之后，則又會加劇輪對對線路的破壞，二者互為因果，使鋼軌接頭病害的發(fā)展和變化加速，養(yǎng)路工區(qū)很難應付，因此鋼軌接頭也就成了鐵路線路最薄弱的環(huán)節(jié)。在軌型、線路基礎大致相同的情況下，混凝土軌枕線路接頭比木枕線路接頭變化更快、病害產(chǎn)生周期短、發(fā)展迅速。在線路的日常維修工作中，混凝土軌枕線路接頭的養(yǎng)護維修工作量占到日常維修總量的70%以上。通常情況下，在線路養(yǎng)護時如果在石碴沒有翻白之前，鋼軌接頭一般約1個月保養(yǎng)1次；而石碴一旦翻白，就需每周進行接頭的保養(yǎng)；接頭出現(xiàn)石碴溜塌時甚至每兩天就需保養(yǎng)1次，接頭病害發(fā)展到這種程度，如果不能夠從根本上整治病害，接頭就不能保持正常的工作狀態(tài)，就會嚴重影響鐵路線路安全運營。

隨著列車的連續(xù)幾次提速，機車車輛的軸重加大、鐵路的運量的猛增，這就給我們的鐵路專用線提出了更高的要求。為了適應鐵路運輸業(yè)發(fā)展的需要，集團公司于2004年～2005年投入大量資金對云岡和口泉的主要站場和線路進行了大幅度的更新和技術改造，在云岡溝開通了萬t重載單元列車。重載鐵路最主要的特點是鐵路運量大和機車車輛軸重加大，這兩大特點使得軌道結構需要承受更大的動荷載，由此使得軌道結構及其連接部件的破壞速度比普通線路更快，從而增加了線路維修的工作量和維修成本。從云支線過去5 a的養(yǎng)護維修情況分析發(fā)現(xiàn)：重載鐵路軌道結構破壞的常見形式有連接零件破損（尤其是接頭夾板裂紋，接頭螺栓折斷，彈條扣件折斷）、鋼軌表面的不平順（馬鞍型磨耗、波形磨耗等）以及線路下沉3種。而連接零件傷損和軌面不平順產(chǎn)生的主要原因是機車車輛對接頭部位的強大沖擊力的反復作用，使得這些連接部件產(chǎn)生疲勞傷損而形成。線路下沉的主要原因是：一是基床坍塌；二是道床的下沉變形；三是橋涵兩頭路基的不均勻沉陷。如云支線3#橋前后就曾經(jīng)有類似的狀況，道床厚度不足、橋枕外露壓潰，翻漿冒泥、凍害等病害的相繼出現(xiàn)，致使公司每年均需耗費大量人力和物力對該地段道床進行破底清篩，卻并沒有徹底解決問題。因此，公司投入大量資金對兩道溝的正線線路進行了大型的機械化清篩和搗固作業(yè)，同時集中力量對云支線部分地段進行了大范圍的調(diào)坡起道工作，徹底解決了線路的三角坑、翻漿冒泥、凍害等問題，但是接頭仍然是線路上的一個薄弱環(huán)節(jié)，仍然會影響到行車安全，因此只有采取綜合整治的方式才能徹底解決這一難題，有效控制接頭病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

1 鋼軌接頭病害形成的成因

我們在線路上經(jīng)常見到的鋼軌接頭病害主要有以下幾種形式：按接頭軌面的狀態(tài)可分為低接頭、不均勻磨耗接頭、接頭錯牙、剝離掉塊、大小軌縫。按接頭道床的狀態(tài)可分為接頭翻白、接頭溜塌、接頭板結。按接頭的結構狀態(tài)可分為夾板下彎或磨蝕、夾板螺栓和扣件螺帽扭力矩不足、扣板及軌距擋板不密貼、扣件破損失效等。

鋼軌接頭雖然可以借助夾板、螺栓等零件保持鋼軌的連續(xù)性，并不能保證軌道結構的整體性，更不能保證設備的平順性。車輛在通過鋼軌接頭時，會產(chǎn)生瞬間的碰撞和沖擊，因之產(chǎn)生的附加動力一般為正常輪對荷載的2倍～3倍，致使接頭處軌道的破壞加大，病害的發(fā)展迅速。根據(jù)探傷工區(qū)和云岡11個養(yǎng)路工區(qū)5 a來對云岡溝設備的巡查和搶修記錄統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，接頭處鋼軌的傷損量在全部傷損率中可占到總數(shù)50%以上；混凝土軌枕在接頭處的失效幾率也相對于其他部位高3倍～5倍；用于防止接頭病害所使用的工時大約占總養(yǎng)護工時的40%。結合這些日常養(yǎng)護維修分析，鋼軌接頭病害之所以發(fā)生，其最根本的原因是軌道結構的不連續(xù)和鋼軌面的不平順，也就導致輪軌之間產(chǎn)生附加力的作用；而過大的附加力的作用又促使軌道結構不連續(xù)性和不平順性的發(fā)展以及輪軌接觸附加動力的加大，更促進了接頭病害的發(fā)展；另外，線路工在日常維修中養(yǎng)護方法不當也會造成接頭病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

