滬杭高鐵道岔養(yǎng)修與維護(hù)的探討

張力夫 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段

安全是鐵路運(yùn)輸?shù)挠篮阒黝}。在鐵路這個(gè)大聯(lián)動(dòng)機(jī)中，鐵路道岔系統(tǒng)是技術(shù)含量高、安全風(fēng)險(xiǎn)大的設(shè)備之一。滬杭高鐵自2020年10月建成通車至今已有11年。因建設(shè)起步早、施工周期短、日?？土髅芏却?，線路逐年的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)已給道岔穩(wěn)定帶來了越來越大的壓力。因此在日常養(yǎng)修與維護(hù)作業(yè)中，需要我們以“創(chuàng)新實(shí)干，精益卓越”的上鐵精神，踏踏實(shí)實(shí)地做好高鐵道岔的維修養(yǎng)護(hù)工作，確保高鐵列車安全正點(diǎn)。

1 滬杭高鐵道岔的類型與特點(diǎn)

1.1 滬杭高鐵道岔為我國(guó)自主研發(fā)類型

高鐵道岔均為單開道岔，其種類可以按采用的技術(shù)系列、速度、軌下基礎(chǔ)類型進(jìn)行分類。而相應(yīng)的道岔號(hào)數(shù)，也即產(chǎn)品型號(hào)，則是轍叉直股與曲股夾角的余切值。道岔號(hào)數(shù)越大，道岔的全長(zhǎng)也越長(zhǎng)。18號(hào)道岔為60多米，30號(hào)道岔為100多米。

從技術(shù)系列上，當(dāng)前我國(guó)客運(yùn)專線上的道岔可分為自主研發(fā)、德國(guó)技術(shù)和法國(guó)技術(shù)三種類型（見表1）。滬杭高鐵道岔均為自主研發(fā)的高鐵系列道岔。

表1 我國(guó)高鐵常用三種技術(shù)類型的道岔參數(shù)

道岔的軌下基礎(chǔ)部分可分有砟與無砟道床，而且道床的類型與道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)，故按軌下基礎(chǔ)的類型又分有砟和無砟道岔。當(dāng)前，時(shí)速350 km/h的客運(yùn)專線均采用無砟軌道，時(shí)速250 km/h的有一部分采用了有砟軌道。滬杭高鐵時(shí)速350 km/h，道岔類型均為無砟道岔。

1.2 滬杭高鐵18號(hào)道岔特點(diǎn)

時(shí)速350 km/h的滬杭高鐵大量采用了18號(hào)道岔，其主要特點(diǎn)如下：

（1）優(yōu)化輪軌關(guān)系，采用了心軌水平藏尖式結(jié)構(gòu)，可提前和縮短直尖軌輪載轉(zhuǎn)移過渡區(qū)域，提高列車直向通過道岔時(shí)的平順性。

（2）尖軌、心軌臺(tái)板表面設(shè)置減摩涂層，以減少扳動(dòng)阻力。

（3）強(qiáng)化了轍叉跟端結(jié)構(gòu)，可提高無縫線路在溫度力作用下抵抗橫向變形的能力。

（4）扣件系統(tǒng)具有高彈性，可適用于無砟軌道的調(diào)距、調(diào)高。

（5）各部連接螺栓均采用了防松設(shè)計(jì)，鋼軌、墊板、螺栓及扣件均進(jìn)行了防銹處理。

（6）道岔鋼軌接頭由20個(gè)縮減為16個(gè)，優(yōu)化了配軌設(shè)計(jì)。

（7）確定了無砟軌道道岔合理軌道剛度（25±10）kN/mm。通過對(duì)岔區(qū)軌道剛度均勻化設(shè)計(jì)，彈性墊板采用分塊式結(jié)構(gòu)及兩級(jí)剛度處理（見圖1），實(shí)現(xiàn)了等厚度不等剛度、低剛度條件下鋼軌高抗傾翻能力；岔區(qū)扣件采用全硫化設(shè)計(jì)，硫化墊板最長(zhǎng)1 452 mm，大大提高了墊板及硫化工藝質(zhì)量，表面平整度達(dá)0.2 mm；采用原位炭黑改性接枝技術(shù)，動(dòng)靜剛度比低于1.5，扣件疲勞試驗(yàn)后剛度變化小，軌距擴(kuò)大量小于1 mm。

