小半径曲线地段机械清筛防胀轨跑道整治措施

轨道是列车运行的基础，道床是其重要的组成部分。定期对道床进行清筛是整治道床板结、翻浆冒泥等病害，恢复线路平纵设计，恢复道床弹性的有效措施，是轨道修理的重要修程，对保证列车运行安全具有重要作用。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

小半径曲线地段一直是清筛施工的难点，由于其本身径向力大，对道床的横向阻力要求高，在清筛施工中常发生胀轨跑道现象，影响天窗开通安全。因此，本文总结了线路胀轨跑道的不同阶段，分析了清筛施工中小半径曲线地段易胀轨跑道的原因，并针对其原因总结了整治措施，以期为小半径曲线地段机械清筛施工提供一定的参考。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1 线路胀轨跑道的不同阶段

在高温时段，钢轨内部受到温度压力的作用，随着温度的不断升高，温度压力增大，当线路两端的纵向位移被限制时，此压力会分解为横向分力，线路的胀轨跑道与钢轨的横向分力、道床的横向阻力密切相关。大量研究表明，线路的胀轨跑道过程存在一定的规律性，总体上可分为三个阶段，分别是稳定阶段、胀轨阶段和跑道阶段[2]。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1.1 稳定阶段

在此阶段，钢轨的横向分力小于道床的横向阻力，外界温度小于临界温度，理想情况下此阶段线路无任何微小形变，直线笔直、曲线圆顺。此阶段在不被外界干扰的情况下，能够持续较长的时间，直至外界温度逼近临界温度时进入胀轨阶段。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1.2 胀轨阶段

在此阶段，钢轨的横向分力约等于道床的横向阻力，外界温度约等于临界温度，钢轨发生横向微小形变，但不明显，实际施工中此阶段会出现连续碎弯、轨距不良、一侧扣件连续失效、起道拨道省力等特征，且随着温度的不断升高，钢轨的形变逐渐明显，并进入跑道阶段。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1.3 跑道阶段

在此阶段，钢轨的横向分力大于道床的横向阻力，外界温度大于临界温度，钢轨温度若再进一步增加或受到外界干扰，钢轨变形会增大，突发胀轨跑道，钢轨中的弹性势能会急剧释放[3]，严重破坏轨道的几何结构，跑道之后，轨道又会重新趋于稳定。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

综上，线路胀轨跑道的不同阶段有不同的特征，工务人员在平时养护或应急处置的过程中应判断清楚，并进行相应整治。

2 小半径曲线地段易胀轨跑道的原因

2.1 清筛机作业过程中轨道稳定性下降

在实际工程中，清筛施工以机械清筛为主，其施工效率、安全性较人工清筛具有显著优势。清筛机的核心工作原理是通过挖掘链对受到污染的道床进行挖掘，经传送带将道砟及砟土运送到振动筛中进行振动筛分，并通过回填装置将干净的道砟回填，砟土则抛出。在清筛机作业过程中，一部分轨道框架不可避免地暴露在外，形成轨枕空吊（图1），道床几乎完全丧失了对轨道的横向阻力作用，增加胀轨跑道风险。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

根据陈岳源等的研究，无缝线路稳定性计算可简化为公式（1）。

\[ P_N= \frac{2Q}{ \frac{1}{R_f}+ \sqrt{ \left(\frac{1}{R_f}\right)^2+ \frac{\pi(f+f_{op})Q}{4\beta EI} } } \tag{1} \] 󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

式中：\(P_N\) 为钢轨临界力；\(Q\) 为道床横向阻力；\(\frac{1}{R_f}\) 为曲线半径 \(R\) 及原始弹性弯曲矢度为 \(f_{op}\) 的曲线的曲率和，即󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

\[ \frac{1}{R_f}=\frac{1}{R}+\frac{1}{R_{op}} \]

\(f\)、\(f_{op}\) 为轨道变形矢度和原始弹性弯曲矢度；\(\beta EI\) 为轨道水平刚度。

由公式（1）可知，线路的稳定性与道床横向阻力及轨道水平刚度相关，清筛作业中扒链从轨枕底部穿过，此时道床丧失横向阻力，轨道原有的几何结构遭到破坏，轨道水平刚度下降，线路稳定性急速下降。因此，清筛机作业过程中线路的稳定性下降，导致其更具胀轨跑道风险。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2.2 无缝线路温度应力削弱道床横向阻力

