钢轨接头病害的原因分析及预防、整治办法

2020年6月14日00:00:02
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1 钢轨接头病害分类

接头病害表现形式往往是不同结构病害的复合,最明显的表现形式为接头轨面不良、坍塌、泛白、空吊,并伴随轨枕失效或歪斜、零配件松动。接头病害按各种状态分类如下:

1)按接头轨面状态分

低扣接头、磨耗不均匀接头、错牙接头、金属剥离接头、大轨缝接头。

2)按接头道床状态分

翻浆接头、泛白接头、留塌接头、板结接头。

3)按接头的结构状态分

接头夹板下弯、上缘磨蚀、夹板螺栓的螺帽扭矩不足、扣件螺帽扭矩不足、扣板或轨距挡板不密贴、扣件失效等。

2 钢轨接头病害形成的原因

接头构造不平顺是接头病害产生的根本原因,而日常养护维修方法不当则会加速病害的发展。

2.1 钢轨接头构造不平顺

钢轨接头存在轨缝的构造弱点,使车轮通过接头时产生台阶和折角,造成先天性的轨面不平顺所产生的轮轨冲击,增大了接头处的附加动力。试验测得,钢轨接头处的垂直振动加速度为钢轨大腰处的2~5倍。

2.2 钢轨接头附加不平顺

钢轨接头附加不平顺是在运营过程中形成的,如结构薄弱、轨面不均匀磨耗、弹性不足等情况都可能引起附加不平顺。

2.3 钢轨接头动态不平顺

钢轨接头动态不平顺一般有两种情况:一是轨道弹性不均和荷载波动,轮轨接触点轨迹呈波浪形不平顺;二是线路存在暗坑吊板和道床不均匀的弹性下沉。这辆种不平顺只有在动态情况下才能表现出来。线路的动态不平顺增大了列车运行中的冲击和振动。

2.4 日常养护维修不当

2.4.1 水平方向不良

列车通过水平方向不良的线路时,由于钢轨上下反复挠曲,使钢轨内部组织连续发生拉张和压缩的反复应力,钢轨接头在列车反复冲击荷载作用下,道床应力和振动加速度远大于非接头部位,残余变形积累加剧后形成低接头。

2.4.2 轨缝过大或接头错牙

换轨时设置的轨缝过大或接头错牙,形成先天性的轨面不平顺。

2.4.3 道床板结和翻浆

混凝土枕线路道床病害主要是道床板结和翻浆,当接头处的道床出现板结后,弹性下降、承载能力降低容易形成空吊板,产生低接头。

2.4.4 轨面不均匀磨耗未及时修理

轨面不均匀磨耗的发展过程大致分为两个阶段:第一阶段是钢轨出现马鞍形磨耗之前,轨道各部件基本上处于正常工作状态,但在列车冲击作用下产生接头螺栓松动、道碴磨圆和轨道各部件磨损出现永久变形造成接头低坍;第二阶段是接头轨面出现不均匀磨耗。

2.4.5 在接头处频繁作业

在接头处频繁作业将导致接头处枕下基础不稳定,容易造成坍碴接头,曲线地段尤为严重。

3 钢轨接头病害的整治措施

根据以上关于接头病害成因分析,采取的接头病害整治方法有消除接头和优化接头结构、整治低接头、整治接头部位的道床、改善轨下垫层弹性、轨面的修理和换轨调整接头位置6种。

3.1 消除接头和优化接头结构

整治接头病害最直接的方法是消除钢轨接头和优化接头结构。在条件允许的情况下,新线和大修线路应尽可能采用无缝线路,特别是超长无缝线路,以达到消除钢轨接头的目的。但在短期内全面消除钢轨接头是不可能的,因此,要通过使用新技术使接头冻结、胶结以优化接头结构,从而弥补了接头的先天不良。