圖1 彈性墊板

（8）采用特種斷面翼軌，取消了翼軌熱鍛及焊接，提高了翼軌頂面平順度（見圖2、圖3）。

圖2 翼軌特種斷面

圖3 翼軌平面

2 滬杭高鐵常見的道岔幾何尺寸病害

2.1 道岔方向

在道岔平順性維護(hù)過程中，若忽視對(duì)道岔的整體維修，容易造成道岔及其前后線路方向不順；道岔鋪設(shè)位置不準(zhǔn)確，遇外力易彎曲；基本軌彎折點(diǎn)位置不對(duì)，會(huì)致使轉(zhuǎn)轍器轉(zhuǎn)向不良；鋼軌及其聯(lián)結(jié)螺栓不符合要求，也會(huì)造成道岔方向不平順。為此，我們金山北車間海寧西工區(qū)在日常維護(hù)中特別注意對(duì)軌道線路的全面檢查，即便及時(shí)地調(diào)整道岔的方向，確保道岔前后一定區(qū)域內(nèi)線路的穩(wěn)定性。

2.2 尖軌、可動(dòng)心軌降低值超限

降低值是影響列車高速直向通過道岔平穩(wěn)性的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。若在制造、鋪設(shè)以及運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)偏差，或是由于鋼軌長(zhǎng)期磨耗導(dǎo)致降低值超限，都會(huì)出現(xiàn)晃車現(xiàn)象。做好降低值的維護(hù)是確保動(dòng)車組通過高速道岔時(shí)安全、平穩(wěn)的重要指標(biāo)，也是高速道岔區(qū)別于普通道岔的重點(diǎn)。在日常維護(hù)中不僅要控制降低值平穩(wěn)過渡，而且控制點(diǎn)的實(shí)際值與設(shè)計(jì)值偏差不得大于1 mm。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)降低值偏差時(shí)，需綜合分析原因，再采取相應(yīng)措施（見圖4）。若降低值偏差超過1 mm且影響行車穩(wěn)定時(shí)，可先更換不同厚度基本軌軌下橡膠墊板或滑床臺(tái)，調(diào)整尖軌相對(duì)于基本軌降低值；當(dāng)降低值調(diào)整量在1 mm-2 mm時(shí)，要設(shè)置兩級(jí)過渡；降低值調(diào)整量大于2 mm時(shí)，需更換尖軌與基本軌組件。

圖4 客專線道岔尖軌降低值

2.3 幾何尺寸超限

幾何尺寸超限所導(dǎo)致的軌道動(dòng)態(tài)不平順，主要表現(xiàn)在高低、扭曲、軌距、軌向、水平、復(fù)合不平順，以及車體垂向加速度、車體橫向加速度、軌距變化率等方面，可通過每月一次的道岔幾何尺寸檢查及側(cè)磨檢查發(fā)現(xiàn)這些問題。當(dāng)列車高速運(yùn)行時(shí)，幾何尺寸病害是引起噪音、輪軌強(qiáng)烈的作用力的主要因素。長(zhǎng)波不平順是影響動(dòng)車組平穩(wěn)性、舒適性的直接指標(biāo)，而短波不平順直接影響行車的安全。其調(diào)整的原則為：先水平，后方向；先整體，后局部；先直股，后曲股；先長(zhǎng)波，后短波，直曲兼顧。主要調(diào)整參數(shù)見表2。

表2 高速鐵路正線道岔靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值

（1）長(zhǎng)波不平順

導(dǎo)致長(zhǎng)波病害的原因主要有兩種：①前期道岔鋪設(shè)和精調(diào)時(shí)與前后直線均為兩個(gè)單位施工，從此在道岔前、后不可避免的形成了軌向及高低的“搭接”偏差。②后期路基不均勻沉降所導(dǎo)致。該病害既可通過高鐵動(dòng)檢車以120 m弦長(zhǎng)檢測(cè)，也可依靠道尺、0級(jí)小車等精測(cè)儀器進(jìn)行靜態(tài)檢查，并制定精調(diào)方案。

