永煤礦區(qū)鐵路小半徑曲線病害分析及整治

閆偉民

永煤股份有限公司鐵路運(yùn)輸處， 河南永城 476600

0 引言

永煤礦區(qū)鐵路地處黃淮沖擊平原，村莊、河流眾多，線路繞村跨河，曲線多、半徑小，橋涵多，自然條件差，線路設(shè)計(jì)基建標(biāo)準(zhǔn)低，路基斷面不標(biāo)準(zhǔn)，線路坡度隨地面起伏，道床厚度不足150mm，造成道床排水不良，翻漿冒泥嚴(yán)重，線路幾何尺寸難以保持。礦區(qū)共有曲線32 條， 其中半徑在600m 以下的曲線有7 個(gè)，最小半徑400m 的有4 個(gè)，最大坡度8‰，近幾年來，隨著永煤礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益的快速發(fā)展，煤炭運(yùn)輸量也隨之迅猛增長。而主要用于運(yùn)輸?shù)母鳁l線路長期處于高負(fù)荷運(yùn)營狀態(tài)，尤其是線路上的小半徑曲線，受當(dāng)初設(shè)計(jì)速度關(guān)系影響、以及養(yǎng)護(hù)維修方式、牽引動(dòng)力改型等原因，出現(xiàn)了曲線外股鋼軌側(cè)磨加劇、傷損掉塊、正矢偏差超限、線路前后高低不良、連接零件松動(dòng)等病害，這樣不僅給養(yǎng)護(hù)維修帶來許多困難，而且增加了運(yùn)營的成本，影響鐵路運(yùn)輸安全。

1 曲線設(shè)備現(xiàn)狀

目前，永煤礦區(qū)鐵路小半徑曲線鋼軌表現(xiàn)為軌面?zhèn)让婺ズ摹⒉ɡ诵阅ズ募敖宇^部位鋼軌變形掉塊等病害，尤其是魚鱗傷掉塊好側(cè)面磨耗，是小半徑曲線最突出的傷損類型。二是軌道幾何尺寸易超限：小半徑曲線上高低、軌距、超高、正矢相對(duì)其他線路容易發(fā)生變化，尤其是線路正矢誤差偏大、軌距變化快等病害相當(dāng)普遍。三是連接零件易松動(dòng)且破損率高：小半徑曲線上連接零件承受的沖擊力和橫向作用力都比較大，如無軌距拉桿和地錨拉桿加強(qiáng)設(shè)備，在列車通過時(shí)，小半徑曲線連接零件容易松動(dòng)，如果沒有得到及時(shí)緊固或更換失效扣件，很容易造成夾板裂紋、螺栓折斷、軌枕立螺栓拔出、木枕道釘浮離、軌距桿折斷、尼龍座損壞、擋肩破損等病害。

2 整治實(shí)例

礦區(qū)鐵路青永線DK2 公里曲線通過量大，線路變化快，集中體現(xiàn)了以上病害，可以說是礦區(qū)小半徑曲線的典型代表，對(duì)研究和解決該曲線的養(yǎng)護(hù)維修與病害治理問題意義重大。

2.1 曲線要素：

曲線長：K1.768—2.432 664.33m；

曲線半徑：400m；

緩和曲線：50m；

曲線超高：55mm；

其中K1.990 處跨度86m 中型梁橋一座（界洪河橋）。

2.2 病害統(tǒng)計(jì)

1）K1.00—1.200m 間路基邊坡大面凹凸不平、裂縫、路肩寬度不足；

2）道床臟污板結(jié)、厚度不足300mm；

3）軌枕環(huán)裂、橋上木枕失效；

4）鋼軌表面魚鱗傷掉塊、肥邊達(dá)3mm 以上，下股鋼軌凹陷、碎裂；

5）曲線正矢誤差超限、前后高低不平順；

6）鋼軌缺乏潤滑；

7）扣件尼龍座擠壞，膠墊壓潰、竄出。

3 原因分析

1）路基問題主要是基建設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、沒有按照鐵路路基有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，其次是在自然雨雪影響下，路基邊坡自然滑坡、坍塌造成，另外村民占用坡角取土耕種也是造成邊坡不穩(wěn)定的原因之一；

