大準(zhǔn)鐵路線路設(shè)備壽命管理與分析

路宜馳 張建民 石江河

（神華新朔鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

大準(zhǔn)鐵路于 1990 年 7 月 17 日開(kāi)工建設(shè)，1997 年11月19日全線開(kāi)通，是全國(guó)首條開(kāi)行萬(wàn)噸重載列車的單線電氣化鐵路［1］。東起山西省大同東站，西至內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市薛家灣站，正線全長(zhǎng)264 km，運(yùn)營(yíng)里程302 km，最小曲線半徑為400 m，限制坡度上行線4‰，下行線9‰，點(diǎn)支線12‰［2］。大準(zhǔn)鐵路沿線地形起伏大，高填方和深挖方路段多，小半徑曲線和長(zhǎng)大坡道較多。隨著運(yùn)量逐年增加，線路設(shè)備使用壽命在迅速降低，如何加強(qiáng)線路設(shè)備壽命管理已經(jīng)成為亟待研究的課題。

為了解大準(zhǔn)鐵路實(shí)際輪軌動(dòng)態(tài)作用特點(diǎn)，同時(shí)為延長(zhǎng)鋼軌使用壽命的理論研究提供數(shù)據(jù)支持，對(duì)大準(zhǔn)鐵路小半徑曲線、長(zhǎng)大坡道等典型地段鋼軌進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 鋼軌磨耗和傷損情況調(diào)查

選取4 條典型的曲線軌道和1 段直線長(zhǎng)大坡道進(jìn)行鋼軌磨耗測(cè)量。每條曲線軌道上均分別選取磨耗或剝離掉塊嚴(yán)重和相對(duì)較輕的斷面，直線上選取3～5個(gè)斷面。測(cè)量結(jié)果表明：

1）對(duì)于曲線半徑R=400，500 m這種半徑較小的曲線地段，外軌側(cè)磨比較明顯，嚴(yán)重處達(dá)到10 mm 左右。外軌頂面的垂直磨耗相對(duì)較小，為1～5 mm。

2）對(duì)于R≥800 m這種半徑較大的曲線地段，外軌側(cè)磨比小半徑曲線地段明顯減小。外軌頂面的垂直磨耗不超過(guò)5 mm。

3）對(duì)于各種半徑的曲線內(nèi)軌，無(wú)論是磨耗嚴(yán)重的斷面還是磨耗相對(duì)較輕的斷面，其側(cè)面磨耗均較小，不超過(guò)3 mm。頂面的垂直磨耗相對(duì)較大，為2～6 mm。

4）對(duì)于長(zhǎng)大坡道直線段，鋼軌的磨耗較曲線軌道明顯小很多，且主要體現(xiàn)在頂面的垂直磨耗上。

為深入了解鋼軌傷損與磨耗間的關(guān)系，掌握傷損鋼軌特別是重傷鋼軌的傷損類型、數(shù)量、分布情況，對(duì)大準(zhǔn)鐵路2018年全年累計(jì)鋼軌傷損進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析磨耗傷損鋼軌與線路參數(shù)間的關(guān)系。

1.1 重傷鋼軌的傷損類型與分布

大準(zhǔn)鐵路2018 年全年共更換傷損鋼軌437 根，傷損類型分布見(jiàn)表1?？芍壎嘶蜍夗攧兟涞魤K、軌頭內(nèi)部裂紋、鋼軌表面裂紋是鋼軌重傷的主要類型，這3類傷損占總數(shù)的78.7%。

表1 大準(zhǔn)鐵路2018年更換傷損鋼軌統(tǒng)計(jì)

437根重傷鋼軌在各區(qū)間的分布見(jiàn)圖1。可知，傷損主要集中在燕莊—丹洲營(yíng)、丹洲營(yíng)—九蘇木等超期服役地段以及點(diǎn)岱溝—南坪、點(diǎn)岱溝—唐公塔運(yùn)量較大的單線地段。

圖1 重傷鋼軌在各區(qū)間的分布

1.2 重傷鋼軌在直線和曲線地段的分布

437 根重傷鋼軌在直線地段和曲線地段的分布見(jiàn)表2。可知，曲線地段的鋼軌傷損率高于直線地段；曲線半徑越小，鋼軌重傷的傷損率越大。

表2 重傷鋼軌在直線和曲線地段的分布

2 軌道結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)對(duì)鋼軌磨耗和傷損的分析可知，軌道結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化能改善輪軌的接觸狀態(tài)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)，合理配置鋼軌、橡膠墊板等軌道主要部件以及曲線線形、超高等軌道參數(shù)，可有效減輕小半徑曲線鋼軌的側(cè)磨，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命［3］。

