高速鐵路曲線地段鋼軌銑磨技術探討

朱克讓

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

高速鐵路曲線地段鋼軌銑磨技術探討

朱克讓

（中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

受既有城市規(guī)劃限制，部分高速鐵路進站曲線地段存在曲線半徑較小、鋼軌病害嚴重、噪聲大等問題，通過鋼軌打磨很難徹底根治鋼軌病害。本文以京津城際鐵路天津站進出站曲線地段鋼軌銑磨施工為背景，對銑磨前鋼軌狀態(tài)、銑磨技術方案、銑磨效果等進行了分析與總結。實踐證明鋼軌銑磨作業(yè)可以作為整治高速鐵路進出站曲線地段鋼軌病害的新方法。

高速鐵路；曲線；鋼軌病害；鋼軌打磨；鋼軌銑磨

1　概述

天津站、北京西站等高速鐵路大型車站均由普速鐵路車站改造而成。受城市規(guī)劃限制，這些車站進站前均設有多條半徑400～800 m曲線。高速鐵路運營一段時間以后，這些曲線地段鋼軌均出現(xiàn)了波磨、側磨、擦傷等病害且病害發(fā)展較快，導致了輪軌接觸關系惡化，存在嚴重的抖車、晃車等現(xiàn)象［1-2］。

鋼軌打磨由于作業(yè)原理限制切削能力較小，很難通過周期性的鋼軌打磨處理這些進站曲線的鋼軌病害。此外，這些進站曲線由于進站下橋需要一般設置15‰以上的坡度，線路打磨車作業(yè)難度較大且作業(yè)質量不高。鋼軌銑磨具有作業(yè)效率高、切削能力大、切削精度高、作業(yè)軌面光潔度好、沒有火情隱患、可短距離作業(yè)等特點。結合進站曲線鋼軌病害嚴重、延展里程短、坡度大等特點，試驗性地在京津城際天津站進出站曲線地段進行了鋼軌銑磨實踐。

國內鋼軌進行現(xiàn)場打磨始于20世紀80年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展已經(jīng)成為一項重要的鋼軌修理技術，并得到普遍應用，主要用于消除鋼軌病害和保持鋼軌廓形。鋼軌打磨受作業(yè)原理和砂輪尺寸限制，在縱向平順性上取決于原始軌面狀態(tài)，原始狀態(tài)越好作業(yè)精度越高；在橫向軌廓上取決于砂輪布置、角度，打磨功率設定等作業(yè)模式參數(shù)，及打磨遍數(shù)、鋼軌原始軌廓狀態(tài)等。以往曲線半徑較小區(qū)段一般使用打磨車并采用多遍打磨模式，實現(xiàn)技術難度較高且打磨效果很難保證。

近年國內引入鋼軌在線銑磨技術［3-4］。鋼軌在線銑磨主要利用圓周銑削技術，通過銑削刀盤軸向旋轉，由鑲嵌在刀盤圓周面上的銑刀對鋼軌頂面、軌距角和外側角同時進行銑削加工，消除鋼軌表面?zhèn)麚p。鋼軌銑磨作業(yè)精度很高，幾乎不受鋼軌原始狀態(tài)影響。鋼軌銑磨相對鋼軌打磨具有作業(yè)速度低、一次切削量大、作業(yè)軌面光潔度好、沒有火情隱患等特點。

實踐證明，鋼軌打磨更加適用于表面?zhèn)麚p較輕的鋼軌預防性和修理性打磨、新軌預打磨和需要特殊軌廓要求的高速鐵路鋼軌預打磨，可以充分發(fā)揮其高效作業(yè)的優(yōu)勢，在鋼軌原始狀態(tài)較好時能夠保證作業(yè)質量。鋼軌銑磨更加適用于整治肥邊、波磨、剝離掉塊、魚鱗裂紋、表面擦傷、接頭病害等鋼軌表面?zhèn)麚p較為嚴重的區(qū)段。

2　銑磨前鋼軌狀態(tài)