无缝线路消除了钢轨接头，减小了列车对轨道的冲击，在提高列车运行安全、舒适性的同时，也减小了工务人员的养护难度。但正由于轨缝的消失，使得无缝线路受到温度应力的作用时应力无法释放。在高温季节，当钢轨温度高于锁定轨温时，钢轨受到的温度应力主要表现为压应力，此时由于无缝线路纵向位移被限制，压应力得不到有效放散，会在线路初始弯曲处或不平顺处分解为横向力。当横向力略大于道床横向阻力时，轨道会出现微小变形并处于胀轨阶段，当横向力大于道床横向阻力时或轨道受外部干扰发生形变时，轨道的变形矢度激增，从而跑道。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

因此，无缝线路在机械清筛施工中胀轨跑道风险更大。

2.3 小半径曲线地段削弱道床横向阻力

曲线地段的线路存在“呼吸作用”，即轨温升高时，曲线整体有远离曲线中心的趋势，轨温降低时则相反，因此道床阻力会受到一定程度的削弱。在反复的高低温作用下，小半径曲线的“呼吸作用”对道床横向阻力的削弱作用更强。此外，小半径曲线地段一直是线路的薄弱地段，是工务人员养护的重点，经常性的起道、拨道更进一步地削弱了道床的横向阻力作用。曲线地段的“呼吸作用”是造成线路胀轨跑道的重要原因。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

另有相关研究表明，线路胀轨跑道风险与曲线半径有关。曲线地段钢轨的径向力与曲线半径存在反比关系，即曲线半径越小，钢轨的径向力越大，反之亦然。为了保证小半径曲线地段线路的稳定性，对道床的横向阻力要求更高。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

因此，小半径曲线地段一方面对道床的横向阻力削弱作用明显，另一方面对道床的横向阻力要求更高，在机械清筛施工中发生胀轨跑道的风险较大。

2.4 线路初始平顺性削弱线路稳定性

线路初始平顺性是影响线路稳定性的重要因素之一。相关研究指出，线路的初始不平顺波长一定时，线路横向位移变化率与线路不平顺矢度存在正比关系；线路初始不平顺矢度一定时，线路的横向位移变化率与线路的初始不平顺波长存在反比关系，且曲线半径越小，越敏感，曲线的临界温升和允许温升也存在类似关系。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

因此，在机械清筛施工中，若曲线地段在清筛前有小弯、目视不圆顺则会使胀轨跑道风险增加。

3 胀轨跑道防治措施

3.1 清筛施工前

3.1.1 提前进行应力放散

清筛前应对清筛地段进行轨道温度应力放散作业，常用的方法分为温度控制和长度控制。其中，温度控制是指在合适的温度范围内对钢轨进行伸缩处理以消除温度应力，并重新锁定线路；长度控制指的是使用撞轨等方法将线路调整到相应的长度，并立即重新锁定。提前进行应力放散可以消除钢轨温度应力，显著降低线路在清筛施工中的胀轨跑道风险。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.2 预卸足够的石砟

由于弃土的筛出，清筛施工后线路存在缺砟的情况。若线路翻浆冒泥严重，清筛后的石砟量少于安全砟量（图2），则会增加胀轨跑道风险，带来安全隐患。因此，清筛前必须预卸足够的干净石砟，如图3所示，提高筛分后的回填量及第一台捣固车进场时的捣固质量，进而提高道床的横向阻力，防止发生胀轨跑道。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.3 加密小半径曲线地段桩点

拨道桩点的设置是清筛施工的重要一环，为线路跑道的预防及应急处理提供关键参考。对于半径较大的曲线，技术人员在清筛前可每隔20 m设置一个拨道桩点；对小半径曲线应进行桩点加密，建议每隔5 m设置一个拨道桩。清筛施工中，技术人员应全程紧跟清筛机，发现胀轨跑道应立即告知捣固车二号位并提供相应的拨道量，若跑道量过大，则立即收车。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.4 捣固车初捣

清筛施工开始前应对小半径曲线地段进行初捣作业，捣固车的自动拨道和抄平系统可消除曲线碎弯及小高低，提高曲线的初始平顺性，进而提高线路的稳定性，降低胀轨跑道发生的风险。频繁的大机捣固作业会降低道床的横向阻力，此项作业宜在清筛前1～2天进行，清筛施工开始时，经列车碾压，道床阻力得以恢复。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.2 清筛施工中