前期臨床研究顯示鼻淵舒口服液治療CRS效果良好，但體外抑菌實(shí)驗(yàn)顯示其并不優(yōu)于抗生素[11-14]，抑制非致病菌BF形成可能是鼻淵舒口服液治療CRS的作用機(jī)制之一。本文通過(guò)探討鼻淵舒口服液對(duì)成渝地區(qū)CRS患者鼻腔表葡菌BF相關(guān)通路luxS/AI-2的影響，探討鼻淵舒口服液治療CRS的作用機(jī)制。

2.1 軌道結(jié)構(gòu)配置

重載鐵路由于列車編組長(zhǎng)、軸重大，軌道結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)容易出現(xiàn)明顯的破壞特性。大準(zhǔn)鐵路建設(shè)初期采用60 kg/m 的重型軌道結(jié)構(gòu)，隨著運(yùn)量增加，鋼軌頂面裂紋、疲勞傷損明顯增加。自2015 年4 月開(kāi)始逐步更換為75 kg/m 的超重型跨區(qū)間無(wú)縫線路軌道結(jié)構(gòu)。U75V 鋼軌熱處理后硬度可達(dá)320 HB。在多年的實(shí)際使用中，既有U75V 鋼軌存在側(cè)磨嚴(yán)重、鋼軌重傷率較高等問(wèn)題，于是在部分地段試鋪攀鋼集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的PG4鋼軌。PG4鋼軌為含鉻低合金高強(qiáng)耐磨鋼軌［4］，是在原U75V鋼軌的基礎(chǔ)上加入適量的能推遲珠光體轉(zhuǎn)變的合金元素?zé)彳埗伞G4鋼軌熱處理后硬度可達(dá) 370 HB，強(qiáng)度≥1 280 MPa，伸長(zhǎng)率≥10%。PG4 鋼軌的強(qiáng)度和硬度明顯高于U75V 鋼軌。在2015年至今的換軌大修中，大準(zhǔn)線上的U75V 鋼軌已逐步更換為PG4鋼軌。

軌枕由原來(lái)的Ⅱ型混凝土枕全部更換為Ⅲ型混凝土枕，配置根數(shù)為1 667 根/km。在部分R≤600 m 區(qū)段，采取設(shè)置地錨拉桿、軌撐等加強(qiáng)措施提高線路的穩(wěn)定性。在曲線上股采用橡膠楔形墊板，用于調(diào)整鋼軌軌底坡，減緩曲線鋼軌側(cè)面磨耗。扣件采用與Ⅲ型混凝土枕配套的Ⅱ型彈條扣件。道床為Ⅰ級(jí)道砟。

2.2 曲線參數(shù)優(yōu)化

曲線參數(shù)包括曲線半徑、曲線長(zhǎng)度、緩和曲線長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)角和超高。曲線參數(shù)值設(shè)置不當(dāng)或發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起局部軌道質(zhì)量指數(shù)（Track Quality Index，TQI）的升高，甚至有可能出現(xiàn)軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)Ⅲ級(jí)分或發(fā)生晃車現(xiàn)象。根據(jù)曲線的設(shè)計(jì)幾何形位，采用GPS+全站儀的測(cè)設(shè)方式，每隔5 m采集1點(diǎn)線路中心，繪制出完整的實(shí)際線路線形；再對(duì)曲線半徑、轉(zhuǎn)角和緩和曲線長(zhǎng)度值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，擬合出一條標(biāo)準(zhǔn)的曲線線形，通過(guò)和實(shí)際線形對(duì)比來(lái)計(jì)算各點(diǎn)的撥道量；最后通過(guò)大機(jī)搗固和實(shí)施撥道作業(yè)，達(dá)到優(yōu)化曲線幾何形位和參數(shù)的目的。優(yōu)化后曲線軌道質(zhì)量明顯提高，晃車點(diǎn)和Ⅲ級(jí)分明顯減少。2014 年至2018年，已累計(jì)完成32條小半徑曲線的線形優(yōu)化。此項(xiàng)工作現(xiàn)已下放到各區(qū)段檢查工區(qū)，當(dāng)曲線地段參數(shù)不良時(shí)，可隨時(shí)隨地進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