3.2 整治低接头

3.2.1 提高接头捣固质量

接头捣固是预防低接头的关键,是保证线路稳固的基础,为此必须提高接头捣固质量。

1)起道时应将轨面抬平后再进行捣固,切忌抬高接头形成鼓包。

2)捣固前要先拧紧接头螺栓和轨枕扣件螺栓,以加强接头的整体性,防止捣固后空吊板。

3)捣固顺序应从小腰向接头捣固,促使道碴向接头挤紧,防止小腰处偏高和小腰空吊板。

4)捣固时要捣够长度和镐数,按作业要求排好镐位,捣匀、捣实消灭空吊板,并及时回填道床,保持道床均匀饱满,使轨道基础处于稳定状态。

3.2.2 合理调整接头大轨缝

控制轨缝最有效的手段是使用高强螺栓和高强绝缘材料及弹性平垫圈,坚持轨缝的日常检查,超过误差值要及时调整。

3.2.3 接头轨枕下垫大胶垫

实践证明,在钢筋混凝土轨枕线路上整治低接头可用特制的大胶垫,钢轨接头处垫板静刚度为500 kN/em,一般大胶垫厚度在l0~20 mm,先测出接头处2根钢轨的高差,将其垫在枕底下整治低接头。但利用这种方法垫人的胶垫在一年后必须撤出,并重新进行捣固。

3.3 整治接头部位的道床

道床板结和翻浆是道床主要病害。钢轨接头处道床板结出现后,不仅承载能力显著降低,而且线路刚度大为提高,减振、隔振性能降低,线路的残余变形及各种病害发展加剧。为此,要充分做好接头道床的养护工作:

1)接头部位道碴应有良好的级配和颗粒形状,对于磨圆的道碴要及时进行更换,以恢复道床的良好弹性。

2)道床中粉尘较多时,在雨水的作用下,粉尘与道碴颗粒可凝为一个整体,极易形成道床板结,从而失去弹性,要进行重点整治的同时,对接头处3个轨枕盒的道床进行破底清筛。

3)保持接头部位道床的均匀饱满,提高接头部位道床抵抗变形的能力,提高线路的稳定性。

3.4 改善轨下垫层弹性

轨下垫层弹性是轨道结构弹性的重要组成部分,经过多年的运营,橡胶垫板会逐步硬化,特别是接头部位的垫板在强大冲击力的作用下,弹性逐步减少。为此,要进行接头综合整治,及时更换接头区4根轨枕的垫板,以恢复轨道结构的良好弹性。

3.5 轨面的修理

接头轨端的不均匀磨耗或掉块、擦伤,是钢轨在运营过程中产生的各种伤损和缺陷的主要形式之一。这些病害与轨缝组合在一起,就会引起机车车辆的巨大附加冲击,使线路变形加剧,轨枕发生裂纹、扣件损坏、道床板结不仅缩短轨道各部件的使用期限,同时也加大了接头的养护维修工作量。消除这些接头轨面的病害可采用磨修和焊修的方法进行整治。在正线和到发线垂直磨耗达1~3 ITlIn,其它线路达1.5~5 inrn时可采用焊修。这种方法可以有效减少列车车轮对钢轨接头的破坏性冲击,对延长钢轨使用期限和保证行车安全,都具有很大的作用和意义。

3.6 换轨时调整接头位置

由于接头处经常作业,导致接头处枕下基础不稳定,很容易造成坍碴接头,曲线地段尤为严重。为了缓和这种局面,在曲线上股钢轨侧磨与下股钢轨垂磨均已接近重伤标准需同时换轨的情况下,可结合换轨调整钢轨接头位置。

具体做法:在换轨曲线的两端上下股同时插入1根12.5 m的短轨,使原接头位置调整到新钢轨的“大
腰”处并调整好新旧接头处的轨枕间距,这种方法能有效消除接头病害。

文章来源:

刘建利,温永磊,李静敏. 地铁轨道维护技术[M]. 2016

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