地鐵道岔尖軌線型復核及矯正

張士德

（上海地鐵維護保障有限公司工務分公司，上海 200233）

1 道岔尖軌線型不良問題的現(xiàn)狀及危害

1.1 尖軌線型不良的現(xiàn)狀

地鐵道岔是地鐵列車實現(xiàn)交路折返、存車、進入庫區(qū)的重要軌道設備。道岔轉(zhuǎn)轍器是實現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換功能的基礎設備，它是由尖軌與基本軌及各種連接零配件組合而成[1]。一般尖軌線型不良是指尖軌縱斷面豎向、水平向形狀不符合設計要求。道岔轉(zhuǎn)轍部工電結(jié)合部聯(lián)檢聯(lián)整標準：尖軌尖至第一連接桿處尖軌與基本軌離縫不大于1 mm(外鎖閉道岔不大0.5 mm)，其余部位不大于 2 mm；尖軌藏于基本軌軌頭下顎的豎向間隙設計為 3 mm。由此可見，尖軌豎向偏差不宜大于2 mm；與基本軌靠貼部水平向偏差≯2 mm(尖軌尖至第一連接桿處≯0.5 mm)；尖軌自由狀態(tài)平面位置須滿足靠貼基本軌不反彈，撤離后不復貼。

因多種原因造成尖軌線型不良現(xiàn)象較為普遍，例如 2016年上海地鐵因傷損、磨耗等原因先后更換 60根尖軌(曲尖軌49根)，而上道新尖軌存在線型不良38根，占比 63.3%，尤以曲線型尖軌居多(36根)，占曲尖軌更換總數(shù)的73%。

由于目前缺乏對尖軌線型復核的重視程度和缺少有效的檢測復核手段，在更換作業(yè)時只能隨帶彎軌器以作應急之用，實因變形復雜、氣溫低、時間緊張等不利因素而無法矯正時，只得另行更換新尖軌。2016年也曾發(fā)生5起因尖軌線型嚴重不良而無奈重新更換，3起因作業(yè)時間超時影響了正常消點。

1.2 尖軌線型不良的危害

尖軌豎向不良表現(xiàn)為“翹頭或拱腰”，導致尖軌“藏尖”困難，發(fā)生卡阻甚至無法靠貼；水平向(平面線型)不良造成尖軌與基本軌離縫超標及尖軌自由狀態(tài)平面位置不準，出現(xiàn)“貼不上、撤不開”的現(xiàn)象而產(chǎn)生尖軌“彈性”，從而不僅會增大轉(zhuǎn)換動力，同時還會產(chǎn)生動力不均、彈性過大、解鎖困難、鎖閉“框動”、勾頭卡阻等現(xiàn)象[2]。其后果為輕則增大通號轉(zhuǎn)轍機械的作用動力，惡化轉(zhuǎn)轍設備的工況，縮短其設備的使用壽命；重則轉(zhuǎn)換無法到位、道岔失去表示，使道岔喪失轉(zhuǎn)換功能。

由于尖軌線型不良而造成密貼調(diào)試困難、轉(zhuǎn)換彈性過大等問題時，工務只得采取應急方法以求臨時性滿足通號技術要求，先保開通使用，待日再整，使通號設備處于“亞健康”狀態(tài)。由此，曾多次發(fā)生因鎖閉構件損壞、“缺口”改變、勾頭不落槽等引起的道岔故障，雙方就責任歸屬而起爭議，影響到日后道岔維護管理工作。另外，當尖軌因傷損或磨耗超標進而更換時，由于作業(yè)時間十分有限，一旦出現(xiàn)線型不良，處置不當很容易影響次日頭班車發(fā)車，打亂運營秩序。

