小半径曲线无缝线路养修技术

2011-03-17张进永

铁道建筑 2011年9期

张进永，高亮

(1.北京铁路局石家庄工务段，石家庄 050000;2.北京交通大学，北京 100044)

1 小半径曲线无缝线路概况

无缝线路由于减少了接头数量，改善了轨道结构，从而提高了列车运行的平稳性，减缓了线路病害的发生，延长了维修周期，提高了设备质量。所以，近年来无缝线路的轨道结构形式成了新铺设线路及线路大修改造过程中的优先选择，现在许多铁路局已开始在半径300 m的曲线上铺设无缝线路，并对可行性与经济性进行研究。

为保证小半径曲线无缝线路的稳定性，目前基本上采用了Ⅲ型轨枕、Ⅱ型弹条扣件、优质道砟并保持足够道床厚度、加大道砟肩宽和保持外股150 mm道砟堆高、采用高强度钢轨的轨道结构形式，并采取了加轨距杆、上地锚拉杆等加强措施。在无缝线路作业问题上，工务维修规则只对半径R=400 m以上无缝线路作业提出了要求，对R=400 m及以下无缝线路作业问题未见有相关的作业指导说明，特别是 R=300 m半径的无缝线路作业大都是处在探索阶段。

鉴于目前R≤400 m小半径无缝线路作业问题上存在的一些问题，根据小半径无缝线路作业上的一些实践以及对不同作业条件下道床稳定性能的测试，对小半径无缝线路的养修问题进行了探讨，这对于做好小半径无缝线路防胀、防断工作，确保行车安全具现实意义。

2 小半径曲线无缝线路特点

2.1 受力特点

1)在承受温度力及其它纵向力的同时，还承受径向力的分力。如作用在其两端的纵向力为Pt，则其径向分力Pr对小半径曲线无缝线路稳定影响较大，且随着半径R的变小Pr增大。

2)列车通过小半径无缝线路时，由于存在未被平衡超高，将产生离心力或向心力，使轨道产生了与之相反的横向水平力。

3)列车在运行过程中，随着运行速度的不同和轴重的不同，将产生不同的动应力，动应力的大小与运行速度和轴重成正比例关系。

以上受力特性，不仅影响到小半径无缝线路的稳定性，还会影响到钢轨的强度，加大钢轨及配件的磨耗和磨损，缩短钢轨更换周期，且增加了小半径无缝线路钢轨更换的难度。

2.2 臌曲变形的特性

曲线无缝线路与直线无缝线路发生胀轨跑道的过程有所不同，当轨温超过锁定轨温时，钢轨内部就会产生温度压力，直线地段无缝线路如果轨向较好，温度压力仅存在于纵向，而对于曲线无缝线路来说，还要产生一个径向分力，且随着半径减小该分力增大。当温度压力达到一定程度时，就会使轨道发生横移，若继续升温，则线路继续向外移动，以致最后发生跑道。因此曲线上发生横移的温度比直线上要低，其开始位移来得较早，且位移可发生在曲线的任何部位。直线轨道在变形逐渐积累后，臌曲是突然发生的，而对于曲线无缝线路来说，其胀轨跑道过程是一个逐渐的、缓慢过程，是一个随温度应力循环而产生的轨道残余变形累积过程。

因此，必须选择合理的锁定轨温和合理的作业轨温范围，增强轨道结构，提高线路养护维修质量，才能保证小半径曲线无缝线路的稳定性。

2.3 钢轨特性

小半径无缝线路钢轨在同等运营条件下，承受了更大的径向力，加剧了曲线上股钢轨的磨耗和下股钢轨的压溃，钢轨的磨耗和压溃减弱了轨道的框架刚度，且使线路轨距扩大，增加了其它零配件的磨损程度。同时在小半径无缝线路上，由于其受力特性，钢轨较其它地段无缝线路更容易产生波浪型磨耗，加剧了列车运行的不平稳性，增加了维修工作量。

根据石家庄工务段对在上下行R=300 m铺设的无缝线路测试的情况分析，钢轨病害的形成与通过的总重密切相关，在石太下行线，通过大多为空车，其年运量相当于上行运量的近1/3，其钢轨铺设三年来无波浪型磨耗，磨耗量也仅有5～6 mm，上行相同半径无缝线路上股钢轨基本上一年左右就要进行侧磨轨更换，且大多伴有波浪型磨耗。

3 小半径曲线无缝线路作业

3.1 作业轨温条件的控制问题

在无缝线路上进行维修作业时，必须处理好实际锁定轨温和作业轨温之间的关系。目前无缝线路维修作业条件按实际锁定轨温并根据作业轨温进行掌握。《铁路线路修理规则》规定了R=400 m以上无缝线路作业轨温条件，对于半径R=400 m及以下小半径无缝线路作业轨温未加说明。

