铁路小半径曲线的病害成因分析及整治办法

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2020年10月8日00:00:26 3 87

0 引言

与直线地段相比,曲线轨道的半径较小、外轨增设超高、曲线与直线连接处设置缓和曲线,故其受到的推挤和冲击更为严重,轨件磨损问题较为突出。铁路小半径曲线养护工作质量,直接影响着行车安全和维修投入。

1 铁路小半径曲线病害的类型

1.1 路基病害

路基病害可分为两大类:第一,出于线路封闭的需要新顶进的立交,或对既有线路改造而在该地段新修的桥梁,在桥台后背的路桥结合处,无法使用机械工程设备进行夯实,导致路基较为松软。长此以往,路桥结合处的承载能力逐步下降,铁路下沉,严重影响铁轨的轨向、水平和高低,路线整治较困难。第二,列车自身轴重大、运行速度高,无形之中增加了路基表面静压力,地下水位会持续上升。与此同时,也会对枕下道砟产生较大的破坏力和碾压力,致使道砟之间摩擦力增大,棱角磨圆,产生大量粉末,进而影响路基的稳定性能。另外,大部分重载列车运载散装货物,在车辆运行过程中,车辆封闭不严导致大量煤渣散落,散落煤渣和道砟粉末直接填充了道砟空隙。

在这种情况下,道床排水功能受到严重影响,道床、基床翻浆冒泥,极易改变铁轨线路的几何尺寸。

1.2 钢轨病害

钢轨病害可分为三大类:

一是波磨病害。轨道在使用过程中,很容易因磨损、消耗而产生规律性的不平顺,即波磨。钢轨的屈服强度、轨道弹性等均是导致波磨形成的重要因素,但钢轨踏面的波浪形压溃是产生波磨的根本原因。在重载列车急速运行时,钢轨发生波磨的位置更多,且波磨产生速度更快。一旦波磨达到0.4~1.2mm,将会使轨道振动以及轮轨之间的振动大大增加,对轨道的破坏力度激增,严重的还会导致线路与机车之间的共振反应,降低列车运行的平稳性。

二是焊缝问题。在曲线地段的施工过程中,需要使用铝热焊或气压焊焊接成无缝线路。在具体施工过程中,由于受到环境因素、工具因素、工人操作技术等因素的影响,很容易出现焊缝处错牙或轨面不平顺等情况。一旦接头处轨面不平顺,就会增加列车车轮对轨道的垂直冲击力,进而诱发动力学超限等问题。而作用边不平顺,会使列车产生一定的水平加速度,影响旅客的舒适度。

三是侧磨损病害。当列车通过曲线路段时,由于内外侧车轮运行轨迹的长度不同,外侧车轮向前滚动的同时还需要紧靠钢轨进行滑动,无形中加大了外侧钢轨受到的侧磨力。列车的固定轴距越大、钢轨硬度越低、曲线半径越小,钢轨侧磨损就越严重。在曲线半径和钢轨材质不变的情况下,列车的固定轴距直接决定了钢轨的侧磨发展速度。

2 铁路小半径曲线病害的成因分析

2.1 轮轨作用

在列车通过曲线路段时,蛇形运动的车轮会冲击钢轨,如果曲线不平顺,就会加大车轮的冲击力和冲击角,加剧列车的蛇形摆动,进而使钢轨与车轮之间的相互作用力增大。另外,在列车通过曲线路段时,车轮的滑动拖拉效应明显,无形之中加剧了钢轨磨耗。如果能较好地保证曲线圆顺、控制正矢偏差,可以大大降低“咬铁现象”的发生几率。

2.2 客货混跑

客货列车混跑,不同列车的运行速度、运行质量差距较大。在设计曲线超高时,不但要考虑高速客运列车的运行安全,也要考虑低速货物列车的运行需要。以京广线某区段为例,其曲线超高设置为110mm,曲线半径为600m,在曲线正常圆顺的情况下,轨检车运行速度为每小时110km。经测算,未被平衡的欠超高为128mm。未被平衡的离心加速度为0.84m/s2。0.84/9.8≈0.085g。在曲线质量正常的情况下,未被平衡的离心加速度已接近相关政策规定的0.1g标准。一旦小半径曲线不平顺,将使离心加速度大大增加,对钢轨的横向冲击力激增。