2 道岔尖軌線型不良成因

線型不良成因可從人、機、料、法、環(huán)、測等諸要素對尖軌從制造至使用的全過程加以認真分析，以制定相應對策，這里可歸納為以下幾方面。

2.1 制造、驗收的流程和規(guī)定執(zhí)行不力

無論是生產(chǎn)制造還是驗收把控，人的因素始終占主導地位。如何加強管理，嚴格遵循規(guī)范、流程，崇尚敬業(yè)精神是不可或缺的。目前在數(shù)控銑削工藝和廠內(nèi)固定檢測臺檢測的條件下，技術上應該可以避免出廠質(zhì)量不符的情況，但不能排除流程、規(guī)定執(zhí)行不嚴的人為影響。如由于尖軌具有細長桿件和數(shù)控銑床本身卡具的特點，不可避免會出現(xiàn)尖軌的局部硬彎及偏心，這將會使加工的尖軌線型產(chǎn)生偏差。同樣作為進貨單位由于道岔類型繁多、檢測手段有限，一般只憑目視檢測復核，這對曲尖軌來講只能是流于形式，起不到有效復測把關的效果，為現(xiàn)場使用留下隱患。

2.2 裝卸運輸不規(guī)范

一根尖軌從出廠到現(xiàn)場備置要經(jīng)歷多次裝卸和運輸，其間如果規(guī)范執(zhí)行不嚴，在吊裝、卸過程中由于兩吊鉤(繩)位置不合理，加上起吊速度不均，產(chǎn)生瞬間加速度，使尖軌線型發(fā)生變化；運輸途中多層尖軌疊放時墊木位置不合理同樣也會造成下層尖軌線型變化。該現(xiàn)象在地鐵基地往現(xiàn)場運送時尤為突出，有章不循、野蠻作業(yè)時有發(fā)生。

2.3 墊放不合理

目前地鐵備軌有基地和現(xiàn)場兩個存放階段，由于隨意錯疊而造成傾覆、墊木間距過大，在長時間自重作用下也會發(fā)生變形[3]。通常由于現(xiàn)場空間條件苛刻，這種現(xiàn)象尤為突出。“墊放合理”只停留在概念上，對墊木間距及位置等沒有量化要求。

2.4 維護不到位

由于維護欠缺，直、曲基本軌在尖軌靠貼的直線段存在方向(硬彎)或基本軌位置、彎折點不準，尖軌和基本軌組合連接使用的間隔鐵、提供尖軌自由段抵抗橫向力的頂鐵產(chǎn)生磨損及頂靠不實，尖軌在橫向力頻繁沖擊下會隨之發(fā)生線型變化。另外，道岔滑床板的平整度不良、尖軌及基本軌的“飛邊”、兩尖軌連接用的拉連桿長度偏差等也會影響到尖軌線型的良好保持[6]。

3 尖軌線型現(xiàn)場檢查復核

3.1 尖軌縱斷面豎直向線型檢查復核

對于直尖軌，現(xiàn)場一般采用“弦線測量法”和“水準儀測法”檢查復核，由于曲尖軌線型為小半徑曲線，故不宜采用弦線測量法。在儀測時必須確保尖軌水平放置(加墊校正)，水準尺底部需加裝特殊尺墊(減小測尺底部與軌頂面的接觸面)以提高測量精度，同時要掌握各類型道岔的尖軌頂面縱坡段的降低值(見表1)。

表1 尖軌頂面縱坡降低值[5]Tab.1 Vertical slope reduction value of the rail top surface

3.2 尖軌縱斷面水平向線型檢查復核

就直尖軌而言，可以借用直線軌道方向檢查的方法[6]。而曲尖軌的平面線型復核一直是困擾工務軌道維護人員的難點，現(xiàn)有的“支距法”和“現(xiàn)場參考法”皆存在各自的弱點。“支距法”由于理論基線(切線)難于定準和測量繁瑣而基本不采用；“現(xiàn)場參考法”是指采集線上道岔同類型尖軌的數(shù)據(jù)作為參考，因其操作簡便深得現(xiàn)場維護人員運用。但當既有道岔框架存在偏差時，極有可能出現(xiàn)誤判，在整治道岔幾何尺寸偏差時，往往牽連到尖軌線型的重新矯正，因而該法只能說是治標不治本。

