神華鐵路線路維修周期研究

王 軍，許永賢，徐 旸，王眾保

(1.中國神華軌道機(jī)械化維護(hù)分公司，天津 300467；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

有砟道床在正常服役時會出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，如不及時維修就會引起軌面不平順，影響列車的運(yùn)行品質(zhì)，嚴(yán)重時甚至威脅列車的運(yùn)營安全?；诖?，各國鐵路運(yùn)管部門通過養(yǎng)護(hù)維修確保軌道結(jié)構(gòu)處于良好服役狀態(tài)。本文重點(diǎn)針對影響線路維修周期的各種因素進(jìn)行綜合分析，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合我國神華鐵路的實(shí)際運(yùn)營情況，提出適用于神華鐵路的養(yǎng)護(hù)維修周期。

1 線路維修周期的影響因素

線路維修周期是指相鄰兩次線路維修的間隔時間。線路維修周期的影響因素主要有線路運(yùn)輸模式、線路與軌道結(jié)構(gòu)、線路維護(hù)狀況和車輛維護(hù)狀況[1]。

1.1 線路運(yùn)輸模式

線路的運(yùn)輸模式是決定線路設(shè)備使用壽命，確定線路設(shè)備大修周期的核心因素。其主要包括線路通過總重、牽引質(zhì)量和行車密度3個方面。

線路通過總重是決定線路設(shè)備大修周期的關(guān)鍵因素。隨著線路通過總重的增加，在日積月累的輪軌相互作用下鋼軌的磨耗、壓潰、掉塊等傷損逐漸積累、增大，道砟的破碎、粉化也逐漸增多，道床的沉降、變形增大，破壞線路的平順性；反之線路的不平順會加劇輪軌之間的相互作用，增加鋼軌、道床的傷損和沉降變形。

牽引質(zhì)量也是影響線路設(shè)備使用壽命，影響維修周期的因素。列車牽引重量的增加，一定程度上會導(dǎo)致鋼軌擦傷、壓潰以及道床的急劇變形。大秦線開通牽引質(zhì)量2萬t重載后，帶來了一系列普通鐵路不會遇到的新問題，如鋼軌磨耗快、道床基礎(chǔ)易板結(jié)、軌枕失效、軌道幾何形位不易保持等。

行車密度也是影響線路維修周期的重要因素。線路的行車密度大，鋼軌、道床的傷損和破壞概率增大，反之線路行車密度小，在列車間隙軌道部件得以充分修整和恢復(fù)，有利于延長線路大修周期。如澳大利亞西部的運(yùn)輸鐵礦石的貨運(yùn)專線，貨車的軸重40 t，牽引質(zhì)量與大秦線相當(dāng)，但是線路設(shè)備的受損程度較輕，其主要原因是行車密度小。

1.2 線路與軌道結(jié)構(gòu)

線路與軌道結(jié)構(gòu)也是影響線路維修周期的重要因素。如線路經(jīng)過山區(qū)小半徑曲線鐵路，曲線外軌側(cè)向磨耗和內(nèi)軌壓潰、肥邊，下坡段列車制動引起鋼軌擦傷，影響鋼軌使用壽命；橋隧段碎石道床在下部混凝土仰拱和上部軌排夾擊下，道砟的破碎和粉化較路基段嚴(yán)重，會縮短道床的使用壽命。

軌道結(jié)構(gòu)中鋼軌、軌枕的類型會影響線路維修周期。如鋼軌重量越大其縱向剛度也越大，列車荷載分布于更多軌枕上，有利于減少枕上壓力；Ⅲ型枕底面積(7 852 cm2)較Ⅱ型枕(6 700 cm2)大，減少了枕底道床壓力，有利于減少道砟破碎和粉化。此外，道砟墊等能延緩道床的劣化，從而起到延長道床使用壽命的目的[2]。

文獻(xiàn)[3]還指出，重載鐵路軌道結(jié)構(gòu)的剛度由鋼軌、支點(diǎn)間距和軌下支承剛度共同決定，軌道結(jié)構(gòu)的剛度匹配對延長軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命、減少現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)維修工作量也具有顯著的影響。

1.3 線路維護(hù)狀況

線路維護(hù)狀況也是影響線路設(shè)備使用壽命的重要因素，線路設(shè)備的合理維護(hù)能有效延長其使用壽命。如新鋪鋼軌進(jìn)行預(yù)打磨，同時按期進(jìn)行鋼軌修復(fù)性打磨，消除鋼軌波磨、掉塊和肥邊等病害，恢復(fù)鋼軌適宜的正確輪廓，有助于減少輪軌作用力，延長鋼軌使用壽命。此外，對道床及時進(jìn)行搗固維修能有效恢復(fù)線路的平順性，不僅能提高線路的運(yùn)輸品質(zhì)，還能有效減少輪軌之間的沖擊，延長軌道部件的使用壽命。對比大秦線和神華鐵路的線路維護(hù)狀況，在大機(jī)搗固維修方面兩者基本一致，但是鋼軌打磨維護(hù)方面存在較大的差距。大秦線非常重視鋼軌的預(yù)打磨和修復(fù)性打磨，保持鋼軌斷面良好的輪廓，保證了輪軌之間的良好接觸；但神華鐵路未普及鋼軌預(yù)打磨，修復(fù)性打磨各公司也開展得參差不齊，不利于延長鋼軌的使用壽命。此外，文獻(xiàn)[4]研究表明，通過加裝軌撐、加強(qiáng)型彈條、橫向阻力器等加強(qiáng)設(shè)備也可提高線路的使用壽命。