2.3 受力因素

当客运列车通过小半径曲线时,因其速度较快,致使上股钢轨横向受力增加,上股钢轨向外倾斜,容易形成“咬铁”倾斜面。当货物列车通过小半径曲线时,因车体较重、运行速度较慢,曲线下股钢轨受到的水平作用力增加,下股钢轨向外倾斜,容易使轨距发生变化。

3铁路小半径曲线病害的整治办法

3.1及时改道

及时改道是整治小半径曲线轨道病害的有效方法,也是养路工区最为简便的一种操作模式。在日常线路乔护过程中,必须加强对病害多发路段的设备检修及维护管理,一旦轨距超限就应及时改道。若改道到一定程度无法再改,可通过调边换轨的方式继续调整。若无法调边,则需要及时换掉两股钢轨。

3.2做好加固

在具体线路维护过程中,可通过钢轨桩加固的方式控制小半径曲线正矢偏差。可将短钢轨头制作成加面桩,并进行加固。具体地说,需将废旧钢轨切成1.5m一段的钢轨头,地下埋设深度不低于1m,保持短轨轨头埋设方向与列车运行方向一致,埋设位置正对正矢点,并使用混凝土浇灌。若外股道床较高,线间距超过5m,应尽可能将加固桩埋设到曲线下弯部位,以增大拉力,有效控制正矢变化;
若线间距不足5m,应在曲线外股埋设加固桩。结合圆曲线和缓和曲线的情况,合理设计加固桩间距,其中,缓和曲线按照每1m倍数设桩,圆曲线根据各正矢点位置合理设桩。可用改制后的绝缘轨距杆替代曲线加固桩的支撑杆,通过外桩顶、内桩拉的方式,控制曲线正矢变化。另外,可在加固桩位置安装轨距杆,这一方式能够更好地控制轨距变化。

3.3 曲线拨正

曲线拨正是整治小半径曲线病害的重要方式,是通过增加副矢点的方式控制曲线圆顺度。在现有10m间距中增加副矢点,正矢在缓和曲线上为两相邻正矢点之和的一半,在圆曲线上则为圆曲线的计划正矢,检测工具采用20m弦线。与此同时,强化缓和曲线的养护管理工作,检查正矢递减、轨距以及曲线上超高是否与标准相吻合,也是养护缓和曲线的重点。为更好地检查并确定三角坑、轨距加宽顺坡以及曲线超高,可将标记间距改成6.25m。在具体检查过程中,可按照轨距加宽和超高标记点放置道尺,而不必受原来检查点的限制。加强线路管理工作,确保连接零件的扭力与《工务维规》的有关要求相符合,零件无失效情况,保持紧、密、靠、全。及时修复挡肩破损的混凝土枕,对于已经失效的要及时更换,若道床不洁净,应及时进行清筛,保证道床饱满。

3.4 重点整治

加大对小半径曲线病害的整治与管理力度,增加日常检查次数,加强对曲线轨道的检查与养护。轨距病害问题是小半径曲线较为普遍的问题。若轨距不易调整,可使用特质轨距挡板和加宽尼龙座。加强钢轨支嘴的病害管理工作,合理调整轨缝,预防接头顶死。强化小半径曲线的细节管理工作,增设轨撑,通过支撑与轨距杆配合的方式强化支撑;使床道保持良好的排水性能以及弹性程度,结合线路横移和曲线半径,合理增加曲线外侧碴肩宽度;及时整修坍塌的钢轨接头,及时打磨波形磨耗、马鞍形磨耗等,使用油漆涂抹侧面磨耗;使用高强绝缘螺栓作绝缘接头,将扭力矩保持在700N·m左右;及时解决三角坑、空吊板等问题,加强捣固,填满、夯实碴道。有条件的情况下,可在小半径曲线处更换耐磨淬火轨。

引用文献:

《铁路小半径曲线的病害成因分析及整治办法》吴忠翔(中国铁路武汉局集团有限公司武汉桥工段,湖北 武汉 430000)

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