1.1 鋼軌接頭部位的不平順性

鋼軌接頭部位的不平順指的是接頭軌縫。車輪壓在鋼軌的末端時，相鄰連接鋼軌的始端相應會有抬高的趨勢，因而形成一個臺階；動力荷載作用下鋼軌接頭處的撓曲并不是連續(xù)的曲線，而是一個折線。當臺階、軌縫、折角3個要素同時存在時，就會產(chǎn)生輪軌之間的沖擊，增大鋼軌接頭處的附加動力；而且軌縫越大，臺階越大、折角越大，輪軌之間的沖擊力也越大。鋼軌表面在接頭區(qū)的不均勻磨耗是軌面不平順的另一種形式的表現(xiàn)。

1.2 附加和動態(tài)的不平順

附加不平順通常是在運營過程中逐步形成的，軌道結構薄弱、鋼軌不均勻磨耗、道床的彈性不足都會引起附加的不平順。

動態(tài)不平順一般有兩種情況：一種是軌道彈性不均勻以及機車車輛帶來的動荷載波動，輪軌接觸點的軌跡也相應呈現(xiàn)出波浪形；另一種是道床不均勻和線路存在暗坑、吊板形成的彈性下沉。這兩種不平順只有在機車車輛運行過程中才能表現(xiàn)出來。正是線路的動態(tài)不平順才增大了列車運行過程中的撞擊和振動。實踐中我們也發(fā)現(xiàn)有的養(yǎng)路工區(qū)在線路養(yǎng)護工作中使用彈性不均、厚度不同的墊板以及不正確的線路養(yǎng)護方法，加劇了軌道動態(tài)不平順。

經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)分析和實踐經(jīng)驗總結，我們發(fā)現(xiàn)，車輪通過鋼軌接頭處的軌縫時，輪軌之間劇烈的撞擊和振動，是造成鋼軌接頭病害的外因，接頭部分以及鋼軌的材質(zhì)、淬火工藝不佳是接頭產(chǎn)生病害的內(nèi)因。

2 鋼軌接頭病害的綜合整治

在2010年云岡、口泉兩道溝正線進行大機清篩之后，筆者一直對鋼軌接頭病害的整治進行分析和研討，并且參與了現(xiàn)場的每一次綜合整治工作。經(jīng)過1 a多的摸索和經(jīng)驗總結，筆者認為形成接頭病害的原因是多方面的，接頭病害的整治也應該采取綜合整治的方式。根據(jù)經(jīng)驗總結，筆者建議對鋼軌接頭的日常養(yǎng)護及病害綜合整治從以下幾方面著手。

首先，要加強接頭軌縫及零部件的日常養(yǎng)護，軌縫值始終保持在規(guī)定范圍之內(nèi)；定期檢查和復緊高強螺栓，接頭螺栓的扭力矩要按照《維規(guī)》要求保持在規(guī)定值以上；定期對接頭夾板和螺栓涂油，以此緩減列車的沖擊和破壞；做好道床、軌枕、零扣件的養(yǎng)護。

其次，加大力度對接頭部位的道床進行整治，做到正確、合理起道搗固。接頭在列車動荷載的反復作用下，鋼軌接頭處比非接頭部位的道床應力和振動加速度高，因此接頭道床必須有良好的搗固質(zhì)量。接頭處為了避免形成鼓包，起道時也應將軌面抬平之后進行搗固，禁止抬高接頭。

第三，定期對軌面進行整修。在運營中鋼軌接頭處軌端不均勻磨耗和剝落掉塊、擦傷引起機車車輛巨大的附加沖擊力，導致線路變形加劇，接頭病害的發(fā)展加快，所以必須及時修理，打磨和焊補接頭軌面。

第四，及時改善墊層的彈性。在云支線我們發(fā)現(xiàn)，彈性墊層經(jīng)過多年的運營，橡膠墊板不同程度出現(xiàn)硬化，尤其是接頭部位的墊板在巨大沖擊力的作用下彈性逐步降低，建議養(yǎng)路工區(qū)要及時對接頭處4根軌枕的彈性墊板進行更換，保證軌道結構的彈性。