3.2.1 推冰、洒水降温

轨温过高是线路胀轨跑道的最重要原因。清筛施工开始时，推冰、洒水降温作业应与开槽作业同步进行，待轨温降至《普速铁路线路修理规则》规定的范围内，清筛机才能进行作业。清筛过程中，推冰、洒水降温作业应组织在清筛机或物料车之前，直至清筛施工结束收车。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.2.2 跟车回砟

清筛机后应组织人员跟车回砟作业，跟车回砟人员应在上、下股内外侧及时回填石砟，一方面是尽量保证清筛后线路的稳定性，另一方面也能保证第一台捣固车的捣固质量。回砟作业的重点地段在开收口处，清筛机作业前应收集开口处“两底三孔”的石砟（图4），并在清筛机作业后运送到收口处进行回填，如图5所示。根据经验来看，在推冰、洒水降温作业后，曲线更倾向于“下压”，往下股方向胀轨跑道，因此曲线上股内侧及下股外侧是回砟重点。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.2.3 缩短捣固车跟车距离

清筛后的线路经第一台捣固车捣固后可以增加清筛断面道床的横向阻力，是防止线路跑道的重要一环。在现场施工中受制于《大型养路机械使用管理规则》的相关要求，清筛后的线路需达到轨距（+12，-6）mm，三角坑±30 mm之内才可进场捣固，若人工找道作业效率低，会延长第一台捣固车的进场时间，清筛后的道床不能及时为轨道框架提供横向阻力，使得胀轨跑道风险急剧增加。因此，为降低线路胀轨跑道风险，建议第一台捣固车与清筛机的距离控制在50 m以内，这就要求人工找道人员业务技能熟练，清筛机的号位操作人员水平控制能力较强。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.2.4 严格限制清筛机提轨

清筛机在清筛作业过程中原则上不得提轨作业，提轨作业一方面会提高胀轨跑道风险，另一方面不利于线路标高的控制。若提轨量过大，清筛机拨道小车有掉道的风险，拨道小车一旦掉道，轨道约束完全消失而清筛施工现场能见度较低（图6），难以及时发现拨道小车掉道并进行应急处置，会严重影响施工作业安全。现场施工中除遇到无法提前拆除的障碍物可略微提轨通过（提轨量建议不超过30 mm）外，全程严禁提轨。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

4 结 论

本文基于线路胀轨跑道原理，从清筛机作业、无缝线路温度应力、小半径曲线地段、线路初始平顺性四方面着手，分析了机械清筛作业在小半径曲线地段易胀轨跑道的原因，并总结提出了相应的整治措施，主要得到以下结论：󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（1）清筛机作业会降低轨道稳定性，导致机械清筛施工相比其他大修施工更具胀轨跑道风险。

（2）无缝线路的铺设，小半径曲线径向力大、对道床横向阻力的削弱作用较强，线路初始不平顺均会导致道床横向阻力不足，进而引起线路的胀轨跑道。

（3）为防止机械清筛作业时在小半径曲线地段发生胀轨跑道，需要从减小线路温度应力及提高道床横向阻力两方面着手。

（4）现场施工中减少温度应力的主要措施有提前进行应力放散，提前对线路组织推冰、洒水降温作业；提高道床阻力的主要措施有提前预卸足够的石砟、严格限制清筛机提轨、缩短捣固车的跟车距离、提高跟车回砟作业质量。而提前对小半径曲线进行桩点加密作为胀轨跑道后的补救措施也应在现场施工中加以重视，进而保证施工安全。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

本段依据本文所列的整治措施，自2025年集中修以来已完成三次成段破底清筛大修施工，在小半径曲线地段鲜有胀轨跑道现象发生。实践证明本文所介绍的一系列整治措施可以有效降低机械清筛施工时在小半径曲线地段发生胀轨跑道的风险，可为后续此类施工提供一定的参考。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

文章来源：

原文名称：小半径曲线地段机械清筛防胀轨跑道整治措施

作者信息：李 昊（中国铁路昆明局集团有限公司 昆明工务机械段,昆明 650000）

期刊信息：铁道工务 2026 年 04 月