為此，本文借鑒直尖軌復核原理，重點介紹操作簡便、根治變形的“一弦矢距法”來檢測曲尖軌線型偏差。為便于說明，以 60-1/9單開道岔(圖號：STBGJ-030501)為例。

首先根據(jù)相應的道岔鋪設加工圖掌握尖軌長度(10 680 mm)、導曲線實際起點位置(距尖軌尖端2 256 mm)、導曲線半徑(上股作用邊半徑200 717.5 mm)等要素，見圖1。

圖1 尖軌要素示意Fig.1 Schematic diagram of switch factors

其次建立曲尖軌作用邊直角坐標系模型：曲尖軌線型分為直線段、曲線段兩部分，在尖軌尖后2 256 mm處相切于o點。建立以直線段為x軸、切點o為原點、過原點的垂線為y軸的平面直角坐標系，見圖2。

圖2 直角坐標系模型Fig.2 Model of Cartesian coordinate system

計算各測點矢距：自尖軌尖a點(0號點)向尖軌跟b點沿縱向?qū)嵙块g距為1 m的各測點(10～11號點間距為0.680 m)，并在圖2直角坐標系中分別計算各測點坐標，a至b測點的連線即為弦線位置，建立ab直線方程，從而利用點到直線距離公式可分別得到各測點矢距。例如第10測點(d點)矢距f10計算：第10測點距尖軌尖端為10 m(尖軌縱向?qū)嶉L)，即離導曲實際起點(坐標系O點)7.744 m，該點在圓弧上，其坐標值如下計算，見圖2。

得第10測點(d點)坐標為(7 742.08，-149.37)，同理尖軌跟b點坐標計算得(8 422，-176.75)，a點坐標為(-2 256，0)，ab直線方程：

式中：176.75、10 678、398 745.74分別為該直線方程系數(shù)A、B、C。

各測點理論矢距值f理見表2。

矢距法復核曲線型尖軌時須保證尖軌處于自由狀態(tài)，目視尖軌無硬彎或小方向，否則須預先矯正，確保目視直線段平直、曲線段圓順。

從上海地鐵11號線迪士尼站11#道岔(60-1/9單開道岔(圖號：STB-GJ-030501))的實踐效果看是十分有效的，見表2。

表2 各測點矢距復核結(jié)果Tab.2 Review result table of each measuring point of curved rail

由于預先掌握了尖軌的線型情況，針對1～4號點范圍的曲率偏小實施了增大曲率矯正，使其誤差控制在1 mm以內(nèi)，更換當天作業(yè)非常順利，新上道尖軌與基本軌豎切密貼符合規(guī)范。

4 標準尖軌線型的保持或矯正對策措施

4.1 制造、運輸、備置環(huán)節(jié)對策措施

首先要重視人為因素的影響，緊抓流程、規(guī)定的執(zhí)行力度，堅持質(zhì)量標準，做好各環(huán)節(jié)的把控。同時在實踐的基礎上，不斷總結(jié)完善流程、規(guī)范。

在尖軌制作環(huán)節(jié)密切注意銑削編程的插補數(shù)量及位置、順逆銑和出刀線路的選擇[7]；鑒于尖軌的密靠特性應適用負偏差，使尖軌實際輪廓線向非工作邊偏移；銑削前必須預矯軌件，避免因局部硬彎導致軌腰偏心[8]。

嚴格執(zhí)行到貨驗收制度，積極采用“一弦矢距法”等有效檢測手段，有條件可增設固定檢測臺進行復核。

認真執(zhí)行起吊裝、卸標準，杜絕野蠻作業(yè)。墊木布置須合理穩(wěn)固，尖軌刨切段間距不宜大于2 m、全斷面段≯3 m，墊木頂面須保持同一高度(墊層調(diào)整)。軌件疊置時上下墊木必須在同一鉛垂線上，并確保尖軌豎立放置。

4.2 維護環(huán)節(jié)對策措施

日常維護時，加強基本軌線型及平面位置的檢查、糾缺，及時消除基本軌直線靠貼段的方向(硬彎)，剁除尖軌、基本軌的“飛邊”；按標準安裝間隔鐵、頂鐵、拉連桿和通號的角鋼等零部件及附屬設備；整正道岔滑床板的平整度。