試驗段曲線位于京津城際鐵路天津站進出站前116 km處，曲線半徑400 m，全長734.38 m。允許速度80 km/h，設計超高130 mm。該區(qū)段實際運營速度約65 km/h，最大坡度18‰。由于曲線半徑小、車流密度大、動車組制動加速等因素的影響，曲線鋼軌上股側磨、下股波磨發(fā)展較快，換軌周期約為18個月。

2015年8月對京津城際K116上下行曲線各選定4個測點，用電子平直尺對鋼軌波磨進行了測量。將每條曲線對應測點的廓形與高速廓形進行了對比分析。具體情況如下：

1）上行曲線

上行K115+640—K116+375曲線，右股（板號為17988-9）處波磨最大（見圖1），最大值為0.7 mm。

圖1　上行曲線典型波磨病害

上行K115+640—K116+375曲線左股軌頭寬度±25 mm范圍內廓形偏差在0.1 mm內，軌頭寬25 mm至軌距角范圍存在0.6～3.0 mm的負偏差。右股軌頭寬度±25 mm范圍廓形存在1.1～1.5 mm負偏差，軌頭寬25 mm至軌距角范圍存在0.5 mm的負偏差。

2）下行曲線

下行K115+607—K116+348曲線，右股（板號為18020-6）位置波磨值為1.1 mm，右股（板號為18009-9）位置波磨值為0.99 mm（見圖2），右股（板號為17980-7）處波磨最嚴重，最大值為1.78 mm。

圖2　下行曲線典型波磨病害

下行K115+607—K116+348曲線左股軌頭寬度±25 mm范圍廓形偏差在0.1 mm內，軌頭寬25 mm至軌距角范圍存在1.2～3.2 mm的負偏差；右股軌頭寬度±25 mm范圍廓形存在約1.5 mm負偏差，軌頭寬25 mm至軌距角范圍存在約0.5 mm的負偏差。

3　銑磨方案設計

曲線上股存在側磨，最大側磨量約3 mm，下股鋼軌頂面存在壓潰跡象，與高速廓形對比，軌頂面存在1.5 mm的負偏差。曲線下股有波磨，波谷最大深度達1.78 mm。針對當前鋼軌存在的病害，先用銑磨機處理波磨病害，再用道岔打磨車進行廓形打磨。

3.1總體設計

根據(jù)前述鋼軌狀態(tài)調查情況，考慮到曲線上下行下股均已出現(xiàn)頂面凹磨，垂磨較大且波磨較深，不宜以完全消除病害為目標進行方案設計。上下行曲線上股均僅進行覆蓋打磨，下股頂面在打磨0.5～0.8 mm的基礎上恢復高鐵設計廓形。銑磨前典型廓形與目標廓形對比見圖3。

圖3　銑磨前典型廓形與目標廓形對比

上下行曲線下股均采用鋼軌銑磨車進行銑磨處理，銑磨目標廓形為國標60，銑磨后使用道岔打磨車進行廓形打磨，目標廓形為高鐵設計廓形。

3.2作業(yè)方法

采用鋼軌銑磨車使用進口1/40國標60銑磨刀盤進行銑磨作業(yè)，僅銑磨曲線下股，計劃先作業(yè)2遍，再根據(jù)測量結果確定是否進行第3遍銑磨。第1遍僅進行銑削（見圖4），頂面銑削設定深度0.5～0.6 mm，以輕微碰觸到鋼軌頂面為準（頂面實際切削量約為0.1 mm），由于曲線內鋼軌垂磨不一致，根據(jù)目測情況調整銑削深度；第2遍進行銑磨作業(yè)，軌頂銑削深度0.4～0.5 mm［5］。鋼軌銑磨作業(yè)順坡率控制在1‰以內。

圖4　第1遍銑削示意

銑磨后使用道岔打磨車進行打磨。上股僅進行全廓面覆蓋打磨，切削深度約0.1 mm，下股進行廓形打磨，目標廓形為高鐵設計廓形，計劃作業(yè)20遍左右。先對上下股進行全廓面覆蓋打磨再單獨對下股進行廓形打磨。