2）道床板結(jié)主要原因是石渣厚度不夠，沒有達(dá)到300mm要求，經(jīng)十余年運(yùn)營，石渣在列車作用下與道床土壤反復(fù)碾壓，形成板結(jié)；

3）該曲線軌枕經(jīng)過多年使用，出現(xiàn)螺栓孔裂紋、螺紋道釘松動(dòng)現(xiàn)象，影響軌枕使用；界洪河橋上木枕經(jīng)抽驗(yàn)，失效率大40%，大多為木枕腐朽、不能持釘，木枕開裂，彎曲，無法保持軌距；

4）鋼軌表面魚鱗傷掉塊，該曲線設(shè)計(jì)時(shí)按速度70km／h計(jì)算，超高設(shè)置為55mm，沒有考慮曲線處于預(yù)告信號(hào)機(jī)內(nèi)方，直緩點(diǎn)距離最近的201#道岔僅260m，由于車站是交接站，進(jìn)出礦列車必須停車進(jìn)行交接，幾乎沒有通過列車，也就不可能達(dá)到設(shè)計(jì)速度，實(shí)際造成過超高，由于向心力的作用，導(dǎo)向力減少，但轉(zhuǎn)向架在小半徑曲線運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向架前軸外輪輪緣緊貼外軌引導(dǎo)轉(zhuǎn)向架沿曲線運(yùn)行，而后軸則在向心力作用下向曲線內(nèi)側(cè)移動(dòng)，從而增大了輪對(duì)與鋼軌的沖擊力，對(duì)鋼軌側(cè)面磨耗不利。經(jīng)過查閱有關(guān)資料表明，對(duì)于欠超高與過超高對(duì)曲線鋼軌側(cè)磨的影響進(jìn)行過大量的試驗(yàn)研究，在現(xiàn)場(chǎng)建立了不少試驗(yàn)段進(jìn)行了長期觀測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)的鋼軌磨耗資料的分析表明，設(shè)置適當(dāng)?shù)那烦邔?duì)減緩鋼軌側(cè)磨是有利的，因此重新設(shè)置超高是解決鋼軌側(cè)磨掉塊的有效方法；

5）曲線正矢超限也就是曲線不圓順，部分地段曲線的半徑不一致，列車在通過曲線時(shí)，由于存在正矢誤差，車輛輪對(duì)沿鋼軌左右擺動(dòng)，形成鋼軌的不均勻磨耗，即影響鋼軌使用壽命，更不利于行車安全。曲線的不圓順也可以說是輪軌之間產(chǎn)生橫向力的源泉。此外鋼軌接頭處的支嘴和鋼軌硬彎引起的曲線圓順度不良，對(duì)鋼軌軌頭的磨耗影響尤為嚴(yán)重。要保持鋼軌接頭附近的側(cè)磨均勻，有必要消滅“接頭支嘴”，加強(qiáng)線路養(yǎng)護(hù)，確保接頭夾板螺栓扭矩達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；

6）鋼軌缺乏潤滑；因該曲線處于進(jìn)站區(qū)段，如果鋼軌涂油不當(dāng)，易造成列車在進(jìn)站時(shí)輪對(duì)滑動(dòng)摩擦系數(shù)減少，制動(dòng)距離延長，有安全隱患；列車在出站時(shí)又會(huì)造成動(dòng)輪打滑，提速困難，嚴(yán)重時(shí)有可能擦傷鋼軌，因此暫不考慮進(jìn)行鋼軌涂油；