1.4 車輛維護(hù)狀況

神華鐵路的車輛、軸重、速度與大秦線類似，即車輛轉(zhuǎn)向架相同，軸重一致(25～27 t)，運(yùn)營速度相似(80 km/h以下)，僅車輛的維護(hù)模式及狀況不同，在相同運(yùn)量情況下對線路的影響卻呈現(xiàn)出較大的差異。運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，車輛的維護(hù)狀況也是影響線路設(shè)備大修周期的重要因素之一。且神華集團(tuán)所管轄各鐵路線上開行的車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)性能和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)較客車低，對軌道部件的傷損較顯著。因此，應(yīng)在今后的養(yǎng)護(hù)維修工作中密切關(guān)注車輛的維護(hù)狀況。

2 神華鐵路維修周期研究

2.1 線路設(shè)備大修周期

神華鐵路的線路維修一般利用天窗進(jìn)行，采用計(jì)劃修和周期修制度[5]，且線路類型、線路條件、運(yùn)輸條件等與國鐵大秦線非常相似，故借鑒大秦線的維修管理經(jīng)驗(yàn)。因而在分析神華鐵路的線路大修、維修現(xiàn)狀時，主要與大秦線[6]對比。神華鐵路主要線路與大秦線、現(xiàn)行維修規(guī)則的對比見表1。

表1 神華鐵路主要線路與大秦線、現(xiàn)行維修規(guī)則對比

由表1可知：鋪設(shè)75 kg/m鋼軌、Ⅲ型枕的朔黃線鋼軌大修周期為14～15億t，道床大修周期為10～12億t；而神朔線道床大修周期僅有6億t，兩者相差較懸殊。與現(xiàn)行維修規(guī)則相比，朔黃線鋼軌和道床大修周期分別延長了61.1%和144.4%，與大秦線的13億t 基本持平。

其原因主要有以下2點(diǎn)：

1)朔黃線軌道鋪設(shè)75 kg/m鋼軌，有利于列車荷載縱向分布于更多的軌枕上，加上采用了枕底面積較大的Ⅲ型枕，有效減輕了道床頂面應(yīng)力，減輕了枕底道床的振動荷載，延緩了道砟的破碎、粉化，保持了道床持久的穩(wěn)定性，使線路長久平順。線路良好的平順性和穩(wěn)定性又反過來保證了輪軌良好的接觸，避免了因軌面不平順造成的輪軌之間的相互沖擊和摩擦，減輕了對鋼軌的傷損，延長了鋼軌使用壽命。因此，軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異是造成朔黃線和神朔線軌道部件使用壽命差異較大的重要原因。

2)重載鐵路鋼軌的打磨對延長鋼軌使用壽命具有重要作用。如新鋪鋼軌預(yù)打磨，按期進(jìn)行的鋼軌修復(fù)性打磨，消除了鋼軌波磨、掉塊、肥邊等病害，恢復(fù)鋼軌適宜的正確輪廓，有助于減少輪軌作用力，延長鋼軌使用壽命[7]。神華鐵路中朔黃線較重視鋼軌打磨，而神朔線忽視打磨作業(yè)。因此，建議神朔線加強(qiáng)鋼軌打磨，提高線路的使用壽命。

2.2 大機(jī)維修周期

大機(jī)維修作業(yè)主要內(nèi)容為道床的搗固和鋼軌打磨。為準(zhǔn)確合理地制定神華鐵路大機(jī)作業(yè)的維修周期，本文參照與神華鐵路運(yùn)輸條件相似的大秦線，對大機(jī)維修周期進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表2。

表2 大秦線和神華鐵路大機(jī)維修周期

由表2可見：神華鐵路道床的搗固周期基本與大秦線相同，但是鋼軌打磨周期存在差異。其中大準(zhǔn)線基本上未形成鋼軌周期修機(jī)制。而鋼軌打磨是延長鋼軌使用壽命的重要因素，神華鐵路鋼軌使用壽命為13億t，是以鋼軌周期性打磨為前提的，如果缺乏有效的鋼軌打磨，則會縮短鋼軌的使用壽命，這一點(diǎn)在既有文獻(xiàn)[8]中得到了佐證。

綜合神華鐵路設(shè)備配置及其實(shí)際應(yīng)用效果，參照大秦線鋼軌打磨維修周期，提出神華鐵路大機(jī)維修周期的優(yōu)化方案：正線(區(qū)間)鋼軌應(yīng)采用鋼軌打磨列車進(jìn)行打磨維修，岔區(qū)可采用小型打磨機(jī)進(jìn)行打磨維修；周期為重車線2遍/年、輕車線1遍/年。而道床的搗固維修宜采用大型搗固機(jī)械，周期為重車線2遍/年、輕車線1遍/年。

3 結(jié)論及建議

1)軌道結(jié)構(gòu)部件是決定重載鐵路線路維修周期和使用壽命的重要因素。神華鐵路線路年通過總重2億t 以上的重車線，應(yīng)積極換鋪75 kg/m鋼軌和Ⅲ型枕及一級道砟，以提高軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有效延長軌道部件使用壽命，延長線路的大修周期。

2)鋼軌打磨是重載鐵路線路維護(hù)的重要手段，神華鐵路全線應(yīng)積極開展重車線鋼軌打磨工作，包括鋼軌預(yù)打磨和定期打磨，使鋼軌保持適宜的斷面輪廓，輪軌良好接觸。

3)建議研究制定神華鐵路鋼軌打磨周期、打磨方法及鋼軌斷面輪廓標(biāo)準(zhǔn)，以便神華鐵路開展鋼軌打磨工作。