精測(cè)作業(yè)時(shí)，需以道岔為基準(zhǔn)，將道岔前、后線路和道岔納入一個(gè)單元進(jìn)行管理，并按“道岔少動(dòng)，直線順道岔”的精調(diào)原則，逐步提高岔區(qū)高低、軌向的長(zhǎng)波平順性。

（2）短波不平順

道岔不密貼包括道岔尖軌、心軌扳不到位；道岔尖軌、心軌道岔密貼不良；鋼軌磨耗、廓形不符合標(biāo)準(zhǔn)；軌道結(jié)構(gòu)不良；焊縫平直度超限，以及絕緣接頭空吊、光帶不良等病害，且都通過短波不平順來集中表現(xiàn)。

當(dāng)?shù)啦戆獠坏轿粫r(shí)，工務(wù)專業(yè)應(yīng)先確認(rèn)是否存在卡阻現(xiàn)象，幾何結(jié)構(gòu)是否滿足要求，如未發(fā)現(xiàn)缺陷，則該故障可讓電務(wù)部門去解決。對(duì)于道岔不密貼，在各牽引點(diǎn)尖軌與基本軌或心軌與翼軌不密貼，都需電務(wù)部門進(jìn)行密貼調(diào)整。

2.4 轉(zhuǎn)轍器、轍叉部位離縫

道岔離縫主要集中在轉(zhuǎn)轍器和轍叉部位，且分為導(dǎo)致高低和水平不良的尖軌、心軌與滑床臺(tái)離縫，以及導(dǎo)致軌距和軌距變化率不良的頂鐵離縫兩類病害。前者整治時(shí)，可在岔枕與滑床板之間墊調(diào)高墊片將滑床板墊高，消除離縫。后者通常在頂鐵螺栓下以增減鐵墊片的方式，由工務(wù)、電務(wù)部門聯(lián)合作業(yè)或讓專門的道岔整治組來完成。

3 道岔軌件及聯(lián)結(jié)零件病害

高速鐵路的高安全性、高平順性，要求高速道岔應(yīng)首先保持組件的穩(wěn)定性能、防爬性能、調(diào)整性能、減震性能、絕緣性能。而轉(zhuǎn)轍器和轍叉又是高速道岔最薄弱的環(huán)節(jié)，影響聯(lián)結(jié)零件主要安全性能的主要是螺栓失效和剛性不均勻，日常維修的重點(diǎn)須放在確保轉(zhuǎn)轍器和轍叉軌件良好上面。

3.1 尖軌跟端光帶不良

道岔鋼軌的魚鱗紋傷表現(xiàn)在軌頭踏面壓寬、肥邊、垂直磨耗和側(cè)面磨耗上，且主要是由于輪對(duì)與鋼軌頻繁接觸形成的疲勞裂紋，以及鋼軌頂層表面的擦傷變形而導(dǎo)致的鋼軌廓形改變，或因道岔軌距與水平的改變所造成的。魚鱗傷長(zhǎng)久不治，不僅干擾探傷、形成掉塊，甚至?xí)l(fā)生斷軌事件。平時(shí)可通過打磨車或小機(jī)打磨作業(yè)進(jìn)行整治，或通過更高標(biāo)準(zhǔn)的精磨作業(yè)，由打磨專修小組進(jìn)行預(yù)防性、修理性打磨來維護(hù)。

3.2 螺栓失效

螺栓安裝按形式可劃分為水平螺栓和豎向螺栓兩類。螺栓失效，主要包括間隔鐵螺栓、護(hù)軌螺栓、頂鐵螺栓等聯(lián)結(jié)螺栓松動(dòng)或折斷，以及錨固螺栓預(yù)埋套管失效等問題（見圖5、圖6、圖7）。其中水平聯(lián)結(jié)螺栓失效所導(dǎo)致道岔故障的概率，遠(yuǎn)大于豎向螺栓失效，而且還容易導(dǎo)致道岔定反位無表示、不能變更道岔位置等后果，直接影響行車。一旦發(fā)現(xiàn)道岔護(hù)軌螺栓、可動(dòng)心軌咽喉與叉后間隔鐵螺栓、長(zhǎng)短心軌聯(lián)結(jié)螺栓、咽喉鋼枕立柱螺栓或可動(dòng)心軌凸緣與接頭鐵聯(lián)結(jié)螺栓的任何異常，都必須立即申請(qǐng)上道處理。若同一部位有兩根螺栓失去效力時(shí)，即禁止使用道岔。