7）連接零件類問題主要是軌距拉桿、膠墊、尼龍座受力不均造成，當(dāng)超高不足時(shí)，鋼軌受列車向心力作用，向上股方向橫移，扣板將外力傳遞給尼龍座，而尼龍座系塑料制品，無法抵御強(qiáng)大推力，發(fā)生變形擠壞，同時(shí)又拉壞軌距拉桿；當(dāng)過超高時(shí)，列車重量分布在曲線下股的重量要大于上股，造成下股鋼軌磨耗，凹陷，膠墊壓潰、竄出。

4 整改方案

對(duì)礦區(qū)小半徑曲線進(jìn)行全面調(diào)研，根據(jù)設(shè)計(jì)的曲線要素正確測(cè)定曲線位置、長度，經(jīng)過計(jì)算重新確定曲線主要標(biāo)樁點(diǎn)的位置，正確測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)正矢，全面撥正線路。對(duì)路基邊坡進(jìn)行砌筑片石來加固，通過調(diào)整超高、消滅空吊板、鎖定線路等整修方式對(duì)曲線進(jìn)行徹底全面養(yǎng)護(hù)維修。同時(shí)深入探索分析其狀態(tài)的變化規(guī)律，強(qiáng)化小半徑曲線技術(shù)管理細(xì)節(jié)，保持其良好的技術(shù)狀態(tài)。

5 實(shí)施步驟

1）對(duì)界洪河橋兩側(cè)路基邊坡進(jìn)行砌筑片石加固，加寬路肩不小于0.6m；全面更換失效、毀損軌枕，保持聯(lián)結(jié)零件完整齊全；對(duì)曲線進(jìn)行起道、搗固作業(yè)，消滅空吊暗坑，清篩接頭泛白石渣，更換變形夾板、壓潰膠墊；

2）鎖定線路；根據(jù)行車密度增加軌距桿和安裝地錨拉桿的方法，防止線路爬行，上股軌枕外側(cè)加寬道床，石渣堆高并夯實(shí)；

3）進(jìn)行測(cè)速、合理設(shè)置超高

該曲線目前已限速30km/h、結(jié)合工務(wù)人員添乘觀察和回放列車錄像證實(shí)，列車通過該曲線速度：最小為15km/h、最大為29km/h，勻速遞減或遞增運(yùn)行。

一晝夜列車次數(shù)：經(jīng)咨詢處調(diào)度室每天24 小時(shí)通過列車大約為12—15 列；計(jì)算設(shè)定為14 列。

各類列車重量：一對(duì)列車按50 輛計(jì)算約為5600t，7 對(duì)為39000t。

經(jīng)過計(jì)算得出外軌超高為：H=11.8u2／R（平均速度設(shè)為25）

=11.8×252/400=11.8×1.5625=18.4375mm

若以30km/h 計(jì)算，超高為26.55mm，

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查看線路幾何尺寸、鋼軌磨耗及尼龍座擠壓情況，結(jié)合國鐵技術(shù)人員建議；調(diào)整曲線超高為30mm；

4）曲線方向整正

測(cè)量曲線正矢，進(jìn)行撥量計(jì)算；但由于該曲線中有一座橋梁，因而對(duì)橋梁中線和線路中線進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)二者誤差達(dá)70mm，必須進(jìn)行調(diào)整，但是這樣曲線正矢調(diào)整量加大，我們采取了先將橋梁中線和線路中線誤差消除掉，并使橋上線路正矢調(diào)整在允許誤差內(nèi)，然后固定橋上各正矢點(diǎn)、調(diào)整橋梁兩側(cè)的曲線正矢，達(dá)到曲線圓順。

6 結(jié)論

通過應(yīng)用以上治理方法，觀察線路變化情況，曲線圓順度，線路橫移、爬行、曲線外股鋼軌不均勻磨耗等病害整治效果明顯，證明此次治理有效提高了該小半徑曲線設(shè)備質(zhì)量，延長了鋼軌使用壽命，降低了養(yǎng)護(hù)維修成本及工作量，保證了運(yùn)輸生產(chǎn)安全。