鐵路線路小半徑曲線病害成因及其整治

王長卿

摘要：鐵路線路的線路狀態(tài)由于受到包括機(jī)車、車輛等的不間斷沖撞、推擠和碾壓，致使其線路狀態(tài)處在不停的變化之中。在所有的線路設(shè)備中，小半徑曲線地段線路設(shè)備受到走行機(jī)車、車輛的沖撞力、推擠力、碾壓力尤為突出，以至其線路幾何尺寸及鋼軌磨耗的變化較大且快，時常演變成綜合性病害。因此，小半徑曲線地段線路設(shè)備的病害整治與養(yǎng)護(hù)有著顯而易見的重要性，其不僅關(guān)乎設(shè)備維修投入，而且關(guān)系著行車安全。

關(guān)鍵詞：鐵路線路；小半徑曲線；病害成因

1 曲線軌道的受力分析

1.1 作用于鋼軌上豎直方向分力的構(gòu)成

機(jī)車和車輛在軌道上運(yùn)行時，作用于鋼軌上車輪的靜壓力隨著鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展將不斷增加，而加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)，首先是增加鋼軌的重量，這樣才有可能滿足軸重不斷增加的要求。列車通過軌道不平順地段以及不平順車輪運(yùn)行時會產(chǎn)生附加力。軌道不平順分為長不平順和短不平順兩種。長不平順通常因搗固不良、枕木腐朽、三角坑以及軌道彈性不均勻而形成；短不平順的形成與鋼軌波浪形磨耗、車輪空轉(zhuǎn)有關(guān)。在曲線地段還有因外軌超高以及車架對車輪橫向壓力而引起的附加垂直力。

1.2 作用于鋼軌上橫向水平力的構(gòu)成

橫向水平力主要指車輪對鋼軌的側(cè)壓力和曲線上的附加橫向力。以上力由輪緣對軌頭的壓力和車輪在鋼軌上橫向滑動時產(chǎn)生的摩擦力組成，因此車輪對鋼軌的側(cè)壓力可以取上述兩力之和或兩力之差。曲線地段產(chǎn)生的橫向水平力比較大。曲線半徑愈小，橫向水平力愈大。曲線上產(chǎn)生的離心力和因外軌超高使車輛傾斜而產(chǎn)生的機(jī)車車輛重力分力有關(guān)。這些橫向力的大小取決于離心力、行車速度、曲線半徑和外輪超高。當(dāng)在壓應(yīng)力和橫向力的共同作用下超過了鋼軌的屈服強(qiáng)度時，在鋼軌作用邊產(chǎn)生碾堆，在踏面形成局部壓陷特征，壓陷處不易和車輪踏面接觸而形成暗斑，最終形成疲勞裂紋。當(dāng)鋼軌的磨耗速率小于疲勞裂紋的擴(kuò)展速度時，最終將發(fā)展成剝離掉塊。曲線半徑越小，出現(xiàn)掉塊的情況就越嚴(yán)重。

1.3 縱向水平力

產(chǎn)生縱向水平力的主要原因是軌道爬行和溫度作用，在曲線地段，鋼軌上還作用著滑動引起的摩擦力。軌道爬行主要是在車輪滾動下鋼軌的蛇形起伏而產(chǎn)生的，在列車制動地段尤其明顯。如鋼軌和軌枕之間連接不夠牢固，彈性道床抵抗軌枕縱向位移的阻力大于鋼軌在支座上滑動的阻力，此時鋼軌可能縱向移動，而軌枕則仍然留在原地。軌道爬行實(shí)質(zhì)上取決于軌下基礎(chǔ)剛度，剛度愈大，因鋼軌扭曲及其斷面轉(zhuǎn)動而引起的爬行也愈大，鋼軌扭曲增大也將使爬行增加。

2 鐵路曲線線路問題

2.1 曲線主要病害

2.1.1 軌道幾何尺寸超限

在鐵路的曲線線路上，由于曲線的高低問題以及軌道的間距是很難進(jìn)行改變的，可是在使用的過程中軌道的間距很容易進(jìn)行擴(kuò)大，且隨著列車的運(yùn)行，軌道側(cè)向的磨損，軌道間距會變得更加明顯，這可能會使得正在運(yùn)行的火車出現(xiàn)出軌等情況，嚴(yán)重地危害了人們的安全。

2.1.2 聯(lián)接件松動

列車后運(yùn)行的過程中，對鐵軌有著很大的沖擊作用以及橫向力的作用，尤其是在轉(zhuǎn)彎的半徑較小的時候。當(dāng)鐵軌超過了其承受的能力，線路的夾板以及接頭處的螺栓很容易出現(xiàn)松動的情況，軌距桿也可能會發(fā)生折斷。

2.1.3 出現(xiàn)曲線“鵝頭”

如果曲線附近的直線方向不正確或者撥道的作業(yè)量沒有計(jì)劃準(zhǔn)確等情況，都會導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生。這種“鵝頭”的出現(xiàn)，在曲線鵝頭的方向上由于線路不圓順會造成鋼軌的磨損程度更加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了列車的正常運(yùn)行。