3.3鋼軌銑磨效果

鋼軌銑磨實際作業(yè)2遍，鋼軌頂面切削0.8 mm，外側最大銑削深度3 mm。鋼軌銑磨、打磨后驗收標準參考《高速鐵路無砟軌道維修規(guī)則（試行）》（鐵運〔2012〕83號）等，按照作業(yè)后廓形偏差±0.2 mm［6］、表面狀態(tài)［7］等進行了驗收，各項指標均符合驗收標準，銑磨后鋼軌表面狀態(tài)良好。銑磨后典型鋼軌廓形與標準60 kg/m鋼軌廓形比較見圖5。

圖5　銑磨后典型鋼軌廓形與標準60 kg/m鋼軌廓形比較

鋼軌銑磨后使用道岔打磨車對曲線上下股鋼軌以京津城際鐵路設計廓形為目標廓形而進行了廓形打磨，以保持與區(qū)間線路鋼軌廓形的一致性。添乘檢查發(fā)現(xiàn)列車運行舒適性明顯提升，噪聲明顯減小。動檢車數(shù)據(jù)顯示橫向加速度和垂向加速度峰值均明顯下降。

4　結論

1）運用鋼軌銑磨車對高速鐵路進出站半徑較小曲線地段進行鋼軌銑磨，能有效處理較深的波磨等病害，恢復鋼軌廓形，可以作為整治高速鐵路鋼軌病害較重地段的新方法。

2）在高速鐵路進出站曲線地段進行鋼軌銑磨可以充分發(fā)揮鋼軌銑磨切削量大、一次成形的特點，與鋼軌打磨相比作業(yè)效率得到顯著提升。本次銑磨1個天窗內作業(yè)2遍，最大切削量約3 mm，軌頂切削量0.8～1.0 mm。若采用鋼軌打磨作業(yè)，需要打磨10遍左右。作業(yè)區(qū)段有18‰的坡度，線路打磨車僅能單向作業(yè)，需要3個天窗。從占用時間而言銑磨作業(yè)較打磨作業(yè)提升工作效率60%以上。

3）鋼軌銑磨作業(yè)質量明顯優(yōu)于鋼軌打磨作業(yè)。鋼軌銑磨橫向和縱向作業(yè)精度受鋼軌原始狀態(tài)影響較小，從作業(yè)后廓形看，銑磨后鋼軌廓形基本與目標廓形重合。而鋼軌打磨受鋼軌原始狀態(tài)影響較大且打磨遍數(shù)越多作業(yè)質量越難以保證。

［1］郝瀛.鐵道工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［2］李成輝.軌道［M］.成都：西南交通大學出版社，2005.

［3］方健康.鋼軌銑磨車鐵屑收集倉容積淺析［J］.鐵道建筑，2013（4）：138-139.

［4］張宗濤.XM1800型鋼軌銑磨車冷卻系統(tǒng)散熱設計［J］.鐵道建筑，2014（5）：148-149.

［5］中國鐵路總公司.鐵總運〔2015〕236號大型養(yǎng)路機械使用管理規(guī)則［S］.北京：中國鐵道出版社，2015.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵運〔2012〕83號高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）［S］.北京：中國鐵道出版社，2012.

［7］中華人民共和國鐵道部.鐵運〔2006〕146號鐵路線路修理規(guī)則［S］.北京：中國鐵道出版社，2006.

（責任審編李付軍）

Exploring on Rail Milling and Grinding in Curved Section on High Speed Railway

ZHU Kerang
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Due to the existing urban planning restrictions，there are such problems as small curve radius，serious rail diseases and big noise of import station curve section in some high-speed railways，and it is very difficult to completely treat the rail diseases by the rail grinding.T aking the rail milling and grinding construction of T ianjin import and export station curve section in Beijing-T ianjin intercity railway as the background，the rail state before milling and grinding，technical scheme of milling and grinding and effect of milling and grinding was analyzed and summarized.T he engineering practice proved that rail milling and grinding can be used as a new method for rail diseases treatment of import and export station curve section in high speed railway.

High speed railway；Curve；Rail disease；Rail grinding；Rail milling and grinding

U216.42+4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.10.33

1003-1995（2016）10-0125-03

2016-05-11；

2016-06-17

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃（2014G006-D）；中國鐵道科學研究院基金（2014YJ021）

朱克讓（1962—），男，工程師。