在曲線超高優(yōu)化分析中，分別計(jì)算R =400，500，600 m 條件下，C80貨車在不同速度、不同超高值下的動(dòng)力響應(yīng)，行車速度為70～80 km/h，曲線超高從欠超高-20%至過(guò)超高20%不等。通過(guò)觀察鋼軌的磨耗狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，曲線超高從均衡超高降低至欠超高時(shí)，雖然外軌橫向作用力增大，但鋼軌磨耗和輪軌沖角都有所降低；在欠超高10%時(shí)，與均衡超高相比，鋼軌磨耗降低2%，輪軌沖角降低3%左右。因此，曲線超高應(yīng)優(yōu)化設(shè)置為欠超高，欠超高比例宜取10%～15%。另外，軌距偏差管理值控制在-2 ～0 mm，曲線下股軌底坡調(diào)成1∶20，也可以減少輪對(duì)的沖擊，改善輪軌接觸。

3 鋼軌打磨制度

大準(zhǔn)鐵路上行線鋼軌使用壽命受制于滾動(dòng)接觸疲勞裂紋和磨耗。疲勞裂紋影響鋼軌探傷、輪軌運(yùn)行狀態(tài)，增加養(yǎng)護(hù)維修成本，縮短鋼軌使用壽命，甚至引起斷軌。磨耗特別是曲線外軌側(cè)磨則導(dǎo)致鋼軌過(guò)早下道。鋼軌和輪緣磨耗加劇，會(huì)增加軌道和車輛輪轂的養(yǎng)護(hù)維修工作量，并且需占用天窗，影響生產(chǎn)運(yùn)輸［5］。隨著鐵路運(yùn)量的持續(xù)增加和萬(wàn)噸列車的開(kāi)行，鋼軌傷損的范圍也在擴(kuò)大，從小半徑曲線到較大半徑曲線，鋼軌傷損率都在上升，因此需要采用現(xiàn)代化的鋼軌養(yǎng)修技術(shù)。鋼軌打磨可以清除鋼軌表面已經(jīng)發(fā)生疲勞的金屬層，阻斷微裂紋向鋼軌深處發(fā)展，恢復(fù)與車輪型面的良好匹配，得到接觸應(yīng)力較小的鋼軌型面，從而延緩鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞和磨耗傷損的發(fā)展，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，降低管理和日常養(yǎng)護(hù)成本［6-7］。

引起鋼軌軌面出現(xiàn)裂紋的因素包括軸重、鋼軌材質(zhì)、軌道結(jié)構(gòu)、輪軌接觸情況等。要判斷典型小半徑曲線鋼軌疲勞裂紋萌生壽命就要從這些方面入手，確定疲勞裂紋萌生和通過(guò)總質(zhì)量的關(guān)系。在大準(zhǔn)鐵路選取3～5 條不同半徑的曲線軌道進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)新軌鋪設(shè)后，如未進(jìn)行預(yù)打磨等表面處理措施，經(jīng)過(guò)幾小時(shí)車輪碾壓，新軌表面銹蝕層被磨損，出現(xiàn)輪軌接觸帶，表面銹蝕層在不斷累積的輪軌滾動(dòng)接觸中逐漸被磨損。在沿列車運(yùn)行的縱向，一般軌頭內(nèi)側(cè)首先受磨，鋼軌頂面磨損存在一定的不均勻性。因此，新軌上道后，須進(jìn)行預(yù)打磨，消除新軌表面的銹蝕層、軋制的脫碳層、原始硬彎以及制造公差，使軌頭表面處于良好的狀態(tài)［8-9］。

當(dāng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量為5～10 Mt 時(shí)，鋼軌疲勞裂紋在鋼軌表面開(kāi)始萌生，在軌頭內(nèi)側(cè)發(fā)展成肉眼可見(jiàn)的、較為密集的斜裂紋，觸摸有粗糙感，并伴隨有較小的剝離掉塊。

當(dāng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量達(dá)到100 Mt 時(shí)，軌頭內(nèi)側(cè)仍然保持密集的短細(xì)斜裂紋，鋼軌頂面形成長(zhǎng)斜裂紋并且互相連接，在一些地段形成嚴(yán)重的、露出軌頭金屬層的剝離掉塊。

當(dāng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量達(dá)到200 Mt 時(shí)，鋼軌頂面裂紋和剝離掉塊被輪軌磨耗所控制，裂紋被壓緊，掉塊地帶被磨損，裂紋不再明顯地快速發(fā)展，外側(cè)邊出現(xiàn)較嚴(yán)重的金屬剝離層。