圖5 道岔間隔鐵螺栓折斷

圖6 道岔護(hù)軌螺栓折斷

圖7 錨固螺栓折斷

從滬杭高鐵的日常維修來看，主要以支距扣板螺栓、間隔鐵螺栓折斷為多，而且多數(shù)是因鋼軌空吊，列車通過速度快所造成，可調(diào)整軌下調(diào)高墊板來解決此類問題。至于預(yù)埋套管失效的整治，通常先用水鉆鉆出失效的預(yù)埋套管后再更新，并注入防護(hù)油脂。各類螺栓的維護(hù)，均需使用檢查錘逐一敲擊檢查，而且綜合維修工區(qū)的材料間還要備齊各種型號(hào)的聯(lián)結(jié)螺栓，才能確保萬無一失。

3.3 墊片剛性不均勻

無砟軌道的彈性主要來自于墊片，故墊片的剛性均勻與否對(duì)行車的舒適性有直接的影響。導(dǎo)致墊片剛性不均勻的主要原因：①墊片不標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致空吊。分布在轍叉心軌尖附近的雙孔長(zhǎng)墊片，其墊板最長(zhǎng)1 377 mm，僅靠?jī)啥寺菟ㄥ^固，中間極易空吊。②電務(wù)專業(yè)長(zhǎng)期在轍叉滑床板涂油，容易導(dǎo)致橡膠墊板污染而改變剛度。

第一種病害,遇動(dòng)檢車檢測(cè)時(shí)會(huì)因水平過大或三角坑而被發(fā)現(xiàn)，但在日常仍需加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)墊板與道床板間空吊、接頭空吊的檢查，以及重點(diǎn)地段的人工檢查。第二種病害，則需要工、電部門協(xié)調(diào)，通過涂抹專用潤(rùn)滑劑來減少對(duì)橡膠墊板的化學(xué)損害。另外，日常還要嚴(yán)格按照道岔鋪設(shè)圖紙進(jìn)行聯(lián)結(jié)零件的安裝，嚴(yán)禁使用非標(biāo)聯(lián)結(jié)零件。

4 軌道結(jié)構(gòu)病害

滬杭高鐵系列道岔多采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，由軌道板、CA砂漿層、底座板、滑動(dòng)層、高強(qiáng)度擠塑板、側(cè)向擋塊及彈性限位板等部分組成，因此在運(yùn)行中極易出現(xiàn)CA砂漿層與軌道板和支承層之間的離縫。離縫多發(fā)于高溫期間，當(dāng)連續(xù)5天超過35℃時(shí)，即需進(jìn)行全線軌道板普查，并對(duì)超限位置作詳細(xì)記錄。若發(fā)現(xiàn)離縫，一般采取注膠措施對(duì)無砟軌道離縫進(jìn)行封閉。施工時(shí)可借助鋰電吹風(fēng)機(jī)將水分烘干，以免雨水被封閉在內(nèi)部，導(dǎo)致病害反復(fù)（見圖8）。

圖8 軌道板離縫病害

5 結(jié)論

高速鐵路的發(fā)展深刻地改變了中國(guó)人的出行方式，縮短了東南西北人們時(shí)空觀念。為了能夠更好地服務(wù)于人民群眾安全出行，還需要我們檢修養(yǎng)修工區(qū)的干部職工都對(duì)高鐵道岔的養(yǎng)修維護(hù)工作傾注更多心血。滬杭高鐵建成通車以來，歷經(jīng)了11年四季不同氣候、溫度、濕度變化和不同載荷、不同扳動(dòng)頻次的考驗(yàn)，我們也對(duì)道岔幾何結(jié)構(gòu)尺寸、道岔結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)零件、鋼軌軌件等方面的養(yǎng)護(hù)積累了大量的第一手資料，在此對(duì)實(shí)踐中遇到的道岔故障原因及維修方法略作歸納整理，希望對(duì)集團(tuán)公司建立健全的高鐵線路病害問題庫，幫助大家共同減少高速鐵路道岔故障問題發(fā)生概率，起到舉一反三，未雨綢繆作用。