2.1.4 曲線接頭支嘴

這是由于鋼軌的彈性以及鋼軌的硬彎引起的，在小半徑的彎道上，接頭處的危害會加重曲線的接頭處的支嘴現(xiàn)象。

2.2 曲線病害成因

鐵路線路的小半徑造成的病害的成因是受到多種因素影響的：首先，線路的先天不足是使得鐵軌磨損嚴(yán)重的主要原因。在曲線的線路中，鐵軌的側(cè)向難免會受到壓力，導(dǎo)致鐵軌的側(cè)面磨損十分嚴(yán)重，影響了鐵軌的使用壽命；其次，我國目前對鐵路上的運(yùn)量的增加，使得列車對鐵軌的沖擊破壞變得更加嚴(yán)重，且近年來列車普遍都進(jìn)行了提速，高速列車使得鋼軌首要的碾壓力更大，從而磨損加劇。并且，鐵軌的超高偏大，會導(dǎo)致車輪在向心力的作用下對鐵軌造成嚴(yán)重的摩擦樁基，導(dǎo)致了上股的鋼軌的側(cè)向磨損。而且，在通常情況下軌枕預(yù)留軌底坡是1/40，這在直線軌道中是適用的，可是曲線的地段由于超高的因素會使得車輪的踏面和鐵軌的頂部難以得到全面的接觸，這就導(dǎo)致鋼軌的內(nèi)頂接觸面受到的壓力過大，形成了偏載，破壞了鋼軌。

3 曲線病害的整治辦法

3.1 調(diào)整好小半徑曲線各部尺寸

有計(jì)劃地整治小半徑曲線范圍內(nèi)的漫坑，及時消滅小坑及低接頭。每年根據(jù)春季測速資料，夏季結(jié)合綜合維修對超高進(jìn)行調(diào)整，特別對鋼軌出現(xiàn)傷損異常的曲線要做重點(diǎn)測速。

小半徑曲線軌距易變化，需經(jīng)常不斷地進(jìn)行調(diào)整。在曲線撥正中，采用增加副矢點(diǎn)的辦法對控制曲線圓順度效果較好。具體辦法是：在現(xiàn)有10m間距中間增設(shè)一點(diǎn)副矢，其正矢在緩和曲線上為兩相鄰正矢點(diǎn)之和的一半，圓曲線上為圓曲線計(jì)劃正矢，檢測工具仍為20m弦線。

3.2 在曲線養(yǎng)護(hù)中要切實(shí)注意緩和曲線的養(yǎng)護(hù)

超高、軌距和正矢遞減是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是緩和曲線養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵。為便于緩和曲線上超高、軌距加寬順坡和三角坑的檢查與確定，可將超高和軌距加寬值在緩和曲線鋼軌上的標(biāo)記間距改為6.25m，檢查時可不受原鋼軌檢查點(diǎn)位置的限制，按超高和軌距加寬標(biāo)記點(diǎn)放置道尺，記錄時在線路檢查記錄簿“水平”一欄中劃斜線，斜線上填寫實(shí)際檢查超高值，斜線下填理論值。

曲線范圍內(nèi)連接零件要經(jīng)常保持全、緊、靠、密，無失效，扭力矩符合《維規(guī)》規(guī)定，擋肩破損的混凝土枕要及時修復(fù)，失效的要及時更換，道床不潔要及時清篩，道床要飽滿，上股按規(guī)定加寬到0.4m。

4 曲線軌道的日常養(yǎng)護(hù)與檢查

由于曲線是線路的薄弱環(huán)節(jié)，產(chǎn)生病害較多，是線路質(zhì)量優(yōu)劣的主要控制因素，所以，對其進(jìn)行周期性的檢查，是掌握線路技術(shù)狀態(tài)的重要手段。通過檢查，按線路設(shè)備各種變化的不同程度，安排臨時補(bǔ)修和經(jīng)常保養(yǎng)工作。正線在正常條件下，軌道幾何尺寸每半個月左右進(jìn)行一次檢查，不待誤差量發(fā)展變化過大，就及時地進(jìn)行臨時補(bǔ)修，以控制軌道幾何尺寸狀態(tài)。此外，對線路病害嚴(yán)重的地段，除按每月兩次的檢查外，還應(yīng)適當(dāng)增加檢查次數(shù)，以使設(shè)備技術(shù)狀態(tài)處于有效監(jiān)控之下。

曲線養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)是圍繞曲線軌道何尺寸不超限，曲線軌道設(shè)備處于正常有效使用狀態(tài)來進(jìn)行作業(yè)。目前，對曲線軌道維修質(zhì)量的監(jiān)控主要是通過動靜態(tài)檢查手段來實(shí)現(xiàn)的。動態(tài)檢查則是通過軌道車、動態(tài)添乘儀、人工添乘列車等幾種方式進(jìn)行的。靜態(tài)檢查僅反映曲線軌道在靜止時的狀態(tài)即靜態(tài)質(zhì)量，而動態(tài)檢查則反映曲線軌道在列車運(yùn)行時的受力變形狀態(tài)即動態(tài)質(zhì)量。隨著高速重載列車的開行，對線路的質(zhì)量要求越來越高。曲線軌道的養(yǎng)護(hù)要根據(jù)動靜態(tài)檢查結(jié)果來安排適時合理的維修方式。

在日常養(yǎng)護(hù)維修中，還應(yīng)根據(jù)線路平面、縱斷面、運(yùn)量、軌道設(shè)備狀況及自然條件等摸索出軌道變化規(guī)律，從而對其進(jìn)行狀態(tài)質(zhì)量控制。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對地鐵小半徑曲線的結(jié)構(gòu)的分析，產(chǎn)生病害的原因分析以及曲線病害整治方式和加強(qiáng)曲線軌道補(bǔ)與修、檢與養(yǎng)的結(jié)合，充分證明了小半徑曲線的養(yǎng)護(hù)維修的重要性，也是線路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)延長小半徑曲線段的使用壽命，并且針對小半徑曲線鋼軌地段進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)測試，取得良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]馮仲偉，侯茂銳，王林棟，方興，王瀾.動車組通過小半徑曲線線路的安全性試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑.2016（12）：11-12.

[2]王定舉.朔黃重載鐵路小半徑曲線病害成因分析及整治措施探析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013，（12）：58-62.

（作者單位：中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司秦皇島工務(wù)段）