4.3 尖軌不良線型的矯正

尖軌豎向變形矯正可使用豎向鋼軌矯正器，也可確保尖軌處于豎直放置的前提下，采取調(diào)整墊木位置、間隔，利用尖軌自重或加重進行緩慢成形。尖軌豎向不良一般靠目視也能進行初步分辨，因而在矯正過程中隨時可以掌控矯正質(zhì)量。

尖軌平面線型矯正時，由于曲線型尖軌的問題涵蓋了直線型尖軌，故重點研究曲線型尖軌的線型矯正。

4.3.1 曲線型尖軌曲率過大、過小的矯正

曲率過大反映在尖軌與基本軌靠貼時出現(xiàn)尖軌尖部離縫，俗稱“后靠前不靠”，矢距復核檢測數(shù)據(jù)比理論值大。同樣曲率過小會出現(xiàn)尖軌刨切始點離縫，俗稱“前靠后不靠”，矢距復核檢測數(shù)據(jù)比理論值小。原則上彎軌器放置點間距控制為兩外側(cè)作用點間距離，對目視明顯變形處做好標記，根據(jù)不同類型彎軌器的工作原理準確放置彎軌器方向(見圖3)，從頭至尾按序逐點適量彎折[10]。

圖3 A、B型彎軌器實樣及工作原理Fig.3 Real sample and working principles of type A and type B curved tracks

4.3.2 尖軌刨切段中部線型不良的矯正

尖軌刨切中部線型不良表現(xiàn)為兩種情形：一是尖軌刨切始、終點密靠良好，而中部出現(xiàn)離縫現(xiàn)象；二是刨切中部先靠貼，刨切始、終點皆離縫。

矯正前先要檢查基本軌平面位置、滑床板狀態(tài)、拉連桿等是否良好，如存在缺陷時應優(yōu)先消缺，只有當尖軌自身線型不良時才考慮彎折矯正。尖軌刨切中部存在離縫或先靠可比照上述增大曲率和減小曲率利用B型彎軌器矯正。

由于尖軌與基本軌間空間狹小，在尖軌不拆卸抬起的情形下，B型彎軌器只能置于道心側(cè)作增大曲率的矯正。現(xiàn)場彎軌作業(yè)很難做到“一次到位”，因而在抬起尖軌的彎軌作業(yè)時，建議彎折量“寧過不欠”，力求減少尖軌拆卸抬起次數(shù)。

4.3.3 道岔尖軌靠貼不良、彈性過大的應急處置

在日常維護檢查或更換尖軌作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)尖軌與基本軌靠貼不良或彈性過大問題時，由于作業(yè)時間有限，需作應急處置。當尖軌靠貼不良時，目視檢查整根尖軌的線型，尋找方向突變點，進行重點彎軌矯正。在無明顯突變時，依據(jù)幾何原理：彎折點越靠前尖軌靠貼影響越大，故要抓住尖軌刨切始點這一關鍵部位進行校正，并做好順撬；當尖軌轉(zhuǎn)換彈性過大時，同樣依據(jù)幾何原理：彎折點越靠后尖軌彈性影響越大，可將彎折點盡量向尖軌方向后移，同時做好順撬。

5 結(jié)語

地鐵道岔(折返)轉(zhuǎn)換使用頻率高，一旦出現(xiàn)故障會嚴重打亂正常的運營秩序，而道岔轉(zhuǎn)轍部既是結(jié)合部又是重災區(qū)，工務人員務必高標準、嚴要求地確保自身尖軌等設備良好。把好尖軌入庫前的質(zhì)量驗收關，在裝卸運輸過程中嚴禁野蠻作業(yè)，備置時做到墊支合理、堆放整齊，更換使用前可采用“一弦矢距法”復測線型狀態(tài)及做好矯正工作，在使用過程中嚴格執(zhí)行道岔保養(yǎng)標準及時做好消缺整治，為地鐵安全、舒適、準時運行創(chuàng)造條件。