由于云支線正線為長度25 m鋼軌、混凝土軌枕線路，要從根本上解決接頭病害還需要從改善鋼軌材質(zhì)、鋼軌的淬火工藝及技術要求、鋼軌及夾板的設計等方面入手，采取符合混凝土軌枕線路特點的方法進行養(yǎng)護維修作業(yè)，改善接頭的狀態(tài)。

建議養(yǎng)路工區(qū)在日常維修中針對鋼軌接頭病害進行整治。

①對接頭的搗固要加強，時刻保持道床飽滿。接頭處的失效軌枕要及時更換，同時更換接頭處相鄰的兩根軌枕，以保持接頭前后支撐條件一致。

②接頭范圍內(nèi)的道床 (接頭5空)要及時清篩、更換，避免造成道床板結，道床失去彈性而引起翻漿冒泥，形成線路明顯的不平順。

③軌頭高低、左右錯牙等病害要及時消滅。軌距線內(nèi)側及軌面錯牙不得超過1 mm，也可使用液壓直軌器矯直接頭的小硬彎，同時上緊接頭螺栓，使之達到規(guī)定的扭力矩，以保持接頭的堅固。

④對鞍形接頭消滅接頭不平順的有效辦法是使用鋼軌打磨機進行打磨。使用平形砂輪機打磨時可以來回進行打磨；使用碗形砂輪研磨時，先研磨中部到要求深度，再向兩端側研磨，圓弧最后整修。打磨后的軌面高度相當于小腰部位的鋼軌高度。要求用1 m直尺檢查，軌面平整、均勻。

⑤整治低接頭時最好使用上彎夾板，上彎量以2 mm～4 mm為宜。在換上上彎夾板后，鋼軌接頭處2根～6根軌枕范圍內(nèi)的軌面就會抬高，接頭處容易出現(xiàn)螺栓松動及空吊板，所以必須擰緊螺栓、對接頭加強搗固。

⑥大軌縫是接頭病害產(chǎn)生的主要原因，所以應根據(jù)季節(jié)和溫度的變化，對軌縫的變化定期觀測，適時調(diào)整軌縫。軌縫設置必須符合規(guī)定要求，不允許出現(xiàn)大軌縫。

⑦用特制的枕底大膠墊處理鋼軌低接頭病害。對于翻漿冒泥的接頭必須先進行破底清篩，待枕底穩(wěn)定后才可以墊入大膠墊。特制的大膠墊在墊入1 a后必須撤出，并重新?lián)v固好接頭部位。

⑧適時擰緊連接扣件，更換失效大膠墊；整修軌底坡，保持1∶40的軌底坡。

⑨分層次夯拍道床，以增加道床的阻力；同時根據(jù)支嘴的程度增加道床寬度，調(diào)整里外口夾板，利用夾板的反彎控制接頭支嘴。為了防止支嘴擴大，在線路撥道作業(yè)時，對接頭支嘴只能壓，不能挑；如果必須上挑時，則要用撥小腰帶接頭的方法，不可直接撥動支嘴接頭。

總之，線路日常維修工作必須堅決貫徹“預防為主，防治結合，修養(yǎng)并重”的原則，根據(jù)實際情況合理安排養(yǎng)護計劃。

3 結束語

綜上所述，隨著機車提速和重載運輸?shù)陌l(fā)展，鋼軌和鋼軌接頭的負荷日益加重，工作條件日趨惡化，它的地位和作用就顯得愈來愈重要。尤其在我們這樣的地方性鐵路運輸業(yè)中，要求我們強化設備、料具質(zhì)量，維修時采用先進的技術、方法，并且做到在現(xiàn)場靈活的運用，同時嚴格按照鐵道部頒發(fā)的維修作業(yè)標準進行工作，保證線路的安全和暢通，以適應今后運輸事業(yè)發(fā)展的需要。

Causes and Regulations of Rail Joints Disease in Heavy Haul Railway

Cheng Haibo

The main features of heavy haul railway are large volume and heavy locomotive axle,which make the track heavily load.The irregularity vehicle joints causes severe vibration and accelerates the dynamic changes of line running when the locomotive vehicle wheel goes through the rail joint,resulting in joint disease.By interacting with the track maintenance of heavy railway in Yunzhi line,summarizes a comprehensive treatment approach to railway line and effectively controls the occurrence and development of joint disease.

rail transport;Heavy haul railway;rail joints disease

U213.2+2

B

1000-4866（2012）02-0040-03

程海波，女，1972年5月出生，現(xiàn)在大同煤礦集團礦山鐵路分公司工作，工程師。

2012-01-19

2012-02-09