因此，在新軌上道后，累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量15～25 Mt時(shí)，需進(jìn)行一次預(yù)防性打磨。累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量達(dá)到100 Mt 時(shí)，需進(jìn)行修理性打磨，打磨量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼軌傷損、表面不平順度、波磨深度等確定。按照鋼軌廓形設(shè)計(jì)，將軌頭打磨成預(yù)先設(shè)定好的目標(biāo)形狀，使鋼軌頭部與車輪踏面完全匹配，保證良好的接觸狀態(tài)，從而減少鋼軌磨耗，抑制鋼軌傷損的形成和發(fā)展。

4 檢養(yǎng)修分開(kāi)制度

檢養(yǎng)修分開(kāi)制度是將檢修任務(wù)細(xì)化，各車間按照各自功能分別承擔(dān)不同的生產(chǎn)任務(wù)，從而加強(qiáng)線路壽命管理［10-11］。“檢”分為動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)檢查。動(dòng)態(tài)檢測(cè)即檢測(cè)線路不平順的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，包括軌道檢查車每月對(duì)大準(zhǔn)鐵路線檢測(cè)2 次、車載添乘儀每日檢查及人工定期添乘檢查。靜態(tài)檢查即檢查軌道靜態(tài)幾何尺寸，通過(guò)人工徒步檢查或軌道檢查儀檢測(cè)?！梆B(yǎng)”即線路養(yǎng)護(hù)，主要是區(qū)段、線橋工區(qū)采用內(nèi)燃搗鎬、螺栓機(jī)等小型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行日常維護(hù)，通過(guò)不間斷的養(yǎng)護(hù)作業(yè)使線路保持良好的技術(shù)狀態(tài)?！靶蕖奔淳C合維修，主要是指在天窗內(nèi)進(jìn)行大型機(jī)械維修作業(yè)。推行計(jì)劃修+狀態(tài)修的維修模式，對(duì)重車線、空車線曲線地段實(shí)行計(jì)劃修，對(duì)空車線直線地段、軌檢車檢測(cè)3年內(nèi)軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)未出分地段及其他線路實(shí)行狀態(tài)修。利用每年春秋季的集中修對(duì)全段正線、道岔進(jìn)行大型機(jī)械搗固。

近年來(lái)，大準(zhǔn)鐵路公司工務(wù)段不斷探索檢養(yǎng)修分開(kāi)模式，由以往的線路工區(qū)作為基本生產(chǎn)單元轉(zhuǎn)化為由車間作為生產(chǎn)主體。從2016 年開(kāi)始整合軌檢車和檢查工區(qū)資源，成立了軌道檢查監(jiān)控室，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)檢查，并根據(jù)每月檢查結(jié)果下達(dá)下個(gè)月的維修計(jì)劃。通過(guò)職能分工減輕了線橋工區(qū)的工作負(fù)擔(dān)，使其主要精力轉(zhuǎn)移到維修作業(yè)上。充分發(fā)揮了軌道檢查監(jiān)控室的作用，定期對(duì)軌檢車、軌檢儀等動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，查找軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)重復(fù)出分地段的病害原因，采取針對(duì)性的整治措施，對(duì)重點(diǎn)區(qū)段、重點(diǎn)項(xiàng)目安排重點(diǎn)整修［12］，使動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)更好地發(fā)揮了指導(dǎo)作用。

實(shí)行檢養(yǎng)修分開(kāi)制度后，線路設(shè)備質(zhì)量明顯提高，大準(zhǔn)鐵路軌道優(yōu)良率一直保持在98%以上，TQI值控制在10以內(nèi)，有效地延長(zhǎng)了線路設(shè)備使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

大準(zhǔn)鐵路鋼軌傷損主要發(fā)生在曲線地段，而且曲線半徑越小，鋼軌重傷的傷損率越大。全面了解鋼軌上道后的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)鋼軌磨耗和傷損發(fā)展情況進(jìn)行分析后，確定了一系列措施，包括適時(shí)改善軌道結(jié)構(gòu)和優(yōu)化曲線參數(shù)，按周期進(jìn)行鋼軌打磨，持續(xù)推行檢養(yǎng)修分開(kāi)制度等，有效地延長(zhǎng)了線路設(shè)備使用壽命。建議繼續(xù)深入研究各項(xiàng)管理措施和技術(shù)手段，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)線路設(shè)備壽命的最大化。