为确定小半径无缝线路作业轨温条件，对三种常见的作业道床横向阻力进行了测试，道床横向阻力是反映道床基础维持轨道横向稳定性能力的指标，用在无垂向荷载(钢轨压力)条件下。道床横向阻力是在起道、拨道状态横向位移取1 mm时所承受的横向推力的大小来定义的，其量纲为 kN/枕。然后对作业后的曲线轨道稳定性进行了评估。

3.1.1 起道作业

1)起道量30 mm，根据测试，道床等效阻力 Q值为42.3 N/cm。在该阻力条件下，允许轨温升高值［△tW］=16.7℃，得到作业轨温与实际锁定轨温差值8.7℃。

2)起道量40 mm，道床等效阻力Q值36.7 N/cm，在该阻力条件下，允许轨温升高值为14.6℃，作业轨温与实际锁定轨温差值6.6℃。

3.1.2 拨道作业

1)拨道量10 mm，道床等效阻力Q为35.7 N/cm，在该阻力条件下，允许轨温升高值为14.2℃，作业轨温与实际锁定轨温差值6.2℃。

2)拨道量20 mm，道床等效阻力Q值为34 N/cm，在该阻力条件下，允许轨温升高值为［△tW］=13.5℃，得到作业轨温与实际锁定轨温差值5.5℃。

3.1.3 扒开道床作业

根据测试，道床等效阻力Q值按125.6 N/cm计。经计算，在该阻力条件下，允许轨温升高值［△tW］=46.91℃，得到作业轨温与实际锁定轨温差值为38.91℃。

由以上计算可以看出，起拨道、扒开道床作业后对曲线轨道的稳定性影响非常大，特别是起拨道作业。因此，应对小半径曲线上的起拨道、扒开道床作业严格控制，制订有针对性的控制措施。目前石家庄工务段对R=300～400 m之间的无缝线路的作业轨温条件，根据测试结果采取了将《维规》R=400～800 m作业轨温条件范围减小±5℃来执行，经实践检验表明:严格按无缝线路作业的“一准、两清、三测、四不超、五不走”制度落实无缝线路作业，按作业轨温条件完全可以保证小半径曲线无缝线路安全。

无缝线路作业轨温条件必须考虑实际锁定轨温的确定。实际锁定轨温是日常养护维修的依据，其准确与否，直接影响着行车安全，因此必须加强对无缝线路的观测，以确保所掌握的实际锁定轨温准确。石家庄工务段对小半径无缝线路实际锁定轨温的确定，采用了以下方法:①利用位移观测桩法一月一遍加强观测，并保证观测精度;②对一些实际锁定轨温变动较大地段，用无缝线路锁定轨温测试仪进行测定。

3.2 钢轨磨耗问题

小半径无缝线路的难题之一就是钢轨磨耗问题，钢轨磨耗到一定程度需要更换时带有一定的难度，且个别点磨耗严重插入短轨时容易破坏轨道标准结构。小曲线半径无缝线路钢轨磨耗与曲线半径大小、总货运量、钢轨材质、线路坡度、行车速度及线路养护维修质量等条件有关。因此在铺设小半径无缝线路时通常采用淬火耐磨钢轨，同时在日常养护中采取以下一些措施。

1)加强曲线养护，避免不均匀磨耗降低钢轨使用寿命。石家庄工务段的经验作法为每个车间成立了专门的曲线整治小组，对曲线进行拨改，确保曲线圆顺。拨改周期视曲线变化范围而定，基本上保证每2个月1遍，重点地段1个月1遍。

2)涂油、调边延长钢轨使用寿命。根据不同运量和钢轨不同材质确定钢轨涂油周期，石太上下行线涂油周期分别为上行1 d 2次，下行1 d 1次。当钢轨磨耗到一定程度时，上下股进行调边使用，以减少侧磨工作量和增加曲线圆顺。

3)对于钢轨波浪型磨耗问题，利用小型机械及时打磨，并对低坍部分及时焊复，确保轨面平顺。

3.3 防胀防断问题

3.3.1 锁定轨温的控制问题

小半径无缝线路相对于其它无缝线路来说，其防胀防断问题更为突出。因此在布置防胀和防断工作时，要将小半径无缝线路作为关键地段进行安排，同时在铺设小半径无缝线路时，应适当提高铺设锁定轨温。

3.3.2 插入短轨问题

小半径无缝线路在处理重伤钢轨以及在处理断轨时，不可避免地要插入短轨，但是将上股变为短轨线路、下股为无缝线路对防胀防断工作都极为不利。对于个别插入的短轨，应当在锁定轨温范围内及时进行焊复，以确保无缝线路的标准结构。对于侧磨较为严重，无法进行焊复的，最好在锁定轨温范围内用冻结式夹板进行连接，并保证冻结螺栓